KR20160077318A

KR20160077318A - 구성부재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20160077318A
Application number: KR1020140186171A
Authority: KR
Inventors: 배기현; 하지웅; 임지호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-07-04

Abstract

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이는 서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정; 블랭크로 측벽부를 가진 제1부재를 성형하는 공정을 포함하고, 제1부재를 성형하는 공정에서는, 제1부재의 측벽부에 제1부분보다 강도가 높은 제2부분이 위치하도록 하여 성형하는 것을 특징으로 하여서, 방사상 방향 하중을 받는 구성부재의 붕괴 거동을 고려하여 강성 보강이 필요한 측벽부가 상이한 강도를 갖도록 성형함으로써, 강성과 더불어 에너지 흡수 능력 및 충돌 성능을 향상시킨 구성부재를 제공할 수 있는 효과가 있게 된다.

Description

구성부재 및 그 제조방법 {STRUCTURAL MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨대 사이드 실의 측벽부에서와 같이 국부적으로 변형이 집중되는 부분의 강성을 증대시킬 수 있도록 된 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

차량의 차체는 강판으로 성형된 다수의 구성부재를 용접 등에 의해 소정의 형상으로 조합하여 접합함으로써 구성된다. 이러한 구성부재로는, 예를 들면 프론트 사이드 멤버, 범퍼 리인포스먼트, 프론트 크래쉬 박스, 프론트 어퍼 레일, 사이드 실, 플로어 크로스 멤버, 플로어 패널, 센터 필러, 루프 레일 사이드, 리어 사이드 멤버, 리어 크래쉬 박스 등이 있다. 이들 구성부재는 요구되는 강성을 확보하기 위해서 단일 또는 복수의 성형된 부재, 예를 들면 프레스 성형된 부재 또는 롤 성형된 부재로 구성될 수 있다.

이들 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 방법으로는 부재를 구성하는 소재의 두께, 강도, 단면의 형상 등을 변경하여 요구 성능을 만족시킬 수 있다. 소재를 변경하는 방법은 가장 기본적이며 손쉬운 방법이지만, 강성이나 충돌 성능을 향상시키기 위하여 두께를 증가시키는 방법은 중량의 증가를 가져오게 되고, 강도 변경은 부재의 성형성, 용접성 등의 문제와 얽혀있어 복잡하다.

특히, 사이드 실과 같은 구성부재는 단면의 형상이 갖는 특성상 측벽부가 강화될수록 충돌 성능이 향상되지만, 이와 동시에 연비 향상을 위한 경량화의 요구를 만족시켜야 하므로, 사이드 실의 형상과 두께의 설계에 한계가 존재하게 되었다.

이에 본 발명은 축 방향에 대해 직각인 방사상 방향 하중을 받는 구성부재의 붕괴 거동을 고려하여 측벽부의 강성과 더불어 에너지 흡수 능력 및 충돌 성능을 향상시킬 수 있는 구성부재 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정; 상기 블랭크로 측벽부를 가진 제1부재를 성형하는 공정을 포함하고, 상기 제1부재를 성형하는 공정에서는, 상기 제1부재의 측벽부에 상기 제1부분보다 강도가 높은 상기 제2부분이 위치하도록 하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에서, 상기 제1부재의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 상기 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, 상기 측벽부는 나머지 부분과 강도가 상이한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 방사상 방향 하중을 받는 구성부재의 붕괴 거동을 고려하여 강성 보강이 필요한 측벽부가 상이한 강도를 갖도록 성형함으로써, 강성과 더불어 에너지 흡수 능력 및 충돌 성능을 향상시킨 구성부재를 제공할 수 있는 효과가 있게 된다.

이에 따라 궁극적으로 제품의 상품성을 증대시키고 고객의 니즈에 적합한 최적의 부품을 공급할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 시뮬레이션을 이용하여 분석된 사이드 실의 충돌 후 변형 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조방법으로 만들어진 구성부재의 한 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법으로 만들어진 구성부재의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법으로 만들어진 비대칭 모자형 사각관과 종래의 비대칭 모자형 사각관에 대하여 충돌 성능을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법으로 만들어진 비대칭 모자형 사각관과 종래의 비대칭 모자형 사각관에 대하여 충돌 성능을 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

예를 들어, 차량은 그 길이방향을 따라 사이드 실과 같은 구성부재가 구비되어 차체의 골조를 유지하면서 도어를 지지한다. 또한, 이러한 사이드 실은 차체의 대표적인 측면 충돌 부재로서, 차량의 측면에서 외부 충격이 가해지는 경우 그 충격을 완충토록 제공된다.

도 1은 시뮬레이션을 이용하여 분석된 사이드 실의 충돌 후 변형 결과를 나타낸 도면이다. 사이드 실(1)은 주로 측벽부(2)에서 변형이 발생함을 볼 수 있다. 여기서, 측벽부(2)는, 충돌 하중을 받게 되는 충돌면(3)의 길이방향을 따라 연장한 선단에서 소정의 각도를 갖고 뻗은 면이다.

이와 같이 차량이 충돌할 경우 사이드 실(1)은 주로 굽힘 변형을 받게 된다. 통상 사이드 실은 충돌 성능을 높이기 위하여 채널 형태의 단면을 갖는다. 굽힘 변형을 받게 되는 경우, 대부분의 충돌에너지는 측벽부(2)의 변형에 의하여 흡수된다. 이에 따라 측벽부를 강화시킴으로써, 전체 사이드 실이 갖는 충돌 성능을 향상시킬 수 있다.

하지만, 전술한 바와 같이 강성이나 충돌 성능을 향상시키기 위해 단순히 두께를 증가시켜 보강하는 방법은 중량의 증가를 가져오게 되고, 이러한 중량의 증가는 차량의 연비에 악영향을 끼치게 된다.

이에 본 출원인은 소재의 두께, 강도 등을 활용하여 충돌 성능을 높이기 위한 설계를 수행함과 동시에 연비 향상을 위한 경량화의 요구를 만족시킬 수 있는 구성부재 및 그 제조방법을 제안한다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정; 이 블랭크로 측벽부를 가진 제1부재를 성형하는 공정을 포함하고, 제1부재를 성형하는 공정에서는, 제1부재의 측벽부에 제1부분보다 강도가 높은 상기 제2부분이 위치하도록 하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

이러한 제조방법에 의해 얻어진 본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, 측벽부는 나머지 부분과 강도가 상이한 것을 특징으로 한다.

이하에서는 다양한 실시예들을 통해 본 발명의 구성부재 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

제1실시예

본 발명의 제1실시예에 따른 구성부재의 제조방법은 테일러 웰디드 블랭크(Tailor Welded Blank; 이하 TWB라 함)를 이용한다. TWB 기술은 부재의 성형 이전에 두께 또는 강도가 다른 소재들을 레이저 용접 등의 방법을 이용하여 접합함으로써 블랭크를 제작하는 기술이다. TWB 기술은 부재의 강성 확보 및 성형 공정의 단순화가 가능하며, 중량 절감의 효과가 크다.

본 발명의 제1실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1소재(11)와 이 제1소재(11)보다 두께가 두꺼운 제2소재(12)를 용접으로 접합하여 형성된 TWB를 준비하는 공정; 및 이 TWB로 측벽부를 가진 제1부재(10)를 성형하되, 측벽부에 제2소재(12)가 위치하도록 하여 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

추가로, 본 발명의 제1실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재(20, 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.

TWB와 같은 블랭크는 이종 두께를 갖는 복수의 제1소재(11)와 제2소재(12)를 정해진 치수로 재단하여 절단한 후, 예컨대 레이저 용접을 통하여 소재들(11, 12)을 맞대기 용접함으로써 형성된다.

이때, 이들 소재는 그 외측 표면이 서로 단차지지 않게 일치하도록 맞댄 후 용접하는 것이 바람직하다.

결국, 블랭크는 서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 갖게 되는데, 이 제2부분에 제1소재(11)보다 두께가 두꺼운 제2소재(12)가 위치할 수 있다.

또한, 고강도가 요구되는 부분은 상대적으로 두꺼운 두께가 필요하기 때문에, 이들 소재 중 두께가 두꺼운 제2소재(12)는 구성부재에서 강성이 요구되는 부분에 대응하는 위치에 배치한다. 예를 들면, 방사상 하중을 받는 사각관과 같은 구성부재는 소성변형이 측벽부에 집중되고 있으므로, 보다 두께가 두꺼운 제2소재(12)는 가장 큰 강성이 요구되는 측벽부에 대응하도록 배치한다.

하지만, 두께가 두꺼운 제2소재의 배치는 이에 한정되지 않고, 구성부재가 적용될 구조물의 특성에 따라 강성이 요구되는 위치에 적절히 배치할 수 있다.

TWB는 롤 포밍 장치 또는 프레스 장치를 통해 소정의 형상을 가진 제1부재(10)로 성형되게 된다. 이로써, 본 발명에 따른 구성부재가 완성되게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, TWB로 성형되며, 측벽부가 나머지 부분보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재(20, 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성할 수 있다. 이들 선단은 용접의 편의성과 신뢰성을 향상시키기 위해 절곡되는 것이 좋다.

보다 구체적으로, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들에 클로징 플레이트로 된 제2부재(20)를 놓고서 점용접, 레이저용접, 본딩 등으로 접합할 수 있다. 이러한 접합에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 관 형상의 부재가 완성되는 것이다. 이하에서는 이러한 형상의 부재를 비대칭 모자형 사각관(100)이라 칭한다.

도 2에 도시된 비대칭 모자형 사각관(100)은 측벽부에 제2소재(12)가 적용되고, 나머지 부분은 얇은 제1소재(11)로 구성된 한 예를 나타낸다.

또는, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들에 이 제1부재와 동일하거나 유사한 형상으로 된 제2부재(30)를 서로 마주보게 위치시킨 후 만나는 선단들을 용접으로 접합할 수 있다. 이러한 접합에 의해 도 3에 도시된 관 형상의 부재가 완성되게 된다. 이하에서는 이러한 형상의 부재를 대칭 모자형 사각관(200)이라 칭한다.

이들 본 발명의 구성부재에서는 TWB의 용접선이 구성부재의 길이방향과 평행하게 나타남을 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법으로 제조된 구성부재는 국부적인 변형이 집중적으로 발생하는 부분에 대하여 하중 방향과 최종 제품의 형상이 고려되어, 최대로 흡수할 수 있는 에너지가 크게 되는 강점을 갖는다.

제2실시예

본 발명의 제2실시예에 따른 구성부재의 제조방법도 TWB를 이용한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1소재(11)와 이 제1소재(11)보다 강도가 높은 제2소재(12)를 용접으로 접합하여 형성된 TWB를 준비하는 공정; 및 이 TWB로 측벽부를 가진 제1부재(10)를 성형하되, 측벽부에 제2소재(12)가 위치하도록 하여 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

추가로, 본 발명의 제2실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재(20, 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에서는 제2소재(12)의 특성만 제외하고, 나머지 구성요소들은 전술한 제1실시예의 구성과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법을 설명함에 있어, 제1실시예에 의한 제조방법과 동일한 구성에 대해서는 그 구성 및 공정의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

TWB와 같은 블랭크는 이종 재질을 갖는 복수의 제1소재(11)와 제2소재(12)를 정해진 치수로 재단하여 절단한 후, 예컨대 레이저 용접을 통하여 소재들(11, 12)을 맞대기 용접함으로써 형성된다.

결국, 블랭크는 서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 갖게 되는데, 이 제2부분에 제1소재(11)보다 강도가 높은 제2소재(12)가 위치할 수 있다.

또한, 이들 소재 중 상대적으로 강도가 높은 제2소재(12)는 구성부재에서 강성이 요구되는 부분에 대응하는 위치에 배치한다. 예를 들면, 방사상 하중을 받는 사각관과 같은 구조부재는 소성변형이 측벽부에 집중되고 있으므로, 보다 강도가 높은 제2소재(12)는 가장 큰 강성이 요구되는 측벽부에 대응하도록 배치한다.

하지만, 강도가 높은 제2소재의 배치는 이에 한정되지 않고, 구성부재가 적용될 구조물의 특성에 따라 강성이 요구되는 위치에 적절히 배치할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, TWB로 성형되며, 측벽부가 나머지 부분보다 강도가 높은 재질로 된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 전술한 제1실시예와 마찬가지로 제2부재(20 또는 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성할 수 있다. 이들 선단은 용접의 편의성과 신뢰성을 향상시키기 위해 절곡되는 것이 좋으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 제조함으로써, 예를 들어 모자형 사각관의 경우에는 측벽부에 제2소재(12)가 적용되고, 나머지 부분은 이보다 강도가 낮은 제1소재(11)로 구성될 수 있게 되는 것이다.

또, 이러한 구성부재에서는 TWB의 용접선이 구성부재의 길이방향과 평행하게 나타남을 볼 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법으로 제조된 구성부재에 의하면, 측벽부에 구성부재의 나머지 부분을 구성하는 소재보다 강도가 높은 재질의 소재, 특히 항복점이 높은 재질의 소재를 적용함으로써 더 높은 강성 및 충돌 에너지의 흡수 성능을 획득할 수 있게 되는 것이다.

제3실시예

본 발명의 제3실시예에 따른 구성부재의 제조방법은 테일러 롤드 블랭크(Tailor Rolled Blank; 이하 TRB라 함)를 이용한다. 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 다른 방법으로 TRB 기술이 활용되고 있다. TRB 기술은 강판 제조 공정에서 최종 제품에 사용될 두께 분포를 고려하여 압연 롤러의 가압력을 변경함으로써 블랭크를 제작하는 기술이다.

TRB를 제조하는 방법으로는 소재의 길이방향을 따라 두께 차이를 부여하는 방식과 폭방향을 따라 두께 차이를 부여하는 방식이 있다. TRB 기술을 충돌 부재에 적용하면 중량의 절감 효과와 동시에 강성이나 충돌 성능의 향상 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부분(13)보다 두께가 두꺼운 제2부분(14)을 갖도록 소재를 압연하여 형성된 TRB를 준비하는 공정; 및 이 TRB로 측벽부를 가진 제1부재(10)를 성형하되, 측벽부에 제2부분(14)이 위치하도록 하여 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

소재는 예컨대 강재와 같은 금속 소재일 수 있다. 또, 이러한 소재는 단일 강종과 같이 동일한 조성물이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 두께가 두꺼운 제2부분(14)의 배치는 이에 한정되지 않고, 구성부재가 적용될 구조물의 특성에 따라 강성이 요구되는 위치에 적절히 배치할 수 있다.

TRB와 같은 블랭크는, 소재가 압연장치의 상부롤과 하부롤 사이를 지나가는 도중에 간격을 조정하게 됨으로써, 소재의 길이방향(소재의 진행방향)으로 이종의 두께 및 강도를 갖게 된다.

혹은, 소재의 폭보다 짧은 길이를 가진 상부롤 또는 하부롤이 복수개로 마련되어, 서로 측방(소재의 폭방향)으로 소정의 간격을 두고 이격된 채로 회전할 수 있게 되어 있거나, 상부롤과 하부롤 중 적어도 하나는 외주면에 적어도 하나의 볼록부 또는 오목부를 갖도록 그 길이방향으로 단차진 형상을 가질 수 있다.

이에 따라, 소재가 상부롤과 하부롤 사이를 지나가기만 하면 소재의 폭방향으로 이종의 두께 및 강도를 갖게 된다.

이렇게 형성된 TRB는 롤 포밍 장치 또는 프레스 장치를 통해 소정의 형상을 가진 제1부재(10)로 성형되게 된다. 이로써, 본 발명에 따른 구성부재가 완성되게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, TRB로 성형되며, 측벽부는 나머지 부분보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.

추가로, 본 발명의 제3실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재(20, 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 이들 선단은 용접의 편의성과 신뢰성을 향상시키기 위해 절곡되는 것이 좋다.

보다 구체적으로, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들에 클로징 플레이트로 된 제2부재(20)를 놓고서 점용접, 레이저용접, 본딩 등으로 접합할 수 있다. 이러한 접합에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 비대칭 모자형 사각관(100)이 완성되는 것이다.

도 2에 도시된 비대칭 모자형 사각관(100)은 측벽부에 상대적으로 두께가 두꺼운 제2부분(14)이 적용되고, 나머지 부분은 얇은 제1부분(13)으로 구성된 한 예를 나타낸다.

또는, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들에 이 제1부재와 동일하거나 유사한 형상으로 된 제2부재(30)를 서로 마주보게 위치시킨 후 만나는 선단들을 용접으로 접합할 수 있다. 이러한 접합에 의해 도 3에 도시된 대칭 모자형 사각관(200)이 완성되게 된다.

이와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법으로 제조된 구성부재에 의하면, 국부적인 변형이 집중적으로 발생하는 측벽부에 대하여 하중 방향과 최종 제품의 형상이 고려되어, 상대적으로 두께가 두꺼운 부분이 적용됨으로써, 더 높은 강성을 갖게 됨과 동시에 흡수할 수 있는 충돌 에너지가 크게 되는 강점을 얻는다.

제4실시예

본 발명의 제4실시예에 따른 구성부재의 제조방법은 국부적으로 열처리된 블랭크를 이용한다. 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 또 다른 방법으로는, 고주파나 레이저 등의 열원을 이용한 국부적인 열처리 기술이 활용되고 있는데, 국부적인 열처리를 통해 효율적으로 강판을 얇게 하면서 높은 충돌 에너지를 흡수 가능하게 한다.

이들 중 고주파를 열원으로 이용한 열처리의 경우는 고체의 자기유도현상을 응용한 기술로서 소재의 필요한 부분만 상변태 온도 이상으로 가열한 후 급냉시켜 경화조직을 형성시킨다. 이러한 열처리는 적절한 형상 및 크기의 코일과, 주파수, 출력 및 시간, 가열온도 등과 같은 조건을 설정하여 경화깊이를 제어할 수 있다.

또, 레이저를 열원으로 이용한 열처리는 고밀도로 집속된 레이저 빔을 소재의 미소 부위에 조사하여 가열하고, 소재의 자체냉각 현상을 이용하여 경화조직을 얻는다. 이러한 열처리는 레이저 빔에 의한 가열 부위가 미소하기 때문에 열확산이 억제되어 열변형이 작게 발생하고, 후가공을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 레이저 빔의 출력 및 조사속도를 용이하게 제어할 수 있고, 이에 따라 균일한 열처리 온도 및 경화깊이를 얻을 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부분(15)보다 강도가 높은 제2부분(16)을 갖도록 국부적으로 열처리하여 형성된 블랭크를 준비하는 공정; 및 이 블랭크로 측벽부를 가진 제1부재(10)를 성형하되, 측벽부에 제2부분(16)이 위치하도록 하여 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

소재는 예컨대 강재와 같은 금속 소재일 수 있다. 또, 이러한 소재는 단일 강종과 같이 동일한 조성물이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 강도가 높은 제2부분(16)의 배치는 이에 한정되지 않고, 구성부재가 적용될 구조물의 특성에 따라 강성이 요구되는 위치에 적절히 배치할 수 있다.

블랭크는 예컨대 고주파 또는 레이저 등과 같은 열원을 사용하여 열처리하는 장치에 의해 국부적으로 가열된다. 이때, 열처리되는 제2부분(16)을 상변태 온도 이상으로 가열한다. 이어서 가열된 상태의 블랭크를 상온까지 냉각하여 조직을 변태시킨다. 냉각 방법은 유냉, 공냉 모두 가능하며, 경화조직의 원활한 생성을 위해 급냉하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 블랭크는 경화조직으로 이루어진 강성 보강부가 길이방향으로 또는 폭방향으로 형성됨으로써 이종 강도를 갖게 된다.

이렇게 형성된 블랭크는 롤 포밍 장치 또는 프레스 장치를 통해 소정의 형상을 가진 제1부재(10)로 성형되게 된다. 이로써, 본 발명에 따른 구성부재가 완성되게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 구성부재는 측벽부를 가진 구성부재로서, 국부적으로 열처리된 블랭크로 성형되며, 측벽부는 나머지 부분보다 강도가 높은 것을 특징으로 한다.

추가로, 본 발명의 제4실시예에 따른 구성부재의 제조방법은, 제1부재(10)의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재(20, 30)를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 이들 선단은 용접의 편의성과 신뢰성을 향상시키기 위해 절곡되는 것이 좋다.

이와 같이 제조함으로써, 예를 들어 모자형 사각관의 경우에는 측벽부에 제2부분(16)이 적용되고, 나머지 부분은 이보다 강도가 낮은 제1부분(15)으로 구성될 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 제4실시예에 따른 제조방법으로 제조된 구성부재에 의하면, 측벽부에 구성부재의 나머지 부분을 구성하는 부분보다 강도가 높은 조직을 적용함으로써 더 높은 강성 및 충돌 에너지의 흡수 성능을 얻을 수 있게 되는 것이다.

충돌 성능의 비교

본 발명에 따른 제조방법이 적용된 구성부재의 성능 검증을 위하여, 도 2에 도시된 형상을 가진 각 모델에 대하여 충돌해석을 수행하였다. 비교 방법은 종래의 모델과 본 발명에 따른 제조방법이 적용된 모델을 동일한 치수와 중량, 및 동일한 소재로 제조한 경우에 충돌 성능의 향상 정도를 비교하였다.

충돌 성능의 평가 방법은 우선 모자형 사각관 형태로 제작된 부품을 지그에 의해 그 양단을 고정시키고 나서 원하는 중량의 이동대차에 충돌속도를 설정하여 부품에 대해 충돌 에너지를 가한다.

부품이 충돌에 의하여 변형되는 동안 충돌 하중을 측정하게 되며, 측정된 충돌 하중을 활용하여 충돌 에너지를 산출하게 된다. 이때, 충돌 변위에 따른 충돌 에너지 흡수량을 바탕으로 부품의 충돌 성능을 정량적으로 평가할 수 있다.

도 4는 본 발명과 종래의 비대칭 모자형 사각관에 대하여 충돌 성능을 비교한 그래프이다. 여기서, "TWB-1"은 종래의 사각관과 동일한 재질의 제1소재와 780DP라는 제2소재를 접합한 TWB를 사용하여 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법에 의해 만들어진 사각관으로서, 제1소재와 제2소재의 두께는 서로 동일하다.

이와 같이, 소재를 변경하여 측벽부를 강화한 경우, 종래보다 충돌 에너지의 흡수 성능이 대략 45.4% 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 측벽부에 보다 강도가 높은 소재를 적용하면, 보다 우수한 충돌 성능 및 경량화 효과를 확보할 수 있다.

도 5도 본 발명과 종래의 비대칭 모자형 사각관에 대하여 충돌 성능을 비교한 그래프이다. 여기서, "TRB-1"은 종래의 사각관과 동일한 재질의 소재에 제2부분의 두께가 제1부분보다 2배 이상으로 두껍게 성형한 TRB를 사용하여 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법에 의해 만들어진 사각관으로서, 제1부분은 0.8t이고 제2부분은 1.9t의 두께를 갖는다.

이와 같이, 소재의 두께를 변경하여 측벽부를 강화한 경우, TWB를 적용한 경우와 마찬가지로 충돌 에너지의 흡수 성능이 대략 36.3% 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 측벽부의 두께를 더 증가시키면, 보다 우수한 충돌성능 및 경량화 효과를 확보할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 제1부재 11: 제1소재
12: 제2소재 13, 15: 제1부분
14, 16: 제2부분 20, 30: 제2부재

Claims

서로 상이한 강도의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정;
상기 블랭크로 측벽부를 가진 제1부재를 성형하는 공정
을 포함하고,
상기 제1부재를 성형하는 공정에서는, 상기 제1부재의 측벽부에 상기 제1부분보다 강도가 높은 상기 제2부분이 위치하도록 하여 성형하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 블랭크를 준비하는 공정은, 서로 상이한 두께를 가진 제1소재와 제2소재를 용접으로 접합하여 형성된 테일러 웰디드 블랭크를 준비하고,
상기 제1부재를 성형하는 공정에서는, 상기 제2부분에 상기 제1소재보다 두께가 두꺼운 상기 제2소재가 위치하도록 하여 성형하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 블랭크를 준비하는 공정은, 서로 상이한 강도를 가진 제1소재와 제2소재를 용접으로 접합하여 형성된 테일러 웰디드 블랭크를 준비하고,
상기 제1부재를 성형하는 공정에서는, 상기 제2부분에 상기 제1소재보다 강도가 높은 상기 제2소재가 위치하도록 하여 성형하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 용접은 레이저로 맞대기 용접하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 블랭크를 준비하는 공정은, 상기 제1부분보다 두께가 두꺼운 상기 제2부분을 갖도록 압연하여 형성된 테일러 롤드 블랭크를 준비하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 블랭크를 준비하는 공정은, 상기 제1부분보다 강도가 높은 상기 제2부분을 갖도록 국부적으로 열처리하여 형성된 블랭크를 준비하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1부재는 롤 포밍 장치 또는 프레스 장치에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1부재의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 서로 용접으로 접합하거나, 상기 길이방향을 따라 연장한 선단들에 제2부재를 용접으로 접합하여, 관 형상의 부재를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 제2부재는 클로징 플레이트이고,
상기 제1부재의 길이방향을 따라 연장한 선단들을 절곡하여 상기 제2부재와 접합하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 제2부재는 상기 제1부재와 동일하거나 유사한 형상으로 되고,
상기 제1부재와 상기 제2부재를 서로 마주보게 위치시킨 후 만나는 길이방향을 따라 연장한 선단들을 용접으로 접합하는 것을 특징으로 하는 구성부재의 제조방법.
측벽부를 가진 구성부재로서,
상기 구성부재의 상기 측벽부는 나머지 부분과 강도가 상이한 것을 특징으로 하는 구성부재.
제11항에 있어서,
상기 구성부재는 서로 상이한 두께를 가진 제1소재와 제2소재를 접합하여 형성된 테일러 웰디드 블랭크로 성형되며,
상기 측벽부에는 상기 제1소재보다 두께가 두꺼운 상기 제2소재가 위치하는 것을 특징으로 하는 구성부재.
제11항에 있어서,
상기 구성부재는 서로 상이한 강도를 가진 제1소재와 제2소재를 접합하여 형성된 테일러 웰디드 블랭크로 성형되며,
상기 측벽부에는 상기 제1소재보다 강도가 높은 상기 제2소재가 위치하는 것을 특징으로 하는 구성부재.
제11항에 있어서,
상기 구성부재는 제1부분보다 두께가 두꺼운 제2부분을 갖도록 압연하여 형성된 테일러 롤드 블랭크로 성형되며,
상기 측벽부에는 상기 제2부분이 위치하는 것을 특징으로 하는 구성부재.
제11항에 있어서,
상기 구성부재는 제1부분보다 강도가 높은 제2부분을 갖도록 국부적으로 열처리하여 형성된 블랭크로 성형되며,
상기 측벽부에는 상기 제2부분이 위치하는 것을 특징으로 하는 구성부재.
제11항에 있어서,
상기 구성부재는 관 형상인 것을 특징으로 하는 구성부재.