KR101116634B1 - 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커버부와 하우징부에 각각 대응하도록 이종두께의 보론 강판을 TWB로 제작하여 핫 스탬핑 금형 내에서 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품을 먼저 성형하고, 다시 급냉 과정을 통하여 마르텐사이트 조직의 고 강도 쇽업소버 하우징으로 제작하는 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법을 제공한다.

쇽업소버 하우징, 제작방법, TWB, 고 강도, 핫 스탬핑

Description

차량용 쇽업소버 하우징 제작방법{METHOD FOR FABRICATING SHOCK ABSORBER HOUSING OF VEHICLE AND SHOCK ABSORBER HOUSING PRODUCED BY THE SAME}

본 발명은 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종두께의 보론 강판으로 TWB를 제작하여 핫 스탬핑 금형 내에서 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품을 제작한 후, 급냉과정을 통하여 마르텐사이트 조직의 고 강도 쇽업소버 하우징을 제작하는 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 프론트 사이드 멤버(101) 상에 엔진룸과 차실 내부를 구획하는 대시패널(미도시)이 설치되는 구간의 상부에 쇽업소버 하우징(103; shock absorber housing)이 용접되며, 상기 쇽업소버 하우징(103)의 전방 측에는 엔진 마운팅 브라켓(105)이 용접 고정된다.

상기한 쇽업소버 하우징(103)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 하우징부(111)와 커버부(113)로 구성되어 스폿 용접에 의해 상호 조립된 상태로, 상기 프론트 사이드 멤버(101)와 펜더 에이프런 어퍼 멤버(107)에 다시 스폿 용접되어 조립된다.

이러한 쇽업소버 하우징(103)은 상기 커버부(113)에 쇽업소버(미도시)의 상단이 체결됨과 동시에, 그 주위로 현가계 스프링(미도시)이 지지되어 다른 부위에 비하여 강성이 요구되는 부분이다.

따라서 종래의 쇽업소버 하우징(103)은 성형성의 문제로 고 강도강판을 사용하기 어려운 프레스 성형품으로, 스틸(Steel)계 강판을 소재로 상기 커버부(113)의 강성을 더욱 보강하기 위하여 두께 또는 재질이 다른 강판을 이용하여 상기 커버부(113)와 하우징부(111)를 각각 성형한 후, 별도의 용접공정에서 스폿 용접을 통하여 조립하였다.

그럼에도 불구하고, 종래의 쇽업소버 하우징(103)은 상기 하우징부(111)와 커버부(113)의 용접부 강성이 취약하여 별도의 보강재(미도시)를 추가하거나 소재의 두께를 더 두껍게 하여 그 강성과 경량화를 동시에 만족하기에는 한계가 있다는 문제점을 내포하고 있다.

이에 따라, 최근에는 강성과 경량화를 동시에 만족시킬 수 있는 신 성형공법과 고 강도 초경량 신소재에 대한 연구가 집중되고 있다.

따라서 본 발명은 차체 부품의 강성과 경량화를 동시에 만족시키기 위한 신 성형공법과 고 강도 초경량 신소재 연구개발을 통하여 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 커버부와 하우징부에 각각 대응하도록 이종두께의 보론 강판을 TWB로 제작하여 핫 스탬핑 금형 내에서 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품을 먼저 성형하고, 다시 급냉 과정을 통하여 마르텐사이트 조직의 고 강도 쇽업소버 하우징으로 제작하는 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법은 하우징부와 커버부로 구성되는 쇽업소버 하우징를 제작하기 위한 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 있어서,

이종두께의 보론 강판을 소재로 상기 하우징부와 커버부에 대응하는 블랭크로 각각 절단하여 준비하는 단계; 상기 하우징부 블랭크와 커버부 블랭크를 테일러 용접선을 따라 레이저 용접하여 맞춤 블랭크로 제작하는 단계; 상기 맞춤 블랭크를 변태점 온도 이상의 고온에서 프레스 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품으로 성형하는 단계; 상기 열간 성형된 쇽업소버 하우징 성형품을 급속 냉각에 의해 냉각하여 고 강도의 금속조직을 갖도록 하는 단계; 상기 고 강도의 금속조직을 갖는 쇽업소버 하우징 성형품을 트림라인과 홀 가공라인을 따라 레이저 컷팅하는 단계를 포함한다.

상기 커버부 블랭크는 중앙에 원형의 개구부를 갖는 일정두께의 원판으로 형성되며, 상기 하우징부 블랭크는 일측에 상기 커버부 블랭크가 끼워져 용접되도록 그 외경과 동일한 내경의 원형홀을 가지며, 상기 커버부 블랭크보다 두께가 얇은 사각 판재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 프레스 열간 성형은 상기 맞춤 블랭크를 변태점 온도 이상의 고온이 형성된 프레스 금형에서 직접 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 프레스 열간 성형은 상기 맞춤 블랭크를 전기로 상에서 변태점 온도 이상의 온도까지 가열하여 일정시간 안정시킨 상태로 프레스 금형 내부에 투입하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 급속 냉각은 프레스 금형의 내부에 냉매가 순환하는 냉각유로를 형성하여 일정속도 이상의 냉각속도로 수냉 켄칭(Quenching)하는 것을 특징으로 한다.

상기 고 강도의 금속조직은 마르텐사이트 조직인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 의하면, 커버부와 하우징부에 각각 대응하도록 두께가 다른 보론 강판을 맞춤 블랭크(TWB)로 제작하여 핫 스탬핑 금형 내에서 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품을 먼저 성형하고, 다시 급냉 과정을 통하여 마르텐사이트 조직의 고 강도 쇽업소버 하우징으로 제작할 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 제작방법에 의한 제작된 쇽업소버 하우징은 소재 자체가 열처링에 의해 마르텐사이트 조직의 고 강도를 가지며, 이로 인해 전체적인 두께를 두껍게 할 필요가 없어 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 의해 제작된 쇽업소버 하우징과 프론트 사이드 멤버의 조립 사시도이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법의 공정 블록도 및 공정도이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 의해 제작된 쇽업소버 하우징(1)은 프론트 사이드 멤버(3) 상에 엔진룸과 차실 내부를 구획하는 대시패널(미도시)이 설치되는 구간의 상부와 펜더 에이프런 어퍼 멤버(5)에 스폿 용접되어 조립된다.

이러한 쇽업소버 하우징(1)의 본 실시예에 따른 제작방법에는 보론 강판을 그 소재로 하여 적용한다.

상기 보론 강판은 미량의 보론(boron, B)을 첨가한 강판으로, 본 실시예에서는 산화피막 발생을 방지하기 위해 Al+Si을 도금처리한 USIBOR 1500P 소재로서 일반적으로 22MnB5로 알려져 있는 보론 첨가강을 사용한다.

이러한 보론 강판은, 도 4에 도시한 보론 첨가에 따른 효과를 나타낸 등온냉 각 변태곡선(TTT: Time Temperature Transformation)에서 알 수 있듯이 보론의 첨가로 온도조건에 따른 마르텐사이트 금속조직의 생성을 지연하는 효과가 있다.

상기 보론 강판은 900℃의 온도 조건에서 오스테나이트 결정입계에 보론이 원자상태로 편석하여, 오스테나이트 결정입계의 자유에너지를 낮춤으로서 초석 페라이트 핵 생성을 억제시켜 강의 경화능이 현저히 개선된다.

한편, 이러한 보론 강판은 열처리 전의 페라이트 조직에서는 500~800MPa 정도의 인장강도를 가지며, 내부 경도는 Hv200 내외로 형성된다. 이러한 페라이트 조직의 보론 강판을 900℃ 이상의 고온에서 오스테나이트화 되며, 이를 급속 냉각시키면 1300~1600MPa 정도의 고 인장강도와 내부 경도가 Hv500 내외인 마르텐사이트 조직을 얻게 된다.

여기서 얻는 열처리 후의 보론 강판 부품은 일반 강판 부품보다 강도가 4~5배 높으면서도 무게는 기존에 비하여 최대 40%까지 줄일 수 있어 차체 부품의 경량화와 강도 향상을 동시에 이룰 수 있는 이점이 있다.

이러한 보론 강판의 물리적 특성을 이용하여 본 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징의 제작방법은, 도 5와 도 6에서 도시한 바와 같이, 1.2t와 1.8t의 보론 강판(20)을 소재로 쇽업소버 하우징(1)의 하우징부(11)와 커버부(13)를 제작하기 위한 이종두께의 하우징부 블랭크(B1)와 커버부 블랭크(B2)를 준비하는 이종 블랭크 소재준비단계(S1)를 진행한다.

이때, 상기 보론 강판(20)은 내부 경도 Hv200 내외의 페라이트 금속조직의 상태를 갖는다.

이때, 상기 커버부 블랭크(B2)는 중앙에 원형의 개구부(OP)를 갖는 일정두께의 원판으로 형성되며, 상기 하우징부 블랭크(B1)는 일측에 상기 커버부 블랭크(B2)가 끼워진 상태로 용접되도록 그 외경과 동일한 내경의 원형홀(H)을 가지며, 상기와 같이, 커버부 블랭크(B2)보다 두께가 0.6t 만큼 얇은 사각 판재로 이루어진다.

이어서, 상기와 같이, 상기 하우징부 블랭크(B1)의 원형홀(H)에 상기 커버부 블랭크(B2)를 끼운 상태로 테일러 용접선(TW)을 따라 레이저빔(LB)을 조사하여 레이저 용접함으로써 맞춤 블랭크(30)를 제작하는 맞춤 블랭크 제작단계(S2)를 진행한다.

이때, 상기 하우징부 블랭크(B1)에 대하여 두께가 두꺼운 커버부 블랭크(B2)는 상기 하우징부 블랭크(B1)와 각 상면을 일치시킨 상태로 레이저 용접된다.

이와 같이, 맞춤 블랭크(30)가 제작되면, 상기 맞춤 블랭크(30)를 변태점 온도인 900℃ 이상의 고온에서 핫 스탬핑 성형 즉, 프레스 열간 성형을 통하여 쇽업소버 하우징 성형품(40)으로 성형하는 핫 스탬핑 단계(S3)를 진행한다.

이때, 프레스 열간 성형은 맞춤 블랭크(30)를 변태점 온도인 900℃ 이상의 고온이 형성된 프레스 금형(7) 내에 직접 투입하여 성형하는 직접 성형법이나, 상기 맞춤 블랭크(30)를 전기로 상에서 변태점 온도(900℃)까지 가열한 후, 프레스 금형(7) 내부에 투입하여 성형하는 방법이 적용될 수도 있다.

이와 같이, 맞춤 블랭크(30)의 프레스 열간 성형으로 형성된 쇽업소버 하우징 성형품(40)은 급속 냉각하여 금속조직이 고 강도의 마르텐사이트 조직을 갖도록 하는 급속냉각단계(S4)를 진행한다.

여기서, 상기 급속 냉각은 프레스 열간 성형 금형(7)의 내부에 냉매가 순환하는 냉각유로(9)를 형성하여 일정속도 이상의 냉각속도로 수냉 켄칭(Quenching)하는 것이 바람직하다.

이로써, 상기한 쇽업소버 하우징 성형품(40)은 그 금속조직이 성형 전 500~800MPa 정도의 강도를 가지는 페라이트 조직에서, 900℃ 이상의 고온에서 오스테나이트화하여 고온 성형된 후, 급속 냉각에 의해 1300~1600MPa 정도의 고 강도를 갖는 마르텐사이트 조직을 갖게 된다.

이때, 상기 급속 냉각의 속도는 57℃/sec 이상의 냉각속도가 이상적이며, 수냉 켄칭(Quenching) 이외에 유냉 혹은 강제 공냉 등의 방법이 적용될 수도 있을 것이다.

이러한 단계들을 통하여 생산되는 마르텐사이트 금속조직의 고 강도 쇽업소버 하우징 성형품(40)을 트림라인(TL) 및 홀 가공라인(HL)을 따라 레이저빔(LB)을 이용하여 절단하는 트림단계(S5)를 진행한다.

이로써, 상기한 고 강도 쇽업소버 하우징 성형품(40)으로부터 불필요한 부분(T)과 쇽업소버와 체결을 위한 홀(H)을 가공하여 소재 자체의 고 강도와 경량화를 동시에 확보하는 차량용 쇽업소버 하우징(1)를 제작하게 된다.

따라서 상기한 바와 같은 차량용 멤버 제작방법은 두께 1.2t, 1.8t의 보론 강판을 소재한 하우징부 블랭크(B1) 및 커버부 블랭크(B2)로 맞춤 블랭크(30)를 제작하고, 프레스 열간 성형 금형(7; 핫 스탬핑 금형)내에서 열간 성형하여 급냉 과정을 통하여 마르텐사이트 조직으로 변태시켜 소재 자체가 고 강도인 쇽업소버 하 우징(1)을 제작하게 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 의하면, 소재 자체가 고 강성을 갖는 쇽업소버 하우징(1)을 제작하게 됨으로, 부가적인 보강재 없이도 그 충돌 성능을 확보하게 되며. 고 강도와 경량화를 동시에 이룰 수 있게 된다.

이상에서는 현재로서 실질적이라 고려되는 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 오히려, 전술한 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 일반적인 프론트 사이드 멤버와 쇽업소버 하우징의 조립 사시도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 쇽업소버 하우징의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 의해 제작된 쇽업소버 하우징과 프론트 사이드 멤버의 조립 사시도이다.

도 4는 보론 첨가에 따른 효과를 나타낸 등온냉각 변태곡선(TTT: Time Temperature Transformation)이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법의 공정 블록도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법의 공정도이다.

Claims (7)

1. 하우징부와 커버부로 구성되는 쇽업소버 하우징를 제작하기 위한 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법에 있어서,

   상기 커버부에 대응하여 보론 강판을 소재로 중앙에 원형의 개구부를 갖는 일정두께의 원판으로 형성되는 커버부 블랭크와, 상기 하우징부에 대응하여 보론 강판을 소재로 일측에 상기 커버부 블랭크가 끼워져 용접되도록 그 외경과 동일한 내경의 원형홀을 가지며 상기 커버부 블랭크보다 두께가 얇은 사각 판재로 이루어지는 하우징부 블랭크로 각각 절단하여 준비하는 단계;

   상기 하우징부 블랭크와 커버부 블랭크를 테일러 용접선을 따라 레이저 용접하여 맞춤 블랭크로 제작하는 단계;

   상기 맞춤 블랭크를 변태점 온도 이상의 고온이 형성된 프레스 금형에서 직접 프레스 열간 성형을 이루어 쇽업소버 하우징 성형품으로 성형하는 단계;

   상기 열간 성형된 쇽업소버 하우징 성형품을 급속 냉각에 의해 냉각하여 고 강도의 마르텐사이트 금속조직을 갖도록 하는 단계;

   상기 고 강도의 마르텐사이트 금속조직을 갖는 쇽업소버 하우징 성형품을 트림라인과 홀 가공라인을 따라 레이저 컷팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 쇽업소버 하우징 제작방법.
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