KR20080018384A

KR20080018384A - 차량용 알루미늄재질 서브프레임

Info

Publication number: KR20080018384A
Application number: KR1020060080408A
Authority: KR
Inventors: 황득규; 김대업
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-02-28

Abstract

본 발명은 차량용 알루미늄재질 서브프레임에 관한 것으로, 고온 성형성이 우수한 고강도 알루미늄 압출 소재를 이용해 열간가스성형 공법으로 서브프레임을 제조하여, 알루미늄재질의 낮은 성형성으로 인한 설계 자유도 제약을 해소함과 더불어 철재 서브프레임에 비해 약 30%이상의 중량 절감을 달성 할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서브프레임이 전륜 현가장치가 장착되는 좌·우측프레임멤버(1,2)와 별도로 압출형 고 강도 알루미늄 합금을 열간 가스 성형으로 제조하는 전·후방크로스멤버(3,4)가,

Mg 3.1~3.4wt%, Mn0.5~0.6 wt%, Cr 0.2~0.36 wt%, Ti 0.1~0.2%, 기타 불가피한 성분들은 개별적으로 0.15 wt%로 하되 그합은 0.30% 이하, 그리고 잔부의 Al으로 조성된 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 알루미늄재질 서브프레임{Aluminum property sub frame in vehicle}

도 1은 본 발명에 따라 알루미늄 재질로 이루어지면서 압출 벤딩과 열간성형공법을 이용해 각각 별도로 제조된 구성부를 갖는 서브프레임의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,2 : 좌·우측프레임멤버 3,4 : 전·후방크로스멤버

5 : 마운팅브라켓

본 발명은 차량용 서브프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압출형 고강도 알루미늄재질로 이루어진 차량용 서브프레임에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 크게 차체(Body) 및 섀시(Chassis)로 이루어지고, 상기 차체는 자동차의 외형을 이루고 있는 부분으로서 다수개의 부재들이 각기 적절하게 접합되어 이루어진다.

특히, 서브프레임(sub-frame)은 전방차체의 하부에서 각 모서리부위가 차체의 좌/우측 사이드멤버(side member)와 크로스멤버(cross member)상에 다수개의 부 위로 결합되어 엔진룸내로 탑재되는 엔진과 변속기 등의 주요 부품들을 지지해주는 기능을 하게 된다.

즉, 전방차체의 좌/우측 사이드멤버와 크로스멤버에 장착되는 서브프레임은 전/후방측 가로부재와 좌/우측 세로부재가 각기 결합되어, 상부에는 엔진룸의 내부에 설치되는 여러 가지 부품들을 고정되게 장착시켜 이를 지지 즉, 엔진이 서브프레임의 전·후와 양 측면 부위에 댐퍼기능을 하는 마운팅을 매개로 지지·장착되면서 현가장치가 양 측면부위에 장착되며 또한, 전면에는 라디에이터 로우 멤버에 지지되면서 후면으로는 대쉬 로우패널에 지지된다.

이와 같은 서브프레임은 다수의 부분들이 서로 결합되는 부위에 대한 체결력과 더불어 강성도 강화시켜 주어야 함은 전체적인 강성을 내구성도 강화시켜 전방 충돌에 따른 변형이나 파손을 최대한 줄여 주면서 탑승자의 부상도 방지하여 야 함은 물론이다.

그러나, 이러한 서브프레임은 엔진을 지지하면서 전방 충돌시 가해지는 충격에 대한 변형을 줄여주기 위한 내구성 강화에 중점을 두는 측면이 강하고, 이로 인해 전체적인 서브프레임의 내구성 강화르 위해 통상적으로 다수의 철재 판재 품을 용접하여 제작하게 되고, 이에 따라 서브프레임의 제작 공정이 복잡하면서 중량이 무겁고 특히, 각 부품간의 연결을 위한 용접 시 용접공의 숙련도에 따라 용접 품질이 일정치 못하면서 용접 품질의 불 균일 발생현상이 발생될 수 있는 취약성이 있게 된다.

이에 따라, 철재 제품의 서브 프레임의 취약성을 보완한 알루미늄 합금 즉, 가벼우면서도 충분한 강성을 갖는 재료로서 특히, 물성이 가장 안정적이고 높아 구조용 부품에 용이하게 적용되는 알루미늄(Aluminum) 재질을 사용하여 중량을 가볍게 하면서, 철재 서브프레임 대비 부품수 삭감 및 공정수 절감등과 같은 장점을 갖는 서브프레임을 제조하고 있지만, 이와 같은 알루미늄 재질의 서브프레임의 경우 통상적으로 하이드로포밍 공법을 적용해 제조 할 수밖에 없어, 알루미늄 재질의 물리적 특성인 상온에서의 낮은 성형성으로 인해 서브프레임 제조 시 설계 자유도가 제약되는 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 고온 성형성이 우수한 고강도 알루미늄 압출 소재를 이용해 열간가스성형 공법으로 서브프레임을 제조하여, 알루미늄재질의 낮은 성형성으로 인한 설계 자유도 제약을 해소함과 더불어 철재 서브프레임에 비해 약 30% 이상의 중량 절감을 달성 할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 서브프레임이 압출형 고 강도 알루미늄 합금으로 이루어져 양 측면으로 전륜 현가장치가 장착되는 좌·우측프레임멤버와, 압출형 고 강도 알루미늄 합금을 열간 가스 성형으로 제조해 상기 좌·우측프레임멤버와 별도로 제조되어져 서브프레임의 전·후 부위를 이루도록 좌·우측프레임멤버에 각각 연결되는 전·후방크로스멤버 및 상기 좌·우측프레임멤버에 장착되어 차체 체결점을 이루는 마운팅브라켓으로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전·후방크로스멤버은 Mg 3.1~3.4wt%, Mn 0.5 ~ 0.6 wt%, Cr 0.2~0.35wt%, Ti 0.1~0.2wt%, 기타 불가피한 성분들은 개별적으로 0.1wt%로 하면서 그 합이 0.25wt%이하로 되며, 그리고 잔부의 Al로 조성되어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 재질로 이루어진 서브프레임의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 서브프레임은 알루미늄 합금으로 이루어져 양 측면으로 전륜 현가장치가 장착되는 좌·우측프레임멤버(1,2)와, 압출형 고 강도 알루미늄 합금으로 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)와 별도로 제조되어져 서브프레임의 전·후 부위를 이루도록 좌·우측프레임멤버(1,2)에 각각 연결되는 전·후방크로스멤버(3,4) 및 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)에 장착되어 차체 체결점을 이루는 마운팅브라켓(5)으로 구성되어진다.

여기서, 상기 서브프레임을 이루는 좌·우측프레임멤버(1,2)는 일반적인 알루미늄 합금으로 이루어져 하이드로포밍 성형으로 제조되는 반면, 상기 전·후방크로스멤버(3,4)는, 압출재의 확관율이 하이드로포밍 성형대비 최대 20배 이상 증가할 수 있도록 알루미늄의 고온 성형성을 향상시키는 열간 가스 성형으로 제조되어진다.

이때, 상기 압출형 고 강도 알루미늄 합금은 고온성형성이 우수해 자동차 부 품에 적합한 강도를 가짐과 동시에 기존의 알루미늄 합금의 고온 성형시 크랙(Crack) 발생으로 인한 성형이 어려운 단점을 보완한 Al-Mg 합금을 포함하는데 즉, 알루미늄 합금의 주 구성 성분은 Mg 3.1~3.4wt%, Mn 0.5 ~ 0.6 wt%, Cr 0.2~0.35wt%, Ti 0.1~0.2wt%, 기타 불가피한 성분들은 개별적으로 0.1wt%로 하면서 그 합이 0.25wt%이하로 되며, 그리고 잔부의 Al로 조성되어진다.

여기서, Mg는 고용체 경화로써 기지조직의 강도를 높이며, 함량증가에 따라 강도가 향상되나 3.5 wt% 이상 함량시 압출성을 떨어뜨리는 특성이 있고, Mn은 Mn₃Al등의 화합물 형성을 통한 결정립 미세화 효과로 인해 강도 향상 효과가 있으나 0.6 wt% 초과 시 연신율을 떨어뜨리는 특성이 있게 된다.

또한, Cr은 재결정층의 생성과 성장을 억제하여 고온성형성을 향상시키는 효과가 있으나 0.36 wt% 초과시 거대 금속간 화합물을 생성하여 고온성형성을 오히려 저하시키며, Ti는 입자 미세화에 효과가 있는 성분으로 Cr등의 첨가로 인한 거대 금속간 화합물의 크기를 감소시키는 효과가 있으나 0.2wt% 초과 시 압출성을 저하시키는 특성이 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은 서브프레임을 일반적인 알루미늄 합금으로 제조된 좌·우측프레임멤버(1,2)와, 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)에 결합 고정되면서 압출형 고 강도 알루미늄 합금으로 제조된 별도로 전·후방크로스멤버(3,4)로 이루어지게 되고, 이에 따라 철재 타입의 서브프레임에 비해 중량이 약 30% 이상 감소함과 더불어 각 구성요소를 이루는 부품이 단품으로 성형 제조됨에 따라 부품 수량도 감소하게 된다.

즉, 서브프레임을 이루는 좌·우측프레임멤버(1,2)를 알루미늄 재질로 하이드로포밍 방식으로, 양 측면으로 전륜 현가장치가 장착되면서 차체 체결점을 이루는 마운팅브라켓(5)의 장착 부위를 갖도록 성형 제조하고, 또한 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)와 별도로 전·후방크로스멤버(3,4)를 고온 성형 시 크랙(Crack) 발생으로 인한 성형이 어려운 기존의 알루미늄 합금이 갖는 단점을 보완한 Al-Mg 합금으로 조성된 압출형 고 강도 알루미늄 합금을 이용해 열간 가스 성형방식으로 성형 제조함에 따라, 상기 전·후방크로스멤버(3,4)는 일반적인 알루미늄 합금을 이용한 하이드로포밍 성형 방식에 비해, 하이드로포밍 성형대비 최대 20배 이상 증가하는 확관율을 가지므로 성형 제조가 용이해지게 된다.

이와 같은 확관율의 향상은 전·후방크로스멤버(3,4)가 복잡한 형상을 갖는 단품 제작이 가능하도록 함은 물론, 그 형상과 구조에 따른 설계자유도 향상으로 인해 별도로 제조될 수밖에 없는 부품을 함께 형성시키게 되므로 부품수 감소와 더불어 경량화를 이룰 수 있게 된다.

이어, 각각 별도로 제조된 후 좌·우측프레임멤버(1,2)에 형성된 결합 부위로 전·후방크로스멤버(3,4)를 각각 결합 고정하게 되면, 서브프레임이 완성되어지며, 이때 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)와 전·후방크로스멤버(3,4)간의 결합 고정방식은 끼움 고정 방식이나 용접이나 또는 볼트와 너트를 이용한 체결 방식과 같이 다양한 방식으로 결합 고정하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 서브프레임을 전체적으로 알루미늄 합금으로 제조해 약 30% 이상의 경량화를 이루면서, 서브프레임을 4개의 부품으로 각각 별도 성형 제조하면서 복잡한 형상을 이루는 부품(크로스멤버)을 고온 성형성이 우수한 압출용 고강도 알루미늄 합금을 이용해 열간 가스 성형방식으로 성형 제조함에 따라, 부품의 설계자유도 증가와 더불어 복잡한 형상을 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 철재 구조에 비해 알루미늄 소재 적용으로 인한 부품 경량화 따른 연비향상을 가져와 차량을 통한 대기오염 감소효과는 물론, 알루미늄 소재의 높은 내식성으로 인해 별도의 외부 전착 도장 공정이 삭제되므로 수질오염 저감 및 유해원소 오염 위험을 제거하면서, 또한 재활용될 수 있는 효과가 있음은 물론이다.

Claims

알루미늄 합금을 하이드로포밍 성형으로 제조해 양 측면으로 전륜 현가장치가 장착되는 좌·우측프레임멤버(1,2)와,

압출형 고 강도 알루미늄 합금을 열간 가스 성형으로 제조해 상기 좌·우측프레임멤버(1,2)와 별도로 제조되어져 서브프레임의 전·후 부위를 이루도록 좌·우측프레임멤버(1,2)에 각각 연결되는 전·후방크로스멤버(3,4) 및

상기 좌·우측프레임멤버(1,2)에 장착되어 차체 체결점을 이루는 마운팅브라켓(5)으로 구성되어진 차량의 알루미늄 재질 서브프레임.
청구항 1에 있어서, 상기 전·후방크로스멤버(3,4)는 Mg 3.1~3.4wt%, Mn 0.5 ~ 0.6 wt%, Cr 0.2~0.35wt%, Ti 0.1~0.2wt%, 기타 불가피한 성분들은 개별적으로 0.1wt%로 하면서 그 합이 0.25wt%이하로 되며, 그리고 잔부의 Al로 조성되어진 것을 특징으로 하는 차량의 알루미늄 재질 서브프레임.