KR20230012817A - 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템 - Google Patents

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KR20230012817A
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정연일
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Abstract

본 발명은 강판을 가열하는 제1 열 공급기, 상기 제1 열 공급기에 의해 가열된 상기 강판을 가압하며, 상기 강판의 일 면에 언더컷을 형성하는 언더컷용 압연롤, 상기 언더컷이 형성된 상기 강판을 가압하여, 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 성형롤, 상기 제1 성형롤을 통과하여 상기 강판의 상기 언더컷이 형성된 일 면에 복합재 테이프가 안착되도록 공급하는 복합재 피더 및 상기 복합재 테이프가 안착된 상기 강판을 가압하는 복합재 가압롤을 포함하는 하이브리드 부품의 제조 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 패치 타입 하이브리드 부품의 제조 공정을 개선하여 연속적 제조 및 작업 공정의 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템{MANUFACTURING METHOD AND SYSTEM OF HYBRID COMPONENT}
본 발명은 강판 및 복합재를 접합한 하이브리드 부품을 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
CO2 규제 강화에 따른 내연기관 자동차의 연비 향상과 전기 및 수소 자동차의 항속거리 향상을 위해 자동차 산업에서 차체 부품 경량화 니즈는 지속적으로 증가하고 있다.
과거 스틸 기반 차체에서는 경량화를 위해 기존 대비 강도가 향상된 초고장력강판 적용을 통한 두께 박육화로 대응하였지만, 차체 강성 등 성능 확보를 위해서는 초고장력강판 적용을 통한 중량 감소에는 한계가 있다.
따라서, 알루미늄 등의 경량 금속 적용 비율이 증가하고 있고, 더 나아가 금속보다 가벼운 CFRP 등의 복합재 적용도 검토되고 있다. 하지만, 복합재의 경우 비강도가 높아 경량화에 유리하지만, 가격이 비싸고 금속과의 접합이 어려운 점 때문에 확대 적용이 안 되는 점을 개선하기 위해 복합재를 성능 보강이 필요한 부위에 국부적으로 패치 방식으로 적용하는 기술들이 개발되고 있다.
이러한 패치 적용 방식은 강판으로 제작된 부품 표면에 '열 가압 방식'을 통해 복합재를 패치 형태로 붙이는 방법으로서, 강판으로 제작된 부품의 보강이 필요한 부위에 맞게 사전에 재단된 복합재 프리-프레그(prepreg)를 접착 필름과 통합 및 경화시키는 방법으로, 12개 이상의 공정이 필요하여 생산성이 매우 낮은 문제점으로 인해 다양한 부품에 확대 적용에 한계가 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2006-0017126호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 패치 타입 하이브리드 부품의 제조 공정을 개선하여 연속적 제조 및 작업 공정의 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템은, 강판을 가열하는 제1 열 공급기, 상기 제1 열 공급기에 의해 가열된 상기 강판을 가압하며, 상기 강판의 일 면에 언더컷을 형성하는 언더컷용 압연롤, 상기 언더컷이 형성된 상기 강판을 가압하여, 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 성형롤, 상기 제1 성형롤을 통과하여 상기 강판의 상기 언더컷이 형성된 일 면에 복합재 테이프가 안착되도록 공급하는 복합재 피더 및 상기 복합재 테이프가 안착된 상기 강판을 가압하는 복합재 가압롤을 포함한다.
여기서, 상기 제1 열 공급기는 상기 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 열 공급기는 제논 빔을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강판은 Al-Si 도금재가 코팅된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 언더컷용 압연롤 내부에는 카트리지가 배치되며, 상기 강판의 온도가 900℃ 이상으로 유지되도록 상기 카트리지의 온도를 제어하는 카트리지 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 성형롤 내부에는 냉매가 순환되며, 상기 냉매를 공급하는 냉매가스 순환기를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 강판은 상기 제1 성형롤 통과 후 10초 이내에 200℃ 이하로 냉각되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 복합재 피더에 의해 공급되는 상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 제2 열 공급기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 열 공급기는 제논 빔은 사용하여 상기 강판 및 상기 복합재 테이프를 120℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 언더컷용 압연롤은 외면에 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 복수 개의 상기 돌기는 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선이 상기 언더컷용 압연롤의 반경 방향에 대해 경사진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언더컷용 압연롤의 임의의 원형 단면의 원주를 따라 형성된 복수 개의 돌기는 두 개의 돌기가 쌍을 형성하여 복수의 쌍이 배열된 것을 특징으로 한다.
나아가, 한 쌍의 상기 돌기 각 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 하이브리드 부품의 제조 방법은, 제1 열 공급기에 의해 강판을 가열하는 제1 가열 단계, 언더컷용 압연롤에 의해 가열된 상기 강판의 일 면에 언더컷을 형성하는 단계, 상기 언더컷이 형성된 상기 강판을 제1 성형롤에 의해 가압하여, 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 롤포밍 단계 및 상기 제1 성형롤을 통과한 상기 강판의 상기 언더컷이 형성된 일 면에 복합재 테이프를 부착하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 제1 가열 단계는 상기 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 롤포밍 단계에 의해 상기 강판은 상기 제1 성형롤 내부를 순환하는 냉매에 의해 상기 제1 성형롤 통과 후 10초 이내에 200℃ 이하로 냉각되는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 복합재 테이프를 부착하는 단계는, 상기 언더컷이 형성된 일 면에 상기 복합재 테이프가 안착되도록 상기 복합재 테이프를 공급하는 단계, 상기 복합재 테이프를 공급하는 단계에 의해 공급되는 상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 단계 및 복합재 가압롤에 의해 상기 복합재 테이프가 안착된 상기 강판을 가압하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 단계는 상기 강판 및 상기 복합재 테이프를 120℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언더컷을 형성하는 단계의 상기 언더컷용 압연롤은 외면에 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제1 롤포밍 단계 이후 상기 제1 성형롤보다 작은 직경을 가진 복수 개의 제2 성형롤에 의해 상기 강판을 추가 성형하는 제2 롤포밍 단계 및 상기 복합재 테이프를 부착하는 단계 이후 상기 복합재 테이프가 부착된 상기 강판을 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템에 의하면, 패치 타입 하이브리드 부품의 제조 공정을 개선하여 연속적 제조 및 작업 공정의 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 강판 표면에 일정 패턴을 부여함으로써 접착되는 표면적이 늘어나게 되고, 형상을 통한 기계적 체결 효과를 향상시킬 수 있어 강판과 복합재 간 짧은 접합 시간 내에도 결합력을 향상시킬 수가 있다.
도 1은 소재, 파장 별 레이저 흡수율을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 방법의 온도 조건을 도시한 것이다.
도 5는 강판의 고속 가열시의 조직 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 강판의 고속 가열시의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 시스템이 일 구성 중 언더컷용 압연롤을 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 A-A 단면을 나타낸 것이다.
도 9는 언더컷용 압연롤에 의한 언더컷 형성 상태를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 시스템이 일 구성 중 제2 성형롤을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 시스템이 일 구성 중 복합재 피더, 복합재 가압롤, 제2 열공급기를 도시한 것이다.
도 12는 도 10, 도 11의 구성에 의한 제조 상태 변화를 도시한 것이다.
도 13 및 도 14는 강판 표면 스트럭쳐에 따른 강판과 복합재 간 접합력 평가 결과이며, 도 13은 스트럭처링 미실시한 경우이며, 도 14는 본 발명에 의한 스트럭처링이 실시된 경우의 상태이다.
도 15는 본 발명에 의해 제조되는 하이브리드 부품의 성능평가 상태이며, 도 16은 그 결과를 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
현재 강판으로 제작된 부품에 대해 성능 보강이 필요한 부위에 국부적으로 복합재를 패치 방식 중 가장 많이 사용되는 공법인 '열 가압 방식'은 생산성이 매우 낮아 부품 가격이 많이 상승하는 단점이 있다. 본 발명은 기존의 패치 방식과 달리 복합재 단독 부품에 대해 빠른 생산성을 확보할 수 있도록 복합재 테이프를 사용하여 기존보다 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 강판-복합재 패치 하이브리드 부품 제조 기술을 제안하고자 한다.
이를 위해 복합재 테이프를 롤러에서 공급하면서 레이저 등의 열원으로 가열하며 복합재를 직물처럼 결합하여 부품을 제작하는 방법을 고려해 볼 수 있으나, 이 같은 방식은 다음과 같은 사유로 강판 부품 표면에 복합재 패치하는 형태의 부품 제작에 단순히 적용하기가 어렵다.
먼저, 도 1과 같이 소재 별 레이저 흡수율이 가장 높은 파장 영역이 상이하여 복합재와 금속(스틸) 부품을 동시에 가열하는 것이 불가하다. 즉, 복합재만 가열될 경우 낮은 온도에 금속 표면에 접촉하는 순간 용융된 복합재가 급속 냉각되어 접합이 되지 않는다.
그리고, 금속(스틸) 부품 표면 조도가 낮아 복합재 패치 시 결합력이 매우 낮다.
따라서, 본 발명에서는 강판 및 복합재를 동시에 가열할 수 있으며, 복합재 패치시 결합력을 향상시켜 연속적으로 구현할 수 있는 시스템 및 방법 개발함으로써 작업 공정을 단순화하여 생산성을 극대화하고자 한다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 시스템을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 방법을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 하이브리드 부품의 제조 방법의 온도 조건을 도시한 것이다.
이하, 도 2 내지 도 4와 이하의 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명은 차량 등 완성품의 경량화 및 강성 확보를 위해 강판(11)에 복합재 테이프(12)를 부착시켜 하이브리드 부품을 제조하는 시스템 및 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 부품의 제조 시스템은 강판(11)을 가열하는 제1 열 공급기(110), 강판(11)의 일 면에 언더컷(under-cut)을 형성하여 패터닝/스트럭처링(patterning/structuring)하는 언더컷용 압연롤(120), 강판(11)을 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 성형롤(141), 이후 추가 성형시키는 제2 성형롤(142), 복합재 테이프(12)를 패터닝된 강판(11)의 일 면에 접합시키기 위한 복합재 가압롤(170) 및 제2 열 공급기(180), 복합재 테이프(12)가 접합된 강판(11)을 절단하여 하이브리드 부품(20)으로 완성시키는 강판 절단기(190)를 포함하고, 카트리지 제어기(132), 냉매가스 순환기(150), 복합재 피더(160)를 더 포함한다.
도 4에서 참조되는 바와 같이 하이브리드 부품(20) 하나의 제조에 약 33초가 소요되며, 공정 별 소재 온도 및 시간은 성형 조건, 작업 시간 등을 고려하여 도 4와 같이 제어한다. 도 3의 제조 방법 순으로 공정별 상세 구성 및 작동 방법을 설명하기로 한다.
(1) 강판 코일 언코일링 - 강판 공급 단계, S11
사용되는 강판(11)은 완제품 하이브리드 부품(20)에서 강도 및 가공성 극대화를 위해 도 5와 같이 900℃ 이상 고온에서 연질의 오스테나이트 조직으로 변태되어 성형성이 우수하고, 고온에서 -47℃/s 이상 속도로 급냉시 경질의 마르텐사이트 조직으로 변태되어 인장강도 1470MPa급 수준까지 확보 가능한 인장강도 590MPa급 열처리형 보론 강판을 적용할 수 있다. 또한 가열, 냉각에 따른 강판 표면 산화스케일이 형성되는 것을 방지하기 위해 Al-Si 도금재(코팅층)가 적용될 수 있다.
(2) 강판 고속 가열 - 제1 가열 단계, S12
도 4의 연속 생산에서 공정 별 시간을 고려하여 언코일링된 강판(11)을 도 6과 같이 제1 열 공급기(110)에 의해 5초 이내에 강판(11)의 성형성이 극대화되는 온도 이상으로 연속 가열하는 공정이다. (일반 복사 가열로의 경우 5초 이내 가열이 불가하고, 유도가열의 경우 5초 이내 가열은 가능하지만 Al-Si 도금층이 쏠리는 현상이 발생하고, 레이저의 경우 넓은 영역을 가열하는 것이 불가하여 제논 빔을 사용하는 것이 보다 바람직하다.) 가열은 900℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하고, 소재의 온도는 도 4와 같이 제품을 성형하는 공정에 온도가 900℃가 될 수 있도록 자연 냉각(-1℃/s), 금형접촉 냉각(-20℃/s, 강판 표면 스트럭처링 공정)으로 30℃/s 정도 온도가 떨어지는 상황을 고려하여 930℃ ㅁ10℃ 수준으로 가열하는 것이 보다 바람직하다.
(3) 강판 표면 스트럭처링 - 강판 언더컷 형성 단계, S13
강판(11) 원 표면은 Ra 0.6~2.0㎛로 조도가 매우 낮아 별도 접착제 없이 복합재 테이프(12) 부착이 불가하다. 이를 위해 제1 열 공급기(110)에 의해 가열된 강판(11)은 언더컷용 압연롤(120)에 의해서 강판(11) 일 면에 언더컷을 형성시킨다.
즉, 도 7 및 도 8에서 참조되는 바와 같이 외면에 돌기(121, 122)가 돌출 형성된 언더컷용 압연롤(120)에 의해서 도 9와 같이 강판(11) 표면에 언더 컷(21) 형태의 별도 스트럭처링을 할 경우, 복합재 테이프(12)를 고온에서 패치하는 시점에 용융된 복합재 테이프(12) 내 수지가 언더 컷(21) 형상 내부로 침투 후 고상화되어 접합력이 확보된다.
언더컷용 압연롤(120)에 형성되는 돌기는 강판(11)의 전면에 언더컷(21)을 형성시키기 위해 언더컷용 압연롤(120)의 외면 전체에 복수 개가 형성되고, 삼각뿔, 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 끝이 뾰족한 형상일 수 있으며, 도 8에서 참조되는 원통형 언더컷용 압연롤(120)의 원형 단면 형상과 같이 원형 단면의 원주를 따라 형성된 돌기는 두 개의 돌기가 한 쌍을 형성하여 복수의 쌍이 배열될 수 있다.
그리고, 돌기의 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선은 도 8과 같이 반경 방향에 대해 일정 각도 경사진 방향일 수 있다.
또한, 한 쌍의 돌기(121, 122)의 각 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선은 서로 평행하지 않을 수 있다.
그래서, 도 9와 같이 한 쌍의 돌기 중 강판(11)과 먼저 접하는 제1 돌기(121)에 의해 강판(11) 상면에 언더컷이 형성된 후 순차적으로 제2 돌기(122)에 의해 강판(11) 상면에 언더컷이 형성된다.
한 번에 언터 컷 형상을 부여할 경우 롤 표면의 돌기가 표면을 누른 후 빠질 수 없기 때문에 이와 같이 삼각뿔 형태의 돌기가 순차적으로 2차례 가압하여, 즉 제1 돌기(121)가 언더컷 형성 후 빠져나온 후 제2 돌기(122)가 순차적으로 제1 돌기(121)가 형성한 언더컷 형상과 다른 형상의 언더컷 형상을 형성시키게 되는 것이다.
이와 같이 강판(11) 표면에 일정 스트럭처링을 부여하여 접착되는 표면적이 늘어나게 되고, 언더 컷 형상을 통한 기계적 체결 효과(interlocking)를 부여함으로써 금속(11)과 복합재 테이프(12) 간 결합력으로 높일 수가 있다.
그리고, 추가 가열된 강판(11)이 언더컷용 압연롤(120) 접촉에 따른 열전도에 의해 온도가 급격이 떨어지는 현상을 방지하기 위해 언더컷용 압연롤(120) 내부에는 카트리지(131, 카트리지 히터)가 인써트되고, 카트리지 제어기(132)가 카트리지(131)의 온도를 제어하여 900℃로 유지될 수 있도록 한다.
(4) 제품 성형 고온 롤포밍 - 제1 롤포밍 단계, S14
언더컷용 압연롤(120)에 의해 강판(11)이 패터닝된 후 도 8과 같이 원하는 부품 형상에 대응되는 특정 형상으로 상하 배치된 제1 성형롤(141)이 강판(11)을 가압함으로써 강판(11)을 원하는 형태로 성형한다.
일반적인 상온 롤포밍은 강도가 높은 강판 적용 시 성형이 불가하여 20개 이상의 롤을 이용하여 점진적으로 성형하지만, 본 발명에서는 제1 가열 단계(S12)의 고온 가열로 인해 성형성이 확보된 강판(12)을 사용하여 1단으로 성형이 가능하다. 추가로 가열된 강판을 성형과 동시에 급랭해야 인장강도 1470MPa를 확보할 수 있어 롤 언더컷용 압연롤(120) 내부에는 냉매(R)가 순환되게 하며, 냉매(R)는 냉매가스 순환기(150)에 의해 공급 및 순환된다.
도 5에서와 같이 연질 조직인 오스테나이트에서 경질인 마르텐사이트로 변태를 위해서는 10초 이내의 시간에 200℃ 까지 냉각이 필요하다. 때문에 일반 냉각수가 아닌 프레온 등의 고성능 냉매를 사용하여 롤 금형 온도를 낮게 유지하여 도 4와 같이 제품 성형 고온 롤포밍, 형상 교정 롤포밍 공정을 거치면서 9초 이내에 200℃ 이하까지 냉각할 수 있다.
(5) 형상 교정 롤포밍 - 제2 롤포밍 단계, S15
앞선 제1 롤포밍 단계(S14)에서는 대형의 제1 성형롤(141)에 의해 성형하여 제품의 모서리부 등의 형상이 완벽하게 구현되지 않기 때문에 추가로 4~5개 정도의 상대적으로 소형의 제2 성형롤(142)에 의해 형상을 교정하는 공정이며, 제1 롤포밍(S14), 제2 롤포밍(S15)을 통해 도 12와 같이 성형된다. 이 공정에서도 제품 냉각을 위해 프레온 등의 고성능 냉매(R)가 제2 성형롤(142) 내부에 흐르는 구조로 구성하는 것이 바람직하다.
(6) 복합재 테이프 부착 - 복합재 부착 단계, S16
이와 같이 강판(11)을 성형한 후, 강판(11) 표면에 복합재 테이프(12)를 부착하며, 패치 시 접합력을 확보하기 위해서는 강판(11), 복합재 테이프(12) 두 소재를 동시에 가열이 필요하다.
복합재 테이프(12)의 경우 예를 들어, CFRP(Carbon Fiber Reinforcement Plastics) 70%, 나일론 30%로 구성되어 있어 CFRP에 함침되어 있는 나일론이 용융될 수 있도록 120℃ 이상 가열하며, 강판(11)의 경우도 표면 온도가 낮을 경우 용융된 나일론이 접촉하는 순간 냉각되어 언터컷(21) 스트럭처링 구조로 침투가 안 되므로 120℃ 이상 가열한다.
도 11 및 도 12에서 참조되는 바와 같이, 복합재 피더(160)가 언더컷(21)이 형성된 강판(11) 상에 복합재 테이프(12)가 안착되도록 공급하며, 복합재 가압롤(170)이 강판(11)과 복합재 테이프(12)를 상하로부터 가압한다.
그리고, 강판(11)과 복합재 테이프(12)를 동시에 가열하기 위해 제2 열 공급기(180)가 강판(11)과 복합재 테이프(12)의 마주보는 면을 동시에 가열하고, 빠른 속도로 가열하기 위해서 빛의 파장 영역이 넓어 대부분의 소재에 대해 흡수율이 가장 높은 제논을 사용하며, 온도는 두 소재 모두 120℃ 이상으로 가열한다.
가열과 동시에 복합재 테이프(12)가 강판(11) 표면에 공급과 동시에 복합재 가압롤(170)에 의해 가압되어 부착이 된다. 이때 복합재 테이프(12)에 포함된 용융된 나일론이 강판(11) 표면의 언더컷(21) 스트럭처링에 침투 후 응고되어 접합력을 확보한다. 이때 복합재 가압롤(170) 내부에는 냉매(R)가 순환하여 가열된 복합재 테이프(12)와 강판(11)이 빠른 속도로 냉각될 수 있다.
(7) 제품 컷팅 - 부품 컷팅 단계, S17
이상의 단계를 통해 성형되고 복합재 테이프(12)가 패치된 강판(11)을 강판 절단기(190)에 의해 원하는 제품 크기로 절단하여 부품을 완성한다(S18). 그리고, 강판 절단기(190)는 레이저 절단기일 수 있다.
다음, 도 13 및 도 14는 강판 표면 스트럭쳐에 따른 강판과 복합재 간 접합력 평가 결과이며, 도 13은 스트럭처링 미실시한 경우이며, 도 14는 본 발명에 의한 스트럭처링이 실시된 경우의 상태이다.
즉, 접합력 평가는 복합재 테이프가 패치 접합된 강판에 상대 강판을 구조용 접착제로 접합한 뒤 전단 인장시험으로 진행한 것으로서, 도 13의 스트럭처링 미실시 샘플은 복합재 테이프가 분리되는 것으로 나타났고, 도 14의 스트럭처링을 실시한 샘플은 복합재 테이프는 분리되지 않고 구조용 접착제만 파단이 발생하였다.
이를 통해 본 발명의 스트럭처링에 의해 강판-복합재 테이프 간의 접합력 확보가 가능함을 알 수 있다.
다음, 본 발명 공정으로 제작된 강판-복합재 하이브리드 부품에 대해 굽힘강도 평가를 도 15와 같이 진행하였으며, 도 16은 그 결과를 나타낸 것이다.
도시의 비교예는 인장강도 1470MPa급, 두께 1.0t 강판 단독으로 구성된 제품이며, 실시예 1은 인장강도 1470MPa급, 두께 0.8t 강판에 복합재 테이프가 패치된 부품이며, 실시예 2는 인장강도 1470MPa급, 두께 1.0t 강판에 복합재 테이프가 패치된 부품이다.
이를 통해 본 발명에 의해 복합재 테이프를 패치했을 경우 굽힘강도가 30% 이상 향상되는 결과를 보였다. 또한 강판 두께를 0.8t 로 박판화 했을 경우에도 복합재 테이프 패치 시 굽힘강도가 15% 향상되는 결과를 나타냄으로써 부품에 적용 시 20% 이상 경량화가 가능함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 제조 시스템 및 제조 방법에 의하면, 공정 중 강판 표면에 일정 패턴을 부여함으로써 접착되는 표면적이 늘어나게 되고, 형상을 통한 기계적 체결 효과(interlocking)를 향상시킬 수 있어 강판과 복합재 간 짧은 접합 시간 내 결합력으로 높일 수가 있다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
11 : 강판 12 : 복합재 테이프
20 : 하이브리드 부품 21 : 언더컷
110 : 제1 열 공급기
120 : 언더컷용 압연롤
121 : 제1 돌기 122 : 제2 돌기
131 : 카트리지 132 : 카트리지 제어기
141 : 제1 성형롤 142 : 제2 성형롤
150 : 냉매가스 순환기
160 : 복합재 피더
170 : 복합재 가압롤
180 : 제2 열 공급기
190 : 강판 절단기

Claims (20)

  1. 강판을 가열하는 제1 열 공급기;
    상기 제1 열 공급기에 의해 가열된 상기 강판을 가압하며, 상기 강판의 일 면에 언더컷을 형성하는 언더컷용 압연롤;
    상기 언더컷이 형성된 상기 강판을 가압하여, 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 성형롤;
    상기 제1 성형롤을 통과하여 상기 강판의 상기 언더컷이 형성된 일 면에 복합재 테이프가 안착되도록 공급하는 복합재 피더; 및
    상기 복합재 테이프가 안착된 상기 강판을 가압하는 복합재 가압롤을 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 열 공급기는 상기 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 열 공급기는 제논 빔을 사용하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 강판은 Al-Si 도금재가 코팅된 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 언더컷용 압연롤 내부에는 카트리지가 배치되며,
    상기 강판의 온도가 900℃ 이상으로 유지되도록 상기 카트리지의 온도를 제어하는 카트리지 제어기를 더 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 성형롤 내부에는 냉매가 순환되며,
    상기 냉매를 공급하는 냉매가스 순환기를 더 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 강판은 상기 제1 성형롤 통과 후 10초 이내에 200℃ 이하로 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복합재 피더에 의해 공급되는 상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 제2 열 공급기를 더 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 열 공급기는 제논 빔은 사용하여 상기 강판 및 상기 복합재 테이프를 120℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 언더컷용 압연롤은 외면에 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    복수 개의 상기 돌기는 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선이 상기 언더컷용 압연롤의 반경 방향에 대해 경사진 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 언더컷용 압연롤의 임의의 원형 단면의 원주를 따라 형성된 복수 개의 돌기는 두 개의 돌기가 쌍을 형성하여 복수의 쌍이 배열된 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    한 쌍의 상기 돌기 각 밑면과 끝단을 잇는 임의의 선은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 시스템.
  14. 제1 열 공급기에 의해 강판을 가열하는 제1 가열 단계;
    언더컷용 압연롤에 의해 가열된 상기 강판의 일 면에 언더컷을 형성하는 단계;
    상기 언더컷이 형성된 상기 강판을 제1 성형롤에 의해 가압하여, 제조하고자 하는 부품 형상으로 성형하는 제1 롤포밍 단계; 및
    상기 제1 성형롤을 통과한 상기 강판의 상기 언더컷이 형성된 일 면에 복합재 테이프를 부착하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 가열 단계는 상기 강판을 900℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 롤포밍 단계에 의해 상기 강판은 상기 제1 성형롤 내부를 순환하는 냉매에 의해 상기 제1 성형롤 통과 후 10초 이내에 200℃ 이하로 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복합재 테이프를 부착하는 단계는,
    상기 언더컷이 형성된 일 면에 상기 복합재 테이프가 안착되도록 상기 복합재 테이프를 공급하는 단계;
    상기 복합재 테이프를 공급하는 단계에 의해 공급되는 상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 단계; 및
    복합재 가압롤에 의해 상기 복합재 테이프가 안착된 상기 강판을 가압하는 단계를 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 복합재 테이프와 상기 강판의 마주보는 면을 동시에 가열하는 단계는 상기 강판 및 상기 복합재 테이프를 120℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 언더컷을 형성하는 단계의 상기 언더컷용 압연롤은 외면에 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 롤포밍 단계 이후 상기 제1 성형롤보다 작은 직경을 가진 복수 개의 제2 성형롤에 의해 상기 강판을 추가 성형하는 제2 롤포밍 단계; 및
    상기 복합재 테이프를 부착하는 단계 이후 상기 복합재 테이프가 부착된 상기 강판을 절단하는 단계를 더 포함하는,
    하이브리드 부품의 제조 방법.
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