KR20220105312A - 사출을 통해 리브 부재가 형성된 크래쉬 박스 조립체 및 상기 크래쉬 박스 조립체의 제조 방법 - Google Patents

사출을 통해 리브 부재가 형성된 크래쉬 박스 조립체 및 상기 크래쉬 박스 조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라서 사출을 통해 크래쉬 박스 조립체 내에 리브 부재를 형성하는 방법은 크래쉬 박스 조립체의 기본 몸체를 이루는 크래쉬 박스 프레임(10)을 프레스 공정을 통해 성형하는 단계; 인서트 금형 내에 상기 크래쉬 박스 프레임(10)을 배치한 상태에서 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 복합재 리브 부재(20)를 형성하는 단계; 및 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 성형된 베이스 플레이트를 결합하는 단계;를 포함하고, 상기 크래쉬 박스 프레임(10)은 프레스를 통해 절단 및 포밍이 이루어진 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함하고, 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11)이 인서트 금형 상에 배치된 상태에서 복합재 리브 부재(20)의 사출을 통해 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 간을 상호 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

사출을 통해 리브 부재가 형성된 크래쉬 박스 조립체 및 상기 크래쉬 박스 조립체의 제조 방법{A crash box assembly in which a rib member is formed through injection and a method of manufacturing the crash box assembly}
본 발명은 차량의 범퍼에 연결되는 크래쉬 박스 조립체를 이루는 크래쉬 박스 프레임의 내측에 삽입되는 리브 부재를 사출 공정을 통해 복합재로 대체하게 한 것으로서, 알루미늄 재질을 갖는 크래쉬 박스 프레임과 상기 크래쉬 박스 프레임 내에 리브 형상으로 배치되는 복합재를 사출로써 결합하는 공정을 통해서 크래쉬 박스 조립체 제작을 위한 프레스 공정을 최소화시켜 생산성을 높이는 기술에 관한 것이다.
차량의 범퍼는 차체의 전방 및 후방에 설치되어 차량의 전후방 충돌시에 차체 및 승객을 보호할 뿐만 아니라 후드 및 엔진룸에 장착된 엔진과 각종 기기 등을 보호한다. 범퍼는 범퍼의 외형을 이루는 범퍼 커버, 충돌시 충격을 완화하며 충돌 후 형상복원 기능을 갖는 에너지 업소버와, 에너지 업소버를 지지하며 차체의 사이드 멤버에 설치되는 백빔(back beam, 범퍼 빔)으로 구성된다.
도 1은 범퍼의 백빔과 사이드 멤버 사이 크래쉬 박스의 설치를 보여주는 것으로서, 크래쉬 박스(3)는 백빔(1)과 사이드 멤버(2) 사이에 배치되어 충돌사고 발생시에 충격에너지를 흡수하는 역할을 한다. 크래쉬 박스(3)는 범퍼에 충격에너지가 가해질 경우 주로 차체의 축 방향(전후 방향)으로 압축 변형되면서 충격에너지를 흡수할 수 있는 구조로 이루어지되, 수리비의 최소화를 위해 사이드 멤버(2)의 변형을 최소화할 수 있는 구조로 이루어진다.
즉, 크래쉬 박스는 차체의 범퍼 조립체의 구성품으로서, 범퍼빔과 결합이 되어 차량의 충격에너지를 흡수하는 부품이다. 통상, 일반적으로 범퍼빔은 복합재, 알루미늄 재질을 사용하며 크래쉬 박스 조립체는 스틸과 알루미늄을 사용한다.
크래쉬 박스 조립체의 구성은 크래쉬 박스와 플레이트의 결합물일 수 있는데, 상기 크래쉬 박스와 플레이트 간의 결합 방법은 상기의 부재들을 볼팅한 다음에 용접을 실시하여 결합한다.
크래쉬 박스 조립체를 제작함에 있어서, 사각 형상의 알루미늄 압출 소재를 제작한 뒤에 절단과 포밍, 피어싱 등의 프레스성형 공정을 거쳐 제작된 플레이트와 크래쉬 박스 프레임을 볼팅 후 용접을 하여 제작하는데, 결합 전의 크래쉬 박스 프레임은 중앙 영역에 리브가 형성된 2개의 공간으로 나뉘어진 형상을 갖는다. 한편, 크래쉬 박스 프레임을 제작하는 과정에서 공급된 알루미늄 판재를 제품 길이로 1차 절단 후, 노칭에 의한 절단과 포밍 공정에 의해 제작되어지는데, 노칭이나 포밍이 각각의 공간 상에서 금형의 의해 진행되는 과정을 거치게 되는바, 공정이 복잡하고 금형 구조가 난해하여 성형 과정이 어려워지는 원인이 되고 있다.
(특허문헌 KR 10-1836709)
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위하여 크래쉬 박스를 이루는 크래쉬 박스 프레임의 내측에 삽입되는 리브 부재를 복합재로 대체하게 한 것으로서, 알루미늄 재질을 갖는 크래쉬 박스 프레임과 상기 크래쉬 박스 프레임 내에 리브 형상으로 배치되는 복합재를 사출로써 결합하는 공정을 통해서 크래쉬 박스 제작을 위한 프레스 공정을 최소화시켜 생산성을 높이는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 프레스 공정 상에서 크래쉬 박스를 이루는 중간 리브의 성형 공정을 삭제하고 사출 공정을 통해 크래쉬 박스 프레임 상에 리브를 성형함으로써 크래쉬 박스 내부를 2개의 영역으로 분할하는 과정을 통해 절단 작업 및 성형 작업을 용이하게 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 사출을 통해 크래쉬 박스 조립체 내에 리브 부재를 형성하는 방법은 크래쉬 박스 조립체의 기본 몸체를 이루는 크래쉬 박스 프레임(10)을 프레스 공정을 통해 성형하는 단계; 인서트 금형 내에 상기 크래쉬 박스 프레임(10)을 배치한 상태에서 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 리브 복합재(20)를 형성하는 단계; 및 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 성형된 베이스 플레이트를 결합하는 단계;를 포함하고, 상기 크래쉬 박스 프레임(10)은 프레스를 통해 절단 및 포밍이 이루어진 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함하고, 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11)이 인서트 금형 상에 배치된 상태에서 리브 복합재(20)의 사출을 통해 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 간을 상호 연결하는 것을 특징으로 한다.
상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 상에는 각각 슬로팅 홀이 형성되고, 공급되는 사출재가 상기 슬로팅 홀을 통해 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면을 통해 양쪽에서 감싸지도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
공급되는 사출재가 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면 상에 'H' 자 형태로 양쪽에서 덮는 방식을 이루는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 크래쉬 박스 조립체는 인서트 금형 내에 배치된 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 형성된 리브 복합재(20); 및 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 결합되는 베이스 프레임(30);을 포함하고, 상기 크래쉬 박스 프레임(10)은 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함하고, 상기 단위 박스 프레임(11) 각각은 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 마주보는 바깥면을 이루는 베이스부(12), 상기 베이스부(12)를 기준으로 양측 상에 절곡 형성되는 측면부(13) 및 상기 측면부의 끝단 상에 형성되는 슬로팅 홀(14)을 포함하고, 상기 단위 박스 프레임(11) 상으로 공급되는 사출재는 상기 슬로팅 홀(14)을 통해 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면을 통해 양쪽에서 감싸지도록 함으로써상기 복합재 리브 부재(20)를 형성하는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 베이스 프레임(30)은 중공 형상을 갖는 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간 상에 연통하도록 관통 형성되는 메인 플레이트 홀(32)을 갖는 플레이트 본체(31), 상기 메인 플레이트 홀(32)을 기준으로 양측 상에 형성되어져 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 하단 상에 밀착 배치되는 가이드 브라켓(33) 및 가이드 브라켓에 관통 결합되는 볼트 체결구(35)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 프레스 공정 상에서 크래쉬 박스를 이루는 중간 리브 성형 공정을 삭제하고 사출 공정을 통해 크래쉬 박스를 2개의 영역으로 분할하는 과정을 통해 절단 작업 및 성형 작업을 용이하게 한다.
본 발명 상에서 크래쉬 박스 상에 사출 공정을 통해 형성되는 중간 리브는 기존의 금속 자재 대신에 플라스틱 자재로 대체시키게 되는데, 크래쉬 박스의 분할품인 크래쉬 박스 프레임과 성형된 베이스 프레임을 결합한 상태에서 몰드에 인서트한 상태에서 중간 리브를 사출로써 결합시키게 한다.
인서팅되는 중간 리브의 결합력을 증대하기 위해서 플라스틱 수지가 채워진 상태에서 결합 면적을 크게 할 수 있도록 상기 크래쉬 박스 상에 슬로팅 홀을 2개이상 형성하게 하고, 중간 리브로 대체된 플라스틱 구조체는 알루미늄 플레이트와의 결합력 향상을 위해 양쪽에서 감싸지도록 하여, 플라스틱 구조체가 알루미늄판재를 'H' 자 형태로 양쪽에서 덮는 방식으로 구성하게 한다.
한편, 크래쉬 박스의 분할품인 크래쉬 박스 프레임과 성형된 베이스 프레임 간의 결합력 유지를 위해 복수의 볼트 체결을 하는 것과 동시에 수지 접합부를 제외한 부분은 용접하여 결합시키게 한다.
도 1은 종래기슬에 따라 백빔과 사이드 멤버 간의 크래쉬 박스의 설치를 보인다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 크래쉬 박스 조립체를 보인다.
도 3은 도 2의 크래쉬 박스 조립체의 분해 사시도를 보인다.
도 4는 크래쉬 박스 조립체를 이루는 크래쉬 박스 프레임을 보인다.
도 5는 도 2의 A-A에 따른 단면을 보인다.
도 6은 도 2의 크래쉬 박스 조립체의 측면도를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 사출을 통해서 리브 부재가 성형된 크래쉬 박스 조립체를 설명한다.
본 발명에 따른 크래쉬 박스 조립체는, 차량의 전방으로는 범퍼에 연결된 상태에서 후방으로는 차체에 결합되는 구성을 갖는다.
크래쉬 박스 조립체는 상기 크래쉬 박스 조립체의 기본 몸체를 이루는 크래쉬 박스 프레임(10), 인서트 금형 내에 배치된 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 형성된 복합재 리브 부재(20), 및 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 결합되는 베이스 프레임(30)을 포함한다.
크래쉬 박스 프레임(10)은 프레스 공정을 통해 성형되는 것으로서, 중간의 리브가 삭제된 상태에서 2개로 분할되어져 절단 및 포밍 공정이 실시된다.
크래쉬 박스 프레임(10)은 프레스를 통해 절단 및 포밍이 이루어진 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함한다. 상기 단위 박스 프레임(11)은 공급된 판재에 대해 대략적인 직사각 형상으로 프레스 절단을 실시한 상태에서 포밍 작업을 실시한다. 단위 박스 프레임(11)의 중심부를 기준으로 양측을 절곡하는 과정을 통해 전체적으로 ㄷ형상의 단면을 갖도록 성형을 실시한다. 즉, 단위 박스 프레임(11) 각각은 크래쉬 박스 프레임(10)의 마주보는 바깥면을 이루는 베이스부(12), 상기 베이스부(12)를 기준으로 양측 상에 절곡 형성되는 한쌍의 측면부(13)를 포함한다. 상기 측면부(13) 중 베이스부(12)의 전방 영역에서는 절개된 상태를 갖게 함으로써 상기 절개된 영역 상에 범퍼의 체결을 가능하게 한다. 즉, 구체적인 예로서는 상기 단위 박스 프레임(11)을 결합하여 크래쉬 박스 프레임(10)을 이루는 경우에, 베이스 프레임(30)이 결합하는 후면부의 반대편인 전면부 상에는 범퍼의 결합이 이루어지도록 ㄷ 형상의 홈이 파인 구조를 갖는 범퍼 결합구(15)가 형성된다. 범퍼 결합구(15)에 해당하는 베이스부(12)의 전방 중앙 부분은 압입 가공을 통해 단위 박스 프레임(11) 간의 이격 거리가 가장자리 영역에 비해 더 가까운 상태를 갖게 된다. 한편, 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 중 하부에 배치되는 단위 박스 프레임의 베이스부는 전방으로 갈수록 단차진 상태를 갖도록 형성되어질 수 있다. 즉, 도 6과 같이 단위 박스 프레임은 베이스 프레임(30)에서 점점 멀어지면서 하단부 상에 단차진 상태의 구조를 갖는 것일 수 있다.
상기 단위 박스 프레임(11)을 이루는 측면부의 끝단 상에는 슬로팅 홀(14)이 형성되고, 인서트 금형 내에 안착된 단위 박스 프레임(11) 상으로 공급되는 사출재가 슬로팅 홀(14)을 통해 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면을 통해 양쪽에서 감싸지도록 구성하는 것일 수 있다. 즉, 한쌍의 단위 박스 프레임(11)을 슬로팅 홀이 마주하는 상태로 인서트 금형 상에 이격배치한 상태에서, 사출재를 공급하는 경우에는 한쌍의 단위 박스 프레임(11)에 형성된 슬로팅 홀을 통해 상기 사출재가 연속적으로 연결된 상태를 갖게 함으로써 복합재 리브 부재(20)를 형성하게 된다.
구체적으로는, 공급되는 사출재가 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면 상에 'H' 자 형태로 양쪽에서 덮는 방식을 이루는 것일 수 있는데, 크래쉬 박스 프레임(10)의 양측 상에서 슬로팅 홀을 통해 각각 'H' 형상의 단면을 갖는 상태에서 상기 'H' 형상 단면을 상호 연결하는 구조를 통해서 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 영역을 분리하게 한다.
복합재 리브 부재(20)는 플라스틱재로 대체시켜 크래쉬 박스 분할품인 크래쉬 박스 프레임(10)과 성형된 베이스 프레임(30)을 인서트 몰드에 인서트한 상태에서 사출로써 결합시킨다. 상기 복합재 리브 부재의 재질은 FRP이며, 보강재로 유리섬유(Glass fiber) 또는 탄소섬유(Carbon fiber)를 사용한다.
크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 결합되는 베이스 프레임(30)은 중공 형상을 갖는 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간 상에 연통하도록 관통 형성되는 메인 플레이트 홀(32)을 갖는 플레이트 본체(31), 메인 플레이트 홀(32)을 기준으로 양측 상에 형성되어져 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 하단 상에 밀착 배치되는 가이드 브라켓(33) 및 가이드 브라켓에 관통 결합되는 볼트 체결구(35)를 갖는다.
복합재 리브 부재(20)는 단위 박스 프레임(11)을 따라 이격 형성된 한 쌍의 슬로팅 홀을 따라서 단위 박스 프레임(11)의 내외면을 따라 연속적으로 형성되어지는데, 크래쉬 박스 프레임(10)의 전방 영역인 범퍼 결합구에서 시작하여 오목한 U자 형상을 갖는 파인홈 형태를 갖는 제1슬로팅 홀에서 상하 방향으로 돌출된 제1 요철부(23)를 형성하고, 상기 제1 요철부에서 연속된 상태에서 제2 슬로팅 홀에서 제1 요철부 보다 상하 방향으로 더 돌출된 제2 요철부(24)를 갖도록 형성되는 것이 가능하다. 복합재 리브 부재(20)는 제1,2 요철부(23,24)를 연결하는 동시에 한쌍의 단위 박스 프레임(11)의 측면부 사이에 배치되는 씰링부(22) 및 상기 씰링부(22)를 연결한 상태에서 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 가로지르는 판 형상인 중앙 분리부(21)를 갖는다.
제2 요철부(24)는 가이드 브라켓(33)의 상단 상에 접하도록 형성된다. 복합재 리브 부재(20)는 전체적으로는 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 상하 두 개의 공간으로 분리하는 한편, 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 간을 제1,2슬로팅 홀을 중심으로 하여 상호 결속하는 작업을 통해 단단히 고정하는 기능을 한다.
한편, 크래쉬 박스 프레임(10)과 성형된 베이스 프레임(30)은 별도의 용접 공정을 통해 결합된다. 용접은 베이스 프레임(30) 상에서 일측 가이드 브라켓을 기준으로 전방에서 시작하여 크래쉬 박스 프레임(10)을 따라 연속적으로 연장된 상태에서 타측 가이드 브라켓의 전방까지 이어지는 방식으로 이루어진다. 한편, 일측 가이드 브라켓을 기준으로 후방에서 이격된 상태에서 시작하여 타측 가이드 브라켓의 후방까지 일직선으로 이어지는 방식으로 구성이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 크래쉬 박스 프레임
11 : 단위 박스 프레임
12 : 베이스부
13 : 측면부
14 : 슬로팅 홀
20 : 복합재 리브 부재
21 : 중앙 분리부
22 : 씰링부
23 : 제1 요철부
24 : 제2 요철부
30 : 베이스 프레임
31 : 플레이트 본체
32 : 메인 플레이트 홀
33 : 가이드 브라켓
35 : 볼트 체결구

Claims (5)

  1. 차량의 범퍼에 연결되는 크래쉬 박스 조립체를 성형하는 방법에 있어서,
    상기 크래쉬 박스 조립체의 기본 몸체를 이루는 크래쉬 박스 프레임(10)을 프레스 공정을 통해 성형하는 단계;
    인서트 금형 내에 상기 크래쉬 박스 프레임(10)을 배치한 상태에서 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 복합재 리브 부재(20)를 형성하는 단계; 및
    상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 성형된 베이스 플레이트를 결합하는 단계;를 포함하고,
    상기 크래쉬 박스 프레임(10)은 프레스를 통해 절단 및 포밍이 이루어진 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함하고, 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11)이 인서트 금형 상에 배치된 상태에서 복합재 리브 부재(20)의 사출을 통해 상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 간을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는, 크래쉬 박스 조립체의 성형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 단위 박스 프레임(11) 상에는 각각 슬로팅 홀이 형성되고, 공급되는 사출재가 상기 슬로팅 홀을 통해 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면을 통해 양쪽에서 감싸지도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 크래쉬 박스 조립체의 성형 방법.
  3. 제 1 항에 있어서
    공급되는 사출재가 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면 상에 'H' 자 형태로 양쪽에서 덮는 방식을 이루는 것을 특징으로 하는, 크래쉬 박스 조립체의 성형 방법.
  4. 크래쉬 박스 프레임(10);
    인서트 금형 내에 배치된 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간을 분리하도록 사출을 통해 형성된 복합재 리브 부재(20); 및
    상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 후단 상에 결합되는 베이스 프레임(30);을 포함하고,
    상기 크래쉬 박스 프레임(10)은 한쌍의 대향하는 단위 박스 프레임(11)을 포함하고, 상기 단위 박스 프레임(11) 각각은 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 마주보는 바깥면을 이루는 베이스부(12), 상기 베이스부(12)를 기준으로 양측 상에 절곡 형성되는 측면부(13) 및 상기 측면부의 끝단 상에 형성되는 슬로팅 홀(14)을 포함하고,
    상기 단위 박스 프레임(11) 상으로 공급되는 사출재는 상기 슬로팅 홀(14)을 통해 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 내외면을 통해 양쪽에서 감싸지도록 함으로써상기 복합재 리브 부재(20)를 형성하는 구조인 것을 특징으로 하는, 크래쉬 박스 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임(30)은 중공 형상을 갖는 크래쉬 박스 프레임(10)의 내부 공간 상에 연통하도록 관통 형성되는 메인 플레이트 홀(32)을 갖는 플레이트 본체(31), 상기 메인 플레이트 홀(32)을 기준으로 양측 상에 형성되어져 상기 크래쉬 박스 프레임(10)의 하단 상에 밀착 배치되는 가이드 브라켓(33) 및 가이드 브라켓에 관통 결합되는 볼트 체결구(35)를 포함하는, 크래쉬 박스 조립체.
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