WO2019054784A1 - 프리폼 및 이를 이용한 현가암 제조방법 - Google Patents

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WO2019054784A1
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권익진
김병환
정세웅
권혁
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    • B60G2206/80—Manufacturing procedures
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Definitions

  • the present disclosure relates to a preform and a method for manufacturing a suspension cancer using the same.
  • This disclosure is derived from research conducted as part of the R & D technology development project of the Ministry of Commerce, Industry and Energy.
  • suspension arms used in suspension systems of vehicles have conventionally been manufactured using metal materials such as steel or aluminum.
  • metal materials such as steel or aluminum.
  • lightweight materials that can replace such metal materials have been used to manufacture suspension arms
  • Various methods are being studied.
  • CFRP films used for manufacturing vehicle structures and the like are usually formed in a thin plate shape having a continuous fiber-type fiber structure. Therefore, in order to form a CFRP film, It is troublesome to form the cut films in a laminated state in accordance with the orientation of the fiber structure.
  • the present disclosure provides a preform for use in the manufacture of a suspension arm and a method for manufacturing a suspension arm that reduces weight by using a lightweight material.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a suspension arm capable of achieving high productivity while reducing the complexity of a process using a lightweight material in the manufacture of a suspension arm, and a suspension arm manufactured thereby.
  • the preform may include a bushing having a hole formed therein and a preform body configured to be fixedly coupled to the bushing.
  • the preform body may have the same shape as a portion of the suspension arm surrounding at least a portion of the bushing A support portion extending from the preform end portion toward the center of the suspension arm, and a protrusion formed on the support portion.
  • a method of manufacturing a suspension arm including the steps of: preparing a preform having the same shape as a distal end portion of a suspension arm including a bushing; preparing a main mold for a suspension arm; A step of filling a plurality of carbon chips in a portion of the main mold where the preforms are not disposed, a step of preforming a preform fixed to the main mold, and a step of hot- , And removing the molded suspension arm from the main mold.
  • the main mold has a solid pipe coupled to the bushing, and the step of securing the preform may include securing the bushing to the solid pipe.
  • the step of filling the plurality of carbon chips may include filling the carbon chips so that the longitudinal direction of each of the plurality of carbon chips is oriented in a random direction.
  • the carbon chip may have a length (L) of 10 mm to 150 mm and a width (W) of 3 mm to 20 mm.
  • the method of manufacturing a suspension arm may further include trimming and removing a surplus material attached to the suspension arm removed from the main mold, and machining the suspension arm.
  • the step of preparing the preform includes the steps of preparing a preform mold for the preform, fixing the bushing in the preform mold, filling the plurality of carbon chips in the preform mold, filling the filled carbon chip with the first temperature and the first pressure And a step of removing the formed preform from the preform mold.
  • a preform mold for the preform fixing the bushing in the preform mold, filling the plurality of carbon chips in the preform mold, filling the filled carbon chip with the first temperature and the first pressure
  • a step of removing the formed preform from the preform mold When the temperature and pressure for hot forming the fixed preform and the filled carbon chip are referred to as a second temperature and a second pressure, 1 temperature may be lower than the second temperature, and the first pressure may be lower than the second pressure.
  • a method of manufacturing a suspension arm comprising the steps of preparing a preform mold for a preform, fixing a bushing in the preform mold, filling a plurality of carbon chips in the preform mold, , ≪ / RTI > producing a suspension arm including a molded preform.
  • the preform mold includes a solid pipe coupled to the bushing, and the step of securing the bushing may include securing the bushing to the solid pipe.
  • the step of filling the plurality of carbon chips may include filling the carbon chip so that the longitudinal direction of each of the plurality of carbon chips is oriented in a random direction in a portion of the preform mold where the bushing is not disposed.
  • suspension cylinders using a carbon chip, which is lighter in weight than a steel or aluminum material used for manufacturing a suspension for a car in the past and can provide the mechanical properties required for a vehicle Whereby a lightweight suspension arm can be manufactured.
  • a preform is manufactured by a separate process for the portion surrounding the bushing of the suspension arm body, and then the suspension material is manufactured by using the preform, thereby shortening the material filling time and reducing the gap between the bushing and the mold It is possible to solve the difficulty of charging the material by the above-mentioned method.
  • a preform including a bushing is disposed in a main mold, and then the carbon chip material is filled and molded, or the preform is molded by filling the carbon chip with the bushing fixed in the mold, It is possible to omit the step of assembling the bushing, thereby increasing the productivity.
  • FIG. 1 is a perspective view of a suspension arm manufactured in accordance with one embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a perspective view of a preform used in a method of manufacturing a suspension arm according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 3 is a perspective view of another preform used in the method of manufacturing a suspension arm according to one embodiment of the present disclosure
  • Fig. 4 is a perspective view of a main mold used in a method of manufacturing a suspension arm using the preform of Fig. 2 and the preform of Fig. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view showing a lower mold of the main mold of FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an upper mold of the main mold of FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a suspension arm using the main mold of FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state where a preform is disposed in the lower mold of FIG. 5.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which a preform and a plurality of carbon chips are arranged in the lower mold of FIG. 5.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which a preform and a plurality of carbon chips are arranged in the lower mold of FIG. 5.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a method of manufacturing a suspension arm according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a detailed process of manufacturing the preform in the method of manufacturing the suspension arm of FIG.
  • the suspension arm 1 is a perspective view of a suspension arm 1 manufactured by a method of manufacturing a suspension arm according to an embodiment of the present disclosure.
  • the suspension arm 1 may include a suspension arm body 10 and an A-point bushing 20, a B-point bushing 30 and a G-point bushing 40 fixedly coupled to the suspension arm body 10.
  • the suspension arm body 10 may include a central portion 110 and a first end portion 120, a second end portion 130 and a third end portion 140 extending from the central portion 110.
  • the first to third end portions 120, 130 and 140 may be formed integrally with the respective bushings surrounding the A-point bushing 20, the B-point bushing 30, and the G-point bushing 40, respectively.
  • the suspension arm body 10 may be integrally formed using a carbon chip material, and a detailed manufacturing method will be described later.
  • the A-point bushing 20 and the G-point bushing 40 can be fastened to a cross member or a subframe constituting the vehicle body and attached to the B-point bushing 30, and a ball joint (not shown) .
  • Figs. 2 and 3 are perspective views showing the preforms 2 and 3 used in the method of manufacturing a suspension arm for manufacturing the suspension arm of Fig. 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a first preform 2 as an example of a preform used in a method for manufacturing a suspension arm according to an embodiment.
  • the first preform 2 is a preform manufactured as a preliminary formed body of the first end portion 120 and is composed of an A point bushing 20 in which a hole 22 is formed and an A point bushing 20 And may include a first preform body 200.
  • the first preform body 200 includes a first support part 220 and a first support part 220 extending from the first preform end part 210 and the first preform end part 210 in the center direction of the suspension arm 1, And may include a first protrusion 222 formed thereon.
  • the center portion 110 of the suspension arm body 10 surrounds the first support portion 220 and the first projection portion 222 and is integrally formed with the first preform 2 in the main molding process of manufacturing the suspension arm 1. [ . In this process, since the first protrusion 222 is formed, the center portion 110 of the suspension arm body 10 and the first preform 2 can be joined with high strength.
  • the shape of the first preform tip 210 may be the same as the shape of the portion of the first end portion 120 of FIG. 1 that surrounds at least a portion of the A-point bushing 20.
  • the A-point bushing 20 can be integrally coupled to the first preform distal end 210.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a second preform 3 as another example of a preform used in a method of manufacturing a suspension arm according to an embodiment.
  • the second preform 3 is a preform manufactured as a preliminary formed body of the second end portion 130 of FIG. 1 and includes a second preform body 300, a B point bushing 30, a second preform end portion 310, 2 support portion 320, and a second projection portion 322.
  • the b-point bushing 30 may have a hole 32 formed therein.
  • a suspension arm 1 is manufactured using a preform made of a preliminary formed body for a part of the suspension arm 1 shown in Fig.
  • FIGS. 4 to 6 are perspective views showing a main mold used in the suspension manufacturing method (S700)
  • FIG. 7 is a flowchart showing a suspension manufacturing method (S700).
  • FIGS. 8 and 9 are perspective views showing a part of the progress of the suspension arm manufacturing method (S700).
  • Fig. 4 is an exemplary perspective view of the main mold 4 used in the suspension arm manufacturing method (S700).
  • the main mold 4 may include a lower mold 5 and an upper mold 6.
  • the lower mold 5 is a perspective view showing the lower mold 5 of the main mold 4 of Fig.
  • the lower mold 5 may include a receiving portion 50 having a shape corresponding to the outer shape of the suspension arm to be formed at the central portion.
  • the accommodating portion 50 includes a center accommodating portion 510 corresponding to the outer shape of the center portion 110 of the suspension arm 1 and a first accommodating portion 510 corresponding to the outer shapes of the first to third end portions 120, 530 and 540, respectively, as shown in FIG.
  • the first to third receiving portions 520, 530, and 540 are formed with solid pipes corresponding to the inner holes of the corresponding bushings.
  • the second accommodating portion 530 may be formed with a solid pipe 532 corresponding to the inner hole 32 of the b-point bushing 30 therein.
  • the solid pipe 532 is fitted into the hole 32 in the corresponding bushing so that the preform can be fixed with respect to the main mold. This also applies to the first accommodating portion 520 and the third accommodating portion 540.
  • Fig. 6 is a perspective view showing the inside of the upper mold 6 of Fig. 4, which cooperates with the lower mold 5 of Fig.
  • the upper mold 6 may include a pressing portion 60 having a shape corresponding to the contour of the suspension arm to be molded.
  • the pressing portion 60 may include a terminal pressing portion corresponding to the outer shape of the first end portion 120, the second end portion 130 and the third end portion 140, respectively.
  • the terminal pressing portion may include a pipe receiving portion capable of receiving a solid pipe described later.
  • the second end pressing portion 630 may include a pipe receiving portion 632.
  • the method of manufacturing a suspension arm (S700) comprises concretely preparing a preform having the same shape as the end portion of a suspension arm including a bushing (S710), preparing a main mold for a suspension arm (S720) A step S730 of coupling and fixing a preform in a state of being fitted to a receiving portion corresponding to a distal end of the arm, a step (S740) of filling a plurality of carbon chips in a portion of the inside of the main mold where no preform is disposed (S740) (S750) of hot-molding the filled preform and the filled carbon chip, and removing the molded suspension arm from the main mold (S760).
  • a preform is manufactured with respect to the first to third end portions 120, 130 and 140 including the bushings 20, 30 and 40 of the suspension arm 1 shown in FIG.
  • a method of manufacturing the preform a method of hot forming using a mold as in the third embodiment described later may be applied, and any other method may be used.
  • the solid pipe 532 formed in the second receiving portion 530 is connected to the point bushing 30 included in the second preform 3, It is possible to fit into the inner hole 32 of the inner tube 32. [ Thus, the second preform 3 can be fixed to the inside of the lower mold 5.
  • step S740 of filling the carbon chip the lower die 5, on which the first preform 2 and the second preform 3 are arranged, is filled with carbon chips.
  • the " carbon chip " described in this specification means a material obtained by cutting a CFRP film into a chip of a predetermined size.
  • 9 is a perspective view showing a state in which the first and second preforms 2 and 3 and the carbon chip 900 are filled in the lower mold 5.
  • the carbon chip 900 shown in FIG. 9 is shown as an arbitrary size for the sake of convenience, and in the actual process, the carbon chip 900 cut to a predetermined size is disposed. This will be described later.
  • the carbon chip 900 can be disposed in a portion of the accommodating portion 50 of the lower mold 5 where the first and second preforms 2 and 3 are not disposed. Further, the longitudinal direction of each of the carbon chips 900 can be arranged so as to be oriented in a random direction inside the accommodating portion 50.
  • the opposing surfaces are arranged in the horizontal direction. After the first preform 2 is manufactured in advance, It is possible to omit the step of filling the carbon chip under the A-point bushing 20, so that the ease of the process can be improved.
  • the suspension arm 1 is hot-formed.
  • a carbon chip material filled in a mold can be hot-formed for 20 minutes under a high-pressure load of 100 to 120 bar at a temperature of 150 ° C.
  • a step S760 of removing the molded suspension arm from the main mold is performed.
  • the suspension arm removed from the main mold may be further subjected to a step of trimming and removing a surplus material attached to the surface and a step of machining if necessary.
  • the step (S710) of manufacturing the preform in the suspension manufacturing method (S700) can be performed by, for example, a method of manufacturing a preform in the suspension arm manufacturing method of the third embodiment described later. This will be described later.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a method of manufacturing a suspension arm (S1000) according to another embodiment of the present disclosure.
  • the first to third end portions 120, 130, and 140 of the suspension arm 1, to which the bushings 20, 30, and 40 are coupled After forming a preform as a preliminary molding, the suspension arm 1 is manufactured using the preform.
  • each step of the suspension manufacturing method (S1000) will be described with reference to Fig.
  • the method for manufacturing the suspension arm S1000 includes the steps of preparing a preform mold for a preform (S1010), fixing a bushing (S1020) in the preform mold, and forming a plurality of carbon chips (S1030) charging the charged carbon chip, a step (S1040) of hot-forming the filled carbon chip, and a step (S1050) of manufacturing a suspension arm including the molded preform.
  • the preform mold prepared in the preform mold preparation step (S1010) is a mold for molding the preforms 2 and 3 shown in FIG. 2 or 3, for example, and has an outer shape corresponding to the outer shape of the preform.
  • a solid pipe corresponding to the hole in the bushing is formed inside the preform mold.
  • a solid pipe corresponding to the hole 32 formed in the B point bushing 30 is formed in the preform mold for forming the preform 2 shown in FIG.
  • the solid pipe is fitted into the hole in the corresponding bushing so that the bushing can be fixed with respect to the preform mold.
  • the solid pipe corresponding to the hole in the bushing may be fitted into the hole in the bushing to fix the bushing in the preforming die.
  • the carbon chips are arranged in the preform mold having the bushes fixedly arranged.
  • the step of arranging the carbon chip in a random direction in a portion of the preform mold where the bushing is not disposed may be included.
  • the carbon chips arranged in the mold are hot-formed to form a preform.
  • the finished preform is removed from the mold, and then a suspension arm is manufactured including the preform.
  • the hot forming method may be used as in the second embodiment, but the present invention is not limited thereto.
  • the step S710 of manufacturing the preform in the suspension manufacturing method S700 of the second embodiment may be performed including the same steps as the suspension manufacturing method S1000 of the third embodiment.
  • 11 is a flowchart showing the detailed steps of the step of producing the preform in this case (S710; hereinafter referred to as S1100).
  • the preform forming step S1100 includes a step S1110 of preparing a preform mold for the preform, a step S1120 of fixing the bushing in the preform mold, a step S1130 of filling the carbon chip in the preform mold S1130, (S1140) molding the preform in the environment of the first temperature and the first pressure (S1140), and removing the molded preform from the preform mold (S1150).
  • the charging step S1130 may be performed in the same manner as the steps S1010 to S1030 of the suspension manufacturing method S1000.
  • the preform forming step S1140 may be performed by a hot forming method similar to the forming step S750 in the suspension manufacturing method S700 of the second embodiment.
  • a step S1150 of removing the preform from the preform mold is performed.
  • the preform removed from the preform mold is fixed in the main mold according to the subsequent steps of FIG. 7 (S730), the carbon chip is further charged (S740), and the suspension arm can be formed through the hot forming (S750).
  • the temperature and pressure at which the molding step (S750) of manufacturing the suspension arm using the formed preform is performed are referred to as a first temperature and a first pressure, In terms of pressure, the first temperature may be lower than the second temperature, and the first pressure may be lower than the second pressure.
  • the preforms manufactured in the preform manufacturing method S1100 can be manufactured at a lower temperature and pressure than the main molding step S750 in the preform forming step S1140, And has a hardness as a finished product through hot forming (S750).
  • the carbon chip 700 used in the suspension arm molding may have a predetermined size (length L of about 10 mm to about 150 mm and width (L) of about 3 mm to about 20 mm W)]. If the carbon chip 700 has an excessively large or small size beyond a predetermined size, the productivity may be lowered or the mechanical strength may be significantly reduced. For example, if the carbon chip 700 has a length longer than 150 mm, the carbon chip may have a fiber texture that is similar to that of continuous fibers, and due to the orientation of the fiber texture, the conventional carbon fiber- The productivity may be lowered. On the contrary, when the carbon chip 700 has a length smaller than 10 mm, the carbon chip becomes similar to Discontinuous Fiber, so that it has too low mechanical properties and may not be suitable for forming a vehicle structure such as a suspension arm. have.
  • the method of manufacturing a suspension arm according to one embodiment of the present disclosure may have the following advantages.
  • the suspension arm can be manufactured in a considerably light weight compared with the suspension steel made of conventional steel or forged aluminum.
  • the carbon fiber-reinforced plastic is cut in accordance with the shape of the mold, and the carbon fiber-reinforced plastic film is cut into a shape corresponding to the shape of the mold, unlike the manufacturing method using the conventional continuous fiber type carbon fiber- It is possible to omit the laminating process in consideration of the orientation of the fibers, thereby improving the productivity of the process. Further, since the chips are not aligned and arranged randomly, the molded body can have high strength against stress in an arbitrary direction, and a separate reinforcing member is not required.
  • the bushing mounting portion In the case of forming a suspension arm with a carbon fiber-reinforced plastic film, the bushing mounting portion must be machined to insert the bushing after the film is laminated and molded, while in accordance with one embodiment of the present disclosure, Since the preform including the bushing is fixedly disposed in the main mold and the carbon chip is filled and molded, the preform or the suspension arm can be formed integrally with the bushing. This makes it possible to shorten the suspension cancer manufacturing process and further improve the productivity.
  • a preform corresponding to a distal end portion of a suspension arm is manufactured through a separate process and then disposed in the main mold. Only the portion other than the portion made of the preform is filled with the carbon chip, So that the charging time can be shortened.
  • the production of the preform and the molding of the suspension arm through the main mold can be performed in parallel, the overall productivity can be improved.
  • the space between the bushing and the mold is narrow and the process of charging the material such as carbon chip is difficult, which may take a long time.
  • the opposing faces of the bushing 20 are arranged in the horizontal direction as in the case of the A-point bushing 20, there is a problem that the material such as the carbon chip is not sufficiently filled in the gap between the bushing and the mold under the bushing, there was.
  • the preform corresponding to the distal end portion of the suspension arm is manufactured to have an outer shape corresponding to the inner shape of the accommodating portion of the mold to be disposed at the time of manufacturing, so that the gap between the bushing and the mold is filled with a material such as carbon chip It is possible to manufacture the suspension arm without any process, and the process can be facilitated and the unformed molding can be prevented.

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Abstract

프리폼을 이용한 현가암의 제조방법이 개시된다. 현가암의 제조방법은 부싱을 포함하는 현가암의 말단부와 동일한 형태의 프리폼을 제작하는 단계와, 현가암을 위한 메인 금형을 준비하는 단계와, 메인 금형 내부 중 현가암의 말단부에 대응되는 수용부에 프리폼을 피트된 상태로 결합하여 고정하는 단계와, 메인 금형 내부 중 프리폼이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩을 충전하는 단계와, 메인 금형에 고정된 프리폼 및 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계와, 성형된 현가암을 메인 금형으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

프리폼 및 이를 이용한 현가암 제조방법
본 개시는 프리폼 및 이를 이용한 현가암 제조방법에 관한 것이다.
본 개시는 산업통상자원부의 지역특화산업육성(R&D) 기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제고유번호: R0004316, 연구과제명: 차량용 Control Arm 30% 경량화를 위한 장섬유강화 복합재(CFRP)의 2중 진공 압축금형을 이용한 고속성형 기술개발]
최근 배기가스 배출에 의한 환경오염이 심각해지면서, 차량 부품들을 경량화하고 이를 통해 연비향상 및 배기가스 배출 저감을 도모하기 위한 다양한 노력이 수행되고 있다.
일례로, 차량의 현가장치에 사용되는 현가암의 경우에도 종래에는 스틸 또는 알루미늄 등과 같은 금속 소재를 이용해 제조되어 왔으나, 최근에는 이러한 금속 소재를 대체할 수 있는 경량의 재료로 현가암을 제조하기 위한 다양한 방안들이 연구되고 있다.
이러한 방안의 하나로 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastic, 이하 'CFRP'라 한다) 필름을 이용해 현가암을 제조하는 방법이 제안되고 있다.
그런데, 차량 구조물 등을 제조하는데 이용되는 CFRP 필름 등의 탄소복합재들은 통상적으로 연속섬유(Continuous Fiber) 형태의 섬유조직을 갖는 얇은 판상으로 형성되기 때문에, 이를 이용해 제품을 형성하기 위해서는 먼저 CFRP 필름을 필요한 형태로 절단한 후 절단된 필름을 섬유조직의 방향성에 맞추어 적층한 상태로 성형해야 하는 번거로움이 있다.
본 개시는, 상술한 종래 기술의 결함을 해결하기 위한 것으로, 현가암의 제조에 사용되는 프리폼과, 경량화 소재를 사용하여 중량을 절감한 현가암의 제조방법을 제공한다. 또한, 현가암 제조에 있어서 경량화 소재를 사용하는 공정의 복잡성을 저감하면서 높은 생산성을 얻을 수 있는 현가암의 제조방법 및 이에 따라 제조된 현가암을 제공한다.
일 실시예에 따른 프리폼은, 홀이 내부에 형성된 부싱과, 부싱이 고정 결합되도록 구성된 프리폼 바디를 포함할 수 있고, 프리폼 바디는 현가암 중, 부싱의 적어도 일부를 둘러싼 부분의 형태와 동일한 형태로 형성된 프리폼 말단부와, 프리폼 말단부로부터 현가암의 중심 방향으로 연장된 지지부와, 지지부 상에 형성된 돌출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 현가암 제조방법은, 부싱을 포함하는 현가암의 말단부와 동일한 형태의 프리폼을 제작하는 단계, 현가암을 위한 메인 금형을 준비하는 단계, 메인 금형 내부 중 현가암의 말단부에 대응되는 수용부에 프리폼을 피트된 상태로 결합하여 고정하는 단계, 메인 금형 내부 중 프리폼이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩을 충전하는 단계, 메인 금형에 고정된 프리폼 및 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계, 성형된 현가암을 메인 금형으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
메인 금형은 부싱에 결합되는 중실 파이프를 구비하며, 프리폼을 고정하는 단계는, 중실 파이프에 부싱을 끼워 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
복수의 카본칩을 충전하는 단계는, 복수의 카본칩 각각의 길이 방향이 랜덤한 방향으로 배향되도록 카본칩을 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
카본칩은 10mm 내지 150mm의 길이(L) 및 3mm 내지 20mm의 폭(W)을 가질 수 있다.
현가암 제조방법은 메인 금형으로부터 제거된 현가암에 부착되어 있는 잉여의 소재를 트리밍(trimming)하여 제거하는 단계와, 현가암을 기계 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프리폼을 제작하는 단계는, 프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계, 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계, 프리폼 금형 내에 복수의 카본칩을 충전하는 단계, 충전된 카본칩을 제1 온도 및 제1 압력의 환경에서 프리폼으로 성형하는 단계, 성형된 프리폼을 프리폼 금형으로부터 제거하는 단계를 포함하고, 고정된 프리폼 및 충전된 카본칩을 열간 성형하는 온도 및 압력을 제2 온도 및 제2 압력이라 하면, 제1 온도는 제2 온도보다 낮고, 제1 압력은 제2 압력보다 낮을 수 있다.
다른 실시예에 따른 현가암 제조방법은, 프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계, 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계, 프리폼 금형 내부에 복수의 카본칩을 충전하는 단계, 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계, 성형된 프리폼을 포함하여 현가암을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 프리폼 금형은 부싱에 결합되는 중실 파이프를 구비하며, 부싱을 고정하는 단계는, 중실 파이프에 부싱을 끼워 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
복수의 카본칩을 충전하는 단계는, 상기 프리폼 금형 내부 중 상기 부싱이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩 각각의 길이 방향이 랜덤한 방향으로 배향되도록 카본칩을 충전하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 종래 차량용 현가암 제조에 이용되던 스틸 또는 알루미늄 소재에 비해 가벼우면서 차량에 요구되는 기계적 물성을 제공할 수 있는 카본칩(Carbon Chip)을 소재로 현가암을 제조함으로써 경량화된 현가암을 제조할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 현가암 바디 중 부싱을 둘러싼 부분에 대하여 별도의 공정으로 프리폼을 만든 후, 이를 이용해 현가암을 제조함으로써 소재 충전 시간을 단축하고, 부싱과 금형 사이의 좁은 간격에 의한 소재 충전의 어려움을 해소할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 부싱을 포함한 프리폼을 메인 금형 내에 배치한 후 카본칩 소재를 충전하여 성형하거나, 금형 내에 부싱을 고정한 상태에서 카본칩을 충전하여 프리폼을 성형함으로써 현가암 바디에 부싱을 조립하는 공정을 생략할 수 있으므로 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따라 제조된 현가암의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 현가암 제조방법에 사용되는 프리폼의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 현가암 제조방법에 사용되는 또 다른 프리폼의 사시도이다.
도 4는 도 2의 프리폼 및 도 3의 프리폼을 사용하여 현가암을 제조하는 방법에 사용되는 메인 금형의 사시도이다.
도 5는 도 4의 메인 금형 중 하부 금형을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4의 메인 금형 중 상부 금형을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 4의 메인 금형을 이용해 현가암을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 도 5의 하부 금형에 프리폼이 배치된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 5의 하부 금형에 프리폼 및 복수의 카본칩이 배치된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 10는 본 개시의 다른 실시예에 따른 현가암 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 11는 도 7의 현가암 제조방법 중 프리폼을 제작하는 단계의 상세한 과정을 나타낸 순서도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서 기재되는 치수와 수치는 기재된 치수와 수치 만으로 한정되는 것은 아니다. 달리 특정되지 않는 한, 이러한 치수와 수치는 기재된 값 및 이것을 포함하는 동등한 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 기재된 '** mm'라는 치수는 '약 ** mm'를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 현가암 제조방법에 의해 제조된 현가암(1)의 사시도이다. 현가암(1)은 현가암 바디(10)와, 현가암 바디(10)에 고정 결합된 A점 부싱(20), B점 부싱(30), G점 부싱(40)을 포함할 수 있다.
현가암 바디(10)는 중심부(110)와, 중심부(110)로부터 연장된 제1 말단부(120), 제2 말단부(130), 제3 말단부(140)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 말단부(120, 130, 140)는 각각 A점 부싱(20), B점 부싱(30), G점 부싱(40)을 둘러싸고 각 부싱과 일체로 형성될 수 있다. 현가암 바디(10)는 카본칩(Carbon Chip) 소재를 이용해 일체로 성형되도록 구성될 수 있으며, 상세한 제조방법은 후술한다.
A점 부싱(20) 및 G점 부싱(40)은 차체를 구성하는 크로스 멤버나 서브 프레임 등에 체결하여 장착할 수 있고, B점 부싱(30)에는 볼 조인트(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
(제1 실시예)
도 2 및 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 도 1의 현가암을 제조하는 현가암 제조방법에 사용되는 프리폼(2, 3)을 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 현가암 제조방법에 사용되는 프리폼의 예시로서 제1 프리폼(2)을 나타낸 사시도이다. 제1 프리폼(2)은 제1 말단부(120)의 예비적 성형체로서 제조된 프리폼이며, 홀(22)이 내부에 형성된 A점 부싱(20)과, A점 부싱(20)이 고정 결합되도록 구성된 제1 프리폼 바디(200)를 포함할 수 있다.
제1 프리폼 바디(200)는 제1 프리폼 말단부(210)와 제1 프리폼 말단부(210)로부터 현가암(1)의 중심 방향으로 연장된 제1 지지부(220) 및 제1 지지부(220) 상에 형성된 제1 돌출부(222)를 포함할 수 있다. 현가암(1)을 제조하는 메인 성형 과정에서, 현가암 바디(10)의 중심부(110)는 제1 지지부(220) 및 제1 돌출부(222)를 둘러싸고 제1 프리폼(2)과 일체로 성형될 수 있다. 이 과정에서, 제1 돌출부(222)가 형성됨으로써, 현가암 바디(10)의 중심부(110)와 제1 프리폼(2)이 높은 강도로 결합될 수 있다.
제1 프리폼 말단부(210)의 형태는 도 1의 제1 말단부(120)의 형태 중 A점 부싱(20)의 적어도 일부를 둘러싼 부분의 형태와 같은 형태로 형성될 수 있다. 제1 프리폼 말단부(210)에는 A점 부싱(20)이 일체로 결합될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 현가암 제조방법에 사용되는 프리폼의 다른 예시로서 제2 프리폼(3)을 나타낸 사시도이다. 제2 프리폼(3)은 도 1의 제2 말단부(130)의 예비적 성형체로서 제조된 프리폼이며, 제2 프리폼 바디(300), B점 부싱(30), 제2 프리폼 말단부(310), 제2 지지부(320), 제2 돌출부(322)를 포함할 수 있다. B점 부싱(30)은 내부에 홀(32)이 형성될 수 있다. 제2 프리폼(3)의 제2 프리폼 바디(300), B점 부싱(30), 홀(32), 제2 프리폼 말단부(310), 제2 지지부(320), 제2 돌출부(322)는, 도 3의 제1 프리폼(2)의 각 요소인 제1 프리폼 바디(200), A점 부싱(20), 홀(22), 제1 프리폼 말단부(210), 제1 지지부(220), 제1 돌출부(222)와 기능적으로 대응된다. 따라서, 여기서 제2 프리폼(3)의 상세 구성에 대한 설명을 생략한다.
(제2 실시예)
본 개시의 일 실시예에 따른 현가암 제조방법(S700)에서는 도 1의 현가암(1)의 일부에 대한 예비적 성형체로 제작된 프리폼을 이용하여 현가암(1)을 제조한다. 도 4 내지 도 6은 현가암 제조방법(S700)에 사용되는 메인 금형을 나타낸 사시도이며, 도 7은 현가암 제조방법(S700)을 나타낸 순서도이다. 그리고 도 8 및 도 9는 현가암 제조방법(S700)의 진행과정 중 일부의 상태를 나타낸 사시도이다.
아래에서는, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 현가암 제조방법(S700)에 사용되는 프리폼(2, 3), 메인 금형(4) 및 현가암 제조방법(S700)의 각 단계를 설명한다. 도 4는 현가암 제조방법(S700)에 사용되는 메인 금형(4)의 예시적인 사시도이다. 메인 금형(4)은 하부 금형(5)과 상부 금형(6)을 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 메인 금형(4) 중 하부 금형(5)을 나타낸 사시도이다. 하부 금형(5)은 중심부에 성형하고자 하는 현가암의 외형에 대응되는 형상으로 형성된 수용부(50)를 포함할 수 있다.
수용부(50)는 현가암(1)의 중심부(110)의 외형에 대응되는 중심 수용부(510)와, 제1 내지 제3 말단부(120, 130, 140) 각각의 외형에 대응되는 제1 내지 제3 수용부(520, 530, 540)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 수용부(520, 530, 540)는 그 내부에 대응되는 부싱의 내부 홀에 대응되는 중실 파이프가 형성되어 있다. 예를 들어, 제2 수용부(530)는 내부에 B점 부싱(30)의 내부 홀(32)에 대응되는 중실 파이프(532)가 형성되어 있을 수 있다. 중실 파이프(532)는 대응되는 부싱 내부의 홀(32)에 끼움 결합되어, 프리폼이 메인 금형에 대해 고정될 수 있도록 형성된다. 이는 제1 수용부(520) 및 제3 수용부(540)에 대해서도 마찬가지이다.
도 6은 도 5의 하부 금형(5)과 상호 작동하는, 도 4의 상부 금형(6)의 내부를 나타낸 사시도이다. 상부 금형(6)은 성형하고자 하는 현가암의 외형에 대응되는 형상의 가압부(60)를 포함할 수 있다.
가압부(60)는 제1 말단부(120), 제2 말단부(130) 및 제3 말단부(140)의 외형에 각각 대응되는 말단 가압부를 포함할 수 있으며, 도 6에는 이 중 제2 말단부(130)의 외형에 대응되는 제2 말단 가압부(630)에 대해서 도시되어 있다. 말단 가압부는 후술하는 중실 파이프를 수용할 수 있는 파이프 수용부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 말단 가압부(630)는 파이프 수용부(632)를 포함할 수 있다.
도 7은 현가암 제조방법(S700)을 나타낸 순서도이다. 현가암 제조방법(S700)은 구체적으로 부싱을 포함하는 현가암의 말단부와 동일한 형태의 프리폼을 제작하는 단계(S710), 현가암을 위한 메인 금형을 준비하는 단계(S720), 메인 금형 내부 중 현가암의 말단부에 대응되는 수용부에 프리폼을 피트된 상태로 결합하여 고정하는 단계(S730), 메인 금형 내부 중 프리폼이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩을 충전하는 단계(S740)와, 메인 금형에 고정된 프리폼 및 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계(S750)와, 성형된 현가암을 메인 금형으로부터 제거하는 단계(S760)를 포함할 수 있다.
프리폼 제작 단계(S710)에서는 도 1의 현가암(1) 중 부싱(20, 30, 40)이 포함된 제1 내지 제3 말단부(120, 130, 140)에 대해 프리폼을 제작한다. 프리폼을 제작하는 방법으로서는 후술하는 제3 실시예와 같이 금형을 이용해 열간 성형하는 방법이 적용될 수 있으며, 다른 임의의 공법도 사용될 수 있다.
프리폼을 고정하는 단계(S730)에서는, 제1 내지 제3 말단부(120, 130, 140)에 대해 제작된 프리폼 중 하나 이상을 메인 금형(4) 중 하부 금형(5)에 형성된 수용부(50) 내에 고정 배치한다. 도 8는 하부 금형(5)의 수용부(50) 내에 제 1 프리폼(2) 및 제2 프리폼(3)이 고정 배치된 상태의 사시도이다. 예를 들어, 제1 프리폼(2)은 하부 금형(5)의 제1 수용부(520)에 고정 배치될 수 있고, 제2 프리폼(3)은 하부 금형(5)의 제2 수용부(530)에 고정 배치될 수 있다. 이하에서는 제2 프리폼(3)이 제2 수용부(530)에 고정 배치되는 과정에 대해 설명한다.
제2 프리폼(3)이 제2 수용부(530)에 고정 배치될 때, 제2 수용부(530)에 형성된 중실 파이프(532)가 제2 프리폼(3)에 포함된 B점 부싱(30)의 내부 홀(32)에 끼움 결합될 수 있다. 이를 통해, 제2 프리폼(3)이 하부 금형(5)의 내부에 고정될 수 있다.
제2 프리폼(3)의 외형과 제2 수용부(530)의 내형이 일치하여, 제2 프리폼(3)이 제2 수용부(530)에 고정 배치될 때, 제2 프리폼(3)과 제2 수용부(530) 사이에 빈틈이 없도록 피트(fit)된 상태로 결합할 수 있다. 수용부에 피트된 상태로 결합되는 프리폼을 이용하여 현가암을 제조함으로써, 부싱과 수용부 사이의 간격이 좁은 경우 성형을 위한 소재의 충전에 오랜 시간이 걸리고, 충전량 조절이 어려운 문제점을 해결할 수 있다.
카본칩을 충전하는 단계(S740)에서는, 제1 프리폼(2) 및 제2 프리폼(3)이 배치된 하부 금형(5)에 카본칩을 충전한다. 본 명세서에 기재된 "카본칩"은 CFRP 필름을 소정의 크기의 칩 형태로 자른 소재를 의미한다. 도 9는 하부 금형(5)에 제1 및 제2 프리폼(2, 3)과 카본칩(900)이 충전된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 9에 도시된 카본칩(900)은 편의상 임의의 크기로 도시한 것이며, 실제 공정에 있어서는 소정의 크기로 절단된 카본칩(900)이 배치된다. 이에 관해서는 후술한다.
카본칩(900)을 하부 금형(5)의 수용부(50) 중 제1 및 제2 프리폼(2, 3)이 배치되지 않은 부분에 배치할 수 있다. 또한, 카본칩(900) 각각의 길이 방향이 수용부(50) 내부에서 랜덤한 방향으로 배향되도록 배치될 수 있다.
제2 프리폼(3)의 외형과 제2 수용부(530)의 내형이 일치하여, 제2 프리폼(3)과 제2 수용부(530) 사이에 빈틈이 없도록 피트된 상태로 결합하는 경우, 제2 프리폼(3)과 제2 수용부(530) 사이에는 카본칩이 배치되지 않을 수 있다. 수용부에 밀착 배치되는 형태의 프리폼을 이용함으로써, 부싱과 금형 사이의 좁은 공간에 카본칩 등 소재를 충전하는 단계를 생략할 수 있고, 이를 통해 충전 시간 단축 및 공정의 효율화를 도모할 수 있다.
또한, 도 1의 제1 말단부(120)에 결합되는 A점 부싱(20)의 경우 대향되는 면이 수평 방향으로 배치되게 되는데, 제1 프리폼(2)을 미리 제작한 후 메인 금형(4) 내에 배치함으로써 A점 부싱(20)의 아래쪽에 카본칩을 충전하는 단계를 생략할 수 있으므로, 공정의 용이성을 향상시킬 수 있다.
열간 성형하는 단계(S750)에서는, 상부 금형(6)으로 제1 및 제2 프리폼(2, 3)과 카본칩(900)이 배치된 하부 금형(5)을 가압해, 고온 및 고압의 환경에서 현가암(1)을 열간 성형(Hot press forming)하게 된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금형에 충전된 카본칩 소재는 150°C의 온도에서 100~120bar의 고압의 하중을 인가한 상태로 20분간 열간 성형될 수 있다.
메인 성형하는 단계(S750)가 완료된 이후에는 성형된 현가암을 메인 금형으로부터 제거하는 단계(S760)가 이루어진다. 메인 금형으로부터 제거된 현가암은, 표면에 부착되어 있는 잉여의 소재를 트리밍(trimming)하여 제거하는 단계와, 필요에 따라 기계 가공하는 단계를 더 거칠 수 있다.
현가암 제조방법(S700) 중 프리폼을 제작하는 단계(S710)는, 예를 들어, 후술하는 제3 실시예의 현가암 제조방법 중 프리폼을 제조하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
(제 3 실시예)
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 현가암 제조방법(S1000)을 나타낸 순서도이다.
현가암 제조방법(S1000)에서는 현가암(1) 중 각 부싱(20, 30, 40)이 결합된 제1 내지 제3 말단부(120, 130, 140) 각각에 대해 카본칩(Carbon chip) 소재로 예비적 성형체인 프리폼(preform)을 성형한 후, 이를 이용해 현가암(1)을 제조한다. 아래에서는, 도 10을 참조하여 현가암 제조방법(S1000)의 각 단계를 설명한다.
현가암 제조방법(S1000)은, 프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계(S1010), 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계(S1020), 프리폼 금형 내부 중 부싱이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩을 충전하는 단계(S1030), 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계(S1040), 성형된 프리폼을 포함하여 현가암을 제조하는 단계(S1050)를 포함할 수 있다.
프리폼 금형 준비 단계(S1010)에서 준비되는 프리폼 금형은, 예를 들어 도 2 또는 도 3의 프리폼(2, 3)을 성형하기 위한 금형으로, 프리폼의 외형에 대응되는 외형을 가진다. 또한, 프리폼 금형의 내부에는 부싱 내부의 홀에 대응되는 중실 파이프가 형성되어 있다. 예를 들어, 도 2의 프리폼(2)을 형성하기 위한 프리폼 금형 내부에는 B점 부싱(30)에 형성된 홀(32)에 대응되는 중실 파이프가 형성되어 있다. 중실 파이프는 대응되는 부싱 내부의 홀에 끼움 결합되어, 부싱이 프리폼 금형에 대해 고정될 수 있도록 형성된다.
프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계(S1020)에서는, 부싱 내부의 홀에 대응되는 중실 파이프를 부싱 내부의 홀에 끼움 결합하여 부싱을 프리폼 금형 내에 고정 배치할 수 있다.
카본칩을 충전하는 단계(S1030)에서는, 부싱이 고정 배치된 프리폼 금형 내에 카본칩을 배치한다. 카본칩을 충전하는 단계(S1030)에서는 카본칩을 프리폼 금형의 내부 중 부싱이 배치되지 않은 부분에 랜덤한 방향으로 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
프리폼을 성형하는 단계(S1040)에서는 금형 내 배치된 카본칩을 열간 성형하여 프리폼 형태로 성형한다.
프리폼을 포함하여 현가암을 제조하는 단계(S1050)에서는 완성된 프리폼을 금형에서 제거한 후, 이를 포함하여 현가암을 제조한다. 이 때 프리폼을 이용하여 현가암을 제조하는 방법으로는 제2 실시예와 같이 열간 성형 공법을 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
(제2 실시예의 변형예)
제2 실시예의 현가암 제조방법(S700) 중 프리폼을 제작하는 단계(S710)는 제3 실시예의 현가암 제조방법(S1000)과 같은 단계를 포함하여 수행될 수 있다. 도 11은 이와 같은 경우의 프리폼을 제작하는 단계(S710, 이하 S1100으로 표시)의 상세한 단계를 나타낸 순서도이다.
프리폼 제작 단계(S1100)는 프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계(S1110), 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계(S1120), 프리폼 금형 내에 카본칩을 충전하는 단계(S1130), 충전된 카본칩을 제1 온도 및 제1 압력의 환경에서 프리폼으로 성형하는 단계(S1140), 성형된 프리폼을 프리폼 금형으로부터 제거하는 단계(S1150)를 포함할 수 있으며, 이 중 프리폼 금형 준비 단계(S1110) 내지 카본칩 충전 단계(S1130)는 현가암 제조방법(S1000)의 S1010 내지 S1030 단계와 동일한 과정으로 수행될 수 있다.
프리폼 성형 단계(S1140)는 제2 실시예의 현가암 제조방법(S700)에서의 성형 단계(S750)와 유사하게 열간 성형 공법을 통해 진행될 수 있다.
프리폼 성형 단계(S1140)가 종료되면, 프리폼을 프리폼 금형으로부터 제거하는 단계(S1150)가 이루어진다. 프리폼 금형으로부터 제거된 프리폼은 도 7의 이후 단계에 따라 메인 금형 내에 고정되고(S730), 카본칩이 추가 충전되고(S740), 열간 성형(S750)을 통해 현가암을 성형할 수 있다.
프리폼 성형 단계(S1140)가 이루어지는 온도 및 압력을 제1 온도 및 제1 압력이라 하고, 성형된 프리폼을 이용하여 현가암을 제조하는 성형 단계(S750)가 이루어지는 온도 및 압력을 제2 온도 및 제2 압력이라 하면, 제1 온도는 제2 온도보다 낮을 수 있고, 제1 압력은 제2 압력보다 낮을 수 있다. 프리폼 성형 단계(S1140)에서 메인 성형 단계(S750)에 비해 낮은 온도 및 압력으로 열간 성형하기 때문에, 프리폼 제조방법(S1100)에서 제조되는 프리폼은 현가암 제조방법(S700)에서 최종적으로 제조되는 현가암에 비해 낮은 경도를 가지며, 이후 다시 열간 성형(S750)을 통해 완성품으로서의 경도를 지니게 된다.
현가암 성형에 이용되는 카본칩은 소정의 크기를 갖는 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 현가암 성형에 이용되는 카본칩(700)은 차량용 구조물에 필요한 기계적 강도 및 양호한 생산성을 확보하기 위해 소정의 크기[약 10mm 내지 약 150mm의 길이(L) 및 약 3mm 내지 약 20mm의 폭(W)]를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 카본칩(700)이 소정의 크기를 벗어나 너무 크거나 작은 크기를 갖게 되면, 생산성이 저하되거나 기계적 강도가 크게 저하될 우려가 있다. 예컨대, 카본칩(700)이 150mm보다 긴 길이를 갖게 되면, 카본칩은 연속섬유와 유사하게 방향성을 갖는 섬유조직을 갖게 될 수 있고, 이러한 섬유조직의 방향성으로 인해 종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름 소재와 유사하게 생산성이 저하될 수 있다. 반대로, 카본칩(700)이 10mm보다 작은 길이를 갖게 되면, 카본칩은 불연속섬유(Discontinuous Fiber)와 유사한 형태가 되어 너무 낮은 기계적 물성을 갖게 되고, 현가암과 같은 차량용 구조물을 형성하는데 부적합할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 현가암의 제조방법은 다음과 같은 이점을 가질 수 있다.
카본칩을 열간 성형하여 현가암을 제조하기 때문에, 종래의 스틸 또는 단조 알루미늄으로 제조된 현가암에 비해 상당히 경량으로 현가암을 제조할 수 있게 된다.
종래의 탄소섬유강화플라스틱 필름으로 현가암을 성형하는 경우 필름을 현가암의 형상에 따라 절단하고 절단된 필름을 섬유조직의 방향성을 고려하여 적층해야 하는 번거로움이 있지만, 본 개시의 경우 금형 내에 필요한 중량의 카본칩을 부어 넣는 단순한 작업만으로 성형 준비를 완료할 수 있게 된다. 따라서, 생산성이 크게 향상되고 양산화가 실현될 수 있게 한다.
소정의 사이즈로 절단된 카본칩을 금형의 내부에 랜덤한 방향으로 배치함으로써, 종래의 연속섬유 형태의 탄소섬유강화플라스틱 필름을 이용한 제조방법과 달리 탄소섬유강화플라스틱을 금형의 형태에 맞게 자르는 공정 및 섬유의 방향성을 고려하여 적층하는 과정을 생략할 수 있어 공정의 생산성이 향상된다. 또한, 칩이 정렬되어 있지 않고 랜덤하게 배치되기 때문에 성형체가 임의의 방향의 응력에 대하여 높은 강도를 가질 수 있으며, 별도의 보강 부재를 필요로 하지 않는다.
탄소섬유강화플라스틱 필름으로 현가암을 성형하는 경우 필름을 적층해서 성형한 이후에 부싱 장착부위를 기계 가공해 부싱을 삽입하여야 하는데 반해, 본 개시의 일 실시예에 따르면 프리폼 금형 내에 부싱을 배치하거나 또는 메인 금형 내에 부싱을 포함하는 프리폼을 고정 배치하고, 카본칩을 충전하여 성형하게 되므로, 프리폼 또는 현가암이 부싱과 일체로 형성될 수 있다. 이를 통해, 현가암 제조 공정을 단축시키고 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
현가암 제조시에 메인 금형에 부싱을 고정하고 카본칩을 충전하는 경우, 카본칩 등 소재 충전에 약 30분 이상의 오랜 시간이 소요될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 현가암의 말단부에 해당하는 프리폼을 별도의 공정을 통해 제조한 후 메인 금형 내에 배치하고, 프리폼으로 제조된 부분 이외의 부분에 대해서만 카본칩을 충전하여 현가암을 성형하므로 충전 시간을 단축할 수 있다. 또한, 프리폼의 제조와 메인 금형을 통한 현가암의 성형을 병렬적으로 진행할 수 있으므로 전체적인 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 프리폼의 사용 없이 메인 금형에 부싱을 고정하고 카본칩을 충전하는 경우, 부싱과 금형 사이의 간격이 좁아 카본칩 등 소재 충전에 어려운 과정이 필요하며, 시간이 오래 걸릴 수 있다. 특히, A점 부싱(20)과 같이 부싱의 대향하는 면이 수평 방향으로 배치될 경우, 부싱 아래의 부싱과 금형 간 간격에 카본칩 등 소재가 충분히 충전되지 않고, 열간 성형시 미성형되는 문제점이 있었다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 현가암의 말단부에 해당하는 프리폼을 제조시 프리폼이 배치될 금형의 수용부의 내형에 대응되는 외형으로 제조함으로써, 부싱과 금형 사이의 간격에 카본칩 등 소재를 충전하는 공정 없이 현가암을 제조할 수 있으며, 공정이 용이해지고 미성형을 방지할 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

Claims (10)

  1. 현가암의 제조에 사용되는 프리폼으로서,
    홀이 내부에 형성된 부싱과,
    상기 부싱이 고정 결합되도록 구성된 프리폼 바디를 포함하고,
    상기 프리폼 바디는,
    상기 현가암 중, 상기 부싱의 적어도 일부를 둘러싼 부분의 형태와 동일한 형태로 형성된 프리폼 말단부와,
    상기 프리폼 말단부로부터 상기 현가암의 중심 방향으로 연장된 지지부와,
    상기 지지부 상에 형성된 돌출부를 포함하는,
    프리폼.
  2. 프리폼을 이용한 현가암의 제조방법으로서,
    부싱을 포함하는 현가암의 말단부와 동일한 형태의 프리폼을 제작하는 단계와,
    현가암을 위한 메인 금형을 준비하는 단계와,
    상기 메인 금형 내부 중 상기 현가암의 말단부에 대응되는 수용부에 상기 프리폼을 피트된 상태로 결합하여 고정하는 단계와,
    상기 메인 금형 내부 중 상기 프리폼이 배치되지 않은 부분에 복수의 카본칩을 충전하는 단계와,
    상기 메인 금형에 고정된 상기 프리폼 및 상기 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계와,
    상기 성형된 현가암을 상기 메인 금형으로부터 제거하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 금형은 상기 부싱에 결합되는 중실 파이프를 구비하며,
    상기 프리폼을 고정하는 단계는, 상기 중실 파이프에 상기 부싱을 끼워 고정하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 카본칩을 충전하는 단계는, 상기 복수의 카본칩 각각의 길이 방향이 랜덤한 방향으로 배향되도록 상기 카본칩을 충전하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 카본칩은 10mm 내지 150mm의 길이(L) 및 3mm 내지 20mm의 폭(W)을 갖는,
    현가암 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 메인 금형으로부터 제거된 현가암에 부착되어 있는 잉여의 소재를 트리밍(trimming)하여 제거하는 단계와,
    상기 현가암을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는,
    현가암 제조방법.
  7. 프리폼을 이용한 현가암의 제조방법으로서,
    프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계와,
    상기 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계와,
    상기 프리폼 금형 내부에 복수의 카본칩을 충전하는 단계와,
    상기 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계와,
    상기 성형된 프리폼을 포함하여 현가암을 제조하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프리폼 금형은 상기 부싱에 결합되는 중실 파이프를 구비하며,
    상기 부싱을 고정하는 단계는, 상기 중실 파이프에 상기 부싱을 끼워 고정하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 카본칩을 충전하는 단계는, 상기 프리폼 금형 내부 중 상기 부싱이 배치되지 않은 부분에 상기 복수의 카본칩 각각의 길이 방향이 랜덤한 방향으로 배향되도록 상기 카본칩을 충전하는 단계를 포함하는,
    현가암 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 프리폼을 제작하는 단계는,
    상기 프리폼을 위한 프리폼 금형을 준비하는 단계,
    상기 프리폼 금형 내에 부싱을 고정하는 단계,
    상기 프리폼 금형 내에 복수의 카본칩을 충전하는 단계,
    상기 충전된 카본칩을 제1 온도 및 제1 압력의 환경에서 상기 프리폼으로 성형하는 단계,
    상기 성형된 프리폼을 상기 프리폼 금형으로부터 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 메인 금형에 고정된 상기 프리폼 및 상기 충전된 카본칩을 열간 성형하는 단계는 제2 온도 및 제2 압력의 환경에서 이루어지며,
    상기 제1 온도는 상기 제2 온도보다 낮고, 상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 낮은,
    현가암 제조방법.
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