KR20230091204A - 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법 - Google Patents

복합소재를 적용한 차체부품 제작방법 Download PDF

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Abstract

복합소재를 적용한 차체부품 제작방법에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법은: 제1소재를 설정 온도로 가열하는 가열 단계; 하형부 상에 제1소재가 장입되는 장입 단계; 제1소재의 양단부를 고정하는 고정 단계; 제1소재를 상형부가 가압하는 프레스 단계; 및 상형부의 내부에 장착된 사출부에서 제1소재의 표면에 수지로 몰딩하는 오버 몰딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합소재를 적용한 차체부품 제작방법{MANUFACTURING METHOD FOR CAR BODY USING COMPOSITE MATERIALS}
본 발명은 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장 강도 및 피로 강도를 향상시킬 수 있는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법에 관한 것이다.
차량의 부품 중 쿼터 이너(quater inner)는 쿼터 아우터 판넬 사이드 내부의 차체 부품으로, 상하로는 휠하우스부의 로어암과 고정 글래스부와 루프를 잇는 바디 역할의 어퍼암으로 구성되고, 좌우로는 후면 도어와 트렁크 사이를 이어주는 판넬이다.
또한 쿼터 이너는 차량 측면부의 충돌 흡수 부재의 역할로 사이드 필러, 보강 판넬 등의 초고강도 충돌부재의 보조역할을 하는 부품이다.
최근 들어 경량화, 복합 추세에 대응하는 고비강도 성능, 경제성, 및 제품의 품질을 확보할 수 있는 공정 개발이 요청되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2017111호(2019.08.27 등록, 발명의 명칭: 복합재 도어 인너 패널)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 인장 강도 및 피로 강도를 향상시킬 수 있는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법은: 제1소재를 설정 온도로 가열하는 가열 단계; 하형부 상에 상기 제1소재가 장입되는 장입 단계; 상기 제1소재의 양단부를 고정하는 고정 단계; 상기 제1소재를 상형부가 가압하는 프레스 단계; 및 상기 상형부의 내부에 장착된 사출부에서 상기 제1소재의 표면에 수지로 몰딩하는 오버 몰딩 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 수지는 열가소성 수지로 이루어진다.
본 발명에서 상기 제1소재에 상기 제1소재와 이종 재질로 이루어지는 제2소재를 배치하는 이종 소재 배치 단계; 및 상기 제1소재와 상기 제2소재를 체결하는 결합 단계를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 이종 소재 배치 단계에서, 상기 제1소재와 상기 제2소재 사이에 접착제가 도포된다.
본 발명에서 상기 제1소재는 스틸 재질을 포함하고, 상기 제2소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법에 의하면, 제1소재의 표면에 수지로 몰딩되어 제품의 무게가 가벼워지고, 인장 강도 및 피로 강도가 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 이종 재질로 형성되는 제1소재와 제2소재가 리벳부에 의해 견고하게 결합 상태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 제1소재가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보하고, 제2소재가 CFRP 재질로 형성되어 설정 강도를 확보하면서 중량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 하형부에 제1소재가 장입되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제1소재가 고정되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제1소재가 프레스 가공되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1소재의 표면에 수지로 몰딩되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제1소재와 제2소재에 리벳부가 체결되기 전을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 가압하는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 관통하여 제1소재에 삽입되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 관통하여 제1소재에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법을 개략적으로 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에서 하형부에 제1소재가 장입되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제1소재가 고정되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 제1소재가 프레스 가공되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1소재의 표면에 수지로 몰딩되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제1소재와 제2소재에 리벳부가 체결되기 전을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 가압하는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 관통하여 제1소재에 삽입되는 것을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에서 리벳부가 제2소재를 관통하여 제1소재에 장착된 상태를 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에서 리벳부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법은 가열 단계(S10), 장입 단계(S20), 고정 단계(S30), 프레스 단계(S40), 오버 몰딩 단계(S50), 이종 소재 배치 단계(S60), 결합 단계(S70)를 포함한다.
가열 단계(S10)는 제1소재(10)를 설정 온도 가열하는 단계이다. 본 발명에서 가열 단계(S10)에서 제1소재(10)는 히터 등의 가열 수단을 이용하여 약 300℃로 가열된다. 가열 전에 제1소재(10)와 제2소재(20)는 설정 크기와 길이로 절단 및 재단된다.
장입 단계(S20)는 하형부(100) 상에 제1소재(10)가 장입되는 단계이다. 하형부(100) 상에는 제1소재(10)를 고정하는 클램프(110)가 설치된다. 하형부(100)의 상측면은 제1소재(10)가 배치되고, 제1소재(10)를 성형하고자 하는 형상으로 형성된다.
고정 단계(S30)는 제1소재(10)의 양단부를 클램프(110)를 이용하여 고정하는 단계이다. 클램프(110)에 의해 고정된 제1소재(10)를 프레스 성형시 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
프레스 단계(S40)는 제1소재(10)를 상형부(200)가 가압하는 단계이다. 상형부(200)는 하형부(100)의 상측에 배치되는 것으로, 하형부(100)와 함께 제1소재(10)를 가압하여 제1소재(10)를 성형하고자 하는 모양을 형성한다. 본 발명에서 상형부(200)는 하형부(100)와 같이 승강하면서 제1소재(10)를 성형하거나, 상형부(200) 또는 하형부(100)가 승강하면서 제1소재(10)를 성형할 수 있다.
오버 몰딩 단계(S50)는 상형부(200)의 내부에 장착된 사출부(300)에서 제1소재(10)의 표면에 수지(40)로 몰딩하는 단계이다. 상형부(200)의 내부에는 사출부(300)가 장착된다.
사출부(300)는 수지(40)를 수용하고, 사출부(300)에서 제1소재(10)의 표면(도 5 기준 상측면)에 분사되는 수지(40)에 의해 제1소재(10)의 표면은 수지(40)로 몰딩(molding)한다. 제1소재(10)는 사출부(300)에서 분사된 수지(40)에 의해 일체를 이루게 된다.
본 발명에서 수지(40)는 열가소성 수지로 이루어진다. 수지(40)는 열가소성 수지로 이루어져, 고온에 의해 액상의 형태로 이루어져, 제1소재(10)의 표면에 몰딩이 용이하게 이루어진다. 제1소재(10)의 표면에 몰딩된 수지(40)는 공냉 또는 급냉 등의 방식으로 냉각된다.
본 발명에서 제1소재(10)는 스틸 재질을 포함하여 이루어진다. 스틸 재질의 제1소재(10)에 열가소성 수지로 이루어진 수지(40)가 몰딩되어 프레스 성형과 동시에 간단하게 일체를 이룰 수 있다.
제1소재(10)의 표면에 수지(40)로 몰딩되어 제품의 무게가 가벼워지고, 인장 강도 및 피로 강도가 향상될 수 있다.
이종 소재 배치 단계(S60)는 제1소재(10)에 제1소재(10)와 이종 재질로 이루어지는 제2소재(20)를 배치하는 단계이다. 제2소재(20)는 스틸 재질의 제1소재(10)와 다른 이종 소재로서, 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)으로 이루어진다. 제2소재(20)는 CFRP로 이루어져, 인장강도 뿐만 아니라 뛰어난 피로강도를 가지고 있으며, 내마찰(耐摩擦)ㆍ마모성이 우수하다.
제1소재(10)와 제2소재(20)는 다이(400)의 상측면에 배치된다. 다이(400)의 상측에는 패스너(500)가 상하로 승강 가능하게 배치된다. 패스너(500)의 내부에는 펀치(510)가 승강 가능하게 장착된다. 여기서 제1소재(10)의 표면에는 수지(40)가 몰딩된 상태이다.
이종 소재 배치 단계(S60)에서, 제1소재(10)와 제2소재(20) 사이에 접착제(50)가 도포된다. 접착제(50)에 의해 제1소재(10)와 제2소재(20)가 견고하게 결합된다. 접착제(50)에 의해 제1소재(10)와 제2소재(20)가 리벳부(30) 삽입시 이탈 또는 분리되는 것을 방지할 수 있다.
결합 단계(S70)는 제1소재(10)와 제2소재(20)를 체결하여 일체로 형성하는 단계이다. 본 발명에서 제1소재(10)와 제2소재(20)는 리벳부(30) 등의 체결부재를 이용하여 결합될 수 있다.
다이(400)와 패스너(500) 사이에 고정된 제1소재(10)와 제2소재(20)에는 패스너(500) 내부에 배치된 리벳부(30)가 펀치(510)의 가압에 의해 삽입된다. 제1소재(10)와 제2소재(20)는 리벳부(30)에 의해 일체를 이루게 된다.
펀치(510)는 상하로 승강되면서 패스너(500) 내부에 수용된 리벳부(30)를 가압하여, 리벳부(30)가 제1소재(10)와 제2소재(20)를 일체로 결합시킨다. 리벳부(30)는 펀치(510)의 가압에 의해 겹쳐진 제1소재(10)와 제2소재(20)에 삽입 장착된다. 리벳부(30)의 결합에 의해 제1소재(10)와 제2소재(20)는 일체를 이루게 된다.
리벳부(30)는 머리부(31), 다리부(33), 경사부(35)를 포함한다. 머리부(31)는 펀치(510)에 의해 가압되는 것으로, 원형으로 형성된다.
다리부(33)는 머리부(31)에서 하측(도 10 기준)으로 연장되고, 제1소재(10)와 제2소재(20)에 삽입된다. 다리부(33)는 머리부(31)에서 제1소재(10)와 제2소재(20) 측으로 연장 형성된다. 다리부(33)는 펀치(510)의 가압에 의해 제1소재(10)와 제2소재(20)에 삽입된다.
다리부(33)는 머리부(31)에 복수개가 머리부(31)의 원주방향을 따라 연장 형성된다. 다리부(33)는 머리부(31)에서 균등 간격으로 머리부(31)의 원주방향을 따라 형성된다.
경사부(35)는 다리부(33)의 단부(도 10 기준 하단부) 내측에서 머리부(31) 측을 향해 상향 경사지게 형성된다. 경사부(35)가 다리부(33)의 단부 내측에서 머리부(31) 측을 향해 상향 경사지게 형성되어, 제2소재(20)와의 접촉 시 다리부(33)를 외측으로 벌어지게 가이드한다.
다리부(33)는 겹쳐진 제1소재(10)와 제2소재(20)에 삽입 시, 경사부(35)에 의해 외측으로 벌려지면서 제1소재(10)와 제2소재(20)에 장착된다. 다리부(33)가 외측으로 벌려지면서 제1소재(10)와 제2소재(20)에 삽입되는 접촉면적이 증가되어, 제1소재(10)와 제2소재(20)를 일체로 이루게 지지한다.
다리부(33)는 제2소재(20)를 관통하고, 제1소재(10)의 내부에 장착된다. 이때 제2소재(20)는 스틸 재질의 제1소재(10)보다 연성 및 전성이 큰 CFRP 재질로 이루어져, 제2소재(20)가 다리부(33)의 삽입 시 변형된다(도 8 및 도 9 참조).
또는 본 발명에서 결합 단계(S70)는 제1소재(10)와 제2소재(20)를 접착제를 이용하여 본딩에 의해 일체로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법에 의하면, 제1소재(10)의 표면에 수지(40)로 몰딩되어 제품의 무게가 가벼워지고, 인장 강도 및 피로 강도가 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 이종 재질로 형성되는 제1소재(10)와 제2소재(20)가 리벳부(30)에 의해 견고하게 결합 상태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 제1소재(10)가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보하고, 제2소재(20)가 CFRP 재질로 형성되어 설정 강도를 확보하면서 중량을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 제1소재 20: 제2소재
30: 리벳부 31: 머리부
33: 다리부 35: 경사부
40: 수지 50: 접착제
100: 하형부 200: 상형부
210: 클램프 300: 사출부
400: 다이 500: 패스너
510: 펀치

Claims (5)

  1. 제1소재를 설정 온도로 가열하는 가열 단계;
    하형부 상에 상기 제1소재가 장입되는 장입 단계;
    상기 제1소재의 양단부를 고정하는 고정 단계;
    상기 제1소재를 상형부가 가압하는 프레스 단계; 및
    상기 상형부의 내부에 장착된 사출부에서 상기 제1소재의 표면에 수지로 몰딩하는 오버 몰딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 열가소성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1소재에 상기 제1소재와 이종 재질로 이루어지는 제2소재를 배치하는 이종 소재 배치 단계; 및
    상기 제1소재와 상기 제2소재를 체결하는 결합 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이종 소재 배치 단계에서, 상기 제1소재와 상기 제2소재 사이에 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1소재는 스틸 재질을 포함하고,
    상기 제2소재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic, CFRP)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재를 적용한 차체부품 제작방법.
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