KR100633641B1 - 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 프론트 사이드 멤버를 구성하는 내측 패널의 전측부 안쪽면에 밀도를 달리한 두 종(種)의 알루미늄 폼 다수개를 길이방향을 따라 이종(異種)간 서로 번갈아 접합시켜 제조한 충격흡수부재가 별도 부착 설치됨으로써, 차량 전방 충돌시 상기 충격흡수부재가 축방향으로 압축변형되면서 전방으로부터 전해진 충돌에너지를 보다 많이 흡수하여 프론트 사이드 멤버의 전체적인 충돌에너지 흡수성능을 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 관한 것이다.

자동차, 프론트 사이드 멤버, 내측 패널, 외측 패널, 충격흡수부재, 알루미늄 폼(foam)

Description

자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법{Method for manufacturing front side member for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버를 보여주는 도면이고,

도 2는 도 1의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버에서 내측 패널 안쪽에 충격흡수부재가 부착된 상태를 보여주는 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위 상태를 보여주는 그래프이고,

도 5는 종래의 프론트 사이드 멤버에 구비된 비드를 보여주는 도면이고,

도 6은 종래의 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위 상태를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 프론트 사이드 멤버 12 : 내측 패널

13 : 외측 패널 14 : 비드

15 : 충격흡수부재 16, 17 : 알루미늄 폼

본 발명은 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 더욱 상세하게는 자동차의 프론트 사이드 멤버를 구성하는 내측 패널의 전측부 안쪽면에 밀도를 달리한 두 종(種)의 알루미늄 폼 다수개를 길이방향을 따라 이종(異種)간 서로 번갈아 접합시켜 제조한 충격흡수부재가 별도 부착 설치됨으로써, 차량 전방 충돌시 상기 충격흡수부재가 축방향으로 압축변형되면서 전방으로부터 전해진 충돌에너지를 보다 많이 흡수하여 프론트 사이드 멤버의 전체적인 충돌에너지 흡수성능을 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 프론트 사이드 멤버(front side member)는 엔진룸 측면의 프레임을 따라 차체 길이방향으로 길게 설치되는 것으로서, 내측 패널(front side member inner panel)과, 이 내측 패널과 접합되어 폐단면을 형성하는 외측 패널(front side member outer panel)로 이루어지고, 차량 전방 충돌시 충돌에너지의 일부분을 흡수하여 운전자와 승객이 받는 충격을 완화하는 동시에 엔진룸 후방 운전자 공간의 변형을 최소화하는 역할을 한다.

첨부한 도 5 내지 도 6에서 보면, 상기 프론트 사이드 멤버(10)가 전방으로부터 전해지는 많은 양의 충돌에너지를 흡수하기 위해서는 차량 전방 충돌시 도 5의 구간 'B'에 해당하는 전측부에서 축방향으로 압축변형이 일어나야 한다.

이를 위하여, 상기 프론트 사이드 멤버(10)의 전측부('B')에는 오목형상의 비드(14)를 다수 설치하여 차량 전방 충돌시 원활한 축방향으로 압축변형이 일어나도록 하고 있다.

상기 비드(14)는 프론트 사이드 멤버 전측부('B')의 충돌에너지 흡수성능을 향상시키기 위하여 설치되는 것으로서, 프론트 사이드 멤버 전측부('B')에 전방으로부터 충돌에너지가 전해지면 상기 비드(14) 부위가 먼저 붕괴되면서 전측부('B') 전체적으로 축붕괴가 일어나 프론트 사이드 멤버(10)의 충돌에너지 흡수성능이 향상되는 것이다.

상기 프론트 사이드 멤버(10)의 충돌에너지 흡수성능에 대한 이해를 돕기 위하여, 도 6에서는 종래의 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위 상태를 보여주고 있으며, 곡선에 의해 형성된 빗금친 부분의 면적은 곧 프론트 사이드 멤버가 흡수하는 에너지의 양을 나타낸다.

상기 프론트 사이드 멤버 변형시 흡수에너지가 크려면 도 6의 빗금친 면적이 커야 하고, 이 값이 크기 위해서는 곡선상 반복되는 피크(peak) 값이 커야 하는 바, 상기 비드는 이 피크 값을 크게 하기 위하여 설치된다.

결국, 프론트 사이드 멤버의 전측부에 다수의 비드를 설치하게 되면, 도 6의 곡선상에 많은 피크 반복이 발생되고, 결과적으로는 곡선에 의해 형성된 빗금친 부분의 면적, 즉 프론트 사이드 멤버가 흡수하게 되는 에너지 양이 커지게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구비되는 비드는 프론트 사이드 멤버의 충돌에너지 흡 수성능을 향상시키고는 있지만, 오목한 형상으로 인하여 주변 부품과의 취부가 어렵고, 충돌에너지 흡수성능 효과 또한 그리 크지 않다는데 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 자동차의 프론트 사이드 멤버를 구성하는 내측 패널의 전측부 안쪽면에 밀도를 달리한 두 종(種)의 알루미늄 폼 다수개를 길이방향을 따라 이종(異種)간 서로 번갈아 접합시켜 제조한 충격흡수부재가 별도 부착 설치됨으로써, 차량 전방 충돌시 상기 충격흡수부재가 축방향으로 압축변형되면서 전방으로부터 전해진 충돌에너지를 보다 많이 흡수하여 프론트 사이드 멤버의 전체적인 충돌에너지 흡수성능을 향상시킬 수 있도록 개선된 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 프론트 사이드 멤버는 내측 패널(12)과, 이 내측 패널(12)에 접합되어 폐단면을 형성하는 외측 패널(13)로 이루어진 자동차용 프론트 사이드 멤버에 있어서,

상기 프론트 사이드 멤버의 전측부('B')에는 내측 패널(12)의 안쪽면에 소정 길이의 충격흡수부재(15)가 별도로 부착 설치되어 있되, 상기 충격흡수부재(15)는 밀도를 달리한 두 종의 알루미늄 폼(16,17) 다수개가 길이방향을 따라 서로 번갈아 접합된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 두 종의 알루미늄 폼(16,17)은 각각 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣와 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣를 가지는 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 알루미늄 폼(16,17)은 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합한 후 600 ∼ 800℃에서 각각 상기의 밀도 상태가 되도록 발포시킨 것임을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법은 내측 패널(12)과, 이 내측 패널(12)과 접합되어 폐단면을 형성하는 외측 패널(13)로 이루어진 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 있어서,

알루미늄 합금분말을 발포제와 혼합하여 소정 길이 및 두께의 압출판을 만든 후, 이를 발포시켜 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16)과 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)을 각각 제조하는 단계와;

상기와 같이 밀도를 달리한 두 종의 알루미늄 폼(16,17) 다수개를 에폭시 접착제를 이용하여 길이방향을 따라 서로 번갈아 접합시켜 충격흡수부재(15)를 제조하는 단계와;

상기와 같이 제조된 충격흡수부재(15)를 프론트 사이드 멤버의 전측부('B')의 내측 패널(12) 안쪽면에 에폭시 접착제를 이용하여 부착 고정시키는 단계와;

상기 충격흡수부재(15)가 그 안쪽면에 부착되어 있는 내측 패널(12)과 외측 패널(13)을 서로 접합시키는 단계;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 바람직한 제조방법에서 상기 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16)과 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)은, Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합한 후 600 ∼ 800℃에서 각각 상기의 밀도 상태가 되도록 발포시켜 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버에서 내측 패널 안쪽에 충격흡수부재가 부착된 상태를 보여주는 도면이다.

본 발명의 자동차용 프론트 사이드 멤버(10)에서는 충돌에너지 흡수성능을 향상시키기 위하여, 도 1과 같이 비드가 생략되는 대신, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이 내측 패널(12) 안쪽면에 소정 길이의 충격흡수부재(15)가 별도로 부착 설치된다.

상기 충격흡수부재(15)는 내측 패널(12)과 외측 패널(13)이 조성하는 폐단면의 공간 내에서 내측 패널의 안쪽면에 부착되는 것으로서, 보다 정확하게는 내측 패널(12)의 안쪽면 전체 구간에서도 도 1과 도 3의 구간 'B'에 해당하는 프론트 사이드 멤브 전측부 구간에만 부착된다.

즉, 프론트 사이드 멤버의 전측부('B')는 전방으로부터 전해지는 많은 양의 충돌에너지를 흡수해야 하는 바, 본 발명은 상기 전측부('B') 안쪽면에 충격흡수부재(15)를 부착 설치함으로써 프론트 사이드 멤버(10)의 충돌에너지 흡수성능을 향상시키고자 것이다.

상기 충격흡수부재(15)는 알루미늄 합금분말을 발포제(foaming agent)와 혼합하여 발포시킨 다공성(porous)의 알루미늄 폼(foam)(16,17)으로 제조되며, 특히, 종래기술에서 설명한 바 있는 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위의 곡선 형태, 즉 피크가 반복 발생되는 형태의 에너지 흡수성능을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 밀도를 달리한 두 종(種)의 알루미늄 폼(16,17) 다수개가 길이방향을 따라 이종(異種)간에 서로 번갈아 접합된 구조로 되어 있다.

그 바람직한 실시예로서, 상기 충격흡수부재(15)는 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣를 갖는 알루미늄 폼 다수개(16)와 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣를 갖는 알루미늄 폼(17) 다수개가 길이방향을 따라 서로 번갈아 접합된 구조로 되어 있다.

즉, 상기 충격흡수부재(15)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 에너지 흡수성능이 상대적으로 높은 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16) 사이에 이보다 에너지 흡수성능이 상대적으로 낮은 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)을 개재한 후 접합시킨 구조로 되어 있는 것이다.

여기서, 상기 각 알루미늄 폼의 밀도를 상기와 같이 한정한 이유는 충격흡수부재의 충돌하중에 대한 에너지 흡수 및 축방향 압축을 고려한 것으로서, 상기 알루미늄 폼의 밀도가 0.30g/㎣ 미만과 0.85g/㎣를 초과할 경우에는 에너지 흡수능이 거의 상실되기 때문이다.

상기 알루미늄 폼(16,17)은 밀도에 따라서 충돌에너지 흡수성능이 달라지고 발포되는 시간에 따라 포밍 밀도가 달라지는 바, 상기한 구조의 충격흡수부재(15)는 발포되는 시간을 조절해가면서 상기한 두 밀도의 알루미늄 폼(16,17)을 각각 제조한 후 이를 에폭시 접착제 등을 이용하여 번갈아 접합시키는 방식으로 제조된다.

바람직한 실시예로서, 상기 알루미늄 폼(16,17)은 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합한 후 600 ∼ 800℃에서 각각 상기의 밀도 상태가 되도록 소정의 시간동안 발포시킨 것으로 실시될 수 있다.

이하, 상기 충격흡수부재가 부착 설치되는 본 발명의 프론트 사이드 멤버 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 밀도를 달리한 두 종의 알루미늄 폼(16,17)을 제조한다.

상기 두 종의 알루미늄 폼(16,17) 중, 하나는 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16)이고, 나머지 하나는 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)이다.

상기 0.65 ∼ 0.85g/㎣ 밀도의 알루미늄 폼(16)은 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합하여 소정 길이 및 두께의 압출판으로 만든 후, 이를 600 ∼ 800℃에서 10 ∼ 20분간 발포시켜 제조한다.

또한, 상기 0.30 ∼ 0.60g/㎣ 밀도의 알루미늄 폼(17)은 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합하여 소정 길이 및 두께의 압출판으로 만든 후, 이를 600 ∼ 800℃에서 1 ∼ 10분간 발포시켜 제조한다.

상기와 같이 밀도를 달리하여 제조된 두 종의 알루미늄 폼(16,17) 다수개를 에폭시 접착제를 이용, 길이방향을 따라 이종(異種)간 서로 번갈아 접합시켜 충격흡수부재(15)를 완성한다.

상기와 같이 제조된 충격흡수부재(15)를 내측 패널(12) 안쪽면에 에폭시 접착제를 이용하여 완전하게 부착 고정시킨 후, 외측 패널(13)을 내측 패널(12)에 접합하기 위하여 외측 패널(13)과 내측 패널(12)의 접합면간 용접을 실시한다.

첨부한 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위 상태를 보여주는 그래프로서, 비교를 위하여 도 6에 나타낸 종래의 프론트 사이드 멤버 변형시 하중-변위 상태를 함께 도시하였다.

여기서, 프론트 사이드 멤버(10)의 내측 패널(12) 안쪽면에 부착 설치된 충격흡수부재(15)는, Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중에 선택된 알루미늄 합금분말에 이 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 0.1 ∼ 10wt%로 혼합하여 압출판을 만든 후, 이를 온도 750℃에서 각각 17분 및 7분간 발포시켜 얻은 밀도 0.82g/㎣의 알루미늄 폼(16)과 0.51g/㎣의 알루미늄 폼(17)을 이용하여 제조된 것으로서, 전체 길이 150mm, 두께 100mm의 크기로 제조된 것이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 종래의 프론트 사이드 멤버에서는 전체 변위 160mm까지의 평균하중이 5톤이나, 상기 실시예에 따른 본 발명의 프론트 사이드 멤버에서는 7.5톤을 나타내어, 에너지 흡수량이 50% 이상 증가함을 알 수 있었다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자동차용 프론트 사이드 멤버에서는 차량 전방 충돌시 알루미늄 폼으로 제조된 충격흡수부재가 축방향으로 압축변형되면서 전방으로부터 전해진 보다 많은 양의 충돌에너지를 흡수하는 바, 결과적으로 프론트 사이드 멤버의 전체적인 충돌에너지 흡수성능이 향상될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 의하면, 내측 패널의 전측부 안쪽면에 밀도를 달리한 두 종의 알루미늄 폼 다수개를 길이방향을 따라 이종간 서로 번갈아 접합시켜 제조한 충격흡수부재가 별도 부착 설치됨으로써, 차량 전방 충돌시 상기 충격흡수부재가 축방향으로 압축변형되면서 전방으로부터 전해진 보다 많은 양의 충돌에너지를 흡수하여 프론트 사이드 멤버의 전체적인 충돌에너지 흡수성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 내측 패널(12)과, 이 내측 패널(12)과 접합되어 폐단면을 형성하는 외측 패널(13)로 이루어진 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 있어서,

   알루미늄 합금분말을 발포제와 혼합하여 소정 길이 및 두께의 압출판을 만든 후, 이를 발포시켜 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16)과 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)을 각각 제조하는 단계와;

   상기와 같이 밀도를 달리한 두 종의 알루미늄 폼(16,17) 다수개를 에폭시 접착제를 이용하여 길이방향을 따라 서로 번갈아 접합시켜 충격흡수부재(15)를 제조하는 단계와;

   상기와 같이 제조된 충격흡수부재(15)를 프론트 사이드 멤버의 전측부('B')의 내측 패널(12) 안쪽면에 에폭시 접착제를 이용하여 부착 고정시키는 단계와;

   상기 충격흡수부재(15)가 그 안쪽면에 부착되어 있는 내측 패널(12)과 외측 패널(13)을 서로 접합시키는 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 밀도 0.65 ∼ 0.85g/㎣의 알루미늄 폼(16)과 밀도 0.30 ∼ 0.60g/㎣의 알루미늄 폼(17)은, Al-(1.0∼5.0wt%)Mg과 Al-(1.0∼5.0wt%)Mg-(0.6∼1.0wt%)Si 중 선택된 알루미늄 합금분말에 TiH₂와 ZrH₂ 중 선택된 발포제를 상기 알루미늄 합금분말 100wt%에 대하여 0.1 ∼ 10wt%로 혼합한 후 600 ∼ 800℃에서 각각 상기의 밀도 상태가 되도록 발포시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 프론트 사이드 멤버 제조방법.

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