KR100604634B1 - Method for manufacturing member assembly of body - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차체 멤버 제조 방법에서, 하이드로 포밍 성형 전에는 성형성을 고려한 열처리 공정을 수행하고, 성형 후에는 제품의 강성을 고려한 열처리 공정을 추가 수행하여 알루미늄 압출관재의 벤딩 가공 시, 관재표면에 발생하는 함몰부위의 성형회복을 가능하게 하여 제품불량을 최소화하기 위한 차체 멤버 제조 방법를 제공하는 것이다. According to the present invention, in the method for manufacturing a body member, before the hydroforming molding, a heat treatment process considering the formability is performed, and after the molding, a heat treatment process considering the rigidity of the product is further performed to be formed on the surface of the pipe during bending of the extruded aluminum tube. The present invention provides a method for manufacturing a body member for minimizing product defects by enabling molding recovery of the recessed portion.

멤버 제조 방법, 하이드로 포밍, 열처리, 압출관재Member manufacturing method, hydroforming, heat treatment, extrusion pipe material

Description

차체 멤버 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MEMBER ASSEMBLY OF BODY} Body member manufacturing method {METHOD FOR MANUFACTURING MEMBER ASSEMBLY OF BODY}

도 1은 종래 기술에 따른 차체 멤버 제조 방법의 단계별 공정도, 1 is a step-by-step process diagram of a method for manufacturing a body member according to the prior art,

도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining the problems of the prior art,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법의 단계별 공정 블록도, 및3 is a step-by-step process block diagram of a method of manufacturing a vehicle body member according to an embodiment of the present invention, and

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법의 단계별 공정도이다. 4 is a step-by-step process diagram of a method for manufacturing a vehicle body member according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 차체 멤버 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 차량용 사이드 멤버와 같은 차체 멤버의 제조시, 그 기능 및 구조적 특성을 고려한 단순화 설계를 기초로 하여 제품의 형상에 근접하는 알루미늄 압출관재를 소재로 성형한 후, 벤딩, 열처리, 하이드로 포밍 등의 공정을 통하여 차체 멤버를 제조하는 차체 멤버 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a body member, and more particularly, in the manufacture of a body member, such as a conventional vehicle side member, based on a simplified design in consideration of its function and structural characteristics, aluminum extrusion pipe material close to the shape of the product After molding the material to a material, the present invention relates to a body member manufacturing method for manufacturing a body member through a process such as bending, heat treatment, hydroforming.

현 유럽 및 북미에서는 차량의 연비규제 및 대기 환경오염과 관련된 법규를 대폭 강화하고 있는 실정으로, 업계에서는 이러한 규제에 대응하기 위해서 신성형 기술인 하이드로 포밍(Hydro-forming)공법과 고강도 초경량 신소재에 대한 관심이 집중되고 있는 실정이다. Currently, in Europe and North America, laws and regulations related to fuel economy and air pollution of vehicles have been greatly strengthened.In order to cope with such regulations, the industry is interested in the new hydroforming technology and high strength ultra-lightweight materials. The situation is concentrated.

최근에는 스틸(Steel)계 하이드로 포밍 제품과 동등한 구조적 강성(Structual rigidity)를 유지하면서 경량화률이 기존대비 20%이상의 높은 효과를 갖도록 열처리형 알루미늄 소재를 이용한 차체 부품의 제조가 이루어지고 있음에도 불구하고, 현재 양산되고 있는 소형차의 차체부품인 프론트 사이드 멤버(Front side member)와 같은 차체 멤버는 프레스 성형된 다수 부품의 결합체로 이루어져 그 자체를 하이드로 포밍(Hydro-forming)을 통하여 성형하기엔 구간별 단면적의 변화 및 곡률 변화가 커서 적용하는 것이 불가능하다. In spite of the recent manufacture of body parts using heat-treated aluminum material, the weight reduction ratio has a higher effect of more than 20% while maintaining the structural rigidity equivalent to that of steel-based hydroforming products. Body members such as front side members, which are mass-produced body parts of compact cars, are composed of a combination of multiple parts that are press-formed, and the cross-sectional area of each section is changed to form itself through hydroforming. And it is impossible to apply a large curvature change.

이러한 문제는 기존 차체 멤버의 골격을 과감하게 단순화시켜 압출관재를 이용하여 부품화 될 수 있도록 단순화 설계의 기초를 마련함으로써 해결할 수 있을 것이다. This problem can be solved by drastically simplifying the skeleton of the existing car body member and providing a basis for a simplified design so that it can be parted using extruded pipe materials.

즉, 기존 프레스(Press)성형 타입의 프론트 사이드 멤버를 예로 하면, 기존의 프론트 사이드 멤버의 전체적인 단면변화의 평균을 산출하여 프론트 사이드 멤버가 갖는 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 제품을 단순하게 설계하고, 그 소재가 되는 알루미늄 압출관재는 최소한의 하이드로 포밍에 의한 확관 성형으로 완제품의 형상을 갖도록 제품 형상에 근접하는 형상으로 기초 설계 작업이 이루어져야 한다.That is, if the front side member of the conventional press molding type is taken as an example, the product is simply designed to include the functions and structural characteristics of the front side member by calculating the average of the overall cross-sectional change of the existing front side member, The extruded aluminum tube material, which is the raw material, should have basic design work in a shape close to the shape of the product so as to have the shape of the finished product by expansion molding by minimal hydroforming.

이러한 기술과 관련하여 본 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제10-2003-0050301호(2003.07.22 출원)에서는 차체 멤버의 그 기능 및 구조적 특성을 고려한 단순화 설계를 기초로 하여 제품의 형상에 근접하는 알루미늄 압출관재를 소재로 성형한 후, 굽힘, 강성보강, 하이드로 포밍을 이용한 치수 및 형상 보정의 공정을 통하여 성형정도 및 치수품질이 우수하며, 구조적 강성의 유지 및 차체의 경량화를 도모할 수 있도록 하는 차체 멤버 제조 방법을 소개하고 있다.In connection with this technology, Korean Patent Application No. 10-2003-0050301 filed by the present applicant (July 22, 2003) discloses an aluminum extrusion approaching the shape of a product based on a simplified design considering the function and structural characteristics of the body member. After forming the pipe material into the material, through the process of dimension and shape correction using bending, rigidity reinforcement, and hydroforming, the molding member has excellent molding accuracy and dimensional quality, and the body member to maintain structural rigidity and reduce the weight of the vehicle body. The manufacturing method is introduced.

상기한 종래의 차체 멤버 제조 방법을, 도 1을 통하여 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저, 기존의 프론트 사이드 멤버(1)의 전체적인 단면변화의 평균치를 산출하여 그 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 관형상으로 단순화하여 제품(3)을 설계하고, 하이드로 포밍에 의한 확관 성형으로 상기 제품의 최종 형상을 갖도록 제품(3)의 형상에 근접하는 직관형상의 소재(5)를 설계하는 제품 및 소재 설계단계(S10)를 선행한다. Referring to the above-described conventional body member manufacturing method in more detail with reference to Fig. 1, first, the average value of the overall cross-sectional change of the existing front side member (1) is calculated to simplify the tubular shape to include the function and structural characteristics Product and material design step (S10) of designing a product (3) by designing a straight-shaped material (5) close to the shape of the product (3) to have a final shape of the product by expansion forming by hydroforming. Precedes it.

이 때, 상기 소재가 되는 상기 알루미늄 압출관재(5)는 그 설계시에, 제품(3)으로 하이드로 포밍에 의한 확관 성형시, 전체 확관률이 2% 이하로, 국부 최대 확관률은 7% 이내로 설정되도록 제품(3)의 규격 및 형상에 근접하도록 설계하였다.At this time, the aluminum extruded pipe member 5, which is the material, has a total expansion ratio of 2% or less and a local maximum expansion ratio of 7% or less at the time of its design, when forming a tube by hydroforming into the product 3. It was designed to be close to the specification and shape of the product (3) to be set.

이와 같이, 제품 및 소재 설계단계(S10)에서 설계된 알루미늄 압출관재(5)의 설계 데이터를 기초로 압출장비(10)를 이용하여 알루미늄 괴(Ingot)를 설정온도의 범위내에서 가열하여 압출 후, 즉시 수냉하여 상기 알루미늄 압출관재(5)를 압출하여 성형해 내는 압출단계(S20)를 이룬다. As such, after the extrusion of the aluminum ingots by using the extrusion equipment 10 based on the design data of the aluminum extrusion pipe material 5 designed in the product and material design step (S10) within a set temperature range, Immediately cooling to form an extrusion step (S20) for extruding and molding the aluminum extrusion pipe material (5).

여기서, 상기 압출단계(S20)에서의 설정온도의 범위는 510℃~520℃로 설정하였다. Here, the range of the set temperature in the extrusion step (S20) was set to 510 ℃ ~ 520 ℃.

그리고 상기 압출단계(S20)에서 성형된 알루미늄 압출관재(5)는 상기 제품 및 소재 설계단계(S10)에서 설계된 제품(3)의 설계 데이터를 기초로, 그 주요 굽힘부(BP)를 벤딩장비(20)를 이용하여 설정각도로 1차 굽힘 가공하는 벤딩단계(S30)를 진행한다.And the aluminum extrusion pipe material 5 formed in the extrusion step (S20) is based on the design data of the product (3) designed in the product and material design step (S10), the main bending portion (BP) of the bending equipment ( The bending step (S30) of the first bending process at a set angle using 20) proceeds.

상기 벤딩단계(S30)에서 주요 굽힘부(BP)가 1차 굽힘 가공된 알루미늄 압출관재(5)는 강화 열처리 단계(S40)를 진행하게 되는데, 상기 강화 열처리단계(S40)는 열처리조(30) 내에서 제1설정온도범위(515℃~525℃)에서 용체화 처리 후, 바로 수냉하고, 이어서 제2설정온도범위(170℃~180℃)및 설정시간범위(7.5~8.5) 내에서 시효경화 처리를 수행하여 상기 알루미늄 압출관재(5)의 강성을 보강하게 된다.In the bending step S30, the primary extruded aluminum pipe 5 having the primary bent part BP is subjected to a reinforcing heat treatment step S40. The reinforcing heat treatment step S40 is a heat treatment tank 30. After solution treatment in the first set temperature range (515 ° C to 525 ° C), the water is cooled immediately, and then age hardened within the second set temperature range (170 ° C to 180 ° C) and the set time range (7.5 to 8.5). The treatment is performed to reinforce the rigidity of the aluminum extruded pipe member 5.

이와 같이, 강화 열처리단계(S40)에서 강성이 보강된 알루미늄 압출관재(5)는 그 치수 및 형상을 상기 제품(3)의 설계 데이터와 일치되도록 제품(3)의 설계 데이터에 근거한 제품 성형면(41,43)을 갖도록 상형(45) 및 하형(47)을 포함하는 하이드로 포밍 장비(40)를 통하여 보정하는 치수 및 형상 보정단계(S50)를 진행한다.As described above, the aluminum extruded pipe member 5 reinforced with rigidity in the reinforcing heat treatment step S40 has a product molding surface based on the design data of the product 3 such that its dimensions and shapes are consistent with the design data of the product 3. 41 and 43 to proceed with the dimension and shape correction step (S50) to correct through the hydroforming equipment 40 including the upper mold 45 and the lower mold 47.

이와 같이, 상기 치수 및 형상 보정단계(S50)에서 하이드로 포밍 성형된 알루미늄 압출관재(5)는 정해진 규격에 맞게 절단기(51) 및 그라인더(53)를 이용하여 절단 및 그라인딩 가공을 통하여 최종 제품(3)으로 생산하게 된다.(S60)As such, the extruded aluminum tube 5 hydroformed in the dimension and shape correction step S50 may be cut and ground using a cutter 51 and a grinder 53 to meet a predetermined specification. Will be produced as (S60)

그러나 상기한 바와 같은 종래의 차체 멤버 제조 방법에 의하면, 상기 압출단계(S20)에서 압출된 알루미늄 압출관재(5)를 치수 및 형상 보정단계(S50)에서 하이드로 포밍에 의한 성형 전에, 이를 금형에 장입하기 위해 밴딩단계(S30)에서 가공 시, 굽힘응력을 받는 부위(BP) 및 근접 부위의 관재표면이, 도 2에서와 같이, 함몰되는 현상(H)을 일으키는데, 이러한 함몰부위가 존재하는 상태로, 용체화 처리 및 시효경화 처리에 의한 강화 열처리 단계(S40)를 성형 전에 진행하게 되면, 하이드로 포밍에 의한 성형을 실시한 후에라도 해당 함몰부위가 성형회복이 되지 않아 제품불량으로 이어지는 문제점을 내포하고 있다. However, according to the conventional body member manufacturing method as described above, the aluminum extruded tube material 5 extruded in the extrusion step (S20) is charged into the mold before forming by hydroforming in the dimension and shape correction step (S50). In order to process in the bending step (S30), the pipe surface of the site (BP) and the adjacent area subjected to the bending stress, as shown in Figure 2, causing the phenomenon of depression (H), such a recessed state If the step of reinforcing heat treatment step S40 by solution treatment and age hardening treatment is performed before molding, the recessed part does not recover the molding even after the molding by hydroforming, which leads to product defects.

이러한 문제점은 종래 기술에서 제시한 표 1에서와 같이, 강화 열처리단계(S40)에서 열처리가 완료된 알루미늄 압출관재와 치수 및 형상 보정단계(S50)에서 하이드로 포밍 성형된 시험편의 일측에서의 특성 비교표로부터 짐작할 수 있다. This problem can be guessed from the characteristics comparison table at one side of the aluminum extruded tube material that has been heat-treated in the reinforcing heat treatment step (S40) and the hydroformed test piece in the dimension and shape correction step (S50), as shown in Table 1 of the prior art. Can be.

특성 열처리Characteristic heat treatment Hydroforming 전Before Hydroforming Hydroforming 후After Hydroforming 6061-T6(압출재)6061-T6 (Extrusion Material) A부위A part B부위B part 인장강도 (kgf/mm2)Tensile Strength (kg f / mm 2 ) 31.631.6 30.930.9 30.830.8 항복강도 (kgf/mm2)Yield strength (kg f / mm 2 ) 29.729.7 29.529.5 29.829.8 연 신 율 (%)Elongation (%) 9.29.2 7.87.8 9.19.1

즉, 그 결과를 분석하면 하이드로 포밍의 소성변형에 의한 강도변화는 없었으며, 인장시험에 있어 소성변화에 의한 가공경화 현상은 발견되지 않았지만, 이를 달리 해석해 보면, 성형 전에 열처리단계(S40)를 진행함에도 불구하고, 성형 전후의 강도가 동일 수준이라는 것은 성형성 혹은 열처리 중 적어도 하나의 공정은 불필요하다는 것을 의미한다.In other words, the analysis of the results showed that there was no change in strength due to plastic deformation of the hydroforming, and the work hardening phenomenon due to plastic change was not found in the tensile test, but if analyzed differently, the heat treatment step (S40) was performed before the molding. Nevertheless, the same level of strength before and after molding means that at least one step of formability or heat treatment is unnecessary.

또한, 상기한 바와 같은 강화 열처리단계(S40)가 하이드로 포밍이 이루어지는 치수 및 형상 보정단계(S50) 이전에 이루어지게 되면, 상기와 같이 전체 확관률을 2% 이하로 설정하여도, 하이드로 포밍 시의 액압은 800bar 이상, 900bar 이내의 범위에서 설정되어야 함으로, 고압에 따른 실링 및 액압 형성에 소요되는 손실이 발생하는 문제점도 내포하고 있다.In addition, when the reinforcement heat treatment step (S40) as described above is made before the dimension and shape correction step (S50) that the hydroforming is performed, even if the total expansion ratio is set to 2% or less as described above, Since the hydraulic pressure should be set within a range of 800 bar or more and within 900 bar, there is a problem that a loss occurs in sealing and forming the hydraulic pressure according to the high pressure.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이드로 포밍 성형 전에는 성형성을 고려한 열처리 공정을 수행하고, 성형 후에는 제품의 강성을 고려한 열처리 공정을 추가 수행하여 알루미늄 압출관재의 벤딩 가공 시, 관재표면에 발생하는 함몰부위의 성형회복을 가능하게 하여 제품불량을 최소화하는 차체 멤버 제조 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created in order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to perform a heat treatment process considering the formability before hydroforming molding, and after the heat treatment process considering the rigidity of the product Further performing to bend the aluminum extrusion pipe material, to provide a method for manufacturing a body member to minimize the product defects by enabling the molding recovery of the depressions generated on the surface of the pipe material.

본 발명의 다른 목적은 하이드로 포밍 성형 전에 압출관재의 제조상태를 유지할 수 있도록 하는 열처리 공정을 통하여 하이드로 포밍 시, 전체 확관률을 상향하는 것이 가능하며, 동시에 성형 액압의 형성을 최소화할 수 있도록 하는 차체 멤버 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to increase the overall expansion rate during hydroforming through a heat treatment process to maintain the manufacturing state of the extruded pipe material before the hydroforming molding, and at the same time the vehicle body to minimize the formation of the forming hydraulic pressure It is to provide a member manufacturing method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차체 멤버 제조 방법은 알루미늄 압출관재를 소재로 성형한 후, 벤딩, 열처리, 하이드로 포밍 등의 공정을 통하여 차체 멤버를 제조하는 차체 멤버 제조방법에 있어서, 기존 차체 멤버의 전체적인 단면변화의 평균치를 산출하여 그 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 관형상의 제품으로 단순화하여 설계하고, 하이드로 포밍에 의한 확관 성형으로 상기 제품의 형상을 갖도록 제품의 형상에 근접하는 직관형상의 소재를 설계하는 제품 및 소재 설계단계; 상기 제품 및 소재 설계단계에서 설계된 소재의 설계 데이터를 기초로 압출장비를 이용하여 알루미늄 괴(Ingot)를 설정온도의 범위내에서 가열하여 압출 후, 즉시 수냉하여 상기 소재가 되는 알루미늄 압출관재를 압출 성형하는 압출단계; 상기 제품 및 소재 설계단계에서 설계된 제품의 설계 데이터를 기초로, 상기 압출단계에서 성형된 알루미늄 압출관재의 주요 굽힘부를 벤딩장비를 이용하여 설정각도로 1차 굽힘 가공하는 벤딩단계; 상기 벤딩단계에서 주요 굽힘부가 1차 굽힘 가공된 알루미늄 압출관재를 제1설정온도범위에서 용체화 처리 후, 수냉하여 최초 압출관재의 제조상태를 유지하도록 하는 성형전 열처리단계; 상기 성형전 열처리단계에서 최초 제조상태가 유지되는 알루미늄 압출관재를 하이드로 포밍 장비의 하형에 로딩하여 상형과 하형의 합형을 통하여 2차 굽힘 가공한 상태로, 상기 알루미늄 압출관재의 중공부 내부에 액압을 공급하여 확관 성형에 의해 그 치수 및 형상을 상기 제품의 설계 데이터와 일치되도록 보정하는 치수 및 형상 보정단계; 상기 치수 및 형상 보정단계에서 성형된 알루미늄 압출관재를 제2설정온도범위 및 설정시간범위 내에서 시효경화 처리를 수행하여 상기 알루미늄 압출관재의 강성을 보강하는 성형후 열처리단계; 상기 성형후 열처리단계에서 성형후에 강성이 보강된 알루미늄 압출관재를 정해진 규격에 맞게 절단 및 그라인딩을 통하여 최종 제품으로 가공하는 마무리 가공단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the vehicle body member manufacturing method according to the present invention for achieving the object as described above in the body member manufacturing method for manufacturing the body member through a process such as bending, heat treatment, hydroforming after molding the aluminum extrusion pipe material. By calculating the average value of the overall cross-sectional change of the existing body member, it is designed to simplify the tubular product to include its function and structural characteristics, and close to the shape of the product to have the shape of the product by expansion forming by hydroforming. A product and material design step of designing a straight-shaped material; Based on the design data of the material designed in the product and material design step, extrusion is performed by heating an aluminum ingot within a set temperature using an extrusion equipment and extruding it immediately after cooling by water cooling. An extrusion step; A bending step of first bending the main bending part of the extruded aluminum tube formed in the extrusion step using a bending device based on design data of the product designed in the product and material design step by using a bending device; A pre-molding heat treatment step of maintaining the manufacturing state of the first extruded pipe material by cooling the water after the solution treatment of the primary extruded aluminum extruded pipe material in the bending step in the first set temperature range; The aluminum extruded tube material, which is maintained in the original manufacturing state in the heat treatment step before the molding, is loaded on the lower mold of the hydroforming equipment and subjected to secondary bending through the combination of the upper mold and the lower mold, and a hydraulic pressure is applied to the inside of the hollow part of the aluminum extruded tube material. A dimension and shape correction step of supplying and correcting the size and shape by expansion pipe forming so as to match the design data of the product; A post-molding heat treatment step of reinforcing the rigidity of the extruded aluminum tube by performing an age hardening treatment on the extruded aluminum tube formed in the dimension and shape correction step within a second set temperature range and a set time range; After the molding heat treatment step is characterized in that it comprises a finishing processing step of processing the final extrusion product by cutting and grinding the aluminum extruded tube material reinforced with rigidity to meet the specified specifications.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법의 단계별 공정 블록도 이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법의 단계별 공정도이다.3 is a step-by-step process block diagram of a method for manufacturing a vehicle body member according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a step-by-step process diagram of a vehicle body manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법은 먼저, 기존 차체 멤버의 골격을 과감하게 단순화시켜 압출관재를 소재로 성형한 후, 굽힘, 성형성 확보, 치수 및 형상 보정의 공정 및 강성보강을 통하여 성형정도 및 치수품질이 우수하며, 구조적 강성의 유지 및 차체의 경량화를 도모할 수 있도록 차체 멤버의 제조 과정을 구체적으로 제공한다. In the method of manufacturing a body member according to an embodiment of the present invention, first, the skeleton of an existing body member is drastically simplified to form an extruded pipe material, and then the bending and securing formability, dimensional and shape correction process and rigidity reinforcement are performed. It provides excellent molding accuracy and dimensional quality, and provides the manufacturing process of the body member specifically to maintain the structural rigidity and reduce the weight of the body.

본 실시예에서는 기존 프레스(Press)성형 타입의 프론트 사이드 멤버를 예로 하여 기존의 프론트 사이드 멤버(1)가 갖는 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 제품(3)을 단순하게 설계하고, 직관형의 알루미늄 압출관재를 소재(5)로 하여 최소한의 하이드로 포밍에 의한 확관 성형과정을 포함하여 제품(3)을 생산하기 위한 제조 과정을 설명한다. In this embodiment, the front side member of the conventional press-molding type is taken as an example, and the product 3 is simply designed to include the functions and structural characteristics of the existing front side member 1, and a straight aluminum extrusion is performed. The manufacturing process for producing the product 3 will be described, including the expansion pipe forming process by the minimum hydroforming using the tube material as the material 5.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 차체 멤버 제조 방법은 먼저, 기존의 프론트 사이드 멤버(1)의 전체적인 단면변화의 평균치를 산출하여 그 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 관형상으로 단순화하여 제품(3)을 설계하고, 하이드로 포밍에 의한 확관 성형으로 상기 제품의 최종 형상을 갖도록 제품(3)의 형상에 근접하는 직관형상의 소재(5)를 설계하는 제품 및 소재 설계단계(S110)를 선행한다. That is, in the method of manufacturing a body member according to an embodiment of the present invention, first, the average value of the overall cross-sectional change of the existing front side member 1 is calculated and simplified into a tubular shape to include its function and structural characteristics. And the product and material design step S110 of designing a straight-shaped material 5 close to the shape of the product 3 so as to have a final shape of the product by expansion forming by hydroforming.

이러한 제품 및 소재의 설계단계(S110)는 본 발명을 이루기 위한 기초 설계 작업으로 기존 프론트 사이드 멤버(1)에서 소재인 알루미늄의 특성상 양각 성형보다는 음각 성형이 민감도가 높은 점을 고려하여 그 성형성 확보를 위하여 국부성형부위, 즉 충격흡수용 비드(Bead) 및 외형 형상을 음각화로 설계하여 최종 성형 제 품(3)의 형상을 도출하고, 해당부품과 다른 상관부품과의 조립성과 이 부품이 차체의 일부분으로써 가지는 역할과 요구성능에 부합되도록 형상을 부여하게 된다.The design step of the product and the material (S110) is a basic design work to achieve the present invention to secure the formability in consideration of the high sensitivity of the intaglio molding rather than embossed molding due to the characteristics of the aluminum material in the existing front side member (1) For the purpose of designing the local molded parts, that is, the impact absorbing beads and the external shapes by engraving, the shape of the final molded product (3) is derived, and the assemblability of the corresponding parts and other related parts and the As part of it, the shape is given to match the role and the required performance.

또한, 상기 소재가 되는 상기 알루미늄 압출관재(5)는 그 설계시에, 제품(3)으로 하이드로 포밍에 의한 확관 성형시, 전체 확관률이 5% 이하로, 국부 최대 확관률은 7% 이내로 설정되도록 제품(3)의 규격 및 형상에 근접하도록 설계하는 것이 중요하다.Further, the aluminum extruded pipe member 5, which is the material, is set at the time of design, at the time of expansion molding by hydroforming into the product 3, the total expansion ratio is 5% or less, and the local maximum expansion ratio is set within 7%. It is important to design as close to the specification and shape of the product 3 as possible.

이와 같이, 제품 및 소재 설계단계(S110)에서 설계된 알루미늄 압출관재(5)의 설계 데이터를 기초로 압출장비(10)를 이용하여 알루미늄 괴(Ingot)를 설정온도의 범위내에서 가열하여 압출 후, 즉시 공냉하여 상기 알루미늄 압출관재(5)를 압출하여 성형해 내는 압출단계(S120)를 이룬다. As such, after the extrusion and heating the aluminum ingots within the set temperature range by using the extrusion equipment 10 based on the design data of the aluminum extrusion pipe material 5 designed in the product and material design step (S110), Immediately by air cooling to form an extrusion step (S120) for extruding and molding the aluminum extrusion pipe material (5).

여기서, 상기 압출단계(S120)에서의 설정온도의 범위는 510℃~520℃로 설정된다. Here, the range of the set temperature in the extrusion step (S120) is set to 510 ℃ ~ 520 ℃.

그리고 상기 압출단계(S120)에서 성형된 알루미늄 압출관재(5)는 상기 제품 및 소재 설계단계(S110)에서 설계된 제품(3)의 설계 데이터를 기초로, 그 주요 굽힘부(BP)를 벤딩장비(20)를 이용하여 설정각도로 1차 굽힘 가공하는 벤딩단계(S130)를 진행하는데, 상기 벤딩단계(S130)에서의 설정각도는 제품의 형상과 소재의 물리적 특성 및 성형성을 고려하여 정해지겠으나, 대략 6°정도에서 설정되는 것이 바람직하다. And the aluminum extrusion pipe material 5 formed in the extrusion step (S120) is based on the design data of the product (3) designed in the product and material design step (S110), the main bending portion (BP) of the bending equipment ( 20) proceeds to the bending step (S130) of the first bending process at a set angle, the set angle in the bending step (S130) will be determined in consideration of the shape of the product and the physical properties and formability of the material It is preferable to set at approximately 6 degrees.

상기 벤딩단계(S130)에서 주요 굽힘부(BP)가 1차 굽힘 가공된 알루미늄 압출관재(5)는 성형전 열처리 단계(S140)를 진행하게 되는데, 상기 성형전 열처리단계(S140)는 열처리조(30) 내에서 제1설정온도범위에서 용체화 처리 후, 바로 수냉하여 최초 압출관재의 제조상태를 유지하도록 한다. In the bending step S130, the primary extruded aluminum pipe 5 having the primary bent part BP is subjected to a heat treatment step S140 before molding, and the heat treatment step S140 is performed by a heat treatment tank (S140). 30) After the solution treatment in the first set temperature range within the water to be cooled immediately to maintain the manufacturing state of the original extrusion pipe material.

상기에서 용체화 처리는 알루미늄 합금이 열에너지를 흡수하여 합금의 조직내에 존재하는 원소들이 서로 응집되어 조직상의 입자형 물질로 석출됨으로써 그것이 자체적으로 조직내 강화현상을 유발하도록 과포화 고용체의 불안정한 상태로 만들어내는 것으로 상기 시효경화 처리에 앞서 소재 자체 강도를 높이기 위한 사전 처리이다. 이 때의 상기 제1설정온도범위는 515℃~525℃로 설정된다.In the above solution solution, the aluminum alloy absorbs thermal energy, causing the elements present in the alloy's tissue to agglomerate and precipitate as a particulate matter in the tissue, which causes the supersaturated solid solution to become unstable so as to cause strengthening in itself. This is a pretreatment for increasing the strength of the material itself prior to the age hardening treatment. At this time, the first set temperature range is set to 515 ° C to 525 ° C.

이와 같이, 성형전 열처리단계(S140)에서 최초 압출관재의 제조상태의 강성을 유지하는 알루미늄 압출관재(5)는 그 치수 및 형상을 상기 제품(3)의 설계 데이터와 일치되도록 보정하는 치수 및 형상 보정단계(S150)를 진행하게 되는데, 이를 위해서는 상기 제품(3)의 설계 데이터에 근거한 제품 성형면(41,43)을 갖도록 상형(45) 및 하형(47)을 포함하는 하이드로 포밍 장비(40)를 구축한다.As such, the aluminum extruded pipe member 5 which maintains the rigidity of the manufacturing state of the first extruded pipe member in the heat treatment step before molding (S140) has a dimension and a shape for correcting the size and shape thereof to match the design data of the product 3. The calibration step (S150) is to be carried out, for this purpose, the hydroforming equipment 40 including the upper mold 45 and the lower mold 47 so as to have product molding surfaces 41 and 43 based on the design data of the product 3. Build it.

즉, 상기 알루미늄 압출관재(5)를 하형(47)에 장입하고, 상형(45)을 하강하여 하형(47)과 합형 시킴으로써 자연스럽게 2차 굽힘 가공를 이룬 후, 이러한 상태로, 상기 알루미늄 압출관재(5)의 중공부 내부에 액츄얼 펀치(49)를 통하여 액압을 공급함으로써, 확관 성형을 이루게 되는 것이다. That is, the aluminum extrusion pipe member 5 is charged into the lower mold 47, and the upper mold 45 is lowered to be combined with the lower mold 47 to naturally form the secondary bending process, and in this state, the aluminum extrusion tube member 5 By supplying the hydraulic pressure through the hollow punch 49 inside the hollow portion of the hollow sheet), expansion pipe forming is achieved.

이 때, 상기 치수 및 형상 보정단계(S150)에서, 상기 알루미늄 압출관재(5)의 중공부 내부로 공급되는 액압은 450bar 이상, 500bar 이내의 범위에서 설정된다. At this time, in the dimension and shape correction step (S150), the hydraulic pressure supplied into the hollow portion of the aluminum extruded pipe member 5 is set in the range of 450 bar or more, within 500 bar.

이와 같이, 하이드로 포밍에 의한 성형 후에는, 제2설정온도범위 및 설정시 간범위 내에서 시효경화 처리를 수행하여 상기 성형이 완료된 알루미늄 압출관재(5)의 강성을 보강하는 성형후 열처리 단계(S160)을 진행하게 된다. As described above, after molding by hydroforming, a post-molding heat treatment step of reinforcing the rigidity of the aluminum extrusion pipe member 5 in which the molding is completed is performed by performing an age hardening treatment within a second set temperature range and a set time range (S160). ).

상기 시효경화 처리는 상기 용체화 처리된 불안정한(에너지 준위가 높은) 합금의 조직에 일정량의 열과 시간을 부여해 불안정한 합금원소들 간에 응집이 발생되도록 유도하여 소재 자체 강도를 높이는 조작으로(T6 열처리의 대표적 패턴), 이 때의 상기 제2설정온도범위는 170℃~180℃로 설정되며, 상기 설정시간범위는 7.5~8.5시간으로 설정되는 것이 바람직하다.The aging hardening treatment is an operation of increasing the strength of the material itself by inducing agglomeration between unstable alloy elements by applying a certain amount of heat and time to the structure of the solutionized unstable (high energy level) alloy (T6 heat treatment). Pattern), wherein the second set temperature range is set to 170 ° C to 180 ° C, and the set time range is set to 7.5 to 8.5 hours.

이와 같이, 상기 치수 및 형상 보정단계(S150)에서 하이드로 포밍 성형된 알루미늄 압출관재(5)는 정해진 규격에 맞게 절단기(51) 및 그라인더(53)를 이용하여 절단 및 그라인딩 가공을 통하여 최종 제품(3)으로 생산하게 된다. (S170)As described above, the extruded aluminum tube 5 hydroformed in the dimension and shape correction step S150 is cut and ground using a cutter 51 and a grinder 53 to meet a predetermined standard. ) To produce. (S170)

따라서 상기한 바와 같은 차체 멤버 제조 방법을 통하여 제조된 본 발명의 실시예에 따른 사이드 멤버 제품은 하이드로 포밍 성형 전에, 성형성을 고려하여 그 강성이 최초 압출관재(5)의 제조상태를 유지할 수 있도록 용체화 처리에 의한 열처리 공정만을 수행하고, 성형 후에는 제품의 강성을 보강하기 위한 시효경화 처리에 의한 열처리 공정을 추가로 수행하여 알루미늄 압출관재(5)의 벤딩 가공 시, 관재표면에 발생하는 함몰부위에 대하여 하이드로 포밍 성형시에 완전히 성형회복이 될 수 있도록 함으로써 제품불량을 최소화하는 효과가 있다.Therefore, the side member product according to the embodiment of the present invention manufactured through the method of manufacturing a body member as described above, in consideration of the formability before the hydroforming molding, so that its rigidity can maintain the state of manufacture of the first extruded pipe material (5) Only the heat treatment process by the solution treatment is performed, and after molding, the heat treatment process by the age hardening treatment for reinforcing the rigidity of the product is additionally performed, and the bending occurs on the surface of the pipe during bending of the extruded aluminum tube material 5. It is possible to completely recover the molding during the hydroforming molding for the site, thereby minimizing product defects.

또한, 하이드로 포밍 성형 전에 최초 압출관재(5)의 제조상태를 그대로 유지할 수 있도록 함으로써, 하이드로 포밍에 의한 전체 확관률을 상향 조정하는 것이 가능하게 되며, 동시에 성형 액압의 형성을 최소화할 수 있는 효과도 있다.In addition, by maintaining the manufacturing state of the original extruded pipe material 5 before the hydroforming molding, it is possible to adjust the overall expansion rate due to hydroforming, and at the same time the effect of minimizing the formation of the molding hydraulic pressure have.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차체 멤버 제조 방법에 의하면, 하이드로 포밍 성형 전에는 성형성을 확보하기 위하여 용체화 처리에 의한 열처리 공정만을 수행하고, 성형 후에는 제품의 강성을 보강하기 위한 시효화 처리에 의한 열처리 공정을 수행하여 알루미늄 압출관재의 벤딩 가공 시, 관재표면에 발생하는 함몰부위의 성형회복을 가능하게 하여 제품불량을 최소화하며, 이에 따른 하이드로 포밍 시, 전체 확관률을 상향하는 것이 가능하며, 동시에 성형 액압의 형성을 최소화할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the method for manufacturing a body member according to the present invention, before the hydroforming molding, only the heat treatment process by the solution treatment is performed to ensure formability, and after the molding, the aging treatment for reinforcing the rigidity of the product is performed. By performing the heat treatment process by bending the aluminum extrusion pipe material, to enable the molding recovery of the depressions generated on the surface of the pipe material to minimize the product defects, according to the hydroforming, it is possible to increase the overall expansion rate, At the same time there is an effect that can minimize the formation of the molding hydraulic pressure.

Claims (6)

알루미늄 압출관재를 소재로 성형한 후, 벤딩, 열처리, 하이드로 포밍 등의 공정을 통하여 차체 멤버를 제조하는 차체 멤버 제조방법에 있어서,  In the body member manufacturing method for manufacturing a body member through the process of bending, heat treatment, hydroforming, etc. after molding the aluminum extrusion pipe material, 기존 차체 멤버의 전체적인 단면변화의 평균치를 산출하여 그 기능 및 구조적 특성을 포함하도록 관형상의 제품으로 단순화하여 설계하고, 하이드로 포밍에 의한 확관 성형의 소재가 되는 상기 알루미늄 압출관재의 전체 확관률이 5% 이하로, 국부 최대 확관률은 7% 이내로 설정되도록 제품의 형상에 근접하는 직관형상의 소재를 설계하는 제품 및 소재 설계단계;Calculate the average value of the overall cross-sectional change of the existing body member and simplify the design to tubular product to include its function and structural characteristics, and the overall expansion rate of the extruded aluminum tube material, which is the material of expansion molding by hydroforming, is 5 A product and material design step of designing a straight-shaped material close to the shape of the product such that the local maximum expansion ratio is set to 7% or less; 상기 제품 및 소재 설계단계에서 설계된 소재의 설계 데이터를 기초로 압출장비를 이용하여 알루미늄 괴(Ingot)를 설정온도의 범위내에서 가열하여 압출 후, 즉시 수냉하여 상기 소재가 되는 알루미늄 압출관재를 압출 성형하는 압출단계;Based on the design data of the material designed in the product and material design step, extrusion is performed by heating an aluminum ingot within a set temperature using an extrusion equipment and extruding it immediately after cooling by water cooling. An extrusion step; 상기 제품 및 소재 설계단계에서 설계된 제품의 설계 데이터를 기초로, 상기 압출단계에서 성형된 알루미늄 압출관재의 주요 굽힘부를 벤딩장비를 이용하여 설정각도로 1차 굽힘 가공하는 벤딩단계;A bending step of first bending the main bending part of the extruded aluminum tube formed in the extrusion step using a bending device based on design data of the product designed in the product and material design step by using a bending device; 상기 벤딩단계에서 주요 굽힘부가 1차 굽힘 가공된 알루미늄 압출관재를 제1설정온도범위에서 용체화 처리 후, 수냉하여 최초 압출관재의 제조상태를 유지하도록 하는 성형전 열처리단계;A pre-molding heat treatment step of maintaining the manufacturing state of the first extruded pipe material by cooling the water after the solution treatment of the primary extruded aluminum extruded pipe material in the bending step in the first set temperature range; 상기 성형전 열처리단계에서 최초 제조상태가 유지되는 알루미늄 압출관재를 하이드로 포밍 장비의 하형에 로딩하여 상형과 하형의 합형을 통하여 2차 굽힘 가공한 상태로, 상기 알루미늄 압출관재의 중공부 내부에 액압을 공급하여 확관 성형에 의해 그 치수 및 형상을 상기 제품의 설계 데이터와 일치되도록 보정하는 치수 및 형상 보정단계;The aluminum extruded tube material, which is maintained in the original manufacturing state in the heat treatment step before the molding, is loaded on the lower mold of the hydroforming equipment and subjected to secondary bending through the combination of the upper mold and the lower mold, and a hydraulic pressure is applied to the inside of the hollow part of the aluminum extruded tube material. A dimension and shape correction step of supplying and correcting the size and shape by expansion pipe forming so as to match the design data of the product; 상기 치수 및 형상 보정단계에서 성형된 알루미늄 압출관재를 제2설정온도범위 및 설정시간범위 내에서 시효경화 처리를 수행하여 상기 알루미늄 압출관재의 강성을 보강하는 성형후 열처리단계;A post-molding heat treatment step of reinforcing the rigidity of the extruded aluminum tube by performing an age hardening treatment on the extruded aluminum tube formed in the dimension and shape correction step within a second set temperature range and a set time range; 상기 성형후 열처리단계에서 성형후에 강성이 보강된 알루미늄 압출관재를 정해진 규격에 맞게 절단 및 그라인딩을 통하여 최종 제품으로 가공하는 마무리 가공단계;A finishing processing step of processing the extruded aluminum extruded pipe material reinforced with rigidity after molding in the heat treatment step after molding to a final product through cutting and grinding to meet a predetermined standard; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 멤버 제조 방법.Body member manufacturing method comprising a. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 압출단계에서의 설정온도의 범위는 The method of claim 1, wherein the range of the set temperature in the extrusion step is 510℃~520℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 차체 멤버 제조 방법.The vehicle body member manufacturing method characterized by setting to 510 degreeC-520 degreeC. 청구항 1에 있어서, 상기 성형전 열처리단계에서,The method of claim 1, wherein in the heat treatment step before molding, 제1설정온도범위는 515℃~525℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 차체 멤버 제조 방법.The first set temperature range is set to 515 ℃ ~ 525 ℃ body member manufacturing method characterized in that. 청구항 1에 있어서, 상기 성형후 열처리단계에서,The method according to claim 1, In the heat treatment step after the molding, 제2설정온도범위는 170℃~180℃로 설정되며, 상기 설정시간범위는 7.5~8.5시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차체 멤버 제조 방법.The second set temperature range is set to 170 ℃ ~ 180 ℃, the set time range is characterized in that the body member manufacturing method is set to 7.5 to 8.5 hours. 청구항 1에 있어서, 상기 치수 및 형상 보정단계에서, The method of claim 1, wherein in the dimension and shape correction step, 상기 알루미늄 압출관재의 중공부 내부로 공급되는 액압은 450bar 이상, 500bar 이내의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 차체 멤버 제조 방법.The hydraulic pressure supplied into the hollow portion of the aluminum extruded pipe member is characterized in that the body member manufacturing method characterized in that it is set within the range of 450bar or more, 500bar.
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