KR20210067799A - 하이브리드 카울크로스바 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 카울크로스바의 제조공정 간소화 및 카울크로스바의 강성 확보를 위하여 사출성형시에 금속제 파이프 내에 수압을 적용하지 않고 인서트사출하는 개량된 방법을 통해 제조된 하이브리드 카울크로스바에 관한 발명이다. 본 발명의 한 측면에 따르면, 카울크로스바 자재인 금속제 파이프의 내부에 보강재가 삽입된다. 금속제 파이프는 기존의 카울크로스바와 같이 알루미늄, 마그네슘, 스틸 등의 재료로 제작될 수 있다. 보강재는 합성수지나 복합재료(예를 들어, PP+GF50%)로 압출하여 제작될 수 있다. 보강재의 내측에는 금속제 파이프의 인서트사출시 사출압에 대한 내압력을 증대시키고 강성을 확보하기 위한 리브가 형성될 수 있다.

Description

하이브리드 카울크로스바 및 그 제조방법 {Hybrid cowl cross bar and its manufacturing method}
본 발명은 하이브리드 카울크로스바(cowl cross bar)에 관한 것으로, 구체적으로는, 강성이 보강된 구조의 하이브리드 카울크로스바 및 간소화된 공정의 제조 방법에 관한 것이다.
카울크로스바(cowl cross bar)는 자동차 콕핏(cockpit) 모듈의 일부품으로 스티어링축, 인스트루먼트 패널, 공조시스템, 에어백, 오디오 등의 콕핏 전장 부품을 안내, 지지하는 역할을 한다. 또한, 자동차의 좌우방향의 휘어짐이나 뒤틀림을 방지하고 차체의 내구성을 높이기 위한 골격으로, 콕핏 전장 부품들이 장착되는 안내면을 제공하고 정면충돌시 승객의 안전을 보호한다.
카울크로스바는 알루미늄, 마그네슘, 스틸 등의 금속제 파이프를 사용하거나 합성수지나 복합재료를 사출하여 제작된다. 최근에는 원가절감과 경량화를 위해 복합재료나 혼성 재질을 사용한 하이브리드 재료로 제작된다.
도 1에 하이브리드 타입 카울크로스바를 예시하였다. 예시한 하이브리드 카울크로스바의 제조공정은 다음과 같다. 원하는 형상으로 알루미늄 파이프를 벤딩하고 금형 내에 인서트한다. 파이프 위에 합성수지를 사출하기 전에 수압으로 파이프 내측을 팽창시킨다(하이드로포밍). 이때의 적용 수압은 약 600~900bar이다. 그리고 파이프 외측에 인서트 사출을 진행한다. 이때의 사출압은 약 1300bar이다.
이상의 제조공정 중에, 알루미늄 파이프의 내부에 수압을 적용하는 이유는 상기 인서트 사출시에 사출압에 의해 알루미늄 파이프에 변형이 발생하여 치수가 변동되고 사출 누액이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 도 2에 사출누액의 사례를 예시하였다(좌측). 그리고 도 2에 파이프의 각 부분의 압력 불균일을 나타내었다.
이와 같이 종래에는 하이드로포밍 공정에 의해서 카울크로스바 제작 공정수가 많고 하이드로포밍이 가능한 사출설비를 구축해야 하는 등 비용이 과다 발생한다. 그렇다고 하여 수압을 미적용시에는 파이프에 변형이 과도하게 발생한다.
하이브리드 카울크로스바의 제조공정 간소화 및 카울크로스바의 강성 확보를 위하여 사출성형시에 금속제 파이프 내에 수압을 적용하지 않고 인서트사출하는 개량된 방법을 통해 제조된 하이브리드 카울크로스바를 제안하여 상술한 문제점을 해소하고자 한다.
상기 과제의 해결을 위한 본 발명의 한 측면에 따르면, 카울크로스바 자재인 금속제 파이프의 내부에 보강재가 삽입된 하이브리드 카울크로스바가 제공된다. 상기 금속제 파이프는 기존의 카울크로스바와 같이 알루미늄, 마그네슘, 스틸 등의 재료로 제작될 수 있다. 보강재는 합성수지나 복합재료(예를 들어, PP+GF50%)로 압출하여 제작될 수 있다.
상기 보강재의 내측에는 금속제 파이프의 인서트사출시 사출압에 대한 내압력을 증대시키고 강성을 확보하기 위한 리브가 형성될 수 있다. 리브는 십자형, 일자형 또는 삼각형, 사각형 등의 다각형 또는 부정형 등 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
또한 상기 과제의 해결을 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속제 파이프를 준비하는 단계; 보강재를 준비하는 단계; 준비된 금속제 파이프의 내측에 보강재를 삽입하여 반제품 카울크로스바를 제작하는 단계; 상기 반제품 카울크로스바를 금형 내에 인서트하는 단계; 및 금형 내에서 파이프 외측에 인서트 사출을 진행하는 단계를 포함하는 하이브리드 카울크로스바 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 보강재는 그 내부 형태에 따라 사출, 압출 성형이나 절삭 가공 등으로 제작할 수 있다. 그리고 상기 금속제 파이프에 삽입된 보강재는 접착제 또는 기타 체결수단에 의해 고정될 수 있다.
이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 하이브리드 카울크로스바에 필요했던 하이드로포밍 공정이 배제되어 제작 공정수가 적어지고 하이드로포밍 설비가 필요없게 되어 비용이 절감되면서도, 카울크로스바의 강성이 증대되어 NVH 강성, 충돌 강성, 쳐짐 강성이 모두 향상된다.
도 1은 하이브리드 타입 카울크로스바의 예시도
도 2는 종래의 하이브리드 타입 카울크로스바의 문제점 설명도
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 카울크로스바의 분해도
도 4는 보강재(20)의 횡단면도
도 5는 금속제 파이프(10) 내에 보강재(20)가 삽입된 반제품 카울크로스바의 외관도
도 6은 본 발명에 따라 제조되어 최종 조립된 하이브리드 카울크로스바 제품의 예시도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용된 '포함한다(comprise)' 또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 카울크로스바의 분해구성도이다.
금속제 파이프(10)의 내부에 파이프 또는 봉 형태의 보강재(20)가 삽입되어 있다. 금속제 파이프(10)는 기존의 카울크로스바와 같이 알루미늄, 마그네슘, 스틸 등의 재료로 제작된다. 보강재(20)는 합성수지나 복합재료(예를 들어, PP+GF50%)로 압출하여 제작된다.
이와 같이 보강재(20)를 금속제 파이프(10) 내측에 삽입하는 복층 구조로 제작하면 금속제 파이프(10)의 동일한 사양 기준으로 두께나 직경의 축소가 가능해져, 원가절감, 경량화, 설계 유연성 증가 등의 부수적 효과도 얻을 수 있다.
도 4는 보강재(20)의 횡단면도이다.
압출 파이프 내에 십자형(十) 리브(30)를 적용하여 금속제 파이프(10)의 인서트사출시 사출압에 대한 내압력을 증대시키고, 카울크로스바 제조후 실차 적용시에 차량 충돌 및 처짐 등에 대한 강성을 확보할 수 있다.
도 4에 나타낸 리브(30)는 십자형이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 보강재(20)의 강성을 증대하기 위한 목적 달성을 위하여 리브(30)는, 간단하게는 일자형(一)에서 삼각형, 사각형 등의 다각형, 그리고 부정형(별형태, 타원형)에 이르기까지 다양한 형상으로 제작할 수 있다.
도 5는 금속제 파이프(10) 내에 보강재(20)가 삽입되어 있는 상태의 반제품 카울크로스바를 나타낸다. 여기서 '반제품 카울크로스바'의 의미는 이 상태로 인서트 사출을 위한 금형에 투입하여 인서트사출을 실시하기 위한 전 단계의 제품이라는 뜻이다. 이 반제품 카울크로스바를 금형에 투입한 후에 종래의 공정에서 필요했던 수압 적용 하이드로포밍 공정을 실시하지 않고 곧바로 합성수지의 인서트 사출을 실시한다.
도 6은 본 발명에 따라 제조되어 최종 조립된 하이브리드 카울크로스바 제품의 예시도이다. 인서트 사출된 크로스바에 각종 필요한 브라켓이나 서프트 등이 조립되어 있다.
본 발명에 따르면 NVH(noise, vibration, harshness) 강성(A), 충돌 강성(B), 쳐짐 강성(C)이 모두 향상된다. 그러나 이러한 강성의 향상을 위해서 원가가 상승하고 공정이 복잡화되는 것이 아니라, 오히려 하이드로포밍 공정이 배제되므로 공정측면의 원가가 감소하고 공정이 간소화된다.
이하, 하이브리드 카울크로스바의 인서트 사출 제조공정을 종합적으로 설명한다.
먼저, 금속제 파이프(10)를 준비한다. 금속 재료로는 알루미늄, 마그네슘, 스틸 등의 재료를 사용할 수 있다.
보강재(20)를 준비한다. 보강재(20)로는 강성이 우수한 합성수지나 복합재료(예를 들어, PP+GF50%)를 사용할 수 있다. 보강재(20)는 그 내부 형태에 따라 사출, 압출 성형이나 절삭 가공 등으로 제작할 수 있다.
준비된 금속제 파이프(10)의 내측에 보강재(20)를 삽입한다. 냉간 삽입 또는 열간 삽입이 가능할 것이며, 어느 삽입법을 실시하느냐에 따라 금속제 파이프(10)와 보강재(20)의 치수 및 간극이 결정될 것이다. 또한 금속제 파이프(10)와 보강재(20) 사이에 접착제를 사용할지 또는 체결수단(예를 들어, 스크류 등)을 사용할지 여부는 당업자의 설계 사양에 따라 결정될 것이다.
이와 같이 제작된 반제품 카울크로스바를 금형 내에 인서트한다.
그리고 금형 내에서 파이프 외측에 인서트 사출을 진행한다. 이 때 수압으로 파이프 내측을 팽창시키는 하이드로포밍은 불필요하다. 따라서 종래에 적용되었던 약 1300bar의 사출압은 약 1000bar 미만 또는 그 이하인 수백 bar로 감소된다.
이후에, 보압 등의 공정을 거친 후 금형을 열고(형개) 성형된 제품을 인출하여, 스티어링 칼럼, 브라켓, 서포트 등의 필요부품을 조립한다. 그리고 고노게이지 등의 측정기를 사용하여 최종 검사를 실시하여, 하이브리드 카울크로스바 완제품을 출시한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 금속제 파이프, 20: 보강재, 30: 리브, A: NVH 강성, B: 충돌 강성, C: 쳐짐 강성

Claims (11)

  1. 금속제 파이프; 및
    상기 금속제 파이프의 내부에 삽입된 보강재를 포함하는 하이브리드 카울크로스바.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보강재는 합성수지 및 복합재료 중 적어도 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복합재료는 PP+GF50%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보강재의 내측에는 상기 금속제 파이프의 인서트사출시 사출압에 대한 내압력을 증대시키고 강성을 확보하는 리브가 포함되는 하이브리드 카울크로스바.
  5. 제4항에 있어서, 상기 리브는 십자형인 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  6. 금속제 파이프; 및
    상기 금속제 파이프의 내부에 삽입된 보강재를 포함하되,
    상기 보강재의 내측에는 상기 금속제 파이프의 인서트사출시 사출압에 대한 내압력을 증대시키고 강성을 확보하는 리브가 포함되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보강재는 합성수지 및 복합재료 중 적어도 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복합재료는 PP+GF50%인 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바.
  9. 금속제 파이프와, 이 금속제 파이프 내에 삽입될 보강재를 준비하는 단계;
    준비된 상기 금속제 파이프의 내측에 상기 보강재를 삽입하여 반제품 카울크로스바를 제작하는 단계;
    상기 반제품 카울크로스바를 금형 내에 인서트하는 단계; 및
    금형 내에서 파이프 외측에 인서트 사출을 진행하는 단계를 포함하는 하이브리드 카울크로스바 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보강재 준비 단계에서, 상기 보강재는 사출 성형, 압출 성형, 및 절삭 가공 중 하나의 방식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 카울크로스바 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 금속제 파이프에 상기 보강재를 삽입하는 단계는
    상기 금속제 파이프에 삽입된 보강재를 체결수단에 의해 고정하는 단계를 ?l함하는 하이브리드 카울크로스바 제조방법.
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