KR20230084237A - 자동차의 후방 언더플로어 구조체 - Google Patents

Abstract

제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 및 상기 제 1 및 제 2 측면 부재들 (4) 을 링크하는 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 포함하는 자동차 (1) 를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2) 로서,
상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 적어도 2개의 서브 블랭크들을 포함하는 단일 주문 용접형 블랭크 (26) 를 스탬핑함으로써 제조된다.

Description

자동차의 후방 언더플로어 구조체

본 발명은 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체에 관한 것이다.

자동차 제조사들은 차량의 수동적 안전성을 증가시키거나, 내연 엔진의 경우 온실가스 배출을 최소화하기 위해 차량의 중량을 감소시키거나, 전기 차량의 경우에 차량의 운행 범위를 증가시키면서, 생산 비용 낮게 유지하고 생산율을 높게 유지해야 하는 까다로운 요구 사항들을 안고 있다.

자동차의 후방 언더플로어 구조체는 차량의 핵심 구조 요소이고 후방 충돌의 경우에 탑승자의 안전에 기여한다. 그것은 내연 엔진의 경우에, 종종 승객 시트 아래에 위치된 가스 탱크를 보호한다. 그것은 전기 또는 하이브리드 차량의 경우 후방의 전기 엔진을 보호한다.

수많은 개별적인 부품으로 구성된 후방 언더플로어 구조체는 차량의 본체의 상당한 질량을 차지한다. 그것은 또한 많은 비용이 드는 제조 프로세스, 즉 완성된 구조체를 얻기 위한 다수의 성형 작업과 조립 단계를 수반한다.

본 발명은 감소된 수의 부품, 우수한 안전 성능, 최적화된 총 중량을 갖는 후방 언더플로어 구조체를 제공함으로써 안전성, 경량화 및 높은 생산성의 조합된 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해 본 발명은 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체에 관한 것이고:

자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체는 제 1 및 제 2 측면 부재 및 상기 제 1 및 제 2 측면 부재들을 링크하는 적어도 하나의 크로스 부재를 포함하고, 상기 후방 언더플로어 구조체는 적어도 2개의 서브 블랭크들을 포함하는 단일 주문 용접형 블랭크를 스탬핑함으로써 제조된다.

단독으로 또는 임의의 가능한 기술적 조합에 따른, 본 발명에 따른 후방 언더플로어 구조체의 다른 선택적 특징들에 따르면,

- 후방 언더플로어 구조체는 열간 스탬핑에 의해 제조된다.

- 후방 언더플로어 구조체는 적어도 2개의 크로스 부재를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체는 2개의 측면 부재를 갖고, 상기 2개의 측면 부재는 각각,

- 내부 반경에 의해 링크된 내부 벽 및 수평 벽,

- 대응하는 적어도 하나의 크로스 부재가 부착되는 측면 부재의 일부에 대응하는, 적어도 하나의 크로스 부재 부착 존을 포함하고, 상기 내부 반경은 크로스 부재 부착 존의 적어도 일부를 따라 연장된다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 2.0 내지 24.0 중량% 의 아연, 1.1 내지 12.0 중량% 의 규소, 선택적으로 0 내지 8.0 중량% 의 마그네슘, 및 선택적으로 Pb, Ni, Zr, 또는 Hf 로부터 선택된 추가 원소를 포함하는, 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하고, 각각의 추가 원소의 중량 당 함량은 0.3 중량% 미만이고, 잔부는 알루미늄 및 선택적으로 불가피 불순물이다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 적어도 하나의 측면 상에 방사율 증가 상단 층을 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 1800MPa 초과의 열간 스탬핑 후의 극한 인장 강도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 700 내지 950MPa 의 열간 성형 후의 항복 강도, 950MPa 내지 1200MPa 의 열간 성형 후의 극한 인장 강도 및 75°초과의 열간 성형 후의 벤딩 각도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 적어도 하나의 금속 패치를 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 방사율 증가 상단 층을 포함하는 적어도 하나의 금속 패치를 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 적어도 하나의 용접 시임 보강 패치를 포함하고, 상기 용접 시임 보강 패치는 용접 시임을 포함하는 구역 상에 적용된다.

- 후방 언더플로어 구조체를 제조하는데 사용되는 주문 용접형 블랭크는 자체로 방사율 증가 상단 층을 포함하는, 적어도 하나의 용접 시임 보강 패치를 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다.

상기 후방 언더플로어 구조체의 알루미늄계 금속 코팅된 구역에서 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 15 미크론이다.

상기 후방 언더플로어 구조체의 알루미늄계 금속 코팅된 구역에서 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 10 미크론이다.

본 발명은 또한, 상기 설명된 후방 언더플로어 구조체를 제조하는 방법 및 상기 설명된 후방 언더플로어 구조체를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양상들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 그리고 예로써 주어진 다음의 설명을 정독한다면 명백해질 것이다.

- 도 1 은 본 발명에 따른 차량의 전체 사시도이다.
- 도 2 는 공지된 종래 기술에 따른 언더플로어 후방 구조체의 그 조립 형태 (상단) 및 분해도 (바닥) 의 사시도이다.
- 도 3 은 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체의 실시예의 평면도이다.
- 도 4 은 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체의 실시예의 평면도이다.
- 도 5 는 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체의 실시예의 사시도이다.
- 도 6 은 도 3 에 표시된 A-A 단면으로부터 바라본, 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체의 실시예의 사시도이다.
- 도 7 은 도 3 에서 B 로 라벨링된 박스 구역에서 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체의 실시예를 확대된 사시도이다
- 도 8 은 본 발명에 따른 언더플로어 후방 구조체를 제조하는 데 사용되는 주문 용접형 블랭크의 평면도이다.

다음의 설명에서, 용어들 "상부", "하부", "전방", "후방", "횡방향" 및 "종방향" 은 장착된 차량의 일반적인 방향들에 따라 규정된다. 보다 구체적으로, 용어들 "상부", "하부", "위", "아래", "바닥" 및 "상단"은 차량의 높이 방향에 따라 규정되고, 용어들 "전방", "후방", "전향""후향" 및 "종방향" 은 차량의 전방/후방 방향에 따라 규정되고 용어 "횡방향" 은 차량의 폭에 따라 규정된다. 용어 "내부", "외부"는 차량의 내측 및 외측에 따라 정의된다 - "내부" 부품, 부분, 존 등은 대응하는 "외부" 부품, 부분, 존 등보다 차량의 내측에 더 가까울 것이다. 용어 "높이"는 수평 방향으로 측정된 2개의 점, 선, 표면 또는 부피 사이의 거리를 지칭한다.

이해를 돕기 위해, 언더플로어 후방 구조체를 나타내는 모든 도면에서 차량의 후방 및 전방 방향은 각각 "R" 및 "F"로 라벨링된 화살표를 사용하여 표시되었다.

강의 블랭크는, 그 용도에 적합한 임의의 형상으로 절단된 강의 평평한 시트를 지칭한다. 블랭크는 상단 및 바닥 면을 가지며, 이는 상단 및 바닥 측면 또는 상단 및 바닥 표면으로도 지칭된다. 상기 면들 사이의 거리는 블랭크의 두께로 지정된다. 두께는 예를 들어 마이크로미터를 사용하여 측정될 수 있으며, 그 스핀들 및 앤빌은 상단 및 바닥 면 상에 배치된다. 유사한 방식으로, 두께는 또한 형성된 부품 상에서 측정될 수 있다.

주문 용접형 블랭크는 그 상이한 구역에서 부품의 성능을 최적화하고, 전체 부품 중량을 감소시키고, 전체 부품 비용을 감소시키기 위해, 함께 조립함으로써, 예를 들어, 서브 블랭크로 알려진 강의 몇몇 블랭크를 함께 레이저 용접함으로써 제조된다. 주문 용접형 블랭크를 형성하는 서브 블랭크는 오버랩을 갖거나 또는 오버랩을 갖지 않고 조립될 수 있고, 예를 들어, 이들은 (오버랩 없이) 레이저 버트-용접될 수 있거나, 이들은 (오버랩을 갖고) 서로 스폿-용접될 수 있다.

열간 스탬핑은 매우 큰 강도를 갖는 큰 미세조직을 얻도록 강의 미세조직이 오스테나이트로 적어도 일부 변형될 수 있는 온도까지 블랭크를 가열하고, 블랭크를 스탬핑함으로써 고온에서 블랭크를 성형한 후, 성형된 부품을 급냉시키는 것을 포함하는 성형 기술이다. 열간 스탬핑은 스프링백이 없고 복잡한 형상을 갖는 매우 높은 강도의 부품을 얻을 수 있다. 열간 스탬핑의 설명된 이점들을 얻기 위하여, 사용된 재료는 프레스-경화 재료로서 알려져 있으며, 이는 전술한 열간 스탬핑 프로세스를 거칠 때 원하는 경화된 미세구조를 형성할 수 있게 하는 화학적 조성을 갖는다. 부품이 거치는 열 처리는 열간 스탬핑 프로세스 자체의 전술한 열 사이클 뿐만 아니라, 페인트를 베이킹하기 위해 부품을 페인팅한 후에 수행되는 후속 페인트 베이킹 단계를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 열간 스탬핑된 부품의 기계적 특성은 페인트 베이킹 단계가 실제로 수행된 경우에, 페인트 베이킹 단계 후에 측정된 것이다.

항복 강도, 극한 인장 강도, 균일 및 총 연신율은 2009 년 10 월에 발행된 ISO 표준 ISO 6892-1 에 따라 측정되었다.

벤딩 각도는 VDA-238 벤딩 표준에 따라 측정된다. 동일한 재료에 대해, 벤딩 각도는 두께에 의존한다. 본 발명의 벤딩 각도 값은 설명의 단순화를 위해 1.5mm 의 두께를 칭한다. 두께가 1.5mm 와 상이한 경우, 벤딩 각도 값은 다음의 계산에 의해 조정될 필요가 있으며, 여기서 α _1,5 는 1.5mm 에서의 벤딩 각도이고, t 는 두께이고, α_t 는 두께 t 에 대한 벤딩 각도이다:

부품의 벤딩 각도는 크랙의 형성 없이 변형에 저항하는 부품의 능력을 측정하는 방식이다.

방사율은 복사에 의해 열을 방출하는 표면의 상대적인 파워 (relative power) 이다. 그것은 동일한 온도에서 흑체에 의해 방출되는 복사 에너지에 대한 표면에 의해 방출하는 복사 에너지의 비를 나타내며, 0 과 1 의 값이다. 블랭크의 표면의 방사율은 높을수록 그것은 복사에 의하여 더 많은 열을 흡수할 것이고 따라서 복사로를 사용하여 그것을 가열하는 것이 더 용이해질 것이다.

도 1 을 참조하여, 자동차 (1) 의 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 설명한다. 자동차 (1) 는 적어도 도어의 전방 및 후방 세트를 포함하는 임의의 타입의 승용차: 컴팩트, 세단, 스포츠 유틸리티 차량 등일 수 있다. 설명된 후방 언더플로어 구조체는 차량의 카테고리에 관계없이 본질적으로 동일하다. 또한, 상기 자동차의 파워트레인은 내연 엔진, 전기 모터, 연료 전지 또는 임의의 타입의 하이브리드 시스템일 수 있다.

후방 언더플로어 구조체 (2) 는 차량의 후방으로부터 승객 캐빈의 플로어 패널 아래까지 종방향으로 연장된다. 이것은 차량의 양 측면에 위치된 적어도 제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 및 상기 제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 를 횡방향으로 링크하는 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 포함한다.

다음은 전형적인 측면 부재 (4) 의 일반적인 설명이며, 측면 부재 (4) 의 아래의 설명은 측면 부재 (4) 의 임의의 타입의 설계에 적용될 수 있는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다:

- 그것은 후방 범퍼 조립체 (11) 와 동일한 높이에서 실질적으로 종방향으로 연장되고 그 후방 단부에서 상기 후방 범퍼 조립체 (11) 에 부착되는 후방 부분,

- 후방 부분보다 낮은 높이에서 실질적으로 종방향으로 연장되고 차량 측방향 보강 구조체 (12) 에 부착되는 전방 부분,

- 상기 전방 및 후방 부분을 링크하는 적어도 상부 및 하부 벤드를 포함하는 전이 존을 포함한다. 상기 상부 및 하부 벤드의 존재는 전방 및 하부 부분의 높이 레벨 차이를 허용한다.

도 5 를 참조하면, 측면 부재 (4) 는 실질적으로 수평 평면에서 연장되는 수평 벽 (41) 및 실질적으로 수직 평면에서 연장되는 내부 및 외부 벽 (42, 43) 을 포함하는, 대체로 U 형상을 갖는다. 상기 내부 및 외부 벽 (42, 43) 은 내부 및 외부 반경 (45, 46) 에 의해 상기 수평 벽 (41) 에 각각 링크된다. "반경"은 일반적으로 만곡되고 부품의 상이한 평면 배향들 사이의 전이를 허용하는 부품의 일부를 의미한다. 본 경우에, 내부 반경 (45) 은 수평 벽 (41) 의 실질적으로 수평 배향과 내부 벽 (42) 의 실질적으로 수직 배향 사이의 전이를 허용한다. 유사하게, 외부 반경 (46) 은 수평 벽 (41) 의 실질적으로 수평인 배향과 외부 벽 (43) 의 실질적으로 수직인 배향 사이의 전이를 허용한다.

특정 실시예에서, 측면 부재 (4) 는 또한 실질적으로 수직 평면에서 내부 벽 및 외벽 (42, 43) 의 상단를 따라 연장되는 플랜지 (47) 를 포함한다. 유리하게는, 상기 플랜지는 예를 들어 상기 플랜지 (47) 를 따라 스폿 용접 또는 레이저 용접에 의해 차량 구조체의 나머지와 측면 부재 (4) 를 조립할 수 있게 한다.

후방 언더플로어 구조체 (2) 는 상기 제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 를 링크하는 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 더 포함한다. 상기 크로스 부재 (5) 는 대체로 횡방향을 따라 연장된다. 측면 부재 (4) 와 마찬가지로, 크로스 부재 (5) 는 실질적으로 수평 평면에서 연장되는 수평 벽 (51) 및 실질적으로 수직 평면에서 연장되는 전방 및 후방 벽 (52, 53) 을 포함한다. 도 3 을 참조하면, 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 하나의 크로스 부재 (5) 를 가질 수 있다. 도 4 를 참조하면, 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 2개의 크로스 부재 (5) 를 가질 수 있다. 후방 언더플로어 구조체 (2) 가 2개 초과의 크로스-부재를 포함하는 본 발명에 따른 다른 실시예도 가능하다.

도 5 및 도 7 을 참조하면, 본 발명의 측면 부재 (4) 는 대응하는 크로스 부재 (5) 가 부착되는 측면 부재 (4) 의 부분에 대응하는, 적어도 하나의 크로스 부재 부착 존 (20) 을 각각 포함한다. 크로스 부재 부착 존 (20) 은 도 5 및 도 7 에서 점선 (21) 에 의해 한정된다. 크로스 부재 (5) 들이 존재하는 수 만큼 많은 측면 부재 (4) 당 크로스 부재 부착 존 (20) 들이 존재한다는 것은 쉽게 이해될 것이다.

도 2 에 도시된 종래 기술의 후방 언더플로어 구조체는 여러 개의 별개의 부품들로 이루어지고, 이들은 성형 후에 함께 조립된다. 단지 하나의 크로스 부재를 갖는 구조체의 경우를 나타내는, 도 2 에 도시된 종래 기술의 예에서, 3개의 별개의 부품이 존재한다.

종래 기술과 달리, 본 발명의 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 적어도 2개의 서브 블랭크를 포함하는 단일 주문 용접형 블랭크를 스탬핑함으로써 제조된다. 이는 그 상이한 구역에서 부품의 성능을 최적화하고, 전체 부품 중량을 감소시키고, 전체 부품 비용 및 제조 복잡성을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 주문 용접형 블랭크 (26) 의 예가 도 8 에 주어진다. 용접 시임 (25) 은 도 8 에서 선에 의해 구체화된다. 이는 주문 용접형 블랭크 구성의 일 예이다. 용접 시임의 포지션 및 등급 및 두께의 분포의 선택은 부품이 통합되는 차량의 특정 요건에 의해 좌우될 것이다. 예를 들어, 측면 부재 (4) 의 후방 부품은 변형에 의해 충돌 에너지를 흡수할 수 있는 재료로 제조되는 한편, 상기 측면 부재 (4) 의 전방 부품은 차량의 뒤에 앉아 있는 승객을 보호하기 위해 충돌 동안 변형되지 않을 침입 방지 재료로 제조될 것이다.

다른 특징들 중에서, 부품이 하나의 단일 주문 용접형 블랭크로부터 스탬핑된다는 사실은 적어도 하나의 크로스 부재 부착 존 (20) 에서 내부 벽 (42) 의 형상을 적응시킬 필요가 있다는 것을 의미한다. 특정 실시예에서, 내부 벽 (42) 은 크로스 부재 부착 존 (20) 에 존재하지 않는다. 특정 실시예에서, 내부 벽 (42) 은 크로스-부재 부착 존 (20) 에서 그리고 상기 크로스-부재 부착 존 (20) 외측에서 동일한 높이를 갖지 않는다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 열간 스탬핑에 의해 제조된다. 유리하게는, 이는 복잡한 부품 형상을 가지면서 매우 높은 기계적 강도에 도달할 수 있고, 또한 스프링백이 없기 때문에 마무리된 부품 상에 매우 양호한 기하학적 허용오차를 가질 수 있다. 이러한 마지막 지점은, 상당한 양의 스프링백이 발생해야 하는 경우, 큰 부품이고 높은 기하학적 부정확성 및 비틀림 또는 왜곡 (warping) 과 같은 전체적인 형상 결함을 받는 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 경우에 특히 중요하다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는, 가압 경화 후의 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 대응하는 구역의 항복 강도가 700 내지 950MPa 이고, 인장 강도가 950MPa 내지 1200MPa 이며, 벤딩 각도가 75°를 초과하는 재료로 제조된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 중량% 로: 0.06% ≤ C ≤ 0.1%, 1% ≤ Mn ≤ 2%, Si ≤ 0.5%, AI ≤0.1%, 0.02% ≤ Cr ≤ 0.1%, 0.02% ≤ Nb ≤ 0.1%, 0.0003% ≤ B ≤ 0.01%, N ≤ 0.01%, S ≤ 0.003%, P ≤ 0.020%, 0.1% 미만의 Cu, Ni 및 Mo 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화 (elaboration) 로 인한 불가피 불순물이다. 이러한 조성 범위에서, 프레스 경화 후의 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 대응하는 구역의 항복 강도는 700 내지 950 MPa 이고, 인장 강도는 950 MPa 내지 1200 MPa 이며, 벤딩 각도는 75°초과이다. 예를 들어, 서브 블랭크는 Ductibor® 1000 으로 제조된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 1300MPa 내지 1650MPa 인 프레스 경화 후의 상기 서브 블랭크에 대응하는 구역에서 극한 인장 강도 및 950MPa 내지 1250MPa 인 항복 강도를 갖는다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 1300MPa 내지 1650MPa 인 가압 경화 후 상기 서브 블랭크에 대응하는 구역에서 극한 인장 강도, 950MPa 내지 1250MPa 인 항복 강도 및 75°초과의 벤딩 각도를 갖는다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는데 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 예를 들어, 중량% 로, 0.20% ≤ C ≤ 0.25%, 1.1% ≤ Mn ≤ 1.4%, 0.15% ≤ Si ≤ 0.35%, ≤ Cr ≤ 0.30%, 0.020% ≤ Ti ≤ 0.060%, 0.020% ≤ Al ≤ 0.060%, S ≤ 0.005%, P ≤ 0.025%, 0.002% ≤ B ≤ 0.004% 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로 인한 불가피 불순물들이다. 이 조성 범위에서, 프레스 경화 후 상기 서브 블랭크에 대응하는 구역에서 부품의 극한 인장 강도는 1300MPa 내지 1650MPa 이고, 항복 강도는 950MPa 내지 1250MPa 이다. 예를 들어, 상기 서브 블랭크는 Usibor® 1500 으로 제조된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 프레스 경화 후 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 대응하는 구역의 인장 강도가 1800 MPa 보다 높은 재료로 제조된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는데 사용되는 블랭크 (26) 의 적어도 하나의 서브 블랭크는 중량% 로, 0.24% ≤ C ≤ 0.38%, 0.40% ≤ Mn ≤ 3%, 0.10% ≤ Si ≤ 0.70%, 0.015% ≤ Al ≤ 0.070%, Cr ≤ 2%, 0.25% ≤ Ni ≤ 2%, 0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%, Nb ≤ 0.060%, 0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%, 0.003% ≤ N ≤ 0.010%, S ≤ 0.005%, P ≤ 0.025% 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로 인한 불가피 불순물이다.　 이러한 조성 범위에서 프레스 경화 후 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 대응하는 구역의 인장 강도는 1800 MPa 보다 높다. 예를 들어, 이러한 서브 블랭크는 Usibor® 2000 으로 제조된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는데 사용되는 블랭크 (26) 는 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다. 알루미늄계 코팅은 적어도 50 중량% 의 알루미늄을 포함하는 코팅을 의미한다. 예를 들어, 금속 코팅은 8 내지 12 중량% 의 Si 를 포함하는 알루미늄계 코팅이다. 예를 들어, 금속 코팅은 베이스 재료를 용융 금속 욕 (molten metallic bath) 에 딥핑 (dipping) 함으로써 도포된다. 유리하게는, 알루미늄계 금속 코팅을 도포하는 것은 열간 스탬핑 프로세스의 가열 단계 동안 표면 스케일의 형성을 회피하며, 이는 차례로 후속 샌드 블래스팅 작업 없이 열간 스탬핑에 의해 부품을 생산할 수 있게 한다. 또한, 알루미늄계 코팅은 또한 차량에서 서비스하는 동안 부품에 부식 보호를 제공한다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하기 위해 사용되는 블랭크 (26) 는 2.0 내지 24.0 중량% 의 아연, 1.1 내지 12.0 중량% 의 규소, 선택적으로 0 내지 8.0 중량% 의 마그네슘, 및 선택적으로 Pb, Ni, Zr, 또는 Hf 로부터 선택된 추가 원소를 포함하는, 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하고, 각각의 추가 원소의 중량 당 함량은 0.3 중량% 미만이고, 잔부는 알루미늄 및 선택적으로 불가피 불순물이다. 유리하게는, 이러한 유형의 금속 코팅은 부품 상에 매우 우수한 부식 방지 뿐만 아니라, 열간 스탬핑 후 우수한 표면 양상을 제공한다.

그 서브 블랭크 중 적어도 어느 하나에 알루미늄계 코팅을 갖는 상기 설명된 주문 용접형 블랭크를 제조하기 위해 레이저 용접을 사용하는 것이 가능하다. 용접될 에지들이 금속 코팅의 일부를 절제함으로써 미리 준비된 서브 블랭크를 사용할 수 있다. 유리하게는, 이는 용접 시임을 오염시키고 그 기계적 특성을 악화시키는 코팅에 존재하는 알루미늄의 일부를 제거한다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는 데 사용되는 블랭크 (26) 는 방사율 증가 상단 층을 갖는 적어도 하나의 측면을 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함한다. 상기 방사율 증가형 상단 층은 상기 서브 블랭크의 최외부 표면 상에 도포된다. 상기 방사율 증가 상단 층은 상기 방사율 증가 상단 층으로 코팅되지 않은 동일한 서브 블랭크와 비교하여 상기 서브 블랭크의 표면이 더 높은 방사율을 갖게 한다. 상기 방사율 증가 상단 층은 서브 블랭크의 상단 측면 또는 바닥 측면에 적용될 수 있다. 상기 방사율 증가 상단 층은 또한 상기 서브 블랭크의 양쪽 측면에 적용될 수 있다.

상기 서브 블랭크가 전술한 바와 같은 금속 코팅을 포함하는 경우, 방사율 증가 상단 층은 상기 금속 코팅의 상단에 적용된다. 실제로, 표면의 방사율을 증가시키도록 방사율 증가 상단 층에 대해, 서브 블랭크의 최외측 표면을 커버할 필요가 있다.

유리하게는, 상기 방사율 증가 상단 층은 상기 서브 블랭크의 가열 속도를 증가시키고, 따라서 열간 스탬핑 프로세스의 가열 단계의 생산성을 증가시킬 것이다.

특정 실시예에서, 블랭크 (26) 는 증가하는 두께의 순서로 분류된 n개의 서브 블랭크 (S1, S2, ... Sn) 로 구성된다. 방사율 증가 상단 층은 최대 두께를 갖는 서브 블랭크의 적어도 하나의 측면에 적용된다. 특정 실시예에서, 방사율 증가 상단 층은 최대 두께를 갖는 서브 블랭크 및 최대 두께 바로 미만의 두께를 갖는 서브 블랭크의 적어도 하나의 측면 상에 적용된다. 특정 실시예에서, 방사율 증가 상단 층은 가장 높은 두께를 갖는 x개의 서브 블랭크에 적용되고, x 는 1 이상의 정수이다. 유리하게는, 더 높은 두께의 서브 블랭크의 세트 상에 방사율 증가 상단 층을 적용함으로써, 더 높은 두께의 서브 블랭크와 더 낮은 두께의 서브 블랭크 사이의 열간 스탬핑 프로세스의 가열 단계 동안 더 균질한 가열 속도에 도달할 수 있다. 실제로, 더 낮은 두께의 서브 블랭크는 더 높은 두께의 서브 블랭크보다 더 빠르게 자연적으로 가열될 것인 데, 왜냐하면 이들이 더 얇고 따라서 동일한 온도에 도달하기 위해 더 적은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 방사율 증가 상단 층을 갖는 더 높은 두께의 서브 블랭크를 타겟팅함으로써, 상이한 두께의 블랭크 사이의 가열 속도의 차이를 감소시킬 수 있고, 따라서 더 높은 두께의 서브 블랭크와 더 낮은 두께의 서브 블랭크 사이에서 더 균일한 가열 속도에 도달하는 것이 가능하다. 또한, 방사율 증가 상단 층을 갖는 더 높은 두께의 서브 블랭크를 타겟팅함으로써, 블랭크의 열간 스탬핑 프로세스의 가열 단계의 프로세스 윈도우의 크기를 증가시킬 수 있다. 높은 두께 차이를 갖는 큰 부품들을 열간 스탬핑할 때, 관심사 중 하나는 상이한 서브 블랭크들의 원하는 미세구조 및 코팅 특성들에 도달하는데 필요한 프로세스 윈도우 (process window) (이는 다른 파라미터들 중에서 가열 시간 및 가열 온도를 포함함) 에서 큰 차이가 존재한다는 것이다. 전체 블랭크 상에 원하는 특성들을 달성하는 데 필요한 프로세스 윈도우는 개별 서브 블랭크들 각각의 프로세스 윈도우들 사이의 교차부이다. 더 높은 두께의 서브 블랭크 상에 방사율 증가 상단 층을 적용함으로써, 개별 서브 블랭크 각각의 프로세스 윈도우를 서로 더 가깝게 하는 것이 가능하고, 이에 의해 모든 서브 블랭크의 프로세스 윈도우 사이의 교차부의 크기를 증가시키는 것이 가능하며, 즉 전체 주문 용접형 블랭크의 프로세스 윈도우를 증가시키는 것이 가능하다.

특정 실시예에서, 방사율 증가 상단 층은 2 미크론 내지 30 미크론의 두께를 갖는다. 특정 실시예에서, 그것은 규소를 함유하지 않고, 1 중량% 초과의 질소를 함유하고, 3 내지 30 중량% 의 양의 탄소 안료를 함유하는 폴리머로 구성된다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는데 사용되는 블랭크 (26) 는 부품의 강도를 국부적으로 증가시키기 위해, 도 8 에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 금속 패치 (31) 를 더 포함한다. 특정 실시예에서, 패치 (31) 는 스폿 용접에 의해 부착된다. 특정 실시예에서, 패치 (31) 는 레이저 용접에 의해 부착된다. 패치 (31) 는, 예를 들어, 언더캐리지 구조체에 부착되도록 설계되기 때문에, 또는 충돌 시험 동안 검출된 부품의 폴딩과 같은 기계적 문제 때문에 보강될 필요가 있는 구역에 적용된다.

일반적으로 말하면, 패치 (31) 는 더 큰 크기의 부품에 대해 매우 국부적인 보강부를 제공하는 이점을 가지며, 따라서 전체 주문 용접형 블랭크의 강도 및 두께 분포를 더욱 최적화하고 부품의 전체 중량 및 비용을 낮게 유지한다.

패치 (31) 는 예를 들어 프레스 경화 강으로 제조된다. 패치들 (31) 은 예를 들어 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된다.

특정 실시예에서, 패치 (31) 는, 상기 패치 (31) 의 과잉 두께에 링크된 패치 (31) 의 구역에서 가열 속도를 증가시키고 따라서 가열 속도의 차이를 감소시키는 상술한 이점을 얻기 위해, 방사율 증가 상단 층으로 코팅된다.

특정 실시예에서, 패치는 용접 시임 (25) 의 일부를 포함하는 구역 상에 적용된다. 이는 도 8 에 도시된 바와 같이 용접 시임 보강 패치 (32) 로 지칭될 것이다. 이러한 패치 (32) 는 정확하게 동일한 전술한 특징 및 선택적인 특징을 갖는다. 이러한 패치 (32) 는 용접 시임 (25) 을 보강한다. 용접 시임 (25) 은 2개의 서브 블랭크 사이에 불연속성이 있는 구역이며, 이는 국부적인 관성 편차를 초래하고 충돌에 의해 생성된 높은 로드를 받을 때 플라스틱 힌지 타입의 붕괴를 초래할 수 있다. 또한, 용접 프로세스의 열 입력 (thermal input) 때문에, 용접 시임은 열 영향 존 (heat affected zone) 에 의해 둘러싸이고, 용접 시임 자체는 서브 블랭크, 존재하는 경우 이들의 금속 코팅 및 존재하는 경우 용접에 사용되는 필러 와이어의 용융 및 혼합으로부터 기인되는 특정 화학 조성을 갖는다. 이러한 복잡한 열적, 화학적 및 야금학적 지형 (landscape) 은, 전술한 불연속 문제와 더불어 용접부 (25) 주위에 강도 편차가 있을 수 있고, 추가로 그것이 과도한 로딩을 받을 때 용접부 (25) 영역에서 파열될 수 있다는 것을 의미한다. 용접 시임 보강 패치 (32) 에 의해 용접 시임 (25) 을 보강하는 것은 이러한 소성 힌지 현상을 방지할 수 있다. 용접 시임 보강 패치 (32) 는 예를 들어 그것을 블랭크 (26) 에 용접함으로써 부착된다. 특정 실시예에서, 용접 시임 보강 패치 (32) 와 블랭크 (26) 사이의 부착 지점은 용접 시임 (25) 의 기계적 특성을 방해하지 않도록 용접 시임 (25) 구역에 존재하지 않을 것이다.

블랭크 (26) 에 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 프레스 경화 강을 사용할 때, 열간 스탬핑 프로세스는 열간 성형 부품 상의 금속 코팅과 강 사이에 상호확산 층의 형성을 유도한다. 상호확산 층은 강으로부터 나오고 금속 코팅을 향해 가는 Fe 와 코팅으로부터 나오고 강을 향해 가는 Al 의 고온에서의 크로스 확산의 결과이다. 상기 상호확산 층의 두께는 예를 들어 스폿 용접에 의해 본체의 나머지에 성공적으로 조립될 수 있는 부품의 능력과 같은, 부품의 추가 사용중 특성과 상관되는 것으로 나타났다. 특히, 3 미크론 내지 15 미크론인 상호확산 층 두께를 갖는 고온 성형 부품들은 양호한 사용중 특성을 갖는 것으로 나타났다. 더 바람직하게는, 3 미크론 내지 10 미크론인 상호확산 층 두께를 갖는 고온 성형 부품은 우수한 사용중 특성을 갖는 것으로 나타났다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 알루미늄계 금속 코팅된 구역에서 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 15 미크론이다. 특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 알루미늄계 금속 코팅된 구역에서 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 10 미크론이다.

후방 언더플로어 구조체 (2) 가 측면 부재 (4) 와 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 통합하는 단일 부품으로서 제조된다는 것은 측면 부재 (4) 의 형상이 크로스 부재 부착 존 (20) 에서 적응될 필요가 있다는 것을 의미한다. 특히, 내부 벽 (42) 의 형상은 전술한 바와 같이 적응될 필요가 있다. 종래 기술의 복수의 부품의 해결책의 경우에서와 같이 연속적인 내부 벽 (42) 의 존재는 부착 존 (20) 에서 가능하지 않다.

측면 부재 (4) 에 압축 로드를 가하는 후방 임팩트의 경우에, 본 발명자들은 적어도 부분적으로 크로스 부재 부착 존 (20) 에 내부 반경 (45) 을 보유하는 것이 유리할 수 있다는 것을 발견하였다. 실제로, 이론에 의해 구속되기를 원하지 않는다면, 압축력은 주로 상기 측면 부재들의 내부 및 외부 반경 (45, 46) 을 통해 측면 부재들 (4) 을 따라 전달되는 것으로 보인다. 크로스 부재 부착 존 (20) 에 걸쳐 내부 반경 (45) 에 큰 불연속부가 존재하면, 임팩트에 의해 생성된 압축력이 차량 구조체의 나머지로 정확하게 전달되지 않을 것이고, 응력 집중이 상기 크로스 부재 부착 존 (20) 에서 발생할 것이다. 이는 차례로 이 구역에서 부품의 심각한 취약성 및 차량의 불량한 안전 성능을 초래할 수 있으며, 예를 들어 부착 존 (20) 에서 심각한 버클링 (buckling) 을 초래할 수 있다.

특정 실시예에서, 내부 반경 (45) 은 도 6 의 사시도에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이 크로스 부재 부착 존 (20) 의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다. 예를 들어, 도 6 에 도시된 바와 같이, 이는 상기 크로스 부재 부착 존 (20) 에서 측면 부재 (4) 의 수평 벽 (41) 과 크로스 부재 (5) 의 수평 벽 (51) 사이에 단차를 도입함으로써 실현될 수 있다. 이 단차 구성에서, 내부 반경 (45) 다음에 크로스-부재 반경 (55) 이 이어져서 단차를 생성한다. 첨부된 도면에 예시되지 않은 전이 존 (20) 의 적어도 일부에 걸쳐 내부 반경 (45) 에서 연속부를 제공하는 또 다른 가능성은 상술한 단차 대신에 전이 존 (20) 에 비드를 도입하는 것이다. 상기 비드는 예를 들어, 크로스 부재 (5) 의 배향에 수직인 대칭 평면에 따른 대칭 단차가 이어지는 전술된 단계와 유사한 형상에 의해 형성될 수 있다. 이러한 타입의 비드 구성은 전이 존 (20) 의 적어도 일부에 걸쳐 내부 반경 (45) 의 존재를 유지하면서 수평 벽 (41 및 51) 에 대해 동일한 높이를 유지하는 것을 허용한다.

특정 실시예에서, 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 예를 들어 도 7 에 도시된 바와 같이 기하학적 변경부 (22) 를 포함한다. 상기 기하학적 변경부 (22) 는 부품의 다른 더 취성인 영역을 보호하기 위해 부품의 특정 영역에 임팩트로부터 오는 응력을 집중시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기하학적 변경부는 상기 용접 시임 (25) 을 보호하기 위해, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는 데 사용되는 주문 용접형 블랭크의 상이한 서브 블랭크를 링크하는 용접 시임 (25) (도 7 에 점선으로 표시됨) 부근에 위치될 수 있다. 높은 로드의 경우에 용접 시임 (25) 의 전술된 민감도를 고려하면, 충돌의 경우에 트리거로서 작용하는 기하학적 변경부 (22) 의 사용은 유리하게는 용접 시임 (25) 을 보호할 수 있고, 예를 들어 플라스틱 힌지의 형성이 용접 시임 (25) 으로부터 떨어져 발생하여 부품의 균열 형성을 방지하는 것을 보장할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 포함하지만, 또한 여러 개의 크로스 부재 (5) 를 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 2개, 3개 또는 그 이상의 크로스 부재 (5) 를 포함할 수 있다. 도 4 는 2개의 크로스 부재 (5) 를 포함하는 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 개략적인 평면도이다. 동일한 후방 언더플로어 구조체 (2) 내에 여러 크로스 부재 (5) 를 통합하는 것은 비용 및 제조 단순성 이점이 증가됨을 의미한다. 그것은 또한, 측면 부재 (4) 를 링크하는 여러 크로스 부재 (5) 의 존재 때문에, 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하는데 사용되는 블랭크 (26) 가 더 양호한 강성을 가짐을 의미한다. 이는 제조 프로세스 동안 상기 블랭크 (26) 의 핸들링에 특히 유리할 수 있고, 심지어 고온으로 가열된 블랭크를 조작하고 따라서 오스테나이트화 노 (austenitizing furnace) 로부터 그것을 열간 스탬핑 프레스로 전달하는 단계 동안 더 낮은 기계적 강도를 갖는 것을 포함하는 열간 스탬핑의 경우에 더욱 유리할 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 포함하는 차량 (1) 에 관한 것이다.

본 발명은 또한 전술한 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 제조하고 그것을 차량 본체의 나머지에 조립하는 프로세스에 관한 것이다.

방법은 이하의 단계들을 포함한다:

- 주문 용접형 블랭크 (26) 를 제공하는 단계,

- 예를 들어 열간 스탬핑에 의해 주문 용접형 블랭크 (26) 를 스탬핑하는 단계,

- 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 차량 (1) 의 본체에 부착하는 단계.

Claims (16)

1. 제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 및 상기 제 1 및 제 2 측면 부재 (4) 들을 링크하는 적어도 하나의 크로스 부재 (5) 를 포함하는, 자동차 (1) 를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2) 로서,
   상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 적어도 2개의 서브 블랭크들을 포함하는 단일 주문 용접형 블랭크 (26) 를 스탬핑함으로써 제조되는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 열간 스탬핑 (hot stamping) 에 의해 제조되는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 는 적어도 2개의 크로스 부재들 (5) 을 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 측면 부재 (4) 는,
   - 내부 반경 (45) 에 의해 링크된 내부 벽 (42) 및 수평 벽 (41),
   - 대응하는 상기 크로스 부재 (5) 가 부착되는 상기 측면 부재 (4) 의 일부에 대응하는, 적어도 하나의 크로스 부재 부착 존 (20) 을 포함하고,
   상기 내부 반경 (45) 은 상기 크로스 부재 부착 존 (20) 의 적어도 일부를 따라 연장되는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 2.0 내지 24.0 중량% 의 아연, 1.1 내지 12.0 중량% 의 규소, 선택적으로 0 내지 8.0 중량% 의 마그네슘, 및 선택적으로 Pb, Ni, Zr, 또는 Hf 로부터 선택된 추가 원소들을 포함하는, 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하고, 각각의 추가 원소의 중량 당 함량은 0.3 중량% 미만이고, 잔부는 알루미늄 및 선택적으로 불가피 불순물들인, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 적어도 하나의 측면 상에 방사율 증가 상단 층을 포함하는 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 1800MPa 초과의 열간 스탬핑 후의 극한 인장 강도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 700 내지 950MPa 의 열간 성형 후의 항복 강도, 950MPa 내지 1200MPa 의 열간 성형 후의 극한 인장 강도 및 75°초과의 열간 성형 후의 벤딩 각도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된 적어도 하나의 서브 블랭크를 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 적어도 하나의 금속 패치 (31) 를 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 금속 패치 (31) 는 방사율 증가 상단 층을 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주문 용접형 블랭크 (26) 는 적어도 하나의 용접 시임 보강 패치 (32) 를 포함하고, 상기 용접 시임 보강 패치 (32) 는 용접 시임 (25) 을 포함하는 구역 상에 적용되는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
13. 제 12 항에 있어서,
    적어도 하나의 용접 시임 보강 패치 (32) 는 방사율 증가 상단 층을 포함하는, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 알루미늄계 금속 코팅된 구역들에서 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 15 미크론인, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 후방 언더플로어 구조체 (2) 의 상기 알루미늄계 금속 코팅된 구역들에서 상기 상호확산 층의 두께는 3 미크론 내지 10 미크론인, 자동차를 위한 후방 언더플로어 구조체 (2).
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 후방 언더플로어 구조체 (2) 를 포함하는 자동차 (1).
    

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