KR20200071368A - 캐리어 어셈블리 fem 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법 - Google Patents

캐리어 어셈블리 fem 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐리어 어셈블리 FEM(Front End Module) 제조용 냉각지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 범퍼, 램프, 본네트 자물쇠, 라디에이터, 후드를 포함한 다수의 자동차 부품을 고정하는 FEM을 제조할 때 사출 성형 후 냉각시 변형 발생을 억제하여 양품 수득율을 증대시킨 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법에 관한 것이다.

Description

캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법{Method for Preventing Post Deformation Using Cooling Jig for Carrier Assembly FEM Manufacturing}
본 발명은 캐리어 어셈블리 FEM(Front End Module) 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 범퍼, 램프, 본네트 자물쇠, 라디에이터, 후드를 포함한 다수의 자동차 부품을 고정하는 FEM을 제조할 때 사출 성형 후 냉각시 변형 발생을 억제하여 양품 수득율을 증대시킨 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법에 관한 것이다.
자동차 등의 차량의 차체 전단부를 구성하는 FEM(Front End Module) 캐리어는 범퍼, 헤드램프, 본네트 자물쇠, 콘덴서, 라디에이터, 후드를 포함한 다수의 자동차 부품을 고정하여 FEM 캐리어 어셈블리를 이루는 골격이다.
이러한 FEM 캐리어는 개별부품을 차체에 직접조립하는 종래의 조립방식과 대비하여 FEM 캐리어를 통해 부품을 모듈화하는 경우, 조립시간을 단축시킬 수 있으며 모듈 단위의 치수 안정성을 향상시킬 수 있고 통합 설계가 가능하여 생산성 및 제품 신뢰성에 있어 큰 이점이 있다.
예컨대, 도 1의 일 예와 같이 종래 FEM 캐리어(10)는 몸체(1)와, 상부 양측에 헤드램프를 장착하는 헤드램프 장착부(2)와, 가운데에 냉각모듈(라디에이터)을 장착하기 위한 냉각모듈 장착부(3)와, 범퍼빔이 장착되는 사이드패널(4)을 포함한다.
한편, 현재 대다수의 승용 차량은 FEM 캐리어를 장착하고 있으며, 다양한 형태로 개시되어 있다.
그리고, 스틸재의 중량 때문에 경량화를 위해 플라스틱을 사용하고 있으나, 플라스틱 단독의 경우에는 내구성이 현저히 떨어지므로 지금은 스틸을 인서트하여 사출하는 인서트 사출품 형태가 자리를 잡았다.
그런데, 강도 유지를 위해 스틸을 인서트하여 사출하는 형태이다 보니 공차를 맞추기가 매우 어렵다.
이것은 사출 성형 후 냉각할 때 합성수지와 스틸간의 열팽창율이 달라 수축율에 있어 차이를 일으키고 결국 허용오차를 넘어선 후변형을 일으키게 된다.
특히, 이러한 후변형은 주로 범퍼가 조립되는 다수의 볼트홀이 있는 부분에서 크게 발생하는데 상단부가 앞쪽으로 기울어지는 형태이며, 휀더쪽도 안쪽으로 말리는 변형도 유발된다.
통상, 사출품이 취출될 때 온도는 70-80℃ 정도이고, 자연냉각되는데 이 과정에서 발생하는 과다한 변형은 불량품이 된다.
대한민국 등록특허 제10-0868438호(2008.11.05.), 차량의 전방 캐리어 및 그 제조방법 대한민국 등록특허 제10-0577814호(2006.05.01.), 자동차의 프런트엔드모듈 상부판넬의 수평래치 결합구조 대한민국 등록특허 제10-1282651호(2013.07.01.), FEM 캐리어의 장착구조
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 범퍼, 램프, 본네트 자물쇠, 라디에이터, 후드를 포함한 다수의 자동차 부품을 고정하는 FEM을 제조할 때 사출 성형 후 냉각시 변형 발생을 억제하여 양품 수득율을 증대시킨 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 스틸이 인서트된 상태로 사출성형된 FEM을 성형기로부터 취출한 후 냉각지그에 장착하는 FEM 냉각지그 장착단계(S100); FEM의 장착이 완료되면 온도검출센서를 이용하여 FEM의 표면온도를 검출하는 단계(S110); 검출된 FEM의 표면온도에 대응되는 역변형 구배를 확인하고 설정하는 단계(S120); 역변형 구배 설정이 완료되면 상기 컨트롤러(500)는 해당 역구배값만큼 냉각지그에 설치된 다수의 파지구를 구동시켜 강제로 역변형시키는 단계(S130); 강제 역변형이 완료되면, 컨트롤러(500)는 냉각공기를 분출시켜 FEM을 강제냉각시키는 단계(S140); 강제 냉각에 따라 FEM의 표면온도가 20-30℃에 이르면 냉각을 종료하고 FEM을 탈거한 후 자연냉각시키는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법을 제공한다.
이때, 상기 온도검출센서(400)는 비접촉식으로 FEM의 표면온도를 측정할 수 있는 적외선 온도검출센서인 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 컨트롤러(500)는 마이크로프로세서로서 상기 온도검출센서(400)가 연결되어 검출한 FEM의 표면온도를 수신하며, 수신한 온도정보를 임시저장하는 메모리부(800)를 포함하고, 사출 후 FEM의 표면온도별 후변형 정보(방향, 기울기)를 데이터베이스화한 후변형정보DB(600)가 더 연결되며, 온도검출센서(400)가 FEM의 표면온도를 검출하면 해당 표면온도에 대응되는 후변형정보를 후변형정보DB(600)에서 찾아 그와 반대방향으로 강제로 부여할 역구배값을 산출하고 설정하는 역구배산출부(700)가 더 연결된 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 범퍼, 램프, 본네트 자물쇠, 라디에이터, 후드를 포함한 다수의 자동차 부품을 고정하는 FEM을 제조할 때 사출 성형 후 냉각시 변형 발생을 억제하여 양품 수득율을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 일 예의 캐리어 어셈블리 FEM을 보인 예시적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 캐리어 어셈블리 FEM의 후변형 방지를 위한 냉각지그의 개략적인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 캐리어 어셈블리 FEM의 후변형 방지를 위한 냉각지그에 FEM이 장착된 예를 보인 실제 작업 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 냉각지그에 설치되는 파지실린더의 작동구조를 일부 발췌하여 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법을 보인 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명에 따른 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법을 구현하기 위한 컨트롤러의 구성블럭도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법는 취출된 제품, 즉 사출품의 표면온도가 20-30℃에 이를때까지 냉각공기를 분사하여 강제로 공냉시켜 후변형을 억제하도록 구성된다.
특히, 냉각지그를 이용하여 역구배(역변형)로 강제 변형시킨 상태에서 냉각시키도록 하는데, 이것은 향후 변형될 만큼 미리 냉각전에 변형시켜 둔 상태에서 냉각시킴으로써 냉각시 발생되는 후변형에 의해 정상상태로 유지되게 하기 위함이다.
이때, 수냉방식으로 냉각하게 되면 더욱 더 빠른 냉각이 이루어질 수 있다.
하지만, 수냉의 경우 설비를 구성하기가 매우 복잡하고, 무엇보다도 수냉은 리브쪽이 잘 냉각되지 않기 때문에 오히려 덜 냉각된 부분과 냉각이 잘 된 부분 사이의 편차로 인해 예측하지 못한 또다른 수축변형을 일으키기 때문에 수냉방식의 강제 냉각은 바람직하지 않다.
이를 위해, 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법을 구현하기 위한 냉각지그는 도 2 내지 도 3의 예시와 같은 베이스블럭(100)을 포함한다.
상기 베이스블럭(100)은 서로 간격을 두고 한 쌍이 구비되며, 상기 베이스블럭(100)의 후면을 서로 연결 고정하여 베이스블럭(100) 사이에 작업공간(110)을 형성하는 고정판(200)이 더 구비된다.
이때, 상기 고정판(200)은 판상의 부재이다.
그리고, 상기 고정판(200)에는 좌우 길이 중심을 기준으로 서로 대칭되게 판면에 수직하게 고정된 한 쌍의 냉각공기분출덕트(300)가 구비된다.
아울러, 상기 냉각공기분출덕트(300)의 선단에는 FEM이 안착지지되는 지지패드(310)가 일체로 고정된다.
또한, 상기 냉각공기분출덕트(300)의 상면에는 상기 지지패드(310)에 안착 고정된 FEM을 향해 냉각공기를 분출하는 냉각공기분출공(320)이 다수 형성된다.
뿐만 아니라, 상기 냉각공기분출덕트(300)와 높이방향으로 간격을 두고 상측의 고정판(200) 길이 중앙에 중앙지지대(330)가 수직하게 돌출되고, 상기 중앙지지대(330)의 단부에는 중앙지지패드(332)가 고정되며, 상기 중앙지지대(330)를 사이에 두고 양측에는 간격을 두고 한 쌍의 측부지지대(340)가 수직하게 돌출되고, 상기 측부지지대(340)의 각 단부에는 측부지지패드(342)가 고정되어 상기 FEM이 장착될 때 지지하게 된다.
아울러, 상기 냉각공기분출덕트(300)와 상기 측부지지대(340) 사이 공간 양측에는 각각 고정대(350)가 수직하게 돌출되며, 상기 고정대(350)의 단부에는 FEM의 볼트공에 끼워지는 끼움돌기(352)가 일체로 돌출된 돌기판(354)이 고정된다.
따라서, 사출된 FEM은 양측의 볼트공을 상기 끼움돌기(352)에 끼우게 되면 도 3과 같은 형태로 안착시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 고정대(350)의 각 상측에는 간격을 두고 한 쌍의 상부파지구(360)가 설치되고, 그 하방에는 하부파지구(370)가 설치되며, 중앙에는 중앙파지구(380)가 설치된다.
또한, 상기 상부파지구(360)와 하부파지구(370) 및 중앙파지구(380)에는 동력에 의해 접어졌다 펼쳐질 수 있는 파지판(PTP)이 구비되고, 상기 파지판(PTP)에는 상기 끼움돌기(352)에 맞물려 상기 FEM이 이탈되지 않게 고정하는 돌기누름부재(PUT)가 설치된다.
여기에서, 상기 상부파지구(360)와 하부파지구(370) 및 중앙파지구(380)는 모두 동일한 구조로 이루어져 있기 때문에 이를 통합하여 도 4를 통해 한꺼번에 설명하기로 한다.
도 4에 따르면, 상기 상부파지구(360)와 하부파지구(370) 및 중앙파지구(380)는 상기 고정판(200)에 수직하게 고정되는 'U' 형상의 파지플레이트(10)와, 상기 파지플레이트(10)의 내부에 고정된 작동실린더(20)와, 상기 작동실린더(20)에 설치되어 출몰동작되는 실린더로드(30)와, 상기 파지플레이트(10)의 단부 양측에 회전축(42)에 의해 회전가능하게 축고정되고 마주보는 면의 일부에는 일정깊이 호형상으로 파인 캠홈(44)을 갖는 한 쌍의 회동편(40)과, 상기 실린더로드(30)에 고정되고 상기 파지플레이트(10)에 삽입된 상태에서 출몰되며 양측면에는 상기 캠홈(44)에 끼워져 걸림되는 캠축(52)을 갖는 캠(50)을 포함한다.
이때, 상기 회동편(40)의 상단에는 상기 파지판(PTP)의 하단이 고정된다.
따라서, 작동실린더(20)가 동작하여 실린더로드(30)가 당겨지면 캠축(52)이 캠홈(44)의 상사점으로 이동하면서 파지편(PTP)을 90°이상으로 꺽어 접을 수 있게 된다.
반대로, 작동실린더(20)가 동작하여 실린더로드(30)가 밀려나오면 캠축(52)이 캠홈(44)의 하사점으로 이동하면서 파지편(PTP)을 수평방향으로 펼치기 때문에 고정되었던 FEM을 분리할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각지그는 파지판(PTP)을 회동시켜 사출된 FEM을 자연 냉각시 변형되는 양만큼 반대방향으로 미리 역변형시킨 상태에서 냉각공기분출공(320)을 통해 냉각공기를 분출시켜 FEM의 표면 온도가 20-30℃ 정도 되게 강제 냉각시킨다.
그런 다음, 냉각지그로부터 FEM을 분리한 후 상온까지 냉각시키면 그 과정에서 후변형이 일어나면서 역변형되었던 만큼 원래대로 돌아오기 때문에 결국 정상적인 사출품을 완성할 수 있게 된다.
이와 같은 냉각지그를 이용하여 FEM의 후변형을 방지하는 방법은 다음과 같다.
도 5 및 도 6에서와 같이, 스틸이 인서트된 상태로 사출성형된 FEM을 성형기로부터 취출한 후 냉각지그에 장착하는 FEM 냉각지그 장착단계(S100)가 수행된다.
그런 다음, 온도검출센서(400)를 이용하여 FEM의 표면온도를 검출하는 단계(S110)가 수행된다.
이때, 상기 온도검출센서는 비접촉식으로 FEM의 표면온도를 측정할 수 있는 적외선 온도검출센서를 사용함이 바람직하다.
이어, 검출된 FEM의 표면온도에 대응되는 역변형 구배를 확인하고 설정하는 단계(S120)가 수행된다.
상기 단계(S120)는 도 6의 예시와 같은 컨트롤러(500)에 의해 이루어진다.
상기 컨트롤러(500)는 마이크로프로세서로서 상기 온도검출센서(400)가 연결되어 검출한 FEM의 표면온도를 수신하며, 해당 온도정보를 임시저장하기 위해 메모리부(800)를 포함한다.
또한, 상기 컨트롤러(500)에는 후변형정보DB(600)가 더 연결되며, 상기 후변형정보DB(600)에는 사출 후 FEM의 표면온도별 후변형 방향과 후변형 정도(기울어짐)에 관한 정보가 데이터베이스화되어 저장된다.
뿐만 아니라, 상기 컨트롤러(500)에는 역구배산출부(700)가 더 연결되어 온도검출센서(400)가 FEM의 표면온도를 검출하면 해당 표면온도에 대응되는 후변형정보를 후변형정보DB(600)에서 찾아 그와 반대방향으로 강제로 부여할 역구배값을 산출하고 설정하게 된다.
한편, 역변형 구배 설정이 완료되면 상기 컨트롤러(500)는 해당 역구배값만큼 냉각지그에 설치된 다수의 파지구를 구동시켜 강제로 역변형시키는 단계(S130)가 수행된다.
이때, 상기 역변형 구배는 자연냉각시 발생되는 후변형의 반대방향으로 2배수만큼 이루어짐이 바람직하다.
그러면, 자연냉각시 후변형되면서 변형되지 않은 정상상태를 유지할 수 있게 된다.
이렇게 하여, 강제 역변형이 완료되면, 컨트롤러(500)는 냉각공기를 분출시켜 FEM을 강제냉각시키는 단계(S140)를 수행한다.
그리고, 강제 냉각에 따라 FEM의 표면온도가 20-30℃에 이르면 냉각을 종료하고 FEM을 탈거한 후 자연냉각시키는 단계(S150)가 수행된다.
여기에서, FEM의 표면온도가 20-30℃에 이르면 냉각을 종료해야 하는 이유는 상온까지 완전히 냉각될 때 후변형이 생길 수 밖에 없으므로 그 후변형을 감안하여 최종 냉각 전까지 최대한 냉각시키기 위함이다.
이와 같이, 본 발명은 후변형 데이터에 근거하여 그 반대방향으로 강제 역구배를 구현시킴으로써 상온까지 자연냉각시 필수불가결하게 일어나는 후변형이 자연스럽게 정상품을 만드는 과정의 일환이 되게 하여 제품 불량을 방지하도록 한 것이다.
100: 베이스블럭
200: 고정판
300: 냉각공기분출덕트

Claims (3)

  1. 스틸이 인서트된 상태로 사출성형된 FEM을 성형기로부터 취출한 후 냉각지그에 장착하는 FEM 냉각지그 장착단계(S100);
    FEM의 장착이 완료되면 온도검출센서를 이용하여 FEM의 표면온도를 검출하는 단계(S110);
    검출된 FEM의 표면온도에 대응되는 역변형 구배를 확인하고 설정하는 단계(S120);
    역변형 구배 설정이 완료되면 상기 컨트롤러(500)는 해당 역구배값만큼 냉각지그에 설치된 다수의 파지구를 구동시켜 강제로 역변형시키는 단계(S130);
    강제 역변형이 완료되면, 컨트롤러(500)는 냉각공기를 분출시켜 FEM을 강제냉각시키는 단계(S140);
    강제 냉각에 따라 FEM의 표면온도가 20-30℃에 이르면 냉각을 종료하고 FEM을 탈거한 후 자연냉각시키는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도검출센서(400)는 비접촉식으로 FEM의 표면온도를 측정할 수 있는 적외선 온도검출센서인 것을 특징으로 하는 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러(500)는 마이크로프로세서로서 상기 온도검출센서(400)가 연결되어 검출한 FEM의 표면온도를 수신하며, 수신한 온도정보를 임시저장하는 메모리부(800)를 포함하고, 사출 후 FEM의 표면온도별 후변형 정보(방향, 기울기)를 데이터베이스화한 후변형정보DB(600)가 더 연결되며, 온도검출센서(400)가 FEM의 표면온도를 검출하면 해당 표면온도에 대응되는 후변형정보를 후변형정보DB(600)에서 찾아 그와 반대방향으로 강제로 부여할 역구배값을 산출하고 설정하는 역구배산출부(700)가 더 연결된 것을 특징으로 하는 캐리어 어셈블리 FEM 제조용 냉각지그를 이용한 후변형 방지방법.
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