KR20220114996A - 카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법 - Google Patents

카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무게를 줄이면서 강성을 높일 수 있는 카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 관한 것으로서, 상부 금형 및 하부 금형에 유압 실린더를 배치시키는 단계; 상기 상부 금형 및 상기 유압 실린더 사이와, 상기 하부 금형 및 유압 실린더 사이에 파이프 소재를 배치시키는 단계; 상기 상부 금형 및 상기 하부 금형이 상기 유압 실린더를 향해 슬라이딩되고, 상기 파이프 소재가 상기 유압 실린더의 외주면에 가압되어 파이프가 형성되는 단계; 상기 유압 실린더가 상기 파이프로부터 탈거되는 단계; 상기 상부 금형 및 상기 하부 금형이 상기 유압 실린더의 반대 방향으로 슬라이딩되고, 상기 파이프를 상기 상부 금형 및 하부 금형으로부터 탈형(Form Removal)하는 단계를 포함한다.

Description

카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법{MANUFACTURING APPARATUS FOR COWL CROSSBAR PIPE AND METHOD FOR MANUFACTURING COWL CROSSBAR PIPE USING THE SAME}
본 발명은 카울크로스바용 파이프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제조공정을 줄일 수 있는 카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
카울크로스바(COWL CROSSBAR)는 자동차 칵핏(COCKPIT)모듈의 일부품으로 스티어링축, 인스트루먼트 패널, 공조시스템, 에어백, 카오디오 등의 칵핏 전장 부품을 안내, 지지하는 역할을 한다.
또한, 카울크로스바는 자동차의 좌우방향의 휘어짐이나 뒤틀림을 방지하고 차체의 내구성을 높이기 위한 골격으로 차량의 충돌 사고 발생 시, 승객의 안전을 보호한다.
이러한 카울크로스바는 파이프와, 파이프의 양단에 결합되는 파이프 캡과, 파이프 캡에 각각 결합되어 파이프를 차체의 양단에 각각 결합되는 사이드 브라켓과, 사이드 브라켓을 차체 방향으로 관통하여 차체의 결합방향을 가이드하는 핀부재와, 파이프의 양단 사이 구간에 형성되어 데쉬패널과 체결되는 데쉬 마운팅 부재, 파이프의 양단 사이 구간에 형성되어 차체의 하부에 결합되는 센터 서포트 등으로 이루어진 것으로서, 칵핏모듈 중량의 약 35%를 차지하고, 스틸 등과 같은 금속재 또는 알루미늄, 마그네슘, 플라스틱 등의 복합소재를 사출하여 제조된다.
한편, 차량의 충돌 사고 발생 시, 파이프의 전체 구간 중 운전자 및 센터페시아가 배치되는 방향의 파이프 구간은 파이프의 변형량이 최소가 되도록 굵은 직경으로 형성되고, 파이프의 전체 구간 중 상기 구간의 나머지 구간은 파이프의 중량절감을 위해 얇은 직경으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 굵은 파이프와 얇은 파이프를 각각 별도의 구성으로 이루어지고, 상기 파이프를 브라켓을 통해 접합하여 하나의 파이프로 제조한다.
종래에는 이러한 파이프를 제조하기 위해서는 굵은 파이프 제조 및 사출, 얇은 파이프 제조 및 사출, 굵은 파이프 및 얇은 파이프의 서브 조립, 굵은 파이프 및 얇은 파이프의 조립 등 약 7개의 공정을 거쳐 조립된다.
따라서, 파이프를 제조하기 위한 제조공정이 많음으로써, 이에 따라 제조비용도 상승하는 문제가 있다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 파이프의 제조공정을 줄일 수 있는 카울크로스바용 파이프 제조장치 및 이를 이용한 카울크로스바용 파이프의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프 제조장치는, 파이프 소재가 투입되고, 투입된 상기 파이프 소재를 압출시키는 압출기; 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재를 압축시켜 제1 파이프 반제품을 형성하는 제1 압축 성형기; 및 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재를 압축시켜 제2 파이프 반제품을 형성하는 제2 압축 성형기를 포함하고, 상기 압출기는, PP(Polypropylene)로 이루어진 파이프 소재가 투입되는 제1 압출기; LGF(LongGlassfiber)로 이루어진 파이프 소재가 투입되는 제2 압출기를 포함한다.
상기 제1 압축 성형기는, 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 상부를 가압하는 제1 상부 금형; 및 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 하부를 가압하는 제1 하부 금형을 포함하고, 상기 제2 압축 성형기는, 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 상부를 가압하는 제2 상부 금형; 및 상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 하부를 가압하는 제2 하부 금형을 포함한다.
상기 제1 상부 금형은, 몸체를 이루는 제1 상부 몸체부; 및 상기 제1 상부 몸체부로부터 돌출된 상부 돌출부를 포함하고, 상기 제1 하부 금형은, 몸체를 이루고, 상면이 상기 제1 상부 몸체부의 하면과 접하는 제1 하부 몸체부; 상기 상부 돌출부가 삽입되는 하부 함몰부; 및 상기 하부 함몰부의 양측에서 음각으로 형성된 하부 플랜지 형성부를 포함한다.
하부 플랜지 형성부는, 상기 하부 함몰부의 일단에 형성된 제1 하부 플랜지 형성부; 및 상기 하부 함몰부에서 상기 제1 하부 플랜지 형성부의 반대 방향인 타단에 형성된 제2 하부 플랜지 형성부로 이루어지고, 상기 제1 하부 플랜지 형성부의 중심선과 상기 제2 하부 플랜지 형성부의 중심선은 서로 상이하다.
제2 상부 금형은, 몸체를 이루는 제2 상부 몸체부; 상기 제2 상부 몸체부로부터 함몰된 상부 함몰부; 및 상기 상부 함몰부의 양측에서 음각으로 형성된 상부 플랜지 형성부를 포함하고, 제2 하부 금형은, 몸체를 이루고, 상면이 상기 제2 상부 몸체부의 하면과 접하는 제2 하부 몸체부; 상기 제2 하부 몸체부로부터 돌출되어 상기 상부 함몰부에 삽입되는 하부 돌출부를 포함한다.
상부 플랜지 형성부는, 상기 상부 함몰부의 일단에 형성된 제1 상부 플랜지 형성부; 및 상기 상부 함몰부에서 상기 제1 상부 플랜지 형성부의 반대 방향인 타단에 형성된 제2 상부 플랜지 형성부로 이루어지고, 상기 제1 상부 플랜지 형성부의 중심선과 상기 제2 상부 플랜지 형성부의 중심선은 서로 상이하다.
본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프 제조방법은, 제1 상부 금형 및 제1 하부 금형 사이에 파이프 소재를 배치시키는 단계; 상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되는 단계; 상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 상기 파이프 소재를 가압하여 제1 파이프 반제품이 형성되는 단계; 상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 서로 마주하는 방향의 반대방향으로 슬라이딩되어 상기 제1 파이프 반제품을 상기 제1 상부 금형 및 제1 하부 금형으로부터 탈형(Form Removal)하는 단계; 제2 상부 금형 및 제2 하부 금형 사이에 파이프 소재를 배치시키는 단계; 상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되는 단계; 상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 상기 파이프 소재를 가압하여 제2 파이프 반제품이 형성되는 단계; 상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 서로 마주하는 방향의 반대방향으로 슬라이딩되어 상기 제2 파이프 반제품을 상기 제2 상부 금형 및 제2 하부 금형으로부터 탈형하는 단계; 상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 파이프 소재는 PP(Polypropylene)와 LGF(LongGlassfiber)의 조합물이다.
PP는 50%, LGF는 50%로 이루어진다.
PP는 40%, LGF는 60%로 이루어진다.
상기 파이프는, 강성을 요구하는 구간인 대직경부; 및 중량을 낮출 있는 구간인 소직경부로 이루어지고, 대직경부의 외경은 소직경부의 외경보다 크다.
상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는, 상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 리벳 결합 방식으로 결합된다.
상기 리벳 결합 방식은, 리벳 볼트 및 리벳 너트의 체결로 이루어진다.
상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는, 상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 용접 결합 방식으로 결합된다.
상기 용접 결합 방식은, 레이저 용접이다.
상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는, 상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 리벳 결합과 용접 결합 방식의 조합으로 결합된다.
본 발명에 따르면, 파이프를 일체형으로 제조함과 동시에 상부 금형 및 하부 금형의 형상에 따라 강성이 필요한 구간과 강성보다는 중량을 절감할 수 있는 구간을 명확하고 용이하게 구분하여 제조할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 카울크로스바용 파이프의 제조공정이 3단계로 이루어짐으로써, 제조비용을 현저하게 절감할 수 있고, 카울크로스바용 파이프의 제조공정이 감소되어 카울크로스바용 파이프의 제조시간을 줄일 수 있음으로써, 완성차의 제조부터 출고까지의 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 따른 LFT-D공법을 위한 파이프 제조장치의 파이프 제조공정을 나타낸 개략도.
도2는 본 발명의 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 따른 LFT-D공법을 위한 파이프 제조장치의 파이프 제조공정을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제1 압축 성형기를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제2 압축 성형기를 나타낸 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제1 하부 금형 및 제2 상부 금형을 나타낸 사시도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 제조장치의 제1 하부 금형 및 제2 상부 금형과 파이프의 사용상태를 나타낸 도면.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프의 제조방법을 나타낸 공정도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카울크로스바용 파이프 제조장치를 나타낸 도면.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 카울크로스바용 파이프 제조장치에 의해 제조된 파이프를 나타낸 사시도 및 단면도.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 따른 LFT-D공법을 위한 파이프 제조장치의 파이프 제조공정을 나타낸 개략도이고, 도2는 본 발명의 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 따른 LFT-D공법을 위한 파이프 제조장치의 파이프 제조공정을 나타낸 개략도이며, 도 2는 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제1 압축 성형기를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제2 압축 성형기를 나타낸 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 카울크로스바용 파이프 제조장치의 제1 하부 금형 및 제2 상부 금형을 나타낸 사시도이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프 제조장치의 제1 하부 금형 및 제2 상부 금형과 파이프의 사용상태를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 차체의 내부에서 좌우 방향으로 배치되는 카울크로스바용 파이프(400)는 LFT-D(Long Fiber-reinforced Thermoplastics by Direct Compounding) 프레스 공법을 활용하여 제조된다.
LFT-D공법은 공정의 특정 상, 원료에서 최종 제품까지 다양한 유형의 장비를 포함할 수 있는 것으로서, 원재료를 혼합하여 압출 후 압축 성형기를 통해 프레스 성형하여 제품을 만드는 공법이다.
이러한 LFT-D공법은 원재료 혼합 및 압출에서 프레스 성형까지 연속공정이 가능하고 사출성형에 비해 생산성이 높다.
LFT-D공법을 위한 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 압출기(100)와, 제1 압축 성형기(200) 및 제2 압축 성형기(300)로 이루어진다.
압출기(100)는 파이프 소재(401)가 투입되고, 투입된 상기 파이프 소재(401)를 압출시킨다.
이러한 압출기(100)는 제1 압출기(110) 및 제2 압출기(120)로 이루어진다.
제1 압출기(110)는 제1 투입구(111)가 형성된 것으로서, 상기 제1 투입구(111)를 통해 폴리프로필렌(PP; Polypropylene)으로 이루어진 파이프 소재(401)가 투입된다.
그리고, 폴리프로필렌은 제1 압출기(110)를 통해 용융되어 제2 압출기(120)로 압출된다.
제2 압출기(120)는 제2 투입구(121)가 형성된 것으로서, 상기 제2 투입구(121)를 통해 장 유리 섬유(LGF; LongGlassFiber)로 이루어진 파이프 소재(401)가 투입된다.
즉, 본 발명에서 카울크로스바용 파이프(400)를 제조하기 위한 파이프 소재(401)는 폴리프로필렌과 장 유리 섬유의 조합물로 이루어진다.
그리고, 제2 투입구(121)를 통해 장 유리 섬유를 폴리프로필렌과 별도로 투입함으로써, 섬유의 과도한 절단 현상을 방지할 수 있다.
제1 압축 성형기(200)는 압출기(100), 구체적으로 제2 압출기(120)로부터 압출된 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)를 압축시켜 제1 파이프 반제품(410)을 형성한다.
그리고, 제2 압축 성형기(300)는 압출기(100), 구체적으로 제2 압출기(120)로부터 압출된 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)를 압축시켜 제2 파이프 반제품(420)을 형성한다.
즉, 본 발명의 제1 압축 성형기(200)와, 제2 압축 성형기(300)를 통해 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)이 각각 형성된다.
여기서, 반제품이란 제품이 여러 공정을 거쳐 완성되는 경우, 하나의 공정이 끝나서 다음 공정에 인도될 부분품을 말하는 것으로서, 완전한 제품이 된 것을 아니지만, 가공이 일단 완료된 상태의 제품을 말한다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프(400)는 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)의 조립을 통해 하나의 파이프(400)를 형성한다.
도 2를 참조하면 제1 압축 성형기(200)는 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)을 포함한다.
제1 상부 금형(210)은 압출기(100)로부터 압출된 파이프 소재(401)의 상부를 가압한다.
이러한 제1 상부 금형(210)은 제1 상부 몸체부(211) 및 상부 돌출부(212)를 포함한다.
제1 상부 몸체부(211)는 제1 상부 금형(210)의 몸체를 이룬다.
그리고, 상부 돌출부(212)는 제1 상부 몸체부(211)의 중심으로부터 하방향으로 돌출된다.
상부 돌출부(212)는 바람직하게는 단면 형상이 반원형상으로 돌출된다.
이러한 상부 돌출부(212)는 제1 상부 금형(210)과 제1 하부 금형(220) 사이에 배치된 파이프 소재(401)를 가압하여 제1 파이프 반제품(410)의 내주면을 형성한다.
그리고, 제1 하부 금형(220)은 제1 상부 금형(210)의 하부에 배치되고, 압출기(100)로부터 압출된 파이프 소재(401)의 하부를 가압한다.
이러한 제1 하부 금형(220)은 제1 하부 몸체부(221)와 하부 함몰부(222) 및 하부 플랜지 형성부(223)를 포함한다.
제1 하부 몸체부(221)는 제1 하부 금형(220)의 몸체를 이룬다.
그리고, 제1 하부 몸체부(221)는 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 상면이 제1 상부 몸체부(211)의 하면과 접한다.
하부 함몰부(222)는 제1 하부 몸체부(221)의 중심에 형성된 홈으로써, 상부 돌출부(212)와 대응되는 형상으로 형성된다.
그리고, 하부 함몰부(222)에는 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 상부 돌출부(212)가 삽입된다.
이러한 하부 함몰부(222)는 제1 상부 금형(210)과 제1 하부 금형(220) 사이에 배치된 파이프 소재(401)를 가압하여 제1 파이프 반제품(410)의 외주면을 형성한다.
즉, 상부 돌출부(212)와 하부 함몰부(222)는 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 제1 파이프 반제품(410)의 단면 형상이 하프 파이프(Half-pipe) 형상으로 이루어지도록 한다.
하부 플랜지 형성부(223)는 파이프(400)의 브라켓 역할을 수행하는 플랜지(413)를 형성하는 영역으로써, 하부 함몰부(222)의 양측에서 음각으로 형성된다.
이러한 하부 플랜지 형성부(223)는 도 4a에 도시된 바와 같이 차량의 설계 레이아웃에 따른 파이프(400)의 플랜지(413) 위치에 따라 제1 하부 몸체부(221)의 길이방향을 따라 다수개가 서로 거리를 두고 이격되어 형성된다.
도 3을 참조하면 제2 압축 성형기(300)는 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)을 포함한다.
제2 상부 금형(310)은 압출기(100)로부터 압출된 파이프 소재(401)의 상부를 가압한다.
그리고, 제2 하부 금형(320)은 제2 상부 금형(310)의 하부에 배치되고, 압출기(100)로부터 압출된 파이프 소재(401)의 하부를 가압한다.
이러한 제2 상부 금형(310)은 제2 상부 몸체부(311)와 상부 함몰부(312) 및 상부 플랜지 형성부(313)를 포함한다.
제2 상부 몸체부(311)는 제2 상부 금형(310)의 몸체를 이룬다.
그리고, 상부 함몰부(312)는 제2 상부 몸체부(311)의 중심에 형성된 홈 형상으로 형성된다.
이러한 상부 함몰부(312)는 제2 상부 금형(310)과 제2 하부 금형(320) 사이에 배치된 파이프 소재(401)를 가압하여 제2 파이프 반제품(420)의 외주면을 형성한다.
상부 플랜지 형성부(313)는 파이프(400)의 브라켓 역할을 수행하는 플랜지(421)를 형성하는 영역으로써, 상부 함몰부(312)의 양측에서 음각으로 형성된다.
이러한 상부 플랜지 형성부(313)는 도 4b에 도시된 바와 같이 차량의 설계 레이아웃에 따른 파이프(400)의 플랜지(421) 위치에 따라 제2 하부 몸체부(321)의 길이방향을 따라 다수개가 서로 거리를 두고 이격되어 형성된다.
그리고, 상부 플랜지 형성부(313)는 하부 플랜지 형성부(223)와 대응되는 형상으로 형성되고, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)이 서로 결합될 때, 서로 면접촉 된다.
제2 하부 금형(320)은 제2 하부 몸체부(321) 및 하부 돌출부(322)를 포함한다.
제2 하부 몸체부(321)는 제2 하부 금형(320)의 몸체를 이룬다.
그리고, 제2 하부 몸체부(321)는 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 상면이 제2 상부 몸체부(311)의 하면과 접한다.
그리고, 하부 돌출부(322)는 제2 하부 몸체부(321)의 중심으로부터 상방향으로 돌출된다.
하부 돌출부(322)는 바람직하게는 단면 형상이 반원형상으로 돌출된다.
그리고, 하부 돌출부(322)는 제2 상부 금형(310)과 제2 하부 금형(320)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 상부 함몰부(312)에 삽입된다.
이러한 하부 돌출부(322)는 제2 상부 금형(310)과 제2 하부 금형(320) 사이에 배치된 파이프 소재(401)를 가압하여 제2 파이프 반제품(420)의 내주면을 형성한다.
즉, 상부 함몰부(312)와 하부 돌출부(322)는 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)이 파이프 소재(401)를 가압할 때, 제2 파이프 반제품(420)의 단면 형상이 하프 파이프(400) 형상으로 이루어지도록 한다.
상기와 같은 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치를 통해 단면 형상이 하프 파이프(400) 형상으로 이루어진 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)을 형성하고, 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 하나의 파이프(400)를 형성할 수 있다.
이때, 파이프(400)의 브라켓 역할을 수행하는 플랜지(413, 421)를 형성하는 하부 플랜지 형성부(223) 및 상부 플랜지 형성부(313)는 파이프(400)의 양측에 형성된 플랜지 형성부가 파이프(400)의 중심선에 형성될 수 있으나, 서로 상이한 중심선에 형성될 수 있다.
이를 위해 하부 플랜지 형성부(223)는 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 하부 플랜지 형성부(224) 및 제2 하부 플랜지 형성부(225)로 이루어진다.
제1 하부 플랜지 형성부(224)는 하부 함몰부(222)의 일단에 형성되고, 제2 하부 플랜지 형성부(225)는 하부 함몰부(222)에서 제1 합 플랜지 형성부의 반대 방향인 타단에 형성된다.
이러한 제1 하부 플랜지 형성부(224)의 중심선과 제2 하부 플랜지 형성부(225)의 중심선은 서로 상이하다.
그리고, 상부 플랜지 형성부(313)는 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 상부 플랜지 형성부(314) 및 제2 상부 플랜지 형성부(315)로 이루어진다.
제1 상부 플랜지 형성부(314)는 제1 하부 플랜지 형성부(224)와 대응되도록, 상부 함몰부(312)의 일단에 형성되고, 제2 상부 플랜지 형성부(315)는 제2 하부 플랜지 형성부(225)와 대응되도록 상부 함몰부(312)에서 제1 상부 플랜지 형성부(314)의 반대 방향인 타단에 형성된다.
이러한 제1 상부 플랜지 형성부(314)의 중심선과 제2 상부 플랜지 형성부(315)의 중심선은 서로 상이하다.
이로 인해, 도 5c에 도시된 바와 같이 파이프(400)의 양측에 형성된 플랜지의 높이가 서로 상이함으로써, 차량 내부에 장착공간의 설계 레이아웃에 따라 다양하게 변경하여 사용될 수 있다.
또한, 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420) 몸체부와 플랜지가 서로 폴리프로필렌 및 장 유리 섬유의 조합물로 이루어진 동일한 소재로 성형됨으로써, 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)과 플랜지 간의 결합력을 증대시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치를 이용한 카울크로스바용 파이프(400)의 제조방법에 대해서 설명한다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프(400)의 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 카울크로스바용 파이프(400)의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이 제1 투입구(111)를 통해 폴리프로필렌을 제1 압출기(110)에 투입하고, 제2 투입구(121)를 통해 장 유리 섬유를 제2 압출기(120)에 투입한다.
즉, 본 발명에서 카울크로스바용 파이프(400)를 제조하기 위한 파이프 소재(401)는 폴리프로필렌과 장 유리 섬유의 조합물로 이루어진다.
여기서, 폴리프로필렌은 50%로 이루어지고, 장 유리 섬유는 50%로 이루어질 수 있다.
또한, 폴리프로필렌은 40%로 이루어지고, 장 유리 섬유는 60%로 이루어질 수 있다.
이러한 폴리프로필렌의 함량이 40% 미만이면 상대적으로 장 유리 섬유의 함량이 높아져 비중이 상승하는 문제가 있을 수 있으며, 50%를 초과하면 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 장 유리 섬유는 파이프(400)의 기계적 물성을 향상시키기 위해 사용하는 것으로서, 장 유리 섬유는 상술한 바와 같이 약50~60%가 바람직하다.
이러한 장 유리 섬유의 사용량이 너무 적으면 비중은 낮아지나 강도나 내구성 등의 기계적 물성이 떨어질 수 있으며, 60%를 초과하면 비중이 상승하는 문제가 있을 수 있다.
이러한 폴리프로플린 및 장 유리 섬유소재를 이용한 파이프(400)는 재질 특성상 Steel 대비 매우 우수한 진동흡수 특성을 가지므로 차량의 정차 또는 주행 시 공전에 의한 핸들 떨림이 발생되는 것을 억제하여 NVH(NOISE/VIBRATION/HARSHNESS)성능을 향상시킬 수 있다.
이어서, 제1 압출기(110)를 통해 폴리프로필렌을 용융하여 제2 압출기(120)로 압출시킨다.
그리고, 제2 압출기(120)는 제1 압출기(110)로부터 압출된 폴리프로필렌과 장 유리 섬유를 서로 용융 및 혼합한다.
여기서, 압출은 원료를 용융 및 혼합하여 컴파운딩하는 과정을 말한다.
제1 압축 성형기(200) 및 제2 압축 성형기(300)를 통해 폴리프로필렌 및 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)를 압축하여 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)을 각각 제조한다.
구체적으로 제1 파이프 반제품(410)을 성형하기 위한 제1 압축 성형기(200)는 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)으로 이루어진다.
도 6a에 도시된 바와 같이 먼저 제1 압축 성형기(200)의 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220) 사이에 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)를 배치(S110)시킨다.
이어서 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)을 파이프 소재(401)를 향해 슬라이딩(S120) 시킨다.
즉, 도 6c에 도시된 바와 같이 제1 상부 금형(210)의 상부 돌출부(212)와 제1 하부 금형(220)의 하부 함몰부(222)에 의해 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)가 가압되어 하프 파이프(400) 형상의 제1 파이프 반제품(410)이 형성(S130)된다.
따라서, 제1 상부 금형(210)의 상부 돌출부(212)와 제1 하부 금형(220)의 하부 함몰부(222)는 LFT-D PRESS공법을 활용하면서, 파이프(400)의 내주면을 용이하게 형성시킬 수 있다.
또한, 제1 하부 금형(220)에 형성된 하부 플랜지 형성부(223)에 의해 제1 파이프 반제품(410)의 외주면에 플랜지(413)가 형성된다.
그리고 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)이 제1 파이프 반제품(410)이 배치된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩된다.
이어서, 도 6d에 도시된 바와 같이 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)이 제1 파이프 반제품(410)으로부터 이격되면 제1 파이프 반제품(410)을 제1 상부 금형(210) 및 제1 하부 금형(220)으로부터 탈형(Form Removal)(S140) 한다.
그리고 제2 파이프 반제품(420)을 성형하기 위한 제2 압축 성형기(300)는 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)으로 이루어진다.
이러한 제2 압축 성형기(300)의 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320) 사이에 도 6e에 도시된 바와 같이 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)를 배치(S150)시킨다.
이어서 도 6f에 도시된 바와 같이 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)을 파이프 소재(401)를 향해 슬라이딩(S160) 시킨다.
즉, 도 6g에 도시된 바와 같이 제2 상부 금형(310)의 상부 함몰부(312)와 제2 하부 금형(320)의 하부 돌출부(322)에 의해 폴리프로필렌과 장 유리 섬유로 이루어진 파이프 소재(401)가 가압되어 하프 파이프 형상의 제2 파이프 반제품(420)이 형성(S170)된다.
또한, 제2 상부 금형(310)에 형성된 상부 플랜지 형성부(313)에 의해 제2 파이프 반제품(420)의 외주면서 제1 파이프 반제품(410)의 플랜지(413)와 대응되는 위치에 플랜지(421)가 형성된다.
그리고, 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)이 제2 파이프 반제품(420)이 배치된 방향의 반대 방향으로 슬라이딩된다.
이어서, 도6 h에 도시된 바와 같이 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)이 제2 파이프 반제품(420)으로부터 이격되면 제2 파이프 반제품(420)을 제2 상부 금형(310) 및 제2 하부 금형(320)으로부터 탈형(S180) 한다.
이어서, 도 6i에 도시된 바와 같이 제1 압축 성형기(200)를 통해 성형된 제1 파이프 반제품(410)과 제2 압축 성형기(300)를 통해 성형된 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성(S190)한다.
구체적으로 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성하는 단계는, 제1 파이프 반제품(410)의 플랜지(413) 및 제2 파이프 반제품(420)의 플랜지(421)를 서로 리벳 결합 방식으로 결합한다.
이러한 리벳 결합 방식은 리벳 볼트 및 리벳 너트의 체결로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성하는 단계는 리벳 결합 방식으로 결합할 수 있지만, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성하는 단계의 다른 실시예에서는 제1 파이프 반제품(410)의 플랜지(413) 및 제2 파이프 반제품(420)의 플랜지(421)를 서로 용접 결합 방식으로 결합될 수 있다.
이러한 용접 결합 방식은 레이저 용접 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 또한, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성하는 단계는 리벳 결합 방식 또는 용접 결합 방식으로 결합할 수 있지만, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)을 서로 결합하여 파이프(400)를 형성하는 단계의 또 다른 실시예에서는 제1 파이프 반제품(410)의 플랜지(413) 및 제2 파이프 반제품(420)의 플랜지(421)를 서로 리벳 결합 방식과 용접 결합 방식의 조합으로 결합할 수 있다.
따라서, 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프 반제품(420)의 결합력을 현저하게 높일 수 있다.
이로 인해 처량의 특성상, 차량의 정차 또는 주행 시 공전 및 외부에 의한 핸들 떨림 등, 잦은 진동이 누적되어 제1 파이프 반제품(410)과 제2 파이프(400)의 반제품이 서로 분리되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 카울크로스바용 파이프(400)의 제조공정이 제1 파이프 반제품(410) 제조공정, 제2 파이프 반제품(420) 제조공정, 상기 제1 파이프 반제품(410) 및 제2 파이프 반제품(420)의 결합공정 등 3단계로 이루어짐으로써, 제조비용을 현저하게 절감할 수 있고, 카울크로스바용 파이프(400)의 제조공정이 감소되어 카울크로스바용 파이프(400)의 제조시간을 줄일 수 있음으로써, 완성차의 제조부터 출고까지의 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
한편, 차체의 좌우에 고정되는 파이프(400)는 대직경부(411) 및 소직경부(412)로 이루어진다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치 및 파이프(400)에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치를 나타낸 도면이고, 도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 카울크로스바용 파이프(400) 제조장치에 의해 제조된 파이프(400)를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
대직경부(411)는 변형량이 최소가 되도록 강성이 있어야 하고, 소직경부(412)는 파이프(400)의 전체적인 중량을 낮출 수 있어야 한다.
따라서, 대직경부(411)와 소직경부(412)는 그 구간에 따라 강성을 달리해야 한다.
즉, 대직경부(411)는 변령향이 최소가 되도록 강성이 있어야 구간으로써, 소직경부(412)보다 굵은 굵기로 이루어지고, 소직경부(412)는 파이프(400)의 전체적인 중량을 절감할 수 있는 구간으로써, 대직경부(411)보다 가는 굵기로 제조된다.
다시 말해 대직경부(411)의 외경은 소직경부(412)의 외경보다 크다.
이를 위해 본 발명의 파이프(400)는 상술한 바와 같이 제1 압축 성형기(200) 및 제2 압축 성형기(300)를 통해 프레스 방식으로 제조된다.
구체적으로 도 8에 도시된 바와 같이 대직경부(411) 구간을 형성하는 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)의 구간은 소직경부(412) 구간을 형성하는 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)의 구간에 비해 높은 위치에 형성된다.
따라서, 본 발명의 파이프(400)는 파이프 소재(401)를 가압할 때, 대직경부(411) 구간을 형성하는 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)이 소직경부(412) 구간을 형성하는 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)에 비해 늦게 접하게 됨으로써, 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)의 형상에 따라 도 9a에 도시된 바와 같이 대직경부(411) 및 소직경부(412)의 굵기를 다르게 형성할 수 있다.
이로 인해 본 발명의 파이프(400) 제조방법은 강성이 필요한 구간과 강성보다는 중량을 절감할 수 있는 구간을 명확하고 용이하게 구분하여 제조할 수 있고, 특히, 파이프(400)의 굵기 및 형상 등을 다르게 제조할 수 있는 자유도를 높일 수 있다.
그리고, 본 발명은 제1 하부 금형(220)과 제2 상부 금형(310)의 형상에 따라 별도의 포밍(Foaming)공정 없이 도 9b에 도시된 바와 같이 파이프(400)의 외주면을 입체적으로 형성하여 포밍효과를 줄 수 있다.
이처럼 본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 압출기 110: 제1 압출기
111: 제1 투입구 120: 제2 압출기
121: 제2 투입구 200: 제1 압축 성형기
210: 제1 상부 금형 211: 제1 상부 몸체부
212: 상부 돌출부 220: 제1 하부 금형
221: 제1 하부 몸체부 222: 하부 함몰부
223: 하부 플랜지 형성부 224: 제1 하부 플랜지 형성부
225: 제2 하부 플랜지 형성부 300: 제2 압축 성형기
310: 제2 상부 금형 311: 제2 상부 몸체부
312: 상부 함몰부 313: 상부 플랜지 형성부
314: 제1 상부 플랜지 형성부 315: 제2 상부 플랜지 형성부
320: 제2 하부 금형 321: 제2 하부 몸체부
322: 하부 돌출부 400: 파이프
410: 제1 파이프 반제품 411: 대직경부
412: 소직경부 413: 플랜지
420: 제2 파이프 반제품 401: 파이프 소재

Claims (16)

  1. 차체의 내부에서 좌우 방향으로 배치되는 카울크로스바용 파이프 제조장치에 있어서,
    파이프 소재가 투입되고, 투입된 상기 파이프 소재를 압출시키는 압출기;
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재를 압축시켜 제1 파이프 반제품을 형성하는 제1 압축 성형기; 및
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재를 압축시켜 제2 파이프 반제품을 형성하는 제2 압축 성형기를 포함하고,
    상기 압출기는,
    PP(Polypropylene)로 이루어진 파이프 소재가 투입되는 제1 압출기;
    LGF(LongGlassfiber)로 이루어진 파이프 소재가 투입되는 제2 압출기를 포함하는 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 압축 성형기는,
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 상부를 가압하는 제1 상부 금형; 및
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 하부를 가압하는 제1 하부 금형을 포함하고,
    상기 제2 압축 성형기는,
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 상부를 가압하는 제2 상부 금형; 및
    상기 압출기로부터 압출된 파이프 소재의 하부를 가압하는 제2 하부 금형을 포함하는 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 상부 금형은,
    몸체를 이루는 제1 상부 몸체부; 및
    상기 제1 상부 몸체부로부터 돌출된 상부 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 하부 금형은,
    몸체를 이루고, 상면이 상기 제1 상부 몸체부의 하면과 접하는 제1 하부 몸체부;
    상기 상부 돌출부가 삽입되는 하부 함몰부; 및
    상기 하부 함몰부의 양측에서 음각으로 형성된 하부 플랜지 형성부를 포함하는 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 하부 플랜지 형성부는,
    상기 하부 함몰부의 일단에 형성된 제1 하부 플랜지 형성부; 및
    상기 하부 함몰부에서 상기 제1 하부 플랜지 형성부의 반대 방향인 타단에 형성된 제2 하부 플랜지 형성부로 이루어지고,
    상기 제1 하부 플랜지 형성부의 중심선과 상기 제2 하부 플랜지 형성부의 중심선은 서로 상이한 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  5. 제3항에 있어서, 제2 상부 금형은,
    몸체를 이루는 제2 상부 몸체부;
    상기 제2 상부 몸체부로부터 함몰된 상부 함몰부; 및
    상기 상부 함몰부의 양측에서 음각으로 형성된 상부 플랜지 형성부를 포함하고,
    제2 하부 금형은,
    몸체를 이루고, 상면이 상기 제2 상부 몸체부의 하면과 접하는 제2 하부 몸체부;
    상기 제2 하부 몸체부로부터 돌출되어 상기 상부 함몰부에 삽입되는 하부 돌출부를 포함하는 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  6. 제5항에 있어서, 상부 플랜지 형성부는,
    상기 상부 함몰부의 일단에 형성된 제1 상부 플랜지 형성부; 및
    상기 상부 함몰부에서 상기 제1 상부 플랜지 형성부의 반대 방향인 타단에 형성된 제2 상부 플랜지 형성부로 이루어지고,
    상기 제1 상부 플랜지 형성부의 중심선과 상기 제2 상부 플랜지 형성부의 중심선은 서로 상이한 카울크로스바용 파이프 제조장치.
  7. 차체의 내부에서 좌우 방향으로 배치되는 카울크로스바용 파이프의 제조방법에 있어서,
    제1 상부 금형 및 제1 하부 금형 사이에 파이프 소재를 배치시키는 단계;
    상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되는 단계;
    상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 상기 파이프 소재를 가압하여 제1 파이프 반제품이 형성되는 단계;
    상기 제1 상부 금형 및 상기 제1 하부 금형이 서로 마주하는 방향의 반대방향으로 슬라이딩되어 상기 제1 파이프 반제품을 상기 제1 상부 금형 및 제1 하부 금형으로부터 탈형(Form Removal)하는 단계;
    제2 상부 금형 및 제2 하부 금형 사이에 파이프 소재를 배치시키는 단계;
    상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 서로 마주하는 방향으로 슬라이딩되는 단계;
    상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 상기 파이프 소재를 가압하여 제2 파이프 반제품이 형성되는 단계;
    상기 제2 상부 금형 및 상기 제2 하부 금형이 서로 마주하는 방향의 반대방향으로 슬라이딩되어 상기 제2 파이프 반제품을 상기 제2 상부 금형 및 제2 하부 금형으로부터 탈형하는 단계;
    상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계를 포함하는 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파이프 소재는 PP(Polypropylene)와 LGF(LongGlassfiber)의 조합물인 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    PP는 50%, LGF는 50%로 이루어진 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    PP는 40%, LGF는 60%로 이루어진 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 파이프는,
    강성을 요구하는 구간인 대직경부; 및
    중량을 낮출 있는 구간인 소직경부로 이루어지고,
    대직경부의 외경은 소직경부의 외경보다 큰 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는,
    상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 리벳 결합 방식으로 결합되는 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 리벳 결합 방식은, 리벳 볼트 및 리벳 너트의 체결로 이루어지는 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는,
    상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 용접 결합 방식으로 결합되는 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 용접 결합 방식은, 레이저 용접인 카울크로스바용 파이프의 제조방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 제1 파이프 반제품과 상기 제2 파이프 반제품을 서로 결합하여 파이프를 형성하는 단계는,
    상기 제1 파이프 반제품 및 상기 제2 파이프 반제품이 서로 리벳 결합과 용접 결합 방식의 조합으로 결합되는 카울크로스바용 파이프의 제조방법.


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