KR100559636B1 - Manufacturing method of magnesium alloy extruding members for seat frame and magnesium alloy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마그네슘 합금과 이것을 이용하여 차량용 시트 프레임을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a magnesium alloy and a method for producing a vehicle seat frame using the same.
본 발명은 시트 프레임용 마그네슘 합금의 새로운 압출기술과 벤딩기술을 개발하여 마그네슘 합금 압출재의 제조 및 벤딩성형을 가능하게 하고, 이러한 마그네슘 합금 압출재를 사용하여 차량용 시트 프레임을 제조함으로써, 기존 철강 소재, 알루미늄 합금 압출재 및 마그네슘 합금 주조재를 사용하여 제조한 제품에 비하여 최고의 경량화 효과를 달성할 수 있도록 한 차량용 마그네슘 합금 시트 프레임을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention has developed a new extrusion technology and bending technology of the magnesium alloy for the seat frame to enable the manufacture and bending molding of magnesium alloy extruded material, by manufacturing a vehicle seat frame using the magnesium alloy extruded material, the existing steel material, aluminum Provided is a method of manufacturing a magnesium alloy seat frame for a vehicle that can achieve the best weight reduction effect compared to a product manufactured by using an alloy extruded material and a magnesium alloy cast material.
시트 프레임, 마그네슘 합금 압출재, 압출성형, 벤딩성형, 경량화Seat Frame, Magnesium Alloy Extrusion, Extrusion, Bending, Light Weight
Description
도 1은 본 발명의 백프레임용 마그네슘 합금 압출재를 보여주는 사진Figure 1 is a photograph showing a magnesium alloy extruded material for the back frame of the present invention
도 2는 본 발명의 보강프레임용 마그네슘 합금 압출재를 보여주는 사진Figure 2 is a photograph showing a magnesium alloy extruded material for the reinforcement frame of the present invention
도 3은 도 1의 백프레임용 마그네슘 합금 압출재를 이용하여 제조한 백프레임을 보여주는 사진Figure 3 is a photograph showing a back frame manufactured using the magnesium alloy extruded material for the back frame of Figure 1
도 4는 본 발명의 마그네슘 합금 압출재를 이용하여 제조한 시트 프레임을 보여주는 사진Figure 4 is a photograph showing a sheet frame manufactured using the magnesium alloy extruded material of the present invention
도 5는 종래 철강 소재를 이용하여 제조한 시트 프레임을 보여주는 사진Figure 5 is a photograph showing a seat frame manufactured using a conventional steel material
도 6은 종래 알루미늄 합금 압출재를 이용하여 제조한 시트 프레임을 보여주는 사진Figure 6 is a photograph showing a sheet frame manufactured using a conventional aluminum alloy extrusion material
도 7은 종래 마그네슘 합금 주조재를 이용하여 제조한 시트 프레임을 보여주는 사진Figure 7 is a photograph showing a seat frame manufactured using a conventional magnesium alloy casting material
본 발명은 차량용 시트 프레임 제조에 필요한 마그네슘 합금을 이용하여 차량용 시트 프레임을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a vehicle seat frame using a magnesium alloy required for manufacturing a vehicle seat frame.
특히, 현재까지 개발된 상용 구조용 합금에 비해 우수한 비강도를 가지며 진동 및 충격 흡수능이 뛰어난 마그네슘 합금 압출재를 사용하여 차량용 시트 프레임을 제조하는 새로운 압출기술 및 벤딩기술을 제공함으로써, 기존의 철강 제품 대비 60∼70%, 알루미늄 합금 제품 대비 25∼35% 정도의 경량화를 달성할 수 있도록 한 것이다. In particular, by providing a new extrusion technology and bending technology for manufacturing a vehicle seat frame using magnesium alloy extruded material having superior specific strength and superior vibration and shock absorbing ability compared to commercial structural alloys developed to date, it is 60 It is possible to achieve a weight reduction of about 70% and about 25 to 35% of aluminum alloy products.
일반적으로 차량용 시트 프레임은 승차자 하중의 대부분을 지탱할 수 있도록 설계되고, 특히 등받이 시트 프레임은 승차자의 체형 및 차량의 이동에 따른 운동에너지의 변화를 고려하여 충돌시 승차자의 안전을 확보할 수 있도록 사용 소재의 선정 및 상세 설계가 결정된다. In general, the vehicle seat frame is designed to support most of the occupant load, and in particular, the back seat frame is used to ensure the safety of the occupant in case of a collision in consideration of the change in the kinetic energy due to the body shape of the rider and the movement of the vehicle. The selection and detailed design of the is determined.
기존 차량용 시트 프레임 제품들은, 도 5에 도시한 바와 같이, 상대적으로 가격이 저렴한 철강 소재를 사용하고 여기에 다수의 부품들을 조립하여 제작한 것들이 대부분이다. Existing vehicle seat frame products, as shown in Figure 5, are mostly made of a relatively inexpensive steel material and assembled by assembling a number of parts therein.
최근 한정된 자원의 효율적인 이용과 환경오염에 대한 사회적 관심이 높아짐에 따라 차량 경량화를 통한 연비 향상을 위하여 상대적으로 무거운 철강 소재 대신 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 등의 경량 소재를 사용한 차량용 시트 프레임의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. In recent years, as the social interest in efficient use of limited resources and environmental pollution has increased, interest in the development of vehicle seat frames using lightweight materials such as aluminum alloys and magnesium alloys instead of relatively heavy steel materials to improve fuel efficiency through lightweight vehicles Is rising.
이러한 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금은 차량용 부품 소재로서 향후 기존의 철강 소재 제품을 대체할 것으로 예상된다. These aluminum alloys and magnesium alloys are expected to replace existing steel products in the future as automotive parts materials.
도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 최근에 이르러 알루미늄 합금 압출재 및 마그네슘 합금 주조재를 적용한 차량용 시트 프레임이 개발되고 있다. As shown in Figs. 6 and 7, recently, a vehicle seat frame to which an aluminum alloy extruded material and a magnesium alloy cast material is applied has been developed.
철강 소재로 구성된 기존의 차량용 시트 프레임은 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등 경량 소재를 적용한 제품에 비해 상대적으로 매우 무거워 자동차의 연비 향상에 큰 걸림돌로 작용하고 있다. Existing vehicle seat frames made of steel are relatively heavy compared to products made of lightweight materials such as aluminum alloys or magnesium alloys, which is a major obstacle to improving fuel efficiency of automobiles.
따라서, 최근 차량의 연비 및 배기가스에 대한 규제가 강화됨에 따라 세계 유수 완성차 제조회사에서는 경량 소재인 알루미늄 합금을 적용한 시트 프레임에 대한 연구 개발이 진행되어 왔으며, 일부는 실차 적용이 추진되고 있는 추세이다.Accordingly, as regulations on fuel efficiency and exhaust gas of vehicles are tightened recently, the world's leading automobile manufacturers have been researching and developing a seat frame made of aluminum alloy, which is a lightweight material. .
알루미늄 합금을 이용한 제품의 경우 기존 철강 소재 제품에 비하여 경량화가 상당히 이루어진 제품이지만, 최근에는 알루미늄 합금 제품에 비해 최대 35% 정도의 경량화 효과를 기대할 수 있는 마그네슘 합금 주조재를 사용한 제품의 개발이 시도되고 있다. In the case of products using aluminum alloy, the weight reduction is considerably lighter than that of the existing steel materials, but recently, the development of products using magnesium alloy casting materials, which can expect a weight reduction effect of up to 35% compared to aluminum alloy products, has been attempted. have.
그러나, 마그네슘 합금 주조재의 경우 가압 주조 공정으로 제조되기 때문에 압출 및 소성가공 공정으로 제조된 제품에 비하여 강도 및 연신율이 상대적으로 열악하며, 주조결함에 의한 전체 구조물의 안정성 확보 등 복합적인 문제가 있다. However, since the magnesium alloy casting material is manufactured by the pressure casting process, the strength and elongation are relatively poor compared to the product manufactured by the extrusion and plastic working process, and there are complex problems such as securing the stability of the entire structure by casting defects.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 마그네슘 합 금 시트 프레임 제조에 필요한 새로운 압출기술과 벤딩기술을 개발하여 마그네슘 합금 압출재의 제조를 가능하게 하고, 이러한 마그네슘 합금 압출재를 사용하여 차량용 시트 프레임을 제조함으로써, 기존 철강 소재, 알루미늄 합금 압출재, 마그네슘 합금 주조재를 사용하여 제조한 제품에 비하여 최고의 경량화 효과를 달성할 수 있도록 한 마그네슘 합금과 이것을 이용하여 차량용 시트 프레임을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been made in view of the above, and developed a new extrusion technology and bending technology required for manufacturing magnesium alloy sheet frame to enable the production of magnesium alloy extruded material, using such magnesium alloy extruded material for vehicles By manufacturing the seat frame, it provides a magnesium alloy and a method of manufacturing a vehicle seat frame using the magnesium alloy that can achieve the best weight reduction effect compared to the product manufactured using conventional steel material, aluminum alloy extruded material, magnesium alloy cast material Its purpose is to.
본 발명에서 제공하는 마그네슘 합금 압출재의 시트 프레임은 현재까지 개발된 상용 구조용 합금과 비교하여 볼 때, 우수한 비강도를 가지며 진동 및 충격 흡수능이 뛰어난 마그네슘 합금 압출재를 사용하여 제조함에 따라 기존의 철강 소재 제품 대비 60∼70%, 알루미늄 합금 제품 대비 25∼35% 정도의 경량화를 달성할 수 있다.
The sheet frame of the magnesium alloy extruded material provided in the present invention is manufactured by using a magnesium alloy extruded material having excellent specific strength and excellent vibration and shock absorption ability as compared with commercial structural alloys developed to date. Weight reduction of about 60 to 70% and about 25 to 35% of aluminum alloy products can be achieved.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 시트 프레임용 마그네슘 합금 압출재를 제조하고 이것을 이용하여 차량용 시트 프레임을 제조하는 공정에 있어서, 마그네슘 합금을 용해 및 주조하여 압출용 빌렛을 제조한 후 요구되는 형상으로 압출재를 제조하는 단계와 제조한 압출재를 벤딩 성형하는 단계로 이루어지며, 본 발명에서 제공하는 마그네슘 합금 압출재를 사용하여 시트 프레임을 제조한 경우 시트의 경량화를 이룰 수 있는 동시에 마그네슘 합금이 지닌 우수한 충격 및 진동 흡수성을 이용하여 보다 안전하고 안락한 특성을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하여 마그 네슘 합금 차량용 시트 프레임을 제조하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a magnesium alloy extruded material for a seat frame, and in the process of manufacturing a vehicle seat frame using the same, the extrusion alloy in the required shape after melting and casting the magnesium alloy to produce an extrusion billet. And a step of bending molding the extruded material prepared, and when the sheet frame is manufactured using the magnesium alloy extruded material provided in the present invention, the sheet can be made lighter and at the same time excellent shock and vibration of the magnesium alloy The present invention provides a method for manufacturing a magnesium alloy vehicle seat frame, which is characterized by being able to obtain safer and more comfortable characteristics using absorbency.
본 발명에서 사용되는 마그네슘 합금은 마그네슘을 기지로 하고 여기에 알루미늄 2.5~3.5중량%, 아연 0.6~1.4중량%, 망간 0.2~1.0중량%를 함유시킨 AZ31 합금과 알루미늄 5.8~7.2중량%, 아연 0.04~1.5중량%, 망간 0.15~0.5중량%를 함유시킨 AZ61 합금을 모두 포함한다. The magnesium alloy used in the present invention is based on magnesium, AZ31 alloy and aluminum 5.8-7.2 wt%, zinc 0.04 containing 2.5-3.5 wt% aluminum, 0.6-1.4 wt% zinc, 0.2-1.0 wt% manganese. Includes all AZ61 alloys containing ~ 1.5 wt% and manganese 0.15-0.5 wt%.
통상 마그네슘 합금은 조밀육방격자(HCP) 결정구조를 갖고 있기 때문에 면심입방격자(FCC) 결정구조를 갖고 있는 알루미늄 합금에 비하여 소성가공이 매우 힘들고 성형성이 떨어지는 단점이 있으나, 본 발명에서는 최적의 압출비, 금형 온도, 압출 온도, 압출 속도 등 여러가지 압출 공정변수를 정밀하게 제어하여 건전한 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. In general, magnesium alloy has a densely hexagonal lattice (HCP) crystal structure, compared with an aluminum alloy having a face-centered cubic lattice (FCC) crystal structure is very difficult plastic processing and poor formability, but in the present invention is optimal extrusion Various extrusion process variables such as ratio, mold temperature, extrusion temperature, extrusion speed, etc. were precisely controlled to prepare a healthy magnesium alloy extruded material.
또한, 본 발명에서는 마그네슘 합금에 적합한 압출 공정변수를 선정하여 경량의 시트에 적용하고자 하는 백프레임(A) 및 보강프레임(B) 부품에 적합한 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. In addition, in the present invention, by selecting the extrusion process parameters suitable for magnesium alloy to manufacture a magnesium alloy extrusion material suitable for the back frame (A) and reinforcement frame (B) components to be applied to the lightweight sheet.
도 1과 도 2에서는 본 발명에서 제공하는 백프레임(A) 및 보강프레임(B) 부품용 마그네슘 합금 압출재를 보여주고 있다. 1 and 2 shows the magnesium alloy extruded material for the back frame (A) and reinforcing frame (B) components provided by the present invention.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 마그네슘 합금에 적합한 압출 공정변수를 선정함으로써, 비교적 복잡한 형상을 가진 건전한 마그네슘 합금 압출재를 제조하였다. 1 and 2, in the present invention, by selecting the extrusion process parameters suitable for magnesium alloy, a healthy magnesium alloy extruded material having a relatively complex shape was prepared.
한편, 백프레임(A)의 제조를 위하여, 마그네슘 합금 압출재를 "ㄷ","I","ㅁ" 의 형태로 성형할 수 있는 벤딩성형공정의 개발이 필요한데, 마그네슘 합금은 위에 서 언급한 바와 같이 조밀육방격자를 갖고 있으므로, 소성변형에 필요한 슬립계의 수가 제한되어 있어서 소성가공이 매우 힘들다. On the other hand, in order to manufacture the back frame (A), it is necessary to develop a bending molding process that can form a magnesium alloy extruded material in the form of "c", "I", "ㅁ", the magnesium alloy as mentioned above In addition, since it has a dense hexagonal lattice, the number of slip systems required for plastic deformation is limited, which makes plastic working very difficult.
따라서, 마그네슘 합금 압출재의 벤딩성형을 위해서는 제조하고자 하는 제품의 형상에 적합한 벤딩성형공법의 선정, 벤딩 온도, 벤딩 속도 및 스트레칭 압력 등을 정밀하게 제어하는 기술이 필요하다. Therefore, in order to bend the magnesium alloy extruded material, it is necessary to select a bending molding method suitable for the shape of the product to be manufactured, and to precisely control the bending temperature, the bending speed and the stretching pressure.
본 발명에서는 이러한 핵심 공정변수를 제어함으로써, 경량의 시트를 위한 백프레임에 적합한 마그네슘 합금 압출재의 벤딩 성형품을 성공적으로 제조하였다.By controlling these key process parameters, the present invention successfully produced bending molded articles of magnesium alloy extrudates suitable for backframes for lightweight sheets.
도 3에서는 이러한 경량의 시트를 위한 마그네슘 합금 압출재의 벤딩 성형품을 보여주고 있다. Figure 3 shows the bending molding of the magnesium alloy extruded material for such a lightweight sheet.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<실시예><Example>
압출용 빌렛을 제조하기 위하여 AZ31 마그네슘 합금을 스테인리스강 도가니에 장입한 후 700oC까지 가열하였다.To prepare the billet for extrusion, AZ31 magnesium alloy was charged to a stainless steel crucible and heated to 700 ° C.
마그네슘 합금 지금의 표면 및 용탕 표면의 산화를 방지하기 위하여 CO2 + SF6 혼합가스를 용탕 표면에 연속적으로 분무, 도포하였으며, 합금 지금이 완전히 용해된 후 수냉하여 응고시켰다. In order to prevent oxidation of the magnesium alloy now surface and the melt surface, CO 2 + SF 6 mixed gas was continuously sprayed and applied to the melt surface, and the alloy now was completely dissolved and then cooled by water to solidify.
주조상태에서의 편석 등에 의한 조직 불균일성이 압출재의 특성에 미치는 영 향을 배제하기 위하여 제조된 주조재를 대상으로 균질화 처리를 수행하였으며, 균질화 처리된 주조재를 가공하여 압출용 빌렛을 제조하였다. 압출 시에 금형과 컨테이너 및 빌렛 온도를 압출비 및 압출형상에 따라 250 ~ 450oC의 온도범위에서 변화시키고 램속도(ram speed)를 0.5 ~ 5 inch/min의 범위에서 변화시켜 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 건전한 상태의 압출재를 제조하였다. The homogenization treatment was performed on the manufactured cast material in order to exclude the effect of tissue non-uniformity due to segregation in the cast state on the properties of the extruded material, and the extruded billet was manufactured by processing the homogenized cast material. During extrusion, mold, container and billet temperature were varied in the temperature range of 250 to 450 o C and the ram speed was changed in the range of 0.5 to 5 inch / min, depending on the extrusion ratio and extrusion shape. As shown in Fig. 2, an extruded material in a healthy state was prepared.
제조된 마그네슘 합금 압출재를 벤딩성형공정을 통하여 도 4에 나타낸 차량용 시트 백프레임(A)에 적합한 형상으로 성형하였다.The prepared magnesium alloy extruded material was molded into a shape suitable for the vehicle seat back frame A shown in FIG. 4 through a bending molding process.
벤딩성형공정에는 2차원 및 3차원 벤딩이 가능한 스트레칭 벤딩 머신을 사용하였다. 마그네슘 합금은 조밀육방격자를 가짐으로서 상온에서의 성형에 한계가 있으므로 150 ~ 350oC 온도범위로 벤딩 금형 및 압출재를 예열하여 벤딩을 수행하였다.In the bending molding process, a stretching bending machine capable of 2D and 3D bending was used. Since magnesium alloy has a dense hexagonal grid, there is a limitation in forming at room temperature, and thus bending is performed by preheating the bending die and the extruded material at a temperature range of 150 to 350 ° C.
벤딩 후 스프링백 현상으로 인한 형태 변화를 방지하고 치수 안정성을 확보하기 위해 최종적으로 200 ~ 350 kgf 의 압력으로 스트레칭을 가하였다.After bending, stretching was applied at a pressure of 200 to 350 kg f to prevent morphological changes due to springback and to ensure dimensional stability.
도 3은 이상의 벤딩 공정을 통해 최종 성형된 마그네슘 합금 압출재의 벤딩 성형품을 보여주고 있다. Figure 3 shows the bending molded product of the final magnesium alloy extruded through the bending process.
이상에서와 같이 본 발명은 마그네슘 합금 압출재의 압출성형 및 벤딩성형에 필요한 제반 공정변수를 정밀하게 제어하여 차량용 경량의 시트 프레임을 제조함으 로써, 시트의 경량화를 구현하고, 이와 동시에 마그네슘 합금이 지닌 우수한 충격 및 진동 흡수성을 이용하여 보다 안전하고 안락한 경량의 시트 프레임, 즉 시트를 재공할 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention manufactures a lightweight seat frame for a vehicle by precisely controlling all process variables required for extrusion and bending molding of magnesium alloy extruded material, thereby realizing light weight of the seat, and at the same time, excellent magnesium alloy has Using the shock and vibration absorbency there is an advantage that can provide a safer and more comfortable lightweight seat frame, that is, seat.
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