KR20230000190A - 차량 부품 제조방법 - Google Patents

Abstract

핫스탬핑에 의한 차량 부품 제조방법이 소개된다. 부품은 메인부와 이 메인부 가장자리에 꺽인 플랜지를 갖는다. 부품은 아우터 블랭크와 인너 블랭크를 포개어 접합하고, 이를 프레스 성형함에 의해 제조된다. 부품의 메인부 전체 면적에서 아우터 블랭크와 인너 블랭크가 서로 중첩되며 플랜지에서의 인너 블랭크 길이가 아우터 블랭크보다 짧도록 아우터 블랭크에 대한 인너 블랭크의 크기가 설계된다. 제조된 부품은 강성이 우수하며, 제조공정이 심플하다.

Description

차량 부품 제조방법{Method For Manufacturing Motor Vehicle Parts}

본 발명은 차량 부품, 특히 핫스탬핑을 이용하여 차량 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전세계적인 환경규제 및 안전법규의 강화 추세에 따라 차량 산업 분야에서 경량화 및 고강도화 요구가 높다. 전통적인 내연기관 차량은 물론 전기차, 수소차 등 소위 친환경 차량에 있어서도 경량화는 필수이며, 경량화와 더불어 안전성 보장을 위해 부품들의 고강도화가 필요하다.

고강도 차량 부품의 제조를 위해 초고장력강이 사용되고 있으나, 초고장력 강판은 성형성이 열악하여 그 적용범위에 한계가 있다. 고강도와 고성형성의 동시 구현을 위해 핫스탬핑 기술이 개발되어 그 적용이 널리 확대되고 있다.

핫스탬핑은 강판을 오스테나이트화 온도(A_C3) 이상, 예로서 900℃ 이상의 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급냉시켜 1400Mpa급 이상의 고강도 부품을 얻고자 하는 기술이다. 핫스탬핑 소재로는 0.2중량% 내외의 탄소와 열처리 성능 향상 위해 망간(Mn), 보론(B)이 소량 함유된 이른바 보론강이 사용된다.

핫스탬핑은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 강판이 성형되므로 성형성 및 치수 정밀도가 우수하다. 또한 핫스탬핑은 초고장력 강판의 냉간 성형 시 특히 문제되는 스프링백이나 지연파괴를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

핫스탬핑은 공정이 900℃ 이상의 고온에서 수행되기 때문에, 비도금 강판을 사용하는 경우 성형과정에 강판 표면에 스케일이 발생한다. 이 스케일은 후공정에서 제거되어야 하는데, 번거로운 이 디스케일링 공정을 생략하기 위해 제안된 것이 Al, Zn 도금층을 갖는 강판이다. Al 도금강판에 관해서는 미국특허 제6296805호가 참고될 수 있다.

차량 측면충돌은 정면충돌에 비해 충돌에너지를 흡수할 수 있는 구조물이 많지 않고, 운전자와 차량 사이에 제한된 공간으로 인하여 운전자에게 치명적인 상해를 줄 수 있다. 따라서 차량의 측면 충돌 내구성을 높이기 위해서는 센터필러와 같은 측면 부재의 최적 변형형상을 유도하여야 한다.

충돌 구조재로 작용하는 차량 부품의 경우 강도향상을 위하여 핫스탬핑을 이용한 고강도 소재를 사용할 뿐만 아니라 추가적인 보강재(reinforce)를 접합하여 충돌부위의 강성을 확보하게 된다. 이를 위해 각 부품들은 판재를 성형하여 만들어 진 후 성형된 이후에 용접이나 리벳 등 접합공법을 통하여 조립된다.

여러 부품들을 제작하기 위해서 각 부품에 맞는 금형들이 필요하다. 이 경우 조립 공정이 추가되어 투자비 및 생산시간이 늘어나는 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 블랭크 단위에서 구조재에 보강재를 용접하여 한번에 성형하는 패치워크공법이 개발되었다. 패치워크 공법은 구조재의 국소 위치에 행해지며, 용접될 보강재는 패치 형태의 작은 부재이다.

한편 차량 바디의 구조물 외에도 차량에 사용되는 부품은 기본적으로 강성 및 경량이 요구된다. 예로서 시트 및 관련 파트들은 차량 충돌 시 충격을 지지하는 기본 골격은 아니지만, 차량에 고정되어 사용되므로 충돌 사고시 승객을 보호할 수 있도록 충격을 견고하게 지지하고 변형이 발생되지 않아야 한다.

차량 부품의 강성을 증대시키기 위한 방안으로 부품의 두께 증가가 고려될 수 있다. 예로서 어떤 부품들은 2.2mm 이상, 나아가 3mm 이상 두께의 강판이 사용된다. 강판 두께의 증가는 무게 증가를 야기한다. 차체 외에도 경량의 강성 부품 제조에 핫스탬핑의 이용이 고려될 수 있다. 핫스탬핑용 도금강판, 예로서 Al 도금강판은 압연코일 상태에서 도금된다. 2.2mm 이상, 나아가 2.6mm 이상 두께 강판은 Al 도금이 용이하지 않다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 차체는 물론 고강도 및 경량화가 요구되는 차량 부품을 제조하는 신규의 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 제공되는 핫스탬핑용 강판으로는 얻기 어려운 부품, 예로서 2.2mm 이상, 나아가 3mm 이상 두께를 갖는 차량 부품을 핫스탬핑으로 제조하는 신규한 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 2.2mm 이상의 두께를 갖는 부품으로서, 메인부와 이 메인부 가장자리에 꺽인 플랜지를 갖는 부품을 제조하는 신규한 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 부품 성형 후의 트리밍과 같은 후가공이 필요하지 않은 차량 부품 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 것이다.

위 목적의 달성을 위한 본 발명에 차량 부품 제조방법은 아우터 블랭크와 인너 블랭크를 포개는 단계, 여기서 아우터 블랭크 및 인너 블랭크는 각각 표면에 도금층을 가지며, 부품의 메인부 전체 면적에서 아우터 블랭크와 인너 블랭크가 서로 중첩되며 플랜지에서 인너 블랭크 길이가 아우터 블랭크보다 짧도록 아우터 블랭크에 대한 인너 블랭크의 크기가 설계됨; 포개진 블랭크를 접합하는 단계; 및 접합된 블랭크를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 단계; 및 가열된 블랭크를 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍 및 급냉하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 고강도 및 경량화가 요구되는 차량 부품의 제조가 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 아우터 블랭크와 인너 블랭크 각각은 예로서 1.2mm일 수 있으며, 2매의 블랭크를 겹쳐 접합한 후 핫스탬핑함에 의해, 2.4mm의 두께를 가지며 강도 및 경량화가 요구를 충족시킬 수 있는 차량 부품의 제조가 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 핫스탬핑용으로 제공되기 어려운 두께, 예로서 2.2mm 이상 두께를 갖는 차량 부품을 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 메인부 전체 면적에서 아우터 블랭크 및 인너 블랭크가 서로 중첩되며 핫스탬핑에 의해 제조되므로, 부품의 강성이 우수하며 경량화 달성이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 플랜지에서의 인너 블랭크 길이가 아우터 블랭크보다 짧도록 설계되어, 아우터 블랭크를 성형과정의 인장 등을 고려하여 제조하고자 하는 부품의 크기 및 형상에 정확히 일치(정블랭크)시켜 제공할 수 있다. 나아가 성형 후 부품의 플랜지에서 인너 블랭크 길이가 아우터 블랭크보다 짧도록 설계되어 있으므로, 트리밍과 같은 후가공이 필요 없다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제조공정을 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 다른 블랭크 적층 상태를 보여준다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 블랭크 적층 상태를 보여준다.
도 4는 비교예에 따른 부품, 도 5는 실시예에 따른 부품을 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 부품을 보여준다.
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따라 제조된 부품을 보여준다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.

본 문서에서, 별도 한정이 없거나 본질적으로 허용될 수 없는 것이 아닌 한, 두 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 표현들, 예로서 '상', '연결'과 같은 표현들은 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재되는 것을 허용한다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표시는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 실시예에 따른 차량 부품 제조방법을 살펴본다.

도 1에서 보듯이 실시예에 따른 차량 부품은 준비(S1)된 블랭크를 적층(S2) 및 접합(S3)한 후, 가열(S4) 및 프레스 성형(S5)하는 핫스탬핑 공정을 통해 제조된다.

블랭크 준비(S1)

도 2를 참조하면 2개의 블랭크(11,12)가 준비된다. 하나는 아우터 블랭크(11), 다른 하나는 인너 블랭크(12)이다. 이들 블랭크(11,12)는 Al 도금강판으로서, 각각 두께가 1.2mm이다.

아우터 블랭크(11)는 핫스탬핑 성형 과정에서의 변형 등을 고려하여 제조하고자 하는 부품의 형상 및 크기에 정확히 일치할 수 있도록 재단된다. 이렇게 재단된 블랭크를 정블랭크라 한다. 정블랭크의 핫스탬핑 시, 부품에 대한 트리밍 등 후공정이 불필요하다.

인너 블랭크(12)는 아우터 블랭크(11)의 전체 면적을 덮을 수 있는 크기 및 형상으로 재단된다. 다만 아우터 블랭크(11)보다는 작은 크기로 준비된다.

블랭크 적층(S2)

도 2를 참조하면 아우터 블랭크(11)에 인너 블랭크(12)가 포개어진다. 인너 블랭크(12)는 아우터 블랭크(11)의 거의 전체 면적을 덮으며, 가장자리 부위에서 아우터 블랭크(11)보다 짧다. 도 2의 예에서 아우터 블랭크(11)의 가장자리를 따라 인너 블랭크(12)는 등간격으로 아우터 블랭크(11)보다 d 만큼 짧다.

도 2의 예와 달리 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12) 간의 길이차는 동일하지 않을 수 있다. 도 3에서 보듯이 아우터 블랭크(11)의 어느 가장자리에서 길이차는 d1이고, 다른 가장자리에서 길이차는 d2(d1≠d2)일 수 있다.

아우터 블랭크(11)의 가장자리 부위는 부품의 꺽인 플랜지가 제공되는 부위이다.

블랭크 접합(S3)

도 2를 참조하면, 포개진 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12)를 서로 접합한다. 접합은 스폿 용접에 의한다. 인너 블랭크(12)의 복수 위치에서 스폿 용접이 수행된다. 예로서 인너 블랭크(12)에 플러스 전극, 아우터 블랭크(11)에 마이너스 전극을 대향 배치하고, 스폿 용접을 한다. 스폿 용접 위치는 제조될 부품 및 성형과정을 고려하여 선택될 수 있다.

블랭크 가열(S4)

접합된 블랭크(11,12)는 이들의 오스테나이트화 온도 이상, 예로서 900℃로 가열된다. 가열은 예로서 전기가열로에서 수행된다. 벽면에 히터가 내장된 전기가열로 내에서 블랭크(11,12)가 이송되면서 복사열에 의해 가열된다. 전기가열로는 내부 온도가 예로서 920℃가 되도록 세팅될 수 있다.

프레스 성형(S5)

가열된 블랭크(11,12)는 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍과 함께 급냉된다. 급냉에 의해 마르텐사이트상을 갖는 고강도 부품이 얻어진다.

도 4 및 도 5에 제조될 부품들의 예가 도시되어 있다.

도 4에서 보듯이 부품은 바닥 또는 탑이 될 수 있는 메인부(21)와, 메인부(21) 가장자리에 꺽인 플랜지(22)를 갖는다. 플랜지(22)는 메인부(21) 가장자리 전체에 마련되거나 또는 일부에 마련될 수 있다. 메인부(21)가 사각인 경우, 플랜지(22)는 메인부(21)의 어느 한 변에만 마련되거나, 또는 2개 이상의 변에 마련될 수 있다.

도 4에서 보듯이 부품의 플랜지(22)에서 아우터 블랭크(11)보다 인너 블랭크(12)가 길고 이에 따라 인너 블랭크(12)가 아우터 블랭크(11) 밖으로 노출된다. 이 경우 인너 블랭크(12)에 대한 트리밍을 위한 후공정이 필요하다. 이와 같은 후공정의 생략을 위해서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 아우터 브랭크(11)보다 크기가 작게 설계된 인너 블랭크(12)를 사용할 필요가 있다. 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12)의 형상 및 크기가 동일한 경우, 프레스 성형 과정에 플랜지(21) 부위에서 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12) 간에 단차가 발생한다.

도 5를 참조하면 부품의 플랜지(22)는 메인부(21)에 전체적으로 마련되지 않을 수 있다. 부품은 플랜지(22)를 갖는 부위와, 플랜지(22)가 없이 오픈된 부위를 가질 수 있다. 제조된 부품에서 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12)가 서로 동일한 길이를 갖도록 블랭크(11,12)의 형상 및 크기를 설계하더라도, 재단과정의 공차 및 성형과정의 변수로 인해 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12) 간의 단차 발생을 피할 수 없다.

도 6 및 도 7에는 부품들의 수평방향 단면들을 보인 도면들이다.

도 6에서 보듯이 부품의 플랜지(22)에서 아우터 블랭크(11)보다 인너 블랭크(12)의 길이가 D 만큼 짧다. 메인부(21)에서 인너 블랭크(12)는 아우터 블랭크(11)의 내측면 전체를 덮어, 부품의 강성이 보장된다.

도 7에서 보듯이 인너 블랭크(12)는 아우터 블랭크(11)의 일부 플랜지에서만 연장될 수도 있다. 부품의 메인부(21) 전체 면적에서 아우터 블랭크(11)와 인너 블랭크(12)가 서로 중첩되어, 부품의 강성이 보장된다.

위 실시예에 따른 부품들은 핫스탬핑에 의해 제조되어 강성이 우수하며, 부품 성형 후 2차적인 가공이 필요하지 않다. 부품들은 차량 시트의 백프레임이나, 기타 부품들에 적용될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 소개된 특징들 또는 요소들은 다양한 형태로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.

보호하고자 하는 발명의 범위가 청구항들에 기재된다. 청구항에 기재된 요소는, 발명의 본질 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항에 기재된 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.

11: 아우터 블랭크 12: 인너 블랭크
21: 메인부 22: 플랜지부

Claims (1)

1. 메인부와 이 메인부 가장자리에 꺽인 플랜지를 갖는 차량 부품의 제조방법으로서,
   아우터 블랭크와 인너 블랭크를 포개는 단계, 여기서 아우터 블랭크 및 인너 블랭크는 각각 표면에 도금층을 가지며, 부품의 메인부 전체 면적에서 아우터 블랭크와 인너 블랭크가 서로 중첩되며 플랜지에서의 인너 블랭크 길이가 아우터 블랭크보다 짧도록 아우터 블랭크에 대한 인너 블랭크의 크기가 설계됨;
   상기 포개진 블랭크를 접합하는 단계; 및
   상기 접합된 블랭크를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 단계; 및
   상기 가열된 블랭크를 냉각채널을 갖는 프레스 성형기 내에서 포밍 및 급냉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 부품 제조방법.

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