KR20220055261A - 전기 자동차 서브 프레임 체결용 파이프 볼트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자동차의 차체 하부에 서브 프레임을 체결하는 파이프 볼트의 제조방법에 관한 것으로, 봉 형태의 강재를 냉간단조 성형한 후 롤링다이스에서 나사산을 형성하여 파이프 볼트를 제조하는 본 발명에 따르면 합금강을 이용하여 고강도이면서도 정밀한 치수로 성형이 가능하고 경량한 구조의 파이프 볼트를 제조할 수 있어 전기자동차에 적용이 가능하다.

Description

전기 자동차 서브 프레임 체결용 파이프 볼트의 제조방법{Method for forging pipe-bolt connected subframe for electric vehicles }

본 발명은 전기 자동차의 차체 하부에 서브 프레임을 체결하는 파이프 볼트의 제조방법에 관한 것이다.

환경문제가 전 세계적인 이슈로 대두됨에 따라, 산업전반에서 화석원료 사용을 줄이기 위한 다양한 활동이 전개되고 있는데, 자동차 산업에서도 배기가스나 대기 오염물질을 배출하지 않아 환경 친화적인 전기자동차에 대한 수요 및 연구가 급격하게 증가하고 있다.

전기자동차는 배터리에 저장된 전기에너지로 모터를 구동하여 주행함에 따라 엔진, 변속기와 같은 복잡한 동력전달계통이 필요 없고, 또한 엔진의 열을 식히기 위한 냉각장치나 오염물질 배출을 완화하기 위한 정화장치 등이 장착될 필요가 없어 내연기관 자동차와 비교하여 현저히 작은 수의 부품으로 제조된다.

또한, 이와 같은 전기자동차에 사용되는 부품은 주행 시 보다 작은 에너지를 소모하도록 경량이면서도 내구성도 함께 요구됨에 따라, 고강도의 소재를 정밀한 치수로 성형이 필요하다.

한편, 자동차에는 충돌 시 충격에너지를 분산하기 위하여 서브 프레임(Subframe)이 차체 하부에 장착되는데, 이와 같은 서브 프레임을 차체에 체결하도록 도 1과 같은 파이프 볼트가 사용되고 있다.

이와 같은 파이프 볼트를 전기자동차에 사용하기 위해서는, 다수 배터리의 탑재로 서브 프레임의 체결부위에 집중되는 응력을 지탱할 수 있도록 강한 내구성과 함께 상술한 바와 같이 경량으로 제조되어야 한다.

하지만, 종래 파이프 볼트는 절삭이나 금속분말의 소결을 통하여 제조되고 있는데, 절삭가공의 경우 절삭에 의한 재료손실이 발생함은 물론, 절삭 시 금속 결정입자가 일 방향으로 형성하는 단류선의 절손이 발생하여 내충격성이 약하고, 분말 소결의 경우 정밀한 성형이 가능하다는 장점은 있으나, 고가의 장비가 요구되고 강도와 내구성이 저하되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2005-0094490호 (발명의 명칭: 차량의 서브프레임 고정장치)

따라서, 본 발명은 종래 파이프 볼트를 전기자동차에도 사용이 가능하도록 창안된 것으로, 강도가 우수하면서도 정밀한 치수로 성형이 가능한 파이프 볼트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 전기 자동차 서브 프레임 체결용 파이프 볼트의 제조방법은 봉 형태의 강재를 설정된 길이로 절단하는 단계, 절단된 상기 강재를 냉간단조하여 파이프 몸체부, 플렌지, 나사 몸체부로 성형하는 단계, 상기 나사 몸체부에 나사산이 형성되도록 롤링다이스의 가동다이스와 고정다이스 사이에서 압축롤링하는 단계를 포함하되, 상기 냉간단조하여 파이프 몸체부, 플렌지, 나사 몸체부로 성형하는 단계는 절단된 상기 강재를 제1 금형에서 가압하여 하단에 나사몸체부가 형성되는 제1 성형물을 성형하는 단계, 상기 제1 성형물을 제2 금형에서 가압하여 상단에 파이프몸체부가 형성되는 제2 성형물을 성형하는 단계, 및 상기 제2 성형물을 제3 금형에서 가압하여 파이프 몸체부의 일측에 플렌지가 형성되는 제3 성형물을 성형하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 합금강을 이용하여 단류선의 절손이 없어 고강도이면서도 정밀한 치수로 성형이 가능하여 경량한 구조의 파이프 볼트를 제조할 수 있어 전기자동차에 적용이 가능하다.

도 1은 서브 프레임을 차체에 결합시키는 파이프 볼트의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파이프 볼트의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 각각의 제조단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 파이프 볼트의 나사 몸체부에 나사산을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "형성되어", "포함되어", "결합되어", "고정되어" 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성, 포함, 결합 또는 고정되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 파이프 볼트(100)를 도시한 사시도로, 도 1을 참조하면, 파이프 볼트(100)는 파이프 몸체부(110), 파이프 몸체부(110)의 외주면 일측에 방사방향으로 돌출된 플랜지(120), 파이프 몸체부(110)의 전방으로 연장되어 나사산(131)이 형성되는 나사 몸체부(130)로 구성된다.

이와 같은 파이프 볼트(100)를 제조하는 순서와 각각의 단계가 도 2,3에 도시되어 있으며, 이를 참조하여 본 발명에 따른 파이프 볼트(100)를 제조하는 냉간단조 성형방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 파이프 볼트(100)는 봉 형태의 강재(10)를 설정된 길이로 절단하는 단계(S100)와 절단된 상기 강재(10)를 냉간단조하여 파이프 몸체부(110), 플렌지(120), 나사 몸체부(130)로 성형하는 단계(S200)로서, 절단된 강재(10)를 제1 금형(21)에서 가압하여 하단에 나사 몸체부(130)가 형성되는 제1 성형물(11)을 성형하는 단계(S210), 제1 성형물(11)을 제2 금형(22)에서 가압하여 상단에 파이프 몸체부(110)가 형성되는 제2 성형물(12)을 성형하는 단계(S220), 제2 성형물(12)을 제3 금형(23)에서 가압하여 파이프 몸체부(110)의 일측에 플렌지(120)가 형성되는 제3 성형물(13)을 성형하는 단계(S230) 및 롤링다이스(30)의 가동다이스(31)와 고정다이스(32) 사이에서 압축롤링하여 나사 몸체부(130)에 나사산(131)을 형성하는 단계(S300)를 거쳐 제조된다.

S100 단계는 환봉 형태의 강재(10)를 설정된 길이로 절단하는 단계로, 강재(10)의 지름과 길이는 최종적으로 생산되는 파이프 볼트(100)의 형상과 크기에 따라 달라진다.

S200 단계는 절단된 상기 강재(10)를 냉간단조하여 파이프 볼트(100)를 성형하는 단계(S200)로, 다음과 같이 S210 단계에서 S230 단계가 순차적으로 이루어진다.

S210 단계는 절단된 강재(10)를 제1 금형(21)에서 가압하여 하단에 나사 몸체부(130)가 형성되는 제1 성형물(11)을 성형하는 단계로, 상기 나사 몸체부(130)는 상부보다 작은 지름을 갖도록 형성되며, 추후에 외주면을 따라 나사산(131)이 형성된다.

이러한 제1 성형물(11)의 제조를 위하여 도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 가압 펀치(21a) 및 제1 성형 금형(21b)이 구비된다.

절단된 강재(10)를 제1 성형 금형(21b)에 인입한 후 제1 가압 펀치(21a)가 제1 성형 금형(21b)의 방향으로 이동하여 가압하는데, 제1 가압 펀치(21a)는 예를 들어 유압 프레스와 같은 장치에 의하여 작동될 수 있다. 제1 성형 금형(21b)은 예를 들어 초경합금 소재로 만들어질 수 있고 아래의 각각의 성형 금형(21b,22b,23b)도 마찬가지로 초경합금 또는 이와 유사한 소재로 만들어질 수 있다. 각각의 가압 펀치(21a,22a,23a)도 동일하다.

S220 단계는 제1 성형물(11)을 제2 금형(22)에서 가압하여 상단에 파이프 몸체부(110)가 형성되는 제2 성형물(12)을 성형하는 단계로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제2 성형물(12)의 단조 가공을 위하여 제2 가압 펀치(22a) 및 제2 성형 금형(22b)이 구비된다.

제2 성형 금형(22b) 내에 제1 성형물(11)을 인입한 후 제2 성형 금형(22b)의 방향으로 제2 가압 펀치(22a)가 이동하면 제2 가압 펀치(22a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제1 성형물(11)의 상단에 파이프 몸체부(110)가 형성되는 제2 성형물(12)로 단조 가공되는데, 이때 파이프 몸체부(110)에는 하나 이상의 단턱이 형성될 수도 있다.

S230 단계는 제2 성형물(12)을 제3 금형(23)에서 가압하여 파이프 몸체부(110)의 일측에 플렌지(120)가 형성되는 제3 성형물(13)을 성형하는 단계이다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 제3 성형물(13)의 가공을 위하여 가동다이스(31) 및 고정다이스(32)이 구비되고, 고정다이스(32) 내에 제2 성형물(12)을 인입한 후 고정다이스(32)의 방향으로 가동다이스(31)가 이동하면 가동다이스(31)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제3 성형물(13)이 성형된다.

파이프 몸체부(110)의 일측에 형성되는 플렌지(120)는 파이프 볼트(100)를 이용하여 서브 프레임을 차체에 체결한 후 체결부위를 용접하여 고정하기 위한 접합부이다. 따라서, 체결부위에 넓은 면적이 접촉될 수 있도록 파이프 몸체부(110)에 비하여 보다 큰 지름을 갖게 형성되는 것이 바람직하다.

마지막으로 S300 단계는 S210 단계에서 S230 단계로 이루어지는 냉간단조 단계(S200)를 통해 얻어진 제3 성형물(13)의 나사 몸체부(130) 외주면에 나사산(131)을 형성하는 단계로, 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 롤링다이스(30)는 상기 S230 단계에서 인출된 제3 성형물(13)의 가공을 위하여 가동다이스(31)와 고정다이스(32)로 이루어지며, 가동다이스(31)와 고정다이스(32)의 사이에 위치시킨 제3 성형물(13)이 가동다이스(31)에 의해 가압되면서 고정다이스(32)의 타측으로 구름운동하여 이동된다.

그러면 가동다이스(31)와 고정다이스(32)의 사이에 개재된 나사 몸체부(130)의 외주면이 가동다이스(31)와 고정다이스(32)의 요철부(31a,32a)에 의해 가압성형되고 파이프 볼트(100)의 성형공정이 완료된다.

이상 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10 : 강재 11 : 제1 성형물
12 : 제2 성형물 13 : 제3 성형물
21 : 제1 금형 21a : 제1 가압 펀치
21b : 제1 성형 금형 22 : 제2 금형
22a : 제2 가압 펀치 22b : 제2 성형 금형
23 : 제3 금형 23a : 제3 가압 펀치
23b : 제3 성형 금형 30 : 롤링다이스
31 : 가동다이스 31a,32a : 요철부
32 : 고정다이스 100 : 파이프 볼트
110 : 파이프 몸체부 120 : 플렌지
130 : 나사 몸체부 131 : 나사산

Claims (1)

1. 봉 형태의 강재를 설정된 길이로 절단하는 단계;
   절단된 상기 강재를 냉간단조하여 파이프 몸체부, 플렌지, 나사 몸체부로 성형하는 단계;
   상기 나사 몸체부에 나사산이 형성되도록 롤링다이스의 가동다이스와 고정다이스 사이에서 압축롤링하는 단계;를 포함하되,
   상기 냉간단조하여 파이프 몸체부, 플렌지, 나사 몸체부로 성형하는 단계는,
   절단된 상기 강재를 제1 금형에서 가압하여 하단에 나사몸체부가 형성되는 제1 성형물을 성형하는 단계;
   상기 제1 성형물을 제2 금형에서 가압하여 상단에 파이프몸체부가 형성되는 제2 성형물을 성형하는 단계; 및
   상기 제2 성형물을 제3 금형에서 가압하여 파이프 몸체부의 일측에 플렌지가 형성되는 제3 성형물을 성형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 서브 프레임 체결용 파이프 볼트의 제조방법.

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