KR102511866B1 - 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고정밀 냉간다단포머 기술을 적용하여 고강도 난성형이 가능하도록 하고, 공정 분산 설계를 통해 체적변화량을 고려한 공정 최적화가 가능하도록 하며, 가공경화를 최소화하는 공정 설계를 통한 금형수명을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이다.

Description

정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법{Method for forming subframe mounting pipe bolts for electric vehicle platform using standard forging technology}

본 발명은 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프 볼트를 경량화 하면서도 고강성을 가질 수 있도록 하며, 가공경화 방지를 위한 공정 단계별 열처리를 통한 내구성을 높일 수 있는 기술이다.

최근 친환경 기반의 전기자동차 및 자율주행자동차를 중심으로 미래형 자동차의 수요 및 연구가 급격하게 증가하고 있으며, 기존 내연기관 플랫폼에서 생산되는 전기자동차의 성능에 한계가 있을 수밖에 없어 전기차 전용 플랫폼 구축에 총력을 가하고 있다.

전기차 전용 플랫폼 구축을 통해 순수 전기차 기술을 발전시킬 수 있는 기반을 마련하고 경쟁력 확보 및 전기차로서 완성도를 높일 수 있어, 이러한 시장환경 변화에 맞춰 전기차 플랫폼화를 통해 전기차 전용 체결용 부품의 공용화를 위해 준비하고 있다.

한편, 전기차 전용 플랫폼에 적용되는 서브프레임마운팅(SUB FRAME MOUNTING)을 위한 체결용으로 파이프 볼트가 사용된다.

우선 종래의 기술들을 살펴보면,

등록번호 10-0815529호(특) 일정한 길이로 절단된 소재를 다이스 핀이 구비된 다이측 금형 쪽에 위치시킨 상태에서 펀치측 금형 쪽의 펀치핀을 이용하여 소재를 가압하여 직경이 확장되도록 업셋팅 성형하는 제 1 단계와; 제 1 단계에서 업셋팅된 소재의 전방부를 펀치 핀으로 지지한 상태에서, 다이스 슬리브에 삽입되어 있는 다이스핀을 이용하여 소재의 드로잉 가공 방법으로 소재를 후방 압출하여 소재의 후방 쪽에 후방 홈을 형성하는 제 2단계와; 제 2 단계에서 후방 압출된 소재를 펀치측 금형의 펀치 슬리브 및 펀치 핀을 이용하여 소재의 전방 부분을 업셋팅함과 동시에 다이측 금형에서 다이스 핀을 이용하여 후방 압출을 실시하여, 소재의 전방부에 플랜지부를 형성함과 아울러 플랜지부의 중심에 전방 홈을 형성하는 제 3 단계와; 제 3 단계에서 성형된 소재를 다이측 금형의 다이스 핀으로 소재의 후방 홈과 전방 홈을 완전히 관통시키는 피어싱 가공으로 파이프 형상으로 성형하는 제 4 단계를 포함 하는 마운팅 파이프 성형 방법에 관한 기술이다.

등록번호 10-0908919호(특) 전체 공정을 포밍기를 이용하고 아래와 같은 순서로 마운팅파이프를 제조하되, 절단된 소재의 길이를 줄이고 직경을 확대시키는 업셋팅 공정과; 소재의 앞면과 뒷면에 낮은 깊이로 예비요홈을 형성하는 예비성형 공정과; 소재의 일측면에 요홈을 형성하여 관체부가 되도록 압출을 함과 동시에 반대 측면에도 그보다 낮은 깊이의 요홈을 형성하는 동시후방압출 공정과; 일측의 요홈과 반대편의 요홈 사이를 관통시켜 완전한 관체 형태를 만들어 주는 피어싱 공정과; 일측의 외경과 내경을 축소시켜 축소부와 경사부를 형성하는 전방압출 공정과; 단턱을 형성함과 동시에 축소부 내의 직경확장부를 형성하여 제조를 완료하는 공정; 이 순차적으로 이루어져 상기 6번의 공정으로 제조가 완료되는 자동차용 마운팅 파이프 제조방법에 관한 기술이다.

상기한 종래기술들은 별도의 가공기 또는 가공장치 등을 구비하여, 필요한 형상으로 성형하는 방법을 중심적으로 기재하고 있다.

즉, 열간단조 또는 냉간단조 공법으로 파이프 볼트를 형성하지 않고, 단계별로 금형 등을 이용하여 파이프 볼트를 형성하되, 각 단계별로 필요에 따라 가공기 또는 가공장치를 이용하여 최종적으로 파이프 볼트를 성형하게 됨으로 상기 파이프 볼트의 생산성이 매우 떨어질 수밖에 없음과 더불어, 가공기 또는 가공장치가 필수적으로 구비되어야만이 마운팅 파이프 볼트를 최종 성형이 가능하게 됨으로, 경제적 효율성이 떨어질 수밖에 없다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로, 고정밀 냉간다단포머 기술을 적용하여 고강도 난성형이 가능하도록 하고, 공정 분산 설계를 통해 체적변화량을 고려한 공정 최적화가 가능하도록 하며, 가공경화를 최소화하는 공정 설계를 통한 금형수명을 향상시킬 수 있도록 하는 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.

이에 본 발명은, 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 볼트 성형방법에 있어서, 정형단조를 위한 각각의 단계에서 금형을 이용하여 성형하되, 원형의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단단계(S100); 상기 절단단계(S100)에서 절단된 소재(1)의 하부를 성형하되, 상부에 일정깊이 홈을 형성하고, 하부방향으로 점차적으로 작은 지름을 가지도록 형성하는 업셋팅단계(S200); 상기 업셋팅단계(S200) 후 형성된 소재 보다 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 하부가 상부 외주보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성되도록 하는 제1예비성형단계(S300); 상기 제1예비성형단계(S300) 후 형성된 소재의 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성하고, 하부는 조금 더 길게 형성하는 제2예비성형단계(S400); 상기 제2예비성형단계(S400) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 상기 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성된 부분을 제외한 상부 외주에서 하부방향으로 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 제3예비성형단계(S500); 상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재 보다 하부방향으로 더 많은 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 제4예비성형단계(S600); 상기 제4예비성형단계(S600) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 중앙부에 상부보다 더 큰 지름을 갖는 돌출테를 형성하는 돌출테형성단계(S700); 를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법에 의하면, 마운팅볼트를 성형하는 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에, 단류선 확보를 통해 공정최적화가 가능함에 따라 생산성이 극대화되고, 응력집중에 의한 성형 중 파손을 방지할 수가 있어 불량률 억제를 통한 신뢰성이 확보되며, 나아가, 가공경화를 최소화함에 따라 금형수명이 연장되어 경제적 효율성이 매우 높은 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 순서도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 공정도
도 3은 본 발명의 절단단계와 업세팅단계를 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 업세팅단계와 제1예비성형단계를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 제1예비성형단계와 제2예비성형단계를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 제2예비성형단계와 제3예비성형단계를 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 제3예비성형단계와 제4예비성형단계를 나타내는 도면
도 8은 본 발명의 제4예비성형단계와 돌출테형성단계를 나타내는 도면

현재 국제 환경규제 및 연비규제 강화와 에너지 자원의 가격 상승으로 최근 북미, 유럽 및 일본 등 자동차 선진국에서는 기존 내연 기관 중심의 자동차 시장을 탈피하고 4차 산업혁명을 선제적으로 대응하기 위하여 전력기반자동차가 확대 적용되고 있는 추세이다.

상기 전력기반자동차는 내연기관을 대신하는 대용량 배터리의 탑재로 인해 하부 플랫폼 전체의 구조변경이 이루어지게 되며, 배터리로 인한 무게중심의 변화로 차량의 지오메트리의 변경과 함께 하부 플랫폼과 근접한 구조와 현가장치들의 변경도 함께 이루어진다.

여기서, 전력기반자동차는 다수의 부품들이 체결되어 완성되기 마련인데 이때, 체결용 파이프 볼트를 사용하고 있다. 종래의 체결용 파이프 볼트는 가공시간이 많이 소요되는 한편, 불량률이 높으며 기타 가공을 위한 설비들이 구비되어야 하는 등 경제적 효율성과 생산성이 매우 떨어지는 문제점을 갖고 있으며, 완성된 파이프 볼트의 내구성 또한 저하됨에 따라, 잦은 파손이 빈번히 발생하였다.

이에, 파이프 볼트를 경량화 하면서도 고강성을 가질 수 있도록 하며, 가공경화 방지를 위한 공정 단계별 열처리를 통한 내구성을 높일 수 있는 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법을 제공한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 8을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 볼트 성형방법에 있어서, 정형단조를 위한 각각의 단계에서 금형을 이용하고 상기 각각 단계에서 형성된 소재를 각각 또는 단일단계에서 열처리하여 성형하되, 절단단계(S100), 업세팅단계(S200), 제1예비성형단계(S300), 제1예비성형단계(S400), 제1예비성형단계(S500), 제1예비성형단계(S600), 돌출테형성단계(S700)를 포함하여 이루어진다.

상기 절단단계(S100)는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 원형의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 단계로, 길이방향으로 길게 형성된 환봉을 성형하려는 파이프볼트의 크기 및 형상에 맞도록 절단하게 되며 이때 절단의 경우 통상의 절단을 위한 장치 또는 도구 등을 이용하여 절단할 수가 있다.

이때, 상기 환봉의 크기의 경우 치수정밀도 및 소재수율 향상을 위한 공정조건을 최적화하기 위한 것이다.

여기서, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 또한, 업셋팅단계(S200), 제1,2,3,4예비성형단계(S300, S400, S500, S600)에서는 각각의 단계에서 서로 다른 금형들이 구비되어야 하고, 각각 단계에서 구비된 금형들로 냉간단조 작업을 수행하며, 본 발명에서는 상기 금형들에 대한 별도로 도시하진 않았다.

상기 업셋팅단계(S200)는, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 절단단계(S100)에서 절단된 소재(1)의 하부를 성형하되, 상부에 일정깊이 홈을 형성하고 하부방향으로 점차적으로 작은 지름을 가지도록 형성하는 단계이다.

다시 말해, 상기 업셋팅단계(S200)는 제1예비성형단계(S300)에서 성형 시, 보다 원활한 성형이 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 소재가 갑작스럽게 변형될 시, 불량률이 높아짐에 따라 각각의 단계를 순차적으로 거칠 수 있도록 하여, 최적의 조건으로 냉간단조 성형이 가능하도록 한다.

상기 제1예비성형단계(S300)는, 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 업셋팅단계(S200) 후 형성된 소재 보다 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 하부가 상부 외주보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성되도록 하는 단계이다.

제2예비성형단계(S400)는 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1예비성형단계(S300) 후 형성된 소재의 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성하고, 하부는 조금 더 길게 형성하는 단계이다.

상기 제3예비성형단계(S500)는 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2예비성형단계(S400) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 상기 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성된 부분을 제외한 상부 외주에서 하부방향으로 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 단계이다.

상기 제4예비성형단계(600)는 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재 보다 하부방향으로 더 많은 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 단계이다.

상기 돌출테형성단계(S700)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제4예비성형단계(S600) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 중앙부에 상부보다 더 큰 지름을 갖는 돌출테를 형성하는 단계이다.

여기서, 본 발명에는 절단단계(S100), 업세팅단계(S200), 제1,2,3,4예비성형단계(S300, S400, S500, S600) 및 돌출테형성단계(S700) 거쳐 최종적인 마운팅 파이프 볼트를 성형하되, 각각의 단계(공정)별로 체적변화량이 과다할 경우 확장부 세레이션 성형시 갈라짐이나 터짐 현상 발생함에 따라 각각의 단계별 체적 변화량 분산이 필요함에 따라 업셋팅단계(S200)를 포함한 예비성형 등 단계를 순차적으로 거쳐 성형되어 상기한 문제점을 극복할 수가 있다.

또한, 한편, 각 단계별 소재들이 성형된 후, 가공경화 방지를 위해 각 단계에서 열처리공정을 수행할 수도 있다.

본 발명의 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅볼트 성형방법에 의하면, 마운팅볼트를 성형하는 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에, 단류선 확보를 통해 공정최적화가 가능함에 따라 생산성이 극대화되고, 응력집중에 의한 성형 중 파손을 방지할 수가 있어 불량률 억제를 통한 신뢰성이 확보되며, 나아가, 가공경화를 최소화함에 따라 금형수명이 연장되어 경제적 효율성이 매우 높은 유용한 발명이다.

S100 : 절단단계 S200 : 업세팅단계
S300 : 제1예비성형단계 S400 : 제2예비성형단계
S500 : 제3예비성형단계 S600 : 제4예비성형단계
S700 : 제5예비성형단계

Claims (1)

1. 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 볼트 성형방법에 있어서,
   정형단조를 위한 각각의 단계에서 금형을 이용하고 상기 각각 단계에서 형성된 소재를 각각 또는 단일단계에서 열처리하여 성형하되,
   원형의 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단단계(S100);
   상기 절단단계(S100)에서 절단된 소재(1)의 하부를 성형하되, 상부에 일정깊이 홈을 형성하고, 하부방향으로 점차적으로 작은 지름을 가지도록 형성하는 업셋팅단계(S200);
   상기 업셋팅단계(S200) 후 형성된 소재 보다 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 하부가 상부 외주보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성되도록 하는 제1예비성형단계(S300);
   상기 제1예비성형단계(S300) 후 형성된 소재의 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성하고, 하부는 조금 더 길게 형성하는 제2예비성형단계(S400);
   상기 제2예비성형단계(S400) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 상기 상부에 중앙부보다 더 작은 지름으로 돌출되게 형성된 부분을 제외한 상부 외주에서 하부방향으로 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 제3예비성형단계(S500);
   상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 길게 형성하고, 상기 제3예비성형단계(S500) 후 형성된 소재 보다 하부방향으로 더 많은 경계를 이루며 순차적으로 작은 지름으로 연속적으로 형성되도록 하는 제4예비성형단계(S600);
   상기 제4예비성형단계(S600) 후 형성된 소재의 상, 하 전체길이를 더 짧게 형성하고, 중앙부에 상부보다 더 큰 지름을 갖는 돌출테를 형성하는 돌출테형성단계(S700); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정형단조 기술을 적용한 전기차플랫폼용 서브프레임 마운팅 파이프 볼트 성형방법.

Images