KR20200079015A - 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법 - Google Patents

이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘 판재를 이용하여 자동차용 부품을 제조하는 방법에 있어서, 평판 형태의 마그네슘 판재를 제1금형에 올려놓는 배치단계; 대기위치에 있는 이동식 가열기가 상기 마그네슘 판재의 상면과 마주보는 위치로 이동한 후에, 상기 마그네슘 판재와 상기 제1금형을 복사열에 의하여 소정 온도까지 가열하는 가열단계; 가열을 완료한 이동식 가열기가 대기위치로 이동한 후에, 제1금형에 올려진 마그네슘 판재를 프레스 성형하는 성형단계; 및 성형된 마그네슘 판재를 제1금형에서 제2금형으로 이동시킨 후에, 상기 마그네슘 판재에 소정의 구멍을 형성하는 피어싱단계;를 포함한다.

Description

이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법{Fabrication method of magnesium part for vehicle using movable heater}
본 발명은 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 가볍고 내구성이 우수한 마그네슘을 이용하여 자동차용 부품을 제조하는 방법에 대한 것이다.
자동차에서 윈도우 레귤레이터는 자동차의 도어판넬에 설치되어 윈도우를 상하방향으로 승강시키는 것이다. 이러한 윈도우 레귤레이터(10)에는 도 1에 도시된 바와 같이 자동차의 도어판넬에 상하방향으로 길게 배치되는 가이드레일(11)과, 상기 가이드레일(11)에 슬라이드 가능하게 설치되며 자동차의 도어용 윈도우가 장착되는 캐리어 플레이트(12)와, 구동모터(13)에 의하여 동력을 전달받아 순환괘적 운동을 하고 일부가 상기 캐리어 플레이트(12)에 고정되어 상기 캐리어 플레이트(12)를 승하강시킬 수 있는 와이어(14)를 포함하여 구성된다.
이러한 윈도우 레귤레이터(10)에서, 캐리어 플레이트(12)는 통상적으로 플라스틱 소재로 이루어지고 있으나, 가이드 레일(11)은 캐리어 플레이트(12)에 대한 가이드 역할을 수행하고 있으므로 충분한 강성을 가져야 하므로 철로 이루어지는 것이 일반적이다.
구체적으로는 가이드 레일(11)은 철로 이루어져 있게 되는데, 이러한 철은 성형성이 좋으면서도 강도가 우수한 장점을 가지고 있게 된다. 그러나 철로 이루어지는 가이드 레일은 그 무게가 무겁기 때문에, 전체적으로 차량의 중량을 늘리는 요인이 되고 있으며, 이에 따라서 전체적인 차량의 경량화를 이루는데 있어서 방해요인으로 작용하고 있는 실정이다.
한편, 가이드 레일(11)의 경량화를 위하여 플라스틱 소재를 이용하여 가이드 레일을 제작하는 일도 있으나, 플라스틱 소재의 특성상 강도가 약해서 널리 활용되고 있지 못하고 있는 실정이다.
한편, 최근에는 마그네슘을 이용하여 가이드 레일을 제작하려는 시도가 있다. 마그네슘은 가벼우면서도 강도가 우수하여 가이드 레일로 제작이 된다면 철보다 우수한 특성을 가질 수 있으나, 마그네슘의 특성상 성형성이 좋지 않다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 더욱 상세하게는 가벼우면서도 강도가 높은 마그네슘 소재를 이용하여 기존의 철로 이루어진 자동차용 부품을 대체할 수 있도록 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법은, 마그네슘 판재를 이용하여 자동차용 부품을 제조하는 방법에 있어서,
평판 형태의 마그네슘 판재를 제1금형에 올려놓는 배치단계;
대기위치에 있는 이동식 가열기가 상기 마그네슘 판재의 상면과 마주보는 위치로 이동한 후에, 상기 마그네슘 판재와 상기 제1금형을 복사열에 의하여 소정 온도까지 가열하는 가열단계;
가열을 완료한 이동식 가열기가 대기위치로 이동한 후에, 제1금형에 올려진 마그네슘 판재를 프레스 성형하는 성형단계;
성형된 마그네슘 판재를 제1금형에서 제2금형으로 이동시킨 후에, 상기 마그네슘 판재에 소정의 구멍을 형성하는 피어싱단계;를 포함한다.
상기 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법에서,
구멍이 형성된 마그네슘 판재의 주변부를 잘라내는 트리밍단계가 더 포함된다.
상기 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법에서,
상기 이동식 가열기는 상기 마그네슘 판재의 온도를 200 ~ 250℃까지 가열할 수 있다.
상기 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법에서,
상기 제1금형은,
상면에 마그네슘 판재가 올려지는 성형면을 가지는 금형본체;
상기 금형본체에서 마그네슘 판재가 올려지는 성형면의 직하방에 배치되며, 상기 금형본체 내에 마련되는 히팅수단; 및
상기 금형본체의 하측에 밀착배치되며 금형본체의 열이 하측으로 전달되지 않도록 단열시키는 단열체;를 포함할 수 있다.
상기 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법은,
상기 금형본체에서,
측면을 관통하는 다수의 공간부가 상기 히팅수단의 주변에 마련될 수 있다.
본 발명은 성형을 위한 제1금형에 마그네슘 판재를 올려둔 상태에서 이동식 가열기에 의하여 가열하고, 곧바로 프레스 가공을 수행함으로서 쉽고 간편하게 마그네슘 자동차용 부품을 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이동식 가열기가 마그네슘 판재와 함께 성형용 제1금형을 함께 가열하도록 구성되어 있어서, 가열된 성형용 금형이 마그네슘 판재가 냉각되는 것을 손쉽게 억제할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 윈도우 레귤레이터를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 윈도우 레귤레이터의 가이드 레일의 전면 사시도.
도 3은 도 2의 가이드 레일의 배면 사시도.
도 4는 본 발명의 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법의 블록도.
도 5는 도 4의 제조방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 6은 마그네슘 부품을 제조하기 위해 사용되는 제1금형의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 자동차용 부품은 윈도우 레귤레이터에 사용되는 가이드 레일(20)을 포함하고 있는데, 이러한 가이드 레일(20)에 대한 도면은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같다.
구체적으로 가이드 레일(20)은, 전체적으로 얇은 두께의 직사각형 바의 형태로 이루어지되, 얇은 두께이면서도 강성을 충분하게 가질 수 있도록 다수의 요철(볼록면과 오목면)을 형성하고 있게 된다.
이러한 가이드 레일(20)에는, 상단과 하단에 와이어의 위치를 가이드 하는 풀리가 장착되는 풀리공(21)이 마련되어 있으며, 중간에는 와이어를 감고 있는 드럼이 삽입되는 중앙공(22)이 형성되어 있게 된다.
이러한 가이드 레일(20)은 마그네슘 소재로 이루어져 있어서, 가벼우면서도 철과 같은 정도의 강성을 가질 수 있게 된다.
한편, 종래기술과 같이 철을 소재로 가이드 레일(20)을 제작하는 경우에 상온에서 프레스 가공하고 피어싱 및 트리밍 공정을 거치게 된다. 특히, 소재로서 철은 연성이 우수하기 때문에 다양한 곡면을 제작하는데 있어서 별 어려움이 없이 원하는 가공할 수 있게 된다.
이에 반해서 마그네슘은 상온에서는 프레스 성형이 어려워서 고온으로 가열한 후에 프레스를 통한 가공이 된다는 특징이 있다. 따라서 마그네슘을 이용하여 가이드 레일(20)을 제작하기 위해서는 마그네슘 판재(20a)를 가열해야 한다.
이러한 특징을 가지는 마그네슘 판재(20a)를 이용하여 가이드 레일(20)을 제작하는 방식을 도 4 내지 도 6을 통해서 설명한다.
본 발명의 제조방법은, 배치단계(S1), 가열단계(S2), 성형단계(S3), 피어싱 단계(S4) 및 트리밍 단계(S5)로 이루어진다.
먼저, 배치단계(S1)는 평판 형태의 마그네슘 판재(20a)를 제1금형(30)에 올려놓는 단계이다. 구체적으로는 마그네슘 평판(미도시)을 블랭킹(Blanking)에 의하여 소정의 크기로 제작하여 마그네슘 판재(20a)를 얻은 후에, 이 마그네슘 판재(20a)를 프레스 성형을 위한 제1금형(30)에 올려두게 된다. 이때, 제1금형(30)의 상면에는 최종 가이드 레일(20)의 형상에 맞게 소정형상의 굴곡면(성형면(301))이 마련되어 있으며, 상기 마그네슘 판재(20a)는 성형면(301)에 접촉되도록 배치되어 있게 된다.
상기 가열단계(S2)는 대기위치에 있는 이동식 가열기(40)가 상기 마그네슘 판재(20a)의 상면과 마주보는 위치(가열위치)로 이동한 후에, 상기 마그네슘 판재(20a)와 상기 제1금형(30)을 복사열에 의하여 소정 온도까지 가열하는 것이다.
이때, 이동식 가열기(40)는 대기위치와 가열위치 사이를 이동가능한 구조를 가지고 있으며, 하방을 향하여 복사열을 방출하도록 구성되어 있게 된다. 구체적으로 이동식 가열기(40)에는 하측으로 복사열을 방출하는 할로겐 램프(미도시)가 마련되어 있어서 전기가 가해지는 경우 할로겐 램프가 발열하면서 고온의 복사열을 하측으로 방출할 수 있도록 구성되어 있게 된다.
이러한 이동식 가열기(40)는 대기위치에는 할로겐 램프가 꺼져 있으며, 가열위치로 이동시에는 할로겐 램프가 커지게 됨으로서 복사열을 하방향으로 방출하게 된다.
가열단계(S2)에서는 마그네슘 판재(20a)가 제1금형(30)의 상면에 올려진 후에 기존에 대기위치에 놓여져 있는 이동식 가열기(40)는 상기 마그네슘 판재(20a) 측(가열위치)으로 이동하게 되고, 마그네슘 판재(20a)의 상측에 위치한 후에는 할로겐 램프가 켜지게 됨으로서 복사열을 하방향으로 방출하게 되고, 이에 따라서 마그네슘 판재(20a)와 제1금형(30)이 함께 가열된다.
이때 할로겐 램프에 의하여 마그네슘 판재(20a)가 가열되는 온도는 200 ~ 250 ℃로서, 고온으로 가열된 마그네슘 판재(20a)는 프레스 성형에 알맞은 상태에 놓이게 된다.
본 발명에서는 이동식 가열기(40)가 제1금형(30)까지 가열하게 됨으로서, 이동식 가열기(40)가 제거된 후에도 마그네슘 판재(20a)는 쉽게 냉각되지 않고 최대한 고온의 상태를 유지할 수 있도록 구성된다. 즉, 마그네슘 판재(20a)에 의하여 가려지지 않는 금형을 고온으로 가열함과 동시에 마그네슘 판재(20a)의 하측부분도 가열을 수행하게 된다.
성형단계(S3)는 가열을 완료한 이동식 가열기(40)가 대기위치로 이동한 후에, 제1금형(30)에 올려진 마그네슘 판재(20a)를 프레스 성형하는 단계이다.
구체적으로 이동식 가열기(40)가 마그네슘 판재(20a)를 고온의 상태로 가열한 후에는 상기 이동식 가열기(40)가 대기위치로 이동하게 된다. 이때, 제1금형(30)의 상부에는 제1상금형(35)이 마련되어 있어서 상기 이동식 가열기(40)가 제거되어 대기위치로 이동한 후에는, 상기 제1상금형이 하측으로 이동하면서 고온의 마그네슘 판재(20a)를 소정의 형상을 프레스 성형하게 된다. 한편, 제1상금형(35)은 상기 제1금형(30)과 결합됨으로서 그 내부에 소정의 캐비티를 가지고 있는데, 상기 캐비티는 얻고자 하는 가이드 레일(20)의 전체형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다.
피어싱 단계(S4)는 성형된 마그네슘 판재(20a)를 제1금형(30)에서 제2금형(50)으로 이동시킨 후에, 상기 마그네슘 판재(20a)에 소정의 구멍을 형성하는 것이다. 구체적으로 가이드 레일(20)에 필요한 다수의 구멍, 예를 들어 풀리공(21) 및 중앙공(22)을 형성하기 위하여 마그네슘 판재(20a)는 제1금형(30)에서 소정의 흡착수단(미도시)에 의하여 제2금형(50)으로 이동하게 되고, 제2금형(50)의 상면에 올려지게 된다.
이때, 제2금형(50)의 상면에는 소정의 요홈(501)이 형성되어 있게 되며, 제2상금형(51)에는 소정의 펀칭핀(511)이 형성되어 있게 되어, 제2상금형(51)이 제2금형(50)에 맞물리면서 제2금형(50)의 상면에 형성된 마그네슘 판재(20a)에 소정의 구멍을 형성할 수 있게 된다.
상기 트리밍 단계(S5)는 구멍이 형성된 마그네슘 판재(20a)의 주변부를 잘라내는 것이다. 이러한 트리밍 단계는 제2금형(50)에서 구멍이 형성된 마그네슘 판재(20a)를 제3금형(60)으로 이동시킨 후에, 상기 제3금형(60)에서 마그네슘 판재(20a)의 주변부를 잘라냄으로서 원하는 형상의 가이드 레일(20)(도 2, 3)을 얻을 수 있게 된다.
제3금형(60)의 상면에 소정의 커팅홈(601)이 형성되어 있게 되고, 제3금형(60)의 상면에 형성된 제3상금형(61)에는 커팅날(611)이 형성되어 있어서, 제3상금형(61)이 제3금형(60)에 맞물림으로서 인하여 커팅날(611)이 커팅홈(601)에 삽입되게 되고, 이 과정에서 마그네슘 판재(20a)의 가장자리의 불필요한 부분을 커팅하게 되는 것이다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따르면 다음과 같은 장점을 가지게 된다.
먼저, 본 발명은 이동식 가열기(40)가 성형을 위한 제1금형(30)의 상면까지 이동하여 상기 제1금형(30)의 상면에 올려진 마그네슘을 가열한 후에 바로 제거되고, 제1금형(30)에서 마그네슘 판재(20a)를 제거함에 없이 바로 제1상금형(35)을 하강시켜 마그네슘 판재(20a)를 성형할 수 있게 구성됨으로서, 마그네슘 판재(20a)의 온도저하가 방지되고 이에 따라서 마그네슘 판재(20a)의 온도 저하에 따른 성형불량의 문제를 해결할 수 있다.
특히, 이동식 가열기(40)는 마그네슘 판재(20a)와 제1금형(30)을 동시에 가열하게 되고 이에 따라서 이동식 가열기(40)가 제거되어도 제1금형(30)이 충분한 온도로 가열된 상태에 놓여져 있기 때문에, 마그네슘 판재(20a)가 급속하게 냉각되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 제1금형(30)은 도 6과 같은 구조를 가질 수 있다.
구체적으로 제1금형(30)은 금형본체(31), 히팅수단(32) 및 단열체(33)를 포함한다.
상기 금형본체(31)는 대략 사각박스형태로 이루어지는 것으로서, 상면에는 성형면(301)이 형성되어 있게 된다. 구체적으로 금형본체(31)는 금속소재로 이루어지되, 상면에는 가이드 레일(20)과 대응되는 형상을 가지는 성형면(301)이 형성되어 있게 된다.
성형면(301)은 금형본체(31)의 상면 중앙에 형성되어 있게 되는데, 마그네슘 판재(20a)는 상기 성형면(301)의 상면에 안착될 수 있도록 구성된다.
상기 히팅수단(32)은, 복수의 열선으로서 금형본체(31)를 소정의 온도(예를 들어 100℃)까지 가열시키는 수단이다. 제1금형(30)이 이동식 가열기(40)에 의하여 가열되고 있기는 하지만, 얇은 박판의 마그네슘 판재(20a)와 달리 쉽게 가열되지 않을 수 있는 바, 금형본체(31)는 미리 예열되어 있는 것이 좋다.
본 발명에서는 히팅수단(32)이 금형본체(31)의 전체에 걸쳐서 형성되어 있는 것이 아니라 마그네슘 판재(20a)가 올려지는 성형면(301)의 직하방에만 위치하고 있는 것이 좋다. 이러한 히팅수단(32)은 열선으로서 소정의 전기적 접속수단에 연결되어 가열되도록 구성된다.
한편, 금형본체(31)에는 측면을 관통하는 다수의 공간부(311)가 형성되어 있는 것이 좋다. 그 이유는 금형본체(31)의 부피가 큰 경우 히팅수단(32)에 의하여 가열시켜야 하는 체적이 커져서 히팅수단(32)이 쉽게 금형본체(31)를 가열하기 어려운 일이 있게 되는데, 이를 방지하기 위하여 최소한의 체적을 가지도록 금형본체(31)에 다수의 빈공간을 마련해두게 된다. 한편, 마그네슘이 고온의 상태에서는 쉽게 변형이 되기 때문에 금형본체(31)의 강도가 클 필요가 없다는 점을 고려한다면 다수의 공간부(311)를 형성하더라도 성형과정에서 금형본체(31)가 변형될 염려는 없게 된다.
상기 단열체(33)는, 상기 금형본체(31)의 하측에 밀착배치되는 것으로서, 금형본체(31)의 열이 하측의 작업대(34)에 전달되는 것을 방지하는 것이다. 통상적으로 제1금형(30)의 하측에는 제어수단을 포함한 각종 기계장치가 마련될 수 있는데, 고온의 열이 제1금형(30)으로부터 하측의 작업대(34) 측으로 전달되는 경우 기계장치 등이 손상될 염려가 있는 바, 금형본체(31)의 하측에 단열체(33)를 마련하여 제1금형(30)의 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있게 된다. 이러한 단열체(33)는 금형본체(31)의 하면 전체에 접촉하도록 설치하는 것이 좋다.
상기 단열체(33)는 다양한 소재로 적용될 수 있으며, 세라믹 소재가 사용되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 제조방법은 위 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시예에서는 피어싱과 트리밍이 각각 별개의 금형에서 수행되는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 피어싱과 트리밍이 단일의 금형에서 수행되는 것도 가능하다.
즉, 제2금형(50)에서 피어싱과 트리밍이 동시에 수행되는 것이 가능하다. 다만, 구멍을 뚫는 공정이 트리밍과 동시에 하기 어려운 경우에는 분리되어 수행될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 제1금형(30)에 히팅수단(32)을 마련하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1금형(30)의 체적이 작은 경우에는 히팅수단(32)이 없는 것도 가능하다. 다만, 히팅수단(32)이 없는 경우에는 마그네슘 판재(20a)의 냉각을 고려하여 가열온도 250℃ 이상, 즉, 280℃ 로 가열하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 실시예에서는 제1금형(30)의 성형면(301)이 가이드 레일(20)의 형상과 대응되는 형상을 가지는 것이 예시되었으나, 마그네슘 판재(20a)가 가열된 후에 냉각되는 과정에서 수축되는 것을 고려하여 성형면(301)이 얻고자 하는 가이드 레일(20)보다 다소 큰 크기(예를 들어 0.3% scale)를 가지는 것도 가능하며, 수축과정에서 곡면이 완만해지는 것도 고려하여 가이드 레일(20)의 곡면보다 다소 큰 곡률반경을 가지도록 하는 것도 좋다.
이상에서 다양한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 권리범위로부터 합리적으로 해석될 수 있는 것이라면 무엇이나 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 당연하다.
20...가이드 레일 20'...마그네슘 판재
21...풀리공 22...중앙공
30...제1금형 301...성형면
31...금형본체 311...공간부
32...히팅수단 33...단열체
34...작업대 35...제1상금형
40...이동식 가열기 50...제2금형
501...요홈 51...제2상금형
511...펀칭핀 60...제3금형
601...커팅홈 61...제3상금형
611...커팅날

Claims (5)

  1. 마그네슘 판재를 이용하여 자동차용 부품을 제조하는 방법에 있어서,
    평판 형태의 마그네슘 판재를 제1금형에 올려놓는 배치단계;
    대기위치에 있는 이동식 가열기가 상기 마그네슘 판재의 상면과 마주보는 위치로 이동한 후에, 상기 마그네슘 판재와 상기 제1금형을 복사열에 의하여 소정 온도까지 가열하는 가열단계;
    가열을 완료한 이동식 가열기가 대기위치로 이동한 후에, 제1금형에 올려진 마그네슘 판재를 프레스 성형하는 성형단계;
    성형된 마그네슘 판재를 제1금형에서 제2금형으로 이동시킨 후에, 상기 마그네슘 판재에 소정의 구멍을 형성하는 피어싱단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법.
  2. 제1항에있어서,
    구멍이 형성된 마그네슘 판재의 주변부를 잘라내는 트리밍단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동식 가열기는 상기 마그네슘 판재의 온도를 200 ~ 250℃까지 가열하는 것을 특징으로 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1금형은,
    상면에 마그네슘 판재가 올려지는 성형면을 가지는 금형본체;
    상기 금형본체에서 마그네슘 판재가 올려지는 성형면의 직하방에 배치되며, 상기 금형본체 내에 마련되는 히팅수단; 및
    상기 금형본체의 하측에 밀착배치되며 금형본체의 열이 하측으로 전달되지 않도록 단열시키는 단열체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금형본체에서,
    측면을 관통하는 다수의 공간부가 상기 히팅수단의 주변에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 이동식 가열기를 이용한 자동차용 마그네슘 부품의 제조방법.
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