KR20220090680A

KR20220090680A - 프리폼을 이용한 차량용 너클의 제조방법

Info

Publication number: KR20220090680A
Application number: KR1020200181430A
Authority: KR
Inventors: 정세웅; 권익진; 김기호; 송환수
Original assignee: 주식회사 일진
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-30

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량용 너클을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은, 예비 성형체인 프리폼을 성형하기 위한 프리폼 금형을 준비하는 프리폼 금형 준비 단계와; 프리폼 금형 내에 소재를 충진하는 소재 충진 단계와; 프리폼 금형 내에 충진된 소재를 성형하여 프리폼을 형성하는 프리폼 성형 단계와; 성형된 프리폼을 프리폼 금형으로부터 분리하는 프리폼 탈형 단계와; 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체를 성형하기 위한 본성형체 금형을 준비하는 본성형체 금형 준비 단계와; 본성형체 금형 내로 프리폼을 삽입하는 프리폼 삽입 단계와; 본성형체 금형 내에 삽입된 프리폼을 열간 성형하여 본성형체를 형성하는 본성형체 성형 단계와; 성형된 본성형체를 본성형체 금형으로부터 분리하는 본성형체 탈형 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 금형 준비 단계에서 준비되는 프리폼 금형은 제조하고자 하는 프리폼에 대응되는 형상의 수용공간을 갖는 하부 프리폼 금형과; 제조하고자 하는 프리폼에 대응하는 형상의 가압 성형부를 갖는 상부 프리폼 금형을 포함하고, 상부 프리폼 금형의 가압 성형부에는 하부 프리폼 금형을 향해 하방으로 돌출되어 연장하는 니들부가 하나 이상 구비될 수 있다.

Description

프리폼을 이용한 차량용 너클의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR VEHICLE KNUCKLE USING PREFORM}

본 발명은 차량의 조향장치에 이용되는 너클의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미리 성형된 프리폼을 이용해 너클을 제조함으로써 생산성 및 강성 향상을 도모할 수 있도록 구성된 차량용 너클의 제조방법에 관한 것이다.

[본 발명은 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원의 우수기술연구센터(ATC) 지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. (과제번호: 10076991, 연구과제명: 단섬유/Hot press 공법을 이용한 Steel 대비 40% 경량화 된 차량용 탄소복합재 Knuckle 개발)]

차량용 너클은 차량의 조향장치를 구성하는 부품으로, 차륜을 차축에 대해 회전가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링과 결합되어 차량의 운행방향을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 차량용 너클은 통상적으로 차량용 부품에 요구되는 강성을 확보하기 위해 금속 계열의 소재로 형성되어 왔으나, 최근 차량용 부품에 대한 경량화 요구가 높아지면서 너클의 소재 및 구조를 개선하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.

일례로, 특허문헌 1을 참조하면 카본칩(carbon chip) 등의 탄소계 소재를 이용해 차량용 너클을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 구체적으로, 특허문헌 1에 개시된 차량용 너클은 금형 내에 탄소계 소재인 카본칩을 충진한 다음 이를 열간 성형하여 형성하도록 구성되어 있으며, 이러한 방식으로 제조된 차량용 너클은 금속 계열의 소재로 형성되던 종래의 차량용 너클에 비해 경량화를 도모할 수 있는 장점을 갖는다.

그런데, 이와 같이 카본칩 소재를 이용해 차량용 너클을 제조하는 경우에는, 차량용 너클을 제조하는데 필요한 카본칩의 양을 계량한 다음 계량된 양의 카본칩을 금형의 리세스 내에 충진하고 열간 성형하게 되는데, 이러한 카본칩 충진 공정은 수작업으로 진행되는 공정으로써 긴 시간이 소요되기 때문에 차량용 너클의 생산성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

또한, 이러한 차량용 너클의 제조방법에 의하면 수작업으로 금형의 리세스 내에 카본칩 소재를 충진하는 과정에서 위치별로 상이한 양의 카본칩이 투입되어 위치마다 소재 밀도가 다르게 형성될 수 있고, 이로 인해 차량용 너클의 강성이 위치마다 상이하게 형성되는 문제가 발생할 수 있다.

특허문헌 1: 한국등록특허공보 제10-1857170호 (등록일: 2018.05.04.)

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 제조하고자 하는 차량용 너클에 대응되는 형상으로 미리 성형된 프리폼을 이용해 차량용 너클을 제조함으로써 보다 신속하고 용이한 제조가 가능하며 보다 균일한 강성 및 강도를 확보할 수 있도록 구성된 차량용 너클의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부는 프리폼 성형 단계에서 상부 프리폼 금형이 하부 프리폼 금형을 향해 이동되어 결합될 때 하부 프리폼 금형의 수용공간에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 소재의 조직을 상하방향으로 배향시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부의 외주면에는 반경방향 외측으로 연장하는 돌기부가 하나 이상 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 니들부의 길이방향을 따라 상하방향으로 이격되어 복수로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부는 니들부의 외주면으로부터 반경방향 외측 및 하방으로 연장하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부의 외주면에는 반경방향 내측으로 함몰된 리세스가 하나 이상 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리세스는 니들부의 길이방향을 따라 상하방향으로 이격되어 복수로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리세스의 상부측 단부는 니들부의 외주면과 예각을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부 또는 리세스는 프리폼 성형 단계에서 상부 프리폼 금형이 상기 하부 프리폼 금형을 향해 이동되어 결합될 때 하부 프리폼 금형의 수용공간에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 소의 조직을 상하방향으로 배향시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 충진 단계에서 프리폼 금형 내로 충진되는 소재는 카본칩 소재일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 삽입 단계 이전에 본성형체 금형 내에 차량용 너클에 결합되는 부싱 부재의 일부 또는 전부를 삽입하여 배치하는 부싱 삽입 단계가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼은 너클의 축방향을 따르는 방향에서 볼 때 본성형체의 외형으로부터 미리 정해진 치수만큼 내측으로 옵셋된 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 성형 단계는 프리폼 성형 단계에 비해 높은 온도 및 높은 압력에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 탈형 단계 이후에 탈형된 본성형체를 마무리 가공하는 후가공 단계가 더 포함될 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 차량용 너클의 제조방법에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에 의하면, 제조하고자 하는 차량용 너클에 대응되는 형상을 갖는 프리폼을 미리 형성한 다음 이를 열간 성형해 차량용 너클을 형성하도록 구성되어 있어, 차량용 너클이 보다 신속하고 용이하게 제조될 수 있으며, 나아가 차량용 너클의 본성형체가 전체적으로 균일한 강성을 갖도록 형성될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에 의하면, 프리폼 금형에는 상하방향으로 연장하는 니들부가 구비되어 니들부에 의해 프리폼을 형성하는 소재의 조직이 상하방향으로(축방향에 수직한 방향으로) 배향될 수 있게 되어, 프리폼을 형성하는 소재의 조직에 3차원적 등방성이 확보되고, 이로 인해 제조되는 차량용 너클의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조될 수 있는 차량용 너클의 전체적인 구조를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법을 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 프리폼을 형성하는 방법을 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클을 제조하는데 이용될 수 있는 프리폼(예비 성형체)을 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 프리폼을 형성하데 이용될 수 있는 금형을 예시적으로 도시한다.
도 6은 도 5에 도시된 금형 가운데 하부 금형의 모습을 예시적으로 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 금형 가운데 상부 금형의 모습을 예시적으로 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 상부 금형의 니들부에 돌기부 또는 리세스를 형성한 모습을 예시적으로 도시한다.
도 9은 도 7에 도시된 상부 금형의 니들부(구체적으로는, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 니들부의 외주면에 형성된 돌기부)에 의해 프리폼을 형성하는 소재의 조직이 축방향으로 배향되는 모습을 예시적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 프리폼을 이용해 본성형체를 형성하는 방법을 예시적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 프리폼을 이용해 본성형체를 형성하는 모습을 예시적으로 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 프리폼을 이용해 형성된 본성형체를 예시적으로 도시한다.

이하에서 기술되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이에 대한 구체적인 설명으로 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가지며, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 명세서에 기재된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 “위치되어” 있다거나 “형성되어” 있다고 언급되는 경우, 이는 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 직접 접촉된 상태로 위치되거나 형성되는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 중간에 개재한 상태로 위치하거나 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 "상하방향"은 차량용 너클의 제조에 이용되는 금형이 가압되는 방향을 의미하는 것으로, "상부", "상방" 등의 방향 지시어는 하부 금형에 대해 상부 금형이 위치하는 방향을 의미하고, "하부", "하방" 등의 방향 지시어는 반대로 상부 금형에 대해 하부 금형이 위치하는 방향을 의미하고, "축방향"은 차량용 너클의 중심부에 형성되는 휠베어링 장착부의 중심축을 따르는 방향을 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조부호를 통해 지시되어 있으며, 이하의 실시예들의 설명에 있어서 동일하거나 대응하는 구성요소는 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 다만, 아래의 설명에서 특정 구성요소에 관한 기술이 생략되어 있더라도, 이는 그러한 구성요소가 해당 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조될 수 있는 차량용 너클(100)의 전체적인 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 제조될 수 있는 차량용 너클(100)은 통상의 차량용 너클과 전체적으로 유사한 구조로 형성될 수 있다.

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량용 너클(100)은 너클 바디(110)와 너클 바디(110)로부터 연장되어 너클을 차량의 다른 부품들과 연결하는데 이용되는 복수의 플랜지[예컨대, 제1 플랜지(120), 제2 플랜지(130), 제3 플랜지(140) 및 제4 플랜지(150) 등]를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 너클 바디(110)는 너클의 몸체를 형성하는 부분으로, 너클 바디(110)의 중심부에는 휠베어링 장착홀(112)이 관통되어 형성되고, 휠베어링 장착홀(112)에는 허브 부싱(114)이 결합되어 허브 부싱(114)을 통해 휠베어링(미도시)이 장착되도록 구성될 수 있다. 한편, 휠베어링 장착홀(112) 주위에는 복수의 체결홀(116)이 형성되어 체결볼트 등을 통해 휠베어링을 너클 바디(110)에 고정할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이러한 체결홀(116)에는 체결 부싱(118)이 결합되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 플랜지(120)는 브레이크 캘리퍼가 연결되는 부분으로, 너클 바디(110)의 일측 측면을 따라 연장하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 플랜지(120)에는 체결구멍(122)이 구비되고, 체결구멍(122)에는 캘리퍼 부싱(124)이 삽입되어 이를 통해 너클을 브레이크 캘리퍼에 연결하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 플랜지(130)는 타이로드가 연결되는 부분으로, 너클 바디(110)의 일측에서 너클 바디(110)의 평면에 대략 수직한 방향을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 플랜지(130)에는 체결구멍(132)이 구비되고, 체결구멍(132)에는 타이로드 부싱(134)이 삽입되어 이를 통해 너클을 타이로드에 연결하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 플랜지(140)는 현가장치를 구성하는 현가암(예컨대, 로워암)이 연결되는 부분으로, 너클 바디(110)의 일측에서 너클 바디(110)의 평면에 대해 대략 수직한 방향을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 플랜지(140)에는 체결구멍(142)이 구비되고, 체결구멍(142)에는 현가암 부싱(144)이 삽입되어 이를 통해 너클을 현가암에 연결하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제4 플랜지(150)는 현가장치를 구성하는 스트럿 어셈블리가 연결되는 부분으로, 너클 바디(110)의 일측에서 너클 바디(110)의 평면에 대해 대략 수직한 방향을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제4 플랜지(150)에는 체결구멍(152)이 구비되고, 체결구멍(152)에는 스트럿 부싱(154)이 장착되어 이를 통해 너클을 스트럿 어셈블리에 연결하도록 구성될 수 있다.

다만, 도면에 도시된 실시형태는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조될 수 있는 차량용 너클(100)을 예시적으로 설명하기 위해 도시된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클(100)은 반드시 도면에 도시된 구조로 한정되어 형성되어야 하는 것은 아니고, 다른 다양한 구조로 변형되어 형성되어도 무방하다.

예컨대, 도면에 도시된 실시형태의 경우에는 맥퍼슨 스트럿(MacPherson Strut) 타입의 구조로 차량용 너클이 도시되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클은 더블 위시본(Double Wishbone) 타입, 멀티 링크(Multi-link) 타입 등과 같이 다른 너클 구조로 변형되어 실시되어도 무방하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조될 수 있는 차량용 너클(100)은 후술하는 바와 같이 카본칩(carbon chip) 등의 탄소계 소재를 이용해 제조하고자 하는 차량용 너클에 대응되는 형상을 갖는 예비 성형체(프리폼)을 먼저 형성한 다음 이를 이용해 본성형체를 제조하도록 구성될 수 있다.

이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클은 금속 소재로 형성되던 통상의 차량용 너클에 비해 보다 경량으로 제조될 수 있으며, 나아가 프리폼을 이용해 차량용 너클을 성형함에 따라 카본칩을 이용해 차량용 너클을 제조하는 경우에도 향상된 제조성 및 강성을 갖도록 차량용 너클을 제조할 수 있게 된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 카본칩 등의 탄소계 소재로 형성된 프리폼을 이용해 차량용 너클을 제조하는 방법을 도 2 내지 도 12에 도시된 실시형태를 이용해 상세히 설명한다.

이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은 복수의 공정 단계들이 순차적인 순서로 설명되어 있으나, 이러한 공정 단계들은 반드시 이하에서 설명된 순서대로 수행되어야만 하는 것은 아니고, 일부 공정 단계의 순서가 변경되거나 일부의 단계들이 생략/추가되거나 일부의 단계들이 동시에 수행되도록 변형되어 실시될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은 차량용 너클을 형성하기 위한 예비 성형체가 되는 프리폼(200)을 형성하는 프리폼 형성 단계(S100)와; 프리폼 형성 단계를 통해 형성된 프리폼(200)을 열간 성형해 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)를 형성하는 본성형체 형성 단계(S200)를 포함하여 구성될 수 있으며, 본성형체 형성 단계 이후에는 본성형체를 마무리 가공하는 후가공 단계(S300)가 수행되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에 있어서, 프리폼 형성 단계(S100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클을 형성하기 위한 예비 성형체(프리폼; preform)를 준비하는 단계로, 도 3에 도시된 바와 같이 예비 성형체인 프리폼(200)을 성형하기 위한 프리폼 금형(400)을 준비하는 프리폼 금형 준비 단계(S110)와; 프리폼 금형(400) 내에 소재를 충진하는 소재 충진 단계(S120)와; 프리폼 금형(400) 내에 충진된 소재를 성형하여 프리폼(200)을 형성하는 프리폼 성형 단계(S130)와; 성형된 프리폼(200)을 프리폼 금형(400)으로부터 분리하는 프리폼 탈형 단계(S140)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 제조하고자 하는 차량용 너클(예컨대, 본성형체)과 전체적으로 유사한 형상으로 형성될 수 있으며, 본성형체(300)에 대응되거나 본성형체(300)의 외형으로부터 미리 정해진 소정의 치수만큼 내측으로 옵셋된 형상으로 형성되도록 구성될 수 있다.

예컨대, 프리폼(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 프리폼 바디(210)와 프리폼 바디(210)로부터 연장되어 형성되는 복수의 프리폼 플랜지[예컨대, 제1 프리폼 플랜지(220), 제2 프리폼 플랜지(230), 제3 프리폼 플랜지(240), 제4 프리폼 플랜지(250) 등]를 포함해 전체적으로 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 너클의 축방향을 따르는 방향에서 볼 때[즉, 금형의 가압방향에서 볼 때] 외주연이 본성형체의 외주연에 대해 미리 정해진 치수만큼 내측으로 옵셋되어 본성형체의 외주연 보다 작은 치수를 갖도록 형성되고 내부에 형성되는 관통구멍(212; 휠베어링 장착홀에 대응되는 관통구멍)은 본성형체에 비해 미리 정해진 치수만큼 내측으로 옵셋되어 보다 큰 크기의 구멍으로 형성되도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)에 비해 소정의 치수만큼 내측으로 옵셋된 형상으로 프리폼(200)을 형성하게 되면, 뒤에서 설명하는 바와 같이 본성형체(300)를 성형하기 위해 프리폼(200)을 본성형체 금형(500) 내로 삽입할 때 프리폼(200)이 간섭 없이 본성형체 금형(500) 내로 원활하게 삽입될 수 있고, 이로 인해 차량용 너클의 제조 공정이 보다 신속하고 용이하게 수행될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼(200)과 본성형체 금형(500) 사이의 간섭을 최소화하면서 안정적인 차량용 너클의 제조를 제공하기 위해, 프리폼(200)은 본성형체(300)의 외형으로부터 내측으로 1mm 내지 3mm 옵셋된 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 금형 준비 단계(S110)에서는 프리폼 형성을 위한 프리폼 금형(400)이 준비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 프리폼 금형(400)은 제조하고자 하는 프리폼(200)의 형상에 대응하는 형상의 수용공간(420)을 갖는 하부 프리폼 금형(410)과 하부 프리폼 금형(410)의 일측에 배치되어 하부 프리폼 금형(410)과 상호작용하는 상부 프리폼 금형(440)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 프리폼 금형(410)에 구비되는 수용공간(420)은 프리폼(200)의 외주연에 대응되는 형상의 외주연을 갖도록 형성될 수 있으며, 중심부에는 프리폼(200)의 중심부에 구비되는 관통구멍(212)에 대응하는 형상의 돌출부(430)가 구비되어 프리폼(200)의 중심부에 차량용 너클의 휠베어링 장착홀에 대응하는 관통구멍(212)에 형성되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 프리폼 금형(410)에 구비되는 수용공간(420)의 바닥면은 프리폼(200)의 일측 축방향 단면에 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 프리폼 금형(440)은 제조하고자 하는 프리폼(200)에 대응하는 형상을 가지며 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420) 내로 삽입되어 수용공간(420) 내에 충진된 소재를 가압하는 가압 성형부(450)를 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 프리폼 금형(440)의 가압 성형부(450)는 하부로 돌출되어 연장된 구조로 형성될 수 있으며, 가압 성형부(450)의 바닥면은 제조하고자 하는 프리폼(200)의 타측 축방향 단면에 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 프리폼 금형(440)의 가압 형상부(450)에는 하부 프리폼 금형(410)을 향해 하방으로 돌출되어 연장하는 니들부(460)가 하나 이상 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부(460)는 상부 프리폼 금형(440)의 가압 형상부(450) 내에서 서로 소정의 간극으로 이격되어 복수로 구비되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부(460)는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 상하방향으로 연장하는 원통형 또는 막대형 구조로 형성될 수 있으며, 상부 프리폼 금형(440)을 하부 프리폼 금형(410)을 향해 가압할 때 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420)에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 소재의 조직을 상하방향으로(예컨대, 차량용 너클의 축방향으로) 배향시키는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부(460)는 소재의 조직을 보다 용이하게 상하방향으로 배향할 수 있도록 니들부(460)로부터 반경방향 외측으로 돌출하여 연장된 돌기부(470)를 구비하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 니들부(460)의 외주면에는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 반경방향 외측으로 연장하는, 바람직하게는 반경방향 외측 및 하방으로 연장하는 돌기부(470)가 구비되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부(470)는 보다 안정적으로 섬유 조직을 축방향으로 배향시킬 수 있도록 니들부(460)의 길이방향을 따라 상하방향으로 이격되어 복수로 구비되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 돌기부(470)는 니들부(460)의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되도록 구성될 수도 있고, 니들부(460)의 둘레방향을 따라 이격되어 복수로 구비되도록 구성될 수도 있다.

이러한 구조에 의하면, 프리폼 성형 단계(S130)에서 프리폼을 형성하기 위해 상부 프리폼 금형(440)이 하부 프리폼 금형(410)을 향해 이동되어 결합될 때 니들부(460) 및/또는 니들부(460)의 외주면에 형성된 돌기부(470)가 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420)에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 도 4에 도시된 바와 같이 프리폼(200)에 구멍부(260)를 형성함과 함께 도 9에 도시된 바와 같이 해당 부분에 위치하는 소재의 조직을 상하방향으로 배향시킬 수 있게 되고, 이로 인해 프리폼을 형성하는 소재에 3차원적 등방성이 확보될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 니들부(460)에는 돌기부(470) 대신 또는 돌기부(470)와 함께 반경방향 내측으로 함몰된 리세스(480)가 구비되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 8의 (b)를 참조하면, 니들부(460)의 외주면에 돌기부(470) 대신 리세스(480)를 형성한 실시형태가 예시적으로 도시되어 있다.

도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 니들부(460)의 외주면에 리세스(480)를 형성하게 되면, 니들부(460)가 금형 내에 충진된 소재 내로 삽입될 때 리세스(480)의 모서리 부분에 의해 소재의 조직이 상하방향으로 보다 용이하게 배향될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리세스(480)에 의한 소재 조직의 상하방향 배향이 보다 용이하게 수행될 수 있도록, 리세스(480)의 상부측 단부는 니들부(460)의 외주면과 예각을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 리세스(480)는 돌기부(470)와 유사하게 니들부(460)의 둘레방향을 따라 전체적으로 형성되도록 구성될 수도 있고, 니들부(460)의 둘레방향을 따라 이격되어 복수로 구비되도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 충진 단계(S120)에서는 하부 프리픔 금형(410)에 구비된 수용공간(420) 내로 프리폼 성형을 위한 소재가 충진되어 채워질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 충진 단계(S120)에서 충진되는 소재로는 카본칩(carbon chip) 등의 탄소계 소재가 이용될 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 카본칩 소재는 소정의 크기로 절단된 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforcement Plastic) 소재로써, 예컨대 약 10mm 내지 150mm의 길이 및 약 3mm 내지 20mm의 폭을 갖도록 절단된 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소재 충진 단계(S120)는 프리폼(200) 형성에 필요한 양의 카본칩 소재를 계량한 다음 이를 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420) 내로 부어 넣음으로써 충진되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 성형 단계(S130)에서는 프리폼 금형(400)에 충진된 소재를 소정의 온도 및 압력에서 성형하여 프리폼(200)을 형성하도록 구성될 수 있으며, 프리폼 성형이 완료되면 성형된 프리폼(200)을 프리폼 금형(400)으로부터 분리하는 프리폼 탈형 단계(S140)가 수행될 수 있다.

한편, 전술한 과정을 통해 프리폼(200)이 완성되면, 이를 이용해 차량용 너클의 본성형체(300)를 형성하는 본성형체 형성 단계(S200)가 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 형성 단계(S200)는 도 10에 도시된 바와 같이 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)를 성형하기 위한 본성형체 금형(500)을 준비하는 본성형체 금형 준비 단계(S210)와; 본성형체 금형(500) 내로 프리폼(200)을 삽입하는 프리폼 삽입 단계(S220)와; 본성형체 금형(500) 내에 삽입된 프리폼(200)을 열간 성형하여 본성형체(300)를 형성하는 본성형체 성형 단계(S230)와; 성형된 본성형체(300)를 본성형체 금형(400)으로부터 분리하는 본성형체 탈형 단계(S240)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 금형 준비 단계(S210)에서는 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)에 대응하는 형상의 수용공간을 갖는 본성형체 금형(500)이 준비될 수 있다.

예컨대, 본성형체 금형(500)은 전술한 프리폼 금형(400)과 유사하게 하부 본성형체 금형(510) 및 상부 본성형체 금형(540)을 포함하여 구성될 수 있으며, 하부 본성형체 금형(510)에는 제조하고자 하는 본성형체(300)에 대응되는 형상을 갖는 수용공간(520)이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 본성형체 금형(510)에 구비되는 수용공간(520)은 도 11에 도시된 바와 같이 본성형체(300)에 대응되는 형상의 외주연을 갖고, 내부에 본성형체(300)에 구비되는 관통구멍(312)을 형성하기 위한 돌출부(530)가 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체(300)는 도 12에 도시된 바와 같이 본성형체 바디(310)와 본성형체 바디(310)로부터 연장되어 형성되는 복수의 본성형체 플랜지[제1 본성형체 플랜지(320), 제2 본성형체 플랜지(330), 제3 본성형체 플랜지(340), 제4 본성형체 플랜지(350) 등]를 포함해 전체적으로 제조하고자 하는 차량용 너클(100)과 실질적으로 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 삽입 단계(S220)에서는 프리폼 형성 단계(S100)를 통해 형성된 프리폼(200)이 본성형체 금형에 구비된 수용공간(520) 내로 삽입되어 장착될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 프리폼(200)은 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)에 비해 미리 정해진 치수만큼 내측으로 옵셋된 구조로 형성될 수 있기 때문에, 이러한 구조로 형성된 프리폼(200)은 본성형체(300)에 대응하는 형상으로 형성된 본성형체 금형(500)의 수용공간(520) 내로 용이하게 삽입될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 삽입 단계(S220)에서는 설계에 따라 프리폼(200)과 함께 추가의 소재가 더 충진된 다음 본성형체 성형이 수행되도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼 삽입 단계(S220) 이전에는 차량용 너클에 결합되는 부싱 부재의 일부 또는 전부를 금형 내에 위치시키는 부싱 삽입 단계가 더 포함되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 부싱 삽입 단계에서는 금형의 가압방향으로 장착되는 부싱들[도면에 도시된 실시형태의 경우에는, 허브 부싱(114)을 위한 부싱 부재, 체결 부싱(118)을 위한 부싱 부재, 캘리퍼 부싱(124)을 위한 부싱 부재 등] 가운데 전부 또는 일부가 금형 내에 배치되도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 차량용 너클에 장착되는 부싱 부재의 전부 또는 일부를 금형 내에 배치한 상태로 본성형체(300)를 열간 성형하게 되면, 부싱 부재가 일체로 결합된 상태로 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)가 형성되어 차량용 너클의 생산성이 더욱 향상될 수 있게 된다.

다만, 부싱 삽입 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에서 반드시 수행되어야만 하는 것은 아니고, 필요에 따라 선택적으로 수행되도록 구성될 수 있다

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 성형 단계(S230)에서는 본성형체 금형 내에 삽입된 프리폼(200)을 소정의 온도 및 압력에서 열간 성형하도록 구성될 수 있으며, 성형이 완료되면 성형된 본성형체(300)를 본성형체 금형(500)으로부터 분리하는 본성형체 탈형 단계(S240)가 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리폼(400)은 본성형체 성형 단계(S230)를 통해 열간 성형되면서 니들부(460)에 의해 형성된 구멍부(260)가 채워지면서 성형되어 도 12에 도시된 바와 같이 최종 제품에 대응되는 형상으로 성형될 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본성형체 형성 단계(S200)가 완료되면, 탈형된 본성형체(300)에 마무리 가공을 수행하는 후가공 단계(S300)가 수행될 수 있다.

예컨대, 후가공 단계(S300)에서는 탈형된 본성형품(300)의 모서리 부분에 붙어있는 잔여 성형물을 제거하는 트리밍 공정, 본성형품(300)에 부싱홀 등을 형성하는 기계가공 공정, 본성형품(300)에 부싱을 결합하는 부싱 조립 공정 등이 수행될 수 있으며, 이러한 과정을 통해 본성형품(300)은 제조하고자 하는 차량용 너클(100)의 최종 설계 구조에 일치되도록 형성되게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에 의하면, 제조하고자 하는 차량용 너클에 대응되는 형상으로 프리폼을 형성한 다음 이를 열간 성형하여 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체를 형성하도록 구성되어 있기 때문에, 프리폼을 열간 성형해 본성형체를 형성하는 과정에서 본성형체의 전체 부위에 균일한 강성이 확보될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법에 의하면, 프리폼 금형에 상하방향으로 연장하는 니들부가 구비되어 니들부(및/또는 이의 외주면에 구비된 돌기부나 리세스)를 통해 프리폼을 형성하는 소재의 조직을 상하방향으로 배향하도록 구성되어 있기 때문에, 프리폼 및 이를 이용해 제조된 차량용 너클의 축방향에 따른 등방성이 추가로 확보되어 제조되는 차량용 너클의 강성 및 강도가 한층 더 향상될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 너클의 제조방법은 예비 성형체가 되는 프리폼이 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체에 대응되는 형상으로 형성되면서 본성형체의 외형으로부터 소정의 범위만큼 내측으로 옵셋된 형상으로 형성되도록 구성되어 있기 때문에, 프리폼을 제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체에 대응되는 형상으로 형성하더라도 본성형체 형성을 위해 프리폼을 본성형체 금형 내로 삽입할 때 프리폼과 본성형체 금형 사이의 간섭 발생을 최소화할 수 있고, 이로 인해 차량용 너클의 제조공정을 보다 신속하고 용이하게 수행할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예들에 의해 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 차량용 너클
200: 프리폼
210: 프리폼 바디
300: 본성형체
400: 프리폼 금형
410: 하부 프리폼 금형
420: (하부 프리폼 금형에 형성된) 수용공간
430: (하부 프리폼 금형에 형성된) 돌출부
440: 상부 프리폼 금형
450: (상부 프리폼 금형에 형성된) 가압 성형부
460: 니들부
470: 돌기부
480: 리세스
500: 본성형체 금형
510: 하부 본성형체 금형
520: (하부 본성형체 금형에 형성된) 수용공간
530: (하부 본성형체 금형에 형성된) 돌출부
540: 상부 본성형체 금형

Claims

차량용 너클(100)을 제조하기 위한 방법이며,
예비 성형체인 프리폼(200)을 성형하기 위한 프리폼 금형(400)을 준비하는 프리폼 금형 준비 단계(S110)와;
프리폼 금형(400) 내에 소재를 충진하는 소재 충진 단계(S120)와;
프리폼 금형(400) 내에 충진된 소재를 성형하여 프리폼(200)을 형성하는 프리폼 성형 단계(S130)와;
성형된 프리폼(200)을 프리폼 금형(400)으로부터 분리하는 프리폼 탈형 단계(S140)와;
제조하고자 하는 차량용 너클의 본성형체(300)를 성형하기 위한 본성형체 금형(500)을 준비하는 본성형체 금형 준비 단계(S210)와;
본성형체 금형(500) 내로 프리폼(200)을 삽입하는 프리폼 삽입 단계(S220)와;
본성형체 금형(500) 내에 삽입된 프리폼(200)을 열간 성형하여 본성형체(300)를 형성하는 본성형체 성형 단계(S230)와;
성형된 본성형체(300)를 본성형체 금형(500)으로부터 분리하는 본성형체 탈형 단계(S240)를 포함하고,
상기 프리폼 금형 준비 단계(S110)에서 준비되는 프리폼 금형(400)은 제조하고자 하는 프리폼(200)에 대응되는 형상의 수용공간(420)을 갖는 하부 프리폼 금형(410)과; 제조하고자 하는 프리폼(200)에 대응하는 형상의 가압 성형부(450)를 갖는 상부 프리폼 금형(440)을 포함하고,
상기 상부 프리폼 금형(440)의 가압 성형부(450)에는 상기 하부 프리폼 금형(410)을 향해 하방으로 돌출되어 연장하는 니들부(460)가 하나 이상 구비되는,
차량용 너클의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 니들부(460)는 상기 프리폼 성형 단계(S130)에서 상기 상부 프리폼 금형(440)이 상기 하부 프리폼 금형(410)을 향해 이동되어 결합될 때 상기 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420)에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 소재의 조직을 상하방향으로 배향시키도록 구성되는,
차량용 너클의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 니들부(460)의 외주면에는 반경방향 외측으로 연장하는 돌기부(470)가 하나 이상 구비되는,
차량용 너클의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 돌기부(470)는 상기 니들부(460)의 길이방향을 따라 상하방향으로 이격되어 복수로 구비되는,
차량용 너클의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 돌기부(470)는 상기 니들부(460)의 외주면으로부터 반경방향 외측 및 하방으로 연장하여 형성되는,
차량용 너클의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 니들부(460)의 외주면에는 반경방향 내측으로 함몰된 리세스(480)가 하나 이상 구비되는,
차량용 너클의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 리세스(480)는 상기 니들부(460)의 길이방향을 따라 상하방향으로 이격되어 복수로 구비되는,
차량용 너클의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 리세스(480)의 상부측 단부는 상기 니들부(460)의 외주면과 예각을 이루도록 형성되는,
차량용 너클의 제조방법.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌기부(470) 또는 상기 리세스(480)는 상기 프리폼 성형 단계(S130)에서 상기 상부 프리폼 금형(440)이 상기 하부 프리폼 금형(410)을 향해 이동되어 결합될 때 상기 하부 프리폼 금형(410)의 수용공간(420)에 충진되어 있는 소재 내로 삽입되면서 소재의 조직을 상하방향으로 배향시키도록 구성되는,
차량용 너클의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 소재 충진 단계(S120)에서 프리폼 금형(400) 내로 충진되는 소재는 카본칩 소재인,
차량용 너클의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 프리폼 삽입 단계(S220) 이전에 상기 본성형체 금형(500) 내에 차량용 너클에 결합되는 부싱 부재의 일부 또는 전부를 삽입하여 배치하는 부싱 삽입 단계가 더 포함되는,
차량용 너클의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 프리폼(200)은 너클의 축방향을 따르는 방향에서 볼 때 상기 본성형체(300)의 외형으로부터 미리 정해진 치수만큼 내측으로 옵셋된 형상으로 형성되는,
차량용 너클의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 본성형체 성형 단계(S230)는 상기 프리폼 성형 단계(S130)에 비해 높은 온도 및 높은 압력에서 수행되는,
차량용 너클의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 본성형체 탈형 단계(S240) 이후에 탈형된 본성형체(300)를 마무리 가공하는 후가공 단계(S300)가 더 포함되는,
차량용 너클의 제조방법.