KR20190138154A - 판재의 접합방법 - Google Patents

Abstract

판재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 판재의 접합방법은 제1, 제2 판재를 상호 접합하기 위한 판재의 접합방법에 있어서, 상기 제1, 제2 판재 사이에 접착필름을 개재한 상태로, 피어싱 금형의 하형 상에 로딩하는 소재준비단계, 상기 피어싱 금형의 작동으로 상기 접착필름에 의해 가 접합된 상기 제1, 제2 판재 상에 복수개의 관통홀을 형성하는 피어싱단계, 상기 관통홀이 형성된 제1, 제2 판재를 성형 금형의 하형 상에 로딩한 상태로, 각 상기 관통홀에 접합리벳을 삽입하는 리벳삽입단계, 및 상기 성형 금형을 작동하여 상기 제1, 제2 판재를 일정형상으로 성형함과 동시에, 상기 접합리벳의 양단을 압착하여 상기 제1, 제2 판재의 관통홀의 상단 둘레 및 하단 둘레와 함께 상기 관통홀 내부면을 압착하면서 접합되는 리벳접합단계를 포함한다.

Description

판재의 접합방법{JOINING METHOD OF PANEL}

본 발명은 판재의 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물성이 다른 2장 이상의 판재를 성형함과 동시에, 상호 접합할 수 있는 판재의 접합방법에 관한 것이다.

최근에는 자동차 연비향상과 환경오염 저감에 대한 요구가 증가하여 차체 부품 적용에 있어 경량화와 고강성의 목적으로 기존에 사용하던 스틸 대신, 알루미늄 합금, 플라스틱 및 복합 소재가 널리 적용되고 있는 추세이다.

경량 소재 및 서로 다른 두 소재의 경우, 전기 및 열 전도도가 높고, 용접 전극 오염이 심하여 기존의 스폿용점(저항용접) 방식으로는 그 접합이 어렵기 때문에, 셀프 피어싱 리벳팅 방식이나 클린칭 방식과 같은 기계적인 접합 방식이 사용된다.

그러나 상기한 기계적인 접합 방식은 생산 원가가 높고, 공정이 어려우며, 용접 접합에 비하여 그 접합 품질이 다소 떨어진다.

또한, 차체가 스틸과 경량 소재가 서로 혼용될 경우, 기계적인 접합 이외에는 적절한 방식이 없어 차체의 전체적인 면적 중, 일부분에 국한되어 있는 이종소재 접합 부위 때문에, 생산 라인을 따로 구성해야 하는 등, 생산 효율성 측면에서 문제가 발생한다.

이를 위해 자동차 업계에서는 차체를 조립하는 통상적인 방법인 스폿용접을 대체할 수 있는 접합방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

이러한 고찰에 따른 접합방법으로, 셀프 피어싱 리벳(self-piercing rivet)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합방법이 적용되는 추세이다.

상기 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 홀을 가공하고, 상기 홀에 리벳을 삽입한 후, 헤드를 형성하여 접합 대상물을 접합하는 기존의 리벳팅 방식과 달리, 홀을 선행하여 가공하지 않고, 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 상부를 소성 변형시킴으로써, 접합 대상물을 접합하는 방식이다.

이러한 셀프 피어싱 리벳을 사용하여 2장 이상의 동종 또는 이종소재간 접합이 가능하다.

상기와 같은 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 펀치의 가압력만으로 접합이 이루어짐으로써, 종래의 스폿용접에 비하여 작업환경을 개선하는 효과가 있다.

그리고 상기 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 특히, 스폿용접이 용이하지 않은 알루미늄 차체와 같은 부품을 기구적으로 접합하기 위해 사용될 수 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 셀프 피어싱 리벳 접합방법은 접합하고자 하는 소재가 유기재료 또는 복합재료, 예를 들어, GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics, 유리섬유강화플라스틱), 또는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics, 탄소섬유강화플라스틱)일 경우, 피어싱이 되는 시점에서 소재가 부스러지는 현상이 발생한다.

또한, 상기한 바와 같은 소재를 이용하여 셀프 피어싱 리벳을 접합할 경우, 상기 셀프 피어싱 리벳의 섕크의 휨정도가 저하되고, 소재의 상부에 배화현상이 일어나는 문제점도 있다.

이와 같이, 경량화를 위한 복합소재를 포함하는 이종소재의 접합 방법에 관한 연구개발이 필요하다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 물성이 다른 2종의 판재를 접합함과 동시에, 제품으로 성형할 수 있는 판재의 접합방법을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명의 실시 예는 알루미늄 합금소재로 이루어진 제1 판재와 복합소재로 이루어진 제2 판재 사이에 접착필름을 개재하여 가 접합한 상태로, 상기 제1, 제2 판재 상에 형성된 복수개의 관통홀 각각에 삽입된 접합리벳을 통해 성형 금형 상에서 압착 접합되면서 제품으로 성형이 이루어지는 판재의 접합방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 제1, 제2 판재를 상호 접합하기 위한 판재의 접합방법에 있어서, 상기 제1, 제2 판재 사이에 접착필름을 개재한 상태로, 피어싱 금형의 하형 상에 로딩하는 소재준비단계, 상기 피어싱 금형의 작동으로 상기 접착필름에 의해 가 접합된 상기 제1, 제2 판재 상에 복수개의 관통홀을 형성하는 피어싱단계, 상기 관통홀이 형성된 제1, 제2 판재를 성형 금형의 하형 상에 로딩한 상태로, 각 상기 관통홀에 접합리벳을 삽입하는 리벳삽입단계, 및 상기 성형 금형을 작동하여 상기 제1, 제2 판재를 일정형상으로 성형함과 동시에, 상기 접합리벳의 양단을 압착하여 상기 제1, 제2 판재의 관통홀의 상단 둘레 및 하단 둘레와 함께 상기 관통홀 내부면을 압착하면서 접합되는 리벳접합단계를 포함하는 판재의 접합방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 판재는 알루미늄 합금소재로 이루어지고, 상기 제2 판재는 복합소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 피어싱단계는 상기 피어싱 금형을 150~200?의 온도로 가열하면서 진행될 수 있다.

또한, 상기 리벳삽입단계에서, 상기 접합리벳은 양단부가 둥근 반구 모양의 확장부로 이루어지고, 상기 확장부 사이가 톱니 모양의 체결부로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 리벳접합단계에서, 상기 접합리벳은 상기 확장부가 상기 확장부의 외경보다 크게 형성되는 상기 성형 금형의 확장홈에 채워지면서 상기 제1, 제2 판재의 관통홀의 상단 둘레 및 하단 둘레에 각각 지지되고, 상기 체결부가 상기 제1, 제2 판재, 및 접착필름 사이사이에 침투되어 스며들도록 외측을 향하여 압착되어 접합될 수 있다.

또한, 상기 복합소재는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 물성이 다른 2종의 판재를 접합함과 동시에, 제품으로 성형할 수 있어 공정수를 줄이는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 알루미늄 합금소재로 이루어진 제1 판재와 복합소재로 이루어진 제2 판재 사이에 접착필름을 개재하여 가 접합한 상태로, 상기 제1, 제2 판재 상에 형성된 복수개의 관통홀 각각에 삽입된 접합리벳을 통해 성형 금형 상에서 압착 접합되는 것으로, 간단한 공정으로 체결력이 향상되는 효과가 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법에 적용되는 접합리벳의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법으로 접합된 접합리벳의 접합상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법에 적용되는 접합리벳의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법으로 접합된 접합리벳의 접합상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법에 적용되는 제1 판재는 알루미늄 합금소재로 이루어지고, 제2 판재는 복합소재로 이루어지는 것을 예로 들어 설명한다.

이때, 상기 복합소재는 열경화성 프리프레그(Prepreg)일 수 있다.

상기 프리프레그는 플라스틱재료 중 하나이며, 섬유강화 복합재료용의 중간기재로, 강화섬유에 메트릭스 수지를 예비 함침하여 반경화 상태로 성형한 재료이다.

상기한 프리프레그의 복합소재로 형성된 복합제품은 타제품에 비해 강도, 강성도, 내식성, 피로수명, 내마모성, 내충격성, 경량화 등의 다양한 특성을 개선할 수 있다.

예를 들어, 상기 복합소재는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이러한 제1 판재와 제2 판재는 알루미늄 합금 소재와 복합소재로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 같은 물성적 성질을 가진 소재면 적용이 가능하다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법은 소재준비단계(S1), 피어싱단계(S2), 리벳삽입단계(S3), 및 리벳접합단계(S4)를 포함한다.

상기 소재준비단계(S1)에서는 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2) 사이에 접착필름(3)을 개재하여 가 접합한다.

그리고 상기 소재준비단계(S1)에서는 상기 접착필름(3)이 개재되어 가 접합된 제1 판재(1)와 제2 판재(2)를 피어싱 금형의 하형(23) 상에 로딩한다.

다음으로 상기 피어싱단계(S2)에서는 상기 피어싱 금형의 하형(23) 상에 로딩된 제1 판재(1)와 제2 판재(2)에 대하여 피어싱 금형의 상형(20)을 작동하여 복수개의 관통(H)을 형성한다.

여기서 상기 피어싱 금형의 하형(23)에는 관통홈(25)이 형성되고, 상기 피어싱 금형의 상형(20)에는 관통돌기(21)가 형성된다.

즉, 상기 피어싱단계(S2)에서는 상기 피어싱 금형의 상형(20)과 하형(23)이 합형되어 상기 관통홈(25)에 관통돌기(21)가 대응되면서 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2)에 관통홀(H)이 형성된다.

상기 피어싱단계(S2)는 2개의 관통홀(H)이 형성되는 것을 예로 들어 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 관통홀(H)의 개수는 변경할 수 있다.

또한, 상기 피어싱단계(S2)에서는 상기 피어싱 금형(20, 23)을 150~200?의 온도로 가열한다.

바람직하게는 상기 피어싱 금형(20, 23)의 온도는 180℃일 수 있다.

즉, 피어싱단계(S2)는 상기 제1 판재(1), 제2 판재(2), 및 접착필름(3)에 열을 가하면서 상기 관통홀(H)을 형성하는 단계이다.

다음으로 상기 리벳삽입단계(S3)에서는 상기 관통홀(H)이 형성된 제1 판재(1)와 제2 판재(2)를 성형 금형의 하형(31) 상에 로딩한다.

상기 리벳삽입단계(S3)에서는 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2) 상의 각 관통홀(H)에 접합리벳(10)을 삽입한다.

이때, 상기 성형 금형의 상형(30)과 하형(31)에는 각각 성형면(33)이 형성되고, 상기 성형면(33) 상에 각각 확장홈(35)이 형성된다.

상기 확장홈(35)은 상기 접합리벳(10)의 외경보다 큰 직경을 가지도록 형성된다.

상기 리벳삽입단계(S3)는 상기 접합리벳(10)이 삽입된 관통홀(H)이 상기 성형 금형의 상형(30) 및 하형(31) 상에 형성된 확장홈(35)에 대응되도록 상기 제1 판재(1), 제2 판재(2)를 로딩하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 접합리벳(10)은, 도 2를 참조하면, 확장부(11)와 체결부(13)를 포함한다.

좀더 상세하게 상기 접합리벳(10)은 양단부가 둥근 반구 모양의 확장부(11)로 이루어진다.

또한, 상기 접합리벳(10)은 양단부의 상기 확장부(11) 사이가 톱니 모양의 체결부(13)로 이루어진다.

또한, 상기 체결부(13)는 톱니가 일정간격을 두고 복수개 형성된다.

이러한 체결부(13)는 압착 시, 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2)와의 접합력을 향상시키기 위함이다.

이때, 상기 체결부(13)는 톱니 모양이 전체적으로 동일한 직경의 형상으로 형성될 수 있고, 직경이 서로 다른 톱니 모양으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 체결부(13)는, 예를 들어, 나사 모양으로 형성될 수도 있다.

다음으로 상기 리벳접합단계(S4))에서는 상기 성형 금형의 상형(30)과 하형(31)을 작동하여 상기 성형면(33)을 통하여 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2)를 일정형상으로 성형한다.

상기 리벳접합단계(S4)에서는 상기 접합리벳(10)의 양단을 압착하여 상기 제1 판재(1)와 재2 판재(2)의 관통홀(H)의 상단 둘레 및 하단 둘레와 함께 상기 관통홀(H) 내부면을 압착하면서 접합된다.

도 3을 참조하여 상기 접합리벳의 접합상태를 좀더 상세히 설명하면, 상기 리벳접합단계(S4)에서는 상기 접합리벳(1)의 상기 확장부(11)가 상기 확장홈(35)에 채워지면서 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2)의 관통홀(H)의 상단 둘레 및 하단 둘레에 각각 지지되도록 성형된다.

더불어, 상기 접합리벳(10)은 상기 체결부(13)가 상기 관통홀(H) 내부면을 압착하면서 접합된다.

즉, 상기 접합리벳(10)은 알루미늄 합금소재로 이루어진 제1 판재(1)에 대응하는 체결부(13)가 외측으로 밀려나면서 알루미늄 합금소재를 파고들면서 접합되고, 상기 제2 판재(2)에 대응하는 체결부(13)는 상기 제2 판재(2) 사이사이에 침투되어 수지가 스며들면서 경화되어 접합된다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법은 물성이 다른 2종의 판재를 접합함과 동시에, 제품으로 성형할 수 있어 공정수를 줄이는 효과가 있다.

즉, 상기 판재의 접합방법은 성형 금형(30, 31)의 가압력으로 상기 성형면(33)을 통해 제품으로 성형함과 동시에, 상기 접합리벳(10)에 의해 제1 판재(1)와 제2 판재(2)를 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법은 알루미늄 합금소재로 이루어진 제1 판재(1)와 복합소재로 이루어진 제2 판재(2) 사이에 접착필름(3)을 개재하여 가 접합한 상태로, 상기 제1 판재(1)와 제2 판재(2) 상에 형성된 복수개의 관통홀(H) 각각에 삽입된 접합리벳(10)을 통해 성형 금형(30, 31) 상에서 성형 및 압착 접합되는 것으로, 체결력이 더욱 향상될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 제1 판재
2: 제2 판재
3: 접착필름
10: 접합리벳
11: 확장부
13: 체결부
H: 관통홀
20: 피어싱 금형의 상형
21: 관통돌기
23: 피어싱 금형의 하형
25: 관통홈
30: 성형 금형의 상형
31: 성형 금형의 하형
33: 성형면
35: 확장홈

Claims (6)

1. 제1, 제2 판재를 상호 접합하기 위한 판재의 접합방법에 있어서,
   상기 제1, 제2 판재 사이에 접착필름을 개재한 상태로, 피어싱 금형의 하형 상에 로딩하는 소재준비단계;
   상기 피어싱 금형의 작동으로 상기 접착필름에 의해 가 접합된 상기 제1, 제2 판재 상에 복수개의 관통홀을 형성하는 피어싱단계;
   상기 관통홀이 형성된 제1, 제2 판재를 성형 금형의 하형 상에 로딩한 상태로, 각 상기 관통홀에 접합리벳을 삽입하는 리벳삽입단계; 및
   상기 성형 금형을 작동하여 상기 제1, 제2 판재를 일정형상으로 성형함과 동시에, 상기 접합리벳의 양단을 압착하여 상기 제1, 제2 판재의 관통홀의 상단 둘레 및 하단 둘레와 함께 상기 관통홀 내부면을 압착하면서 접합되는 리벳접합단계;
   를 포함하는 판재의 접합방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 판재는 알루미늄 합금소재로 이루어지고, 상기 제2 판재는 복합소재로 이루어지는 판재의 접합방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 피어싱단계는
   상기 피어싱 금형을 150~200℃의 온도로 가열하면서 진행되는 판재의 접합방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 리벳삽입단계에서, 상기 접합리벳은
   양단부가 둥근 반구 모양의 확장부로 이루어지고, 상기 확장부 사이가 톱니 모양의 체결부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판재의 접합방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 리벳접합단계에서, 상기 접합리벳은
   상기 확장부가 상기 확장부의 외경보다 크게 형성되는 상기 성형 금형의 확장홈에 채워지면서 상기 제1, 제2 판재의 관통홀의 상단 둘레 및 하단 둘레에 각각 지지되고,
   상기 체결부가 상기 제1, 제2 판재, 및 접착필름 사이사이에 침투되어 스며들도록 외측을 향하여 압착되어 접합되는 판재의 접합방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 복합소재는
   FRP(Fiber Reinforced Plastic), CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 중, 적어도 하나를 포함하는 판재의 접합방법.

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