KR101714203B1 - 강도 보강용 금속 판재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강도 보강용 금속 판재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 패턴을 형성하여 강성과 성형성을 향상시킨 강도 보강용 금속 판재에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 강도 보강용 금속 판재는 요철(凹凸)형상의 패턴이 반복되어 형성되는 금속 판재로서, 반복적인 사각의 격자 패턴으로 연장되고, 요(凹) 형상을 갖는 비드부와; 상기 비드부의 사이에 각각 형성되어 상기 비드부보다 상부로 돌출형성되고, 반복적인 패턴의 철(凸) 형상을 갖는 다수의 셀부로 구분되고, 상기 각각의 셀부는 상단부 영역이 돔형상을 갖는 사각뿔 형상이고, 최상단 지점이 상기 셀부의 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

강도 보강용 금속 판재{Sheet metal for reinforcing strength}
본 발명은 강도 보강용 금속 판재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 패턴을 형성하여 강성과 성형성을 향상시킨 강도 보강용 금속 판재에 관한 것이다.
최근 자동차업계는 엔진의 다운사이징을 통해 차량을 경량화하고, 엔진의 출력을 높임으로써, 연비 효율을 증대시키고자 연구개발에 총력을 기울이고 있다.
엔진의 효율이 높아짐에 따라 엔진의 배기 매니폴드, 배기관, 촉매 등의 배기계 온도는 과거보다 고온으로 유지되며, 이에 따라 열 차폐부품인 히트프로텍터(즉, 히트 쉴드, 히트 인슐레이터)의 고성능화가 요구되는 실정이다.
종래 기술의 일 예에 의한 히트 프로텍터는 배기 매니폴드의 상부에 브래킷을 통하여 조립되어 배기 매니폴드를 통하여 방사되는 배기가스의 방사열을 차단 및 방열시켜 준다.
이러한 히트 프로텍터는 대부분 알루미늄이 코팅된 강판을 활용하여 제조하였으나, 최근에는 차량의 경량화 및 기능성 측면에서 유리한 알루미늄 박판을 적용하는 추세이다.
여기서, 알루미늄 박판은 열전도도가 높고 방열 특성이 우수한 장점이 있지만, 히트 프로텍터로서 복잡한 매니폴드 형상에 적용하기에는 성형 시, 찢어짐, 크랙 등 내구성 측면에서 불리한 단점이 있으며, 엔진의 진동에 의한 소음을 효과적으로 저감시키지 못하는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 최근에는 2장 이상의 알루미늄 박판재를 겹쳐서 성형하여 내구성을 향상시키거나 엠보싱, 요철, 파형 등의 여러 가지 형상을 추가하여 대기와의 방열성을 보완하여 히트 프로텍터로 제작되고 있다.
그러나 이러한 노력에도 불구하고 종래 기술의 알루미늄 박판 소재는 히트 프로텍터로 프레스 성형 시, 2장의 판재가 서로 분리되는 등, 성형 상의 애로점이 있으며, 히트 프로텍터로 제작 후에도 진동 및 소음에 대해서는 여전히 취약하였다.
즉, 단조로운 파형 패턴으로는 차열특성과 방열특성을 동시에 제공하는데 한계가 있으며, 엔진 작동 초기의 차열특성과 고온영역에서의 방열특성을 동시에 극대화하지는 못하는 것이다.
등록특허 10-1405218 (2014. 06. 02) 등록특허 10-1461919 (2014. 11. 08)
본 발명은 단일 판재에 형성되는 패턴의 형상을 개선하여 강성 및 성형성을 향상시킬 수 있는 강도 보강용 금속 판재을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 강도 보강용 금속 판재는 요철(凹凸)형상의 패턴이 반복되어 형성되는 금속 판재로서, 반복적인 사각의 격자 패턴으로 연장되고, 요(凹) 형상을 갖는 비드부와; 상기 비드부의 사이에 각각 형성되어 상기 비드부보다 상부로 돌출형성되고, 반복적인 패턴의 철(凸) 형상을 갖는 다수의 셀부로 구분되고, 상기 각각의 셀부는 상단부 영역이 돔형상을 갖는 사각뿔 형상이고, 최상단 지점이 상기 셀부의 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 셀부의 최상단 지점은 상기 셀부에 형성되는 가상의 대각선 상에서 셀부의 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 셀부의 최상단 지점은 상기 셀부의 중심영역에서 가장자리영역까지의 거리를 기준으로 15 ~ 20% 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 셀부의 최상단 지점의 높이는 상기 셀부의 한 변에 해당하는 비드부의 길이를 기준으로 30 ~ 45%로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속 판재는 알루미늄 판재일 수 있다.
상기 금속 판재의 두께는 0.3mm 이하이고, 차량용 히트프로텍터에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단일 판재에 형성되는 패턴의 형상을 최상단의 위치가 편심된 사각뿔의 3차원 적인 형상(셀부)으로 형성함에 따라 강성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 판재를 이용하여 복잡한 형상을 성형하는 경우에는 3차원적으로 형성된 셀부가 성형시 판재가 신장되어야 하는 부분을 보상하면서 성형성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재를 보여주는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재를 보여주는 평면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 A-A선의 단면도이고,
도 4는 도 2에 도시된 B-B선의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재를 보여주는 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A선의 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 B-B선의 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 보강용 금속 판재(100)는 알루미늄을 소재로 하는 단일 판재로서, 차량용 단열부품소재를 제조하는데 적용될 수 있고, 경량화를 위하여 박판에 적용된다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재(100)는 차량용 히트프로텍터를 제조하는데 적용될 수 있고, 두께 0.3mm 이하의 판재에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 판재는 요철(凹凸)형상의 패턴이 반복적으로 형성된다.
이때 금속 판재(100)는 반복적인 사각의 격자 패턴으로 연장되고, 요(凹) 형상을 갖는 비드부(110)와; 상기 비드부(110)의 사이에 각각 형성되어 상기 비드부(110)보다 상부로 돌출형성되고, 반복적인 패턴의 철(凸) 형상을 갖는 다수의 셀부(120)로 구분된다.
그래서, 비드부(110)가 길이방향과 폭방향으로 동일한 간격으로 이격되어 평행하게 형성되어 내부에 사각형상의 영역을 형성한다. 이때 비드부(110) 사이의 이격 간격은 금속 판재(100)의 두께를 고려하여 6mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다. 그래서, 다수의 셀부(120)가 상기 비드부(110)의 사이에서 상부방향으로 돌출되어 3차원적인 형상을 형성하게 되는데, 이때 셀부(120)의 각 변에 해당하는 부분의 길이가 6mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 각각의 셀부(120)는 상단부 영역이 돔형상을 갖는 대략적인 사각뿔 형상으로 형성된다. 이때 사각뿔 형상의 최상단 지점(121)에 해당하는 영역이 상기 셀부(120)의 중심영역(S)에서 벗어나 편심되는 지점에 형성된다.
예를 들어 상기 셀부(120)의 최상단 지점(121)은 상기 셀부(120)에 형성되는 가상의 대각선(L1, L2) 상에서 셀부(120)의 중심영역(S)에서 벗어나 편심되는 지점에 형성된다. 이때 최상단 지점(121)이 중심영역(S)에서 편심되는 방향은 금속 판재(100)를 사용하여 자동차부품을 제조되는 경우에 금속 판재(100)가 성형되는 방향에 따라 선택적으로 변경될 수 있을 것이다.
상기 셀부(120)의 최상단 지점(121)은 상기 셀부(120)의 중심영역(S)에서 가장자리영역까지의 거리(d2)를 기준으로 15 ~ 20% 중심영역에서 벗어나는 길이(d3)만큼 편심되는 지점에 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 셀부(120)의 최상단 지점(121)을 상기와 같은 위치 및 범위로 편심 정도를 한정하는 것이 금속 판재의 비틀림강도 및 성형성을 원하는 수준으로 우수하게 유지할 수 있기 때문이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재는 자동차용 부품인 히트프로텍터로 활용하기 위한 특정 방향에 대한 비틀림강도 및 성형성을 만족하였다.
그리고, 상기 셀부(120)의 최상단 지점(121)의 높이(h)는 상기 셀부(120)의 한 변에 해당하는 비드부(110)의 길이(d1)를 기준으로 30 ~ 45%로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 셀부(120)의 최상단 지점(121)의 높이(h)에 의해 소재 유입량(사용량)이 결정되는데, 소재의 강성 대비 소재의 유입량을 판단할 때 상기 셀부(120)의 최상단 지점(121) 높이를 상기에서 제시한 범위로 한정하는 것이 바람직하였다. 상기의 범위를 초과하는 경우에는 강도 향상에 대한 효과는 미비하지만 소재의 유입량이 너무 많아져서 원가적인 측면에서 너무 많은 비용이 소비되는 문제점이 있고, 상기의 범위에 미만인 경우에는 원하는 정도의 강성을 달성하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 상기 셀부(120)의 단면 형상은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 단면의 절단 위치에 따라 다른 형상을 가진다.
도 3은 도 2의 A-A선에 대한 단면도로서, A-A선은 셀부(120)의 최상단 지점(121)을 통과하는 가상선으로서 셀부(120)의 최상단 지점(121)을 기준으로 좌측영역의 기울기가 우측영역의 기울기보다 크게 형성된다.
도 4는 도 2의 B-B선에 대한 단면도로서, B-B선은 셀부(120)의 중심 지점(S)을 통과하는 가상선으로서 도 4의 도면을 기준으로 상부영역을 기준으로 좌측영역과 우측영역의 기울기가 각각 도 3에 도시된 셀부(120)의 최상단 지점(121)을 기준으로 좌측영역과 우측영역의 기울기보다 작게 형성된다. 그리고, 도 4의 상부영역이 도 3에 도시된 셀부(120)의 최상단 지점(121)보다 평탄하게 형성된다.
상기와 같이 형성되는 금속 판재를 종래의 예와 비교하여 그 물성에 대하여 알아본다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 판재(100)에 형성되는 사각뿔 형상의 셀부(120)는 종래의 원형 엠보 및 엠보를 활용한 셀 형성과는 형상적으로 차별화된다.
종래의 원형 엠보 판재의 경우 돌기에 의한 성형으로 격벽을 구성하므로 격벽의 높이가 제한적이고, 형상 변경에 한계(소재 소성변화 한계)가 있으나 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 셀부(120)는 높이 및 형상을 독립적으로 구현할 수 있으므로 결과적으로 강성 및 성형성에 관한 물성을 보다 효과적으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 사각뿔 형상의 셀부(120)는 셀부(120)간의 교차점에 강성 보강 셀 교차점, 즉 비드부(110)가 십자 형태로 형성되는 영역이 형성되어 민무늬 판재의 경우에 비해 판재의 비틀림 강성을 높여주어 박육(0.3t)이하에도 특정한 자동차용 부품으로써의 형상을 유지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 박육소재에서도 자동차용 복잡 형상의 부품을 프레스 성형할 수 있다.
또한, 단일 판재로 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 금속 판재(100)를 활용하여 다층 구조의 복합 판재도 용이하게 제조할 수 있고, 금속 판재 사이에 단열 소재를 삽입하여 3겹구조의 열차폐 부품으로도 활용 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면 각 셀부(120)가 사각뿔 형상으로 형성되지만, 전체적인 금속 판재(100)에는 물결무늬 파형이 형성되기 때문에 강성 보강 측면뿐 아니라 실제 복잡형상 성형 시 소재 유입에 의한 성형성 증대를 가져올 수 있는 장점이 있다.
예를 들어 파형과 수직한 부분으로 과도한(소재 신율 이상 소성 변형이 요구될때) 성형 조건이 부여될 때 본 실시예에 따르면 제시한 셀부(120)에 의한 파형에 의해 형성된 골짜기 부분이 펴지면서 성형품의 성형시 신장되는 부분을 보상하게 된다. 따라서 타 엠보판재보다 특정영역에서의 유입량이 월등히 많아 성형성이 크게 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면 최상단 지점(121)이 편심된 셀부(120)에 의해 종래의 원형 돌기에 비해 강성이 보강이 된다.
비교사례는 비틀림강도를 예로 들 수 있으며 상대 비교시 다음과 같은 결과가 나타났다.
일반 민무늬 판재의 강도를 1이라고 가정할 때, 엠보 판재(원형 돌기 엠보)의 경우는 강도가 1.3정도 향상되는 반면에, 본 발명의 실시예에 따르면 1.5 ~ 1.8배 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 금속 판재 110: 비드부
120: 셀부 121: 최상단 지점

Claims (6)

  1. 요철(凹凸)형상의 패턴이 반복되어 형성되는 단층 구조의 금속 판재로서,
    길이방향과 폭방향으로 동일한 간격으로 이격되어 반복적인 사각의 격자 패턴으로 연장되고, 요(凹) 형상을 갖는 비드부와;
    상기 비드부의 사이에 각각 형성되어 상기 비드부보다 상부로 돌출형성되고, 반복적인 패턴의 철(凸) 형상을 갖는 다수의 셀부로 구분되고,
    상기 각각의 셀부는 상단부 영역이 돔형상을 갖는 사각뿔 형상이고, 최상단 지점이 상기 셀부의 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되며,
    상기 셀부의 최상단 지점은 상기 셀부에 형성되는 가상의 대각선 상에서 셀부의 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되고,
    서로 인접하는 각 셀부의 최상단 지점간 거리는 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 강도 보강용 금속 판재.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀부의 최상단 지점은 상기 셀부의 중심영역에서 가장자리영역까지의 거리를 기준으로 15 ~ 20% 중심영역에서 벗어나 편심되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 하는 강도 보강용 금속 판재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀부의 최상단 지점의 높이는 상기 셀부의 한 변에 해당하는 비드부의 길이를 기준으로 30 ~ 45%로 형성되는 것을 특징으로 하는 강도 보강용 금속 판재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 판재는 알루미늄 판재인 것을 특징으로 하는 강도 보강용 금속 판재.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 금속 판재의 두께는 0.3mm 이하이고, 차량용 히트프로텍터에 사용되는 것을 특징으로 하는 강도 보강용 금속 판재.
KR1020150124016A 2015-09-02 2015-09-02 강도 보강용 금속 판재 KR101714203B1 (ko)

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