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KR101107342B1 - 하이브리드 부품 - Google Patents

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KR101107342B1
KR101107342B1 KR1020067007483A KR20067007483A KR101107342B1 KR 101107342 B1 KR101107342 B1 KR 101107342B1 KR 1020067007483 A KR1020067007483 A KR 1020067007483A KR 20067007483 A KR20067007483 A KR 20067007483A KR 101107342 B1 KR101107342 B1 KR 101107342B1
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KR
South Korea
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steel
cast
steel member
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tubular
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마크 베르너
티모시 더블유. 스크스젝
프랭크 에이. 호톤
워렌 영
제프리 제이. 멜리스
프랭크 가비아넬리
에린 엘. 랑글르와
시타라마 코타기리
드웨인 디. 이글
그레고리 키셀리스
다니엘 슬리츠
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마그나 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

고강도강으로 형성된 강철 부재와 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 위에 주조된 주조 결합 부재를 포함하는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품. 고강도강으로 형성된 강철 부재를 미리 정해진 형상으로 형성하는 단계와 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 위에 결합 부재를 주조하는 단계를 포함하는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품을 형성하는 방법.
Figure R1020067007483
하이브리드 부품, 강철 부재, 결합 부재, 제자리 주조

Description

하이브리드 부품 {HYBRID COMPONENT}
본 발명은 전체 내용이 본 명세서에서 전체적으로 포함된 2003년 10월 20일에 출원된 미국 특허 가출원 제60/512,827호에 관한 것이고 그로부터 우선권을 주장한다. 또한, 본 발명은 전체 내용이 본 명세서에서 전체적으로 포함된 2004년 9월 27일에 출원된 미국 특허 가출원 제60/612,800호에 관한 것이고 그로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 대체로 자동차 부품, 보다 구체적으로는 제자리 주조(cast-in-place) 공정을 사용하여 최소한 부분적으로 형성된 제어 암(arm), 엔진 마운트, 하위 프레임 또는 변속기 펌프에 한정되지는 않지만 그와 같은 자동차 현가 장치, 새시, 차체 또는 파워 트레인 부품에서 사용하기 위한 하이브리드 부품에 관한 것이다.
통상적으로, 자동차 현가 장치 암으로서의 사용을 위한 통상적인 암 부재는 기계가공된 알루미늄 주물, 주철 또는 형성된 강철 구조를 포함하고, 한 쌍의 탄성 부싱들이 부재의 각각의 단부에 압착된다. 관형으로 형성된 강철 구조의 경우에, 다양한 용해 용접(미그(MIG) 용접, 티그(TIG) 용접 또는 레이져 용접) 또는 마찰 교반 용접이 결합 부위에서 결합 부재들을 관형 부재에 연결하기 위해 개발되었다. 공지된 주조 방법들은 본 명세서에서 전체 내용이 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제5,332,026호, 제5,429,175호, 제5,660,223호, 제6,467,528호 및 제6,745,819호에서 개시된 방법들을 포함한다.
그러나, 예를 들면, 용해 용접(미그(MIG) 용접, 티그(TIG) 용접, 레이져 용접 등), 또는 고체상 용접 방법(마찰 교반 용접)과 같은 용접 방법을 사용하여 주 몸체와 결합 부재가 결합되는 통상적인 현가장치 암 부재는 인장 하중이 부여될 때 결합 부분 또는 그 근처에 크랙을 일으키고 결과적으로 결합된 부재들의 분리 및 성능 감소에 이를 수 있다. 또한, 연결 부재의 질량 감소를 달성하기 위해, 연결 부재는 관형 형상일 수 있다. 통상적으로, 연결 부재 및 결합 부재들은 유사한 화학 조성을 가지거나 금속적으로 친화적이어서 부재들을 연결하기 위해 사용되는 용해 용접 공정을 사용가능하게 하여 제품의 강도 및 부식 저항성 요구조건들을 만족시킨다. 따라서, 무게가 가볍고 강도, 크랙들 및 부식에 관한 잠재적 품질 문제들이 없는 자동차 현가장치, 구조, 몸체 또는 파워 트레인 용도를 위한 부품을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 발명자들은 통상적인 부품들과 관련된 여러가지 문제점들을 인식해왔다. 이러한 문제점들을 해소하기 위해, 발명의 일 형태는 관형 부재의 일 개방 단부를 변형하여 개방 단부를 밀봉하는 단계와, 변형된 개방 단부에 용융된 재료를 주조하여 결합 부재를 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드 부품을 형성하는 방법에 관한 것이다.
변형하는 단계는 개방 단부를 밀봉하기 위해 개방 단부를 뭉개거나 조이는 단계를 더 포함할 수 있다. 변형하는 단계는 밀봉된 개방 단부 자체를 접어서 J자 고리 부착 형상부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 변형하는 단계는 개방 단부를 접는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 관형 부재의 개방 단부 안으로 또는 둘레에 캡 부재를 삽입하는 단계와 관형 부재 및 캡 부재에 용융된 재료를 주조하여 결합 부재를 형성하는 단계를 포함하는 하이브리드 부품을 형성하는 방법에 관한 것이다.
방법은 관형 부재와 캡 부재의 바깥 벽을 관통하는 단계와 핀을 관통된 관형 부재와 캡 부재 안으로 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 변형된 개방 단부를 갖는 관형 부재와 변형된 개방 단부에 용융된 재료를 제자리 주조하여서 결합 부재를 관형 부재에 효과적으로 고정하는 관형 부재의 변형된 개방 단부 위에 형성된 결합 부재를 포함하는 하이브리드 부품에 관한 것이다.
부품은 개방 단부에 부분적으로 수용되는 플러그와 관형 부재 및 플러그에 형성된 구멍들을 통하여 수용되는 핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 관형 부재의 개방 단부를 회전 스웨징(swedging)하여 개방 단부를 밀폐하는 단계와 변형된 단부에 용융된 재료를 주조하여 결합 부재를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 형태는 관형 부재의 폐쇄 단부의 면 위에 니켈계 코팅 재료를 적용하여서 결합 부재를 형성하는 단계들을 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 형태는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품에 관한 것이다. 하이브리드 부품은 고강도강으로 형성된 강철 부재와 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 위에 주조된 주조 결합 부재를 포함한다.
강철 부재는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있고, 주조 결합은 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있다. 강철 부재는 관형 부재일 수 있다. 결합 부재가 주조되는 강철 부재의 부분은 관형 부재의 단부 부분일 수 있다. 단부 부분은 강철 부재로부터 멀어지며 밖으로 연장하는 굴곡된 구역을 포함할 수 있다. 단부 부분은 비원형 단면을 갖는 구역을 포함할 수 있다. 결합 부재가 주조되는 강철 부재의 부분은 관형 부재의 중간 부분일 수 있다. 중간 부분은 비원형 단면을 갖는 구역을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 자동차를 위한 엔진 설치대에 관한 것이다. 엔진 설치대는 이격된 가로 부재들에 의해 고정되는 한 쌍의 이격된 레일들을 갖는 프레임 조립체를 포함한다. 이격된 레일들과 이격된 가로 부재들 중 하나 이상은 고강도강으로 형성된 강철 부재와 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 위에 주조된 주조 결합 부재를 포함하는 하이브리드 부품을 포함한다.
강철 부재는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있고, 주조 결합은 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있다. 강철 부재는 관형 부재일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 자동차를 위한 제어 암에 관한 것이다. 제어 암은 고강도강으로 형성되고 길이방향으로 만곡된 강철 부재와 강철 부재 위에 주조된 주조 결합 부재들을 포함하는 하이브리드 부품을 포함한다. 결합 부재들 각각은 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정한다.
강철 부재는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있고, 주조 결합들 각각은 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있다. 강철 부재는 관형 부재일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 자동차를 위한 계기판 지지 구조에 관한 것이다. 계기판 지지 구조는 가로 빔 형태의 하이브리드 부품과 하이브리드 부품의 각 단부에 위치된 마운트를 포함한다. 하이브리드 부품은 고강도강으로 형성된 강철 부재와 강철 부재 위에 주조된 주조 결합 부재를 포함한다. 결합 부재는 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정한다. 주조 결합 부재는 다수의 이격된 브래킷들을 포함한다.
강철 부재는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있고, 주조 결합은 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있다. 강철 부재는 관형 부재일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 자동차를 위한 범퍼 조립체에 관한 것이다. 범퍼 조립체는 고강도강으로 형성된 강철 부재와 강철 부재 위에 주조된 주조 결합 부재들을 포함하는 하이브리드 부품을 포함한다. 결합 부재들 각각은 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재들을 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정한다. 강철 부재는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재를 형성하고, 결합 부재들은 강철 범퍼 부재에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 형성한다. 강철 범퍼 부재는 제1 및 제2 알루미늄 부재들 사이에서 연장하고 제1 및 제2 알루미늄 부재들은 차량의 스페이스 프레임과 강철 범퍼 부재 사이에 위치된다.
강철 부재는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있고, 주조 결합들 각각은 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 가질 수 있다. 강철 부재는 관형 부재일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 방법은 고강도강으로 형성된 강철 부재를 미리 정해진 형상으로 형성하는 단계와 강철 부재의 부분에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 위에 결합 부재를 주조하는 단계를 포함한다.
강철 부재를 형성하는 단계는 최소한 약 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖는 강철 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 주조 결합을 주조하는 단계는 최소한 약 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 알루미늄을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 강철 부재를 형성하는 단계는 강철 부재를 관형 부재로서 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 하이브리드 부품을 상승된 온도로 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하이브리드 부품을 상승된 온도로 열처리하는 단계는 하이브리드 부품을 대략 440도로 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 차량을 위한 범퍼 조립체에 관한 것이다. 범퍼 조립체는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재와 강철 범퍼 부재에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 포함한다. 강철 범퍼 부재는 제1 및 제2 알루미늄 부재들 사이에서 연장하고 제1 및 제2 알루미늄 부재들은 차량의 스페이스 프레임과 강철 범퍼 부재 사이에 위치된다.
제1 및 제2 알루미늄 부재들은 범퍼 부재를 스페이스 프레임에 장착하도록 구성된 장착 판을 갖는 장착 브래킷들일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 알루미늄 부재들은 충돌력을 흡수하고 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성된 크러쉬 캔들일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 차량을 위한 범퍼 조립체를 제작하는 방법에 관한 것이다. 방법은 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재를 형성하는 단계, 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 형성하는 단계, 강철 범퍼 부재가 제1 및 제2 알루미늄 부재들 사이에서 연장하도록 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 강철 범퍼 부재에 부착하는 단계, 그리고 제1 및 제2 알루미늄 부재들이 상기 차량의 스페이스 프레임과 강철 범퍼 부재 사이에 위치되는 단계를 포함한다.
범퍼 부재를 형성하는 단계는 범퍼 부재를 롤 포밍, 스탬핑, 핫 스탬핑 중 하나에 의해 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 형성하는 단계는 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 압출에 의해 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 형성하는 단계는 제1 및 제2 알루미늄 부재를 알루미늄 부분과 강철 부분으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 방법은 비금속 충격 흡수 도구를 강철 부재에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 차량을 위한 범퍼 조립체에 관한 것이다. 범퍼 조립체는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 관형 부재들과 관형 부재들을 차량의 스페이스 프레임에 장착하기 위해 관형 부재들에 부착된 제1 및 제2 장착 부재들을 포함한다. 관형 부재들은 제1 및 제2 장착 부재들 사이에서 연장하고 제1 및 제2 장착 부재들은 차량의 스페이스 프레임과 관형 부재들 사이에 위치된다.
관형 부재들은 두 개의 실질적으로 평행한 관형 부재들을 포함할 수 있다. 장착 부재들은 알루미늄일 수 있고 장착 부재들 각각은 두 개의 관형 부재들 각각의 단부를 완전히 캡슐로 감싼다. 범퍼 조립체는 관형 부재들 사이에서 연장하고 부착되는 중간 부재를 더 포함할 수 있다. 중간 부재는 관형 부재들의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장할 수 있다. 범퍼 조립체는 관형 부재들에 부착된 비금속 충격 흡수 도구를 더 포함할 수 있다. 또한, 관형 부재들 각각은 중공일 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 차량을 위한 범퍼 조립체를 제작하는 방법에 관한 것이다. 방법은 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 범퍼 부재를 형성하는 단계, 강철 범퍼 부재의 제1 단부에 제1 장착 부재를 주조하는 단계, 그리고 강철 범퍼 부재의 제2 단부에 제2 장착 부재를 주조하는 단계를 포함한다.
길이방향으로 연장하는 범퍼 부재를 형성하는 단계는 강철 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 장착 부재들을 주조하는 단계는 알루미늄 장착 부재들을 주조하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제1 및 제2 장착 부재들을 차량의 스페이스 프레임에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 범퍼 부재에 비금속 충격 흡수 도구를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 범퍼 부재를 형성하는 단계는 하이드로포밍(hydroforming)으로 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 범퍼 부재를 형성하는 단계는 롤 포밍으로 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 차량을 위한 범퍼 조립체를 제작하는 방법에 관한 것이다. 방법은 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 제1 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계, 제1 장착 부재를 제1 관형 범퍼 부재의 제1 단부에 주조하는 단계, 그리고 제2 장착 부재를 제1 관형 범퍼 부재의 제2 단부에 주조하는 단계를 포함한다.
방법은 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 제2 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 제1 및 제2 장착 부재들을 주조하는 단계는 제1 장착 부재를 제2 관형 범퍼 부재의 제1 단부에 주조하는 단계와 제2 장착 부재를 제2 관형 범퍼 부재의 제2 단부에 주조하는 단계를 포함할 수 있다. 길이방향으로 연장하는 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계는 강철 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 장착 부재들을 주조하는 단계는 알루미늄 장착 부재들을 주조하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제1 및 제2 장착 부재들을 차량의 스페이스 프레임에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 범퍼 부재에 비금속 충격 흡수 도구를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계는 하이드로포밍으로 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계는 롤 포밍으로 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계는 중공 관형 범퍼 부재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도면들에서,
도1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 부품의 사시도이다.
도2는 단부 부분이 뭉개지고 자체적으로 접혀져서 J자 고리 부착 형상부를 형성하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 부품의 부분 절단도이다.
도3은 도2의 하이브리드 부품의 분해도이다.
도4는 단부 부분이 뭉개져서 Y자 고리 부착 부재를 형성하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 부품의 부분 절단도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부품의 분해도이다.
도6은 핀이 관형 부재 및 캡 부재에서 구멍들 안으로 삽입되는 도5의 하이브리드 부품의 부분 절단도이다.
도7은 관형 부재 및 캡 부재에서 핀 및 구멍들이 생략된 도5의 하이브리드 부품의 부분 절단도이다.
도8은 본 발명의 원리에 따른 하이브리드 부품들을 포함하는 엔진 마운트의 사시도이다.
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부품의 측면도이다.
도10은 도9의 선 10-10을 통한 단면도이다.
도11은 도9의 선 11-11을 통한 단면도이다.
도12는 도9에 도시된 하이브리드 부품의 평면도이다.
도13은 도12의 선 13-13을 통한 단면도이다.
도14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부품의 측면도이다.
도15는 도14의 선 15-15를 통한 단면도이다.
도16은 도14의 선 16-16을 통한 단면도이다.
도17은 도14의 선 17-17을 통한 단면도이다.
도18은 도14의 선 18-18을 통한 단면도이다.
도19는 도14의 선 19-19를 통한 단면도이다.
도20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 부품의 측면도이다.
도21은 도20의 선 21-21을 통한 단면도이다.
도22는 도20의 선 22-22를 통한 단면도이다.
도23은 도20의 선 23-23을 통한 단면도이다.
도24는 도20의 선 24-24를 통한 단면도이다.
도25는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 부품들을 포함하는 자동차 후방 설치대의 사시도이다.
도26은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 부품들을 포함하는 자동차 후방 설치대의 사시도이다.
도27은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 하이브리드 제어 암의 사시도이다.
도28은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 하이브리드 제어 암의 사시도이다
도29는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 계기판 지지 시스템의 사시도이다.
도30은 도29에 도시된 지지 시스템의 관형 가로 빔의 사시도이다.
도31은 도29에 도시된 지지 시스템의 주 조향 칼럼/계기 클러스터 브래킷의 사시도이다.
도32는 도29에 도시된 지지 시스템의 왼편 장착 브래킷이다.
도33은 도29에 도시된 지지 시스템의 오른편 장착 브래킷이다.
도34는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 범퍼 조립체를 도시하는 분해도이다.
도35는 도34에서 도시된 범퍼 조립체의 관형 부재들에 부착된 도34에서 도시된 범퍼 조립체의 중간 부재를 도시하는 전방 사시도이다.
도36은 도34에서 도시된 범퍼 조립체의 관형 부재들에 부착된 도34에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 전방 확대 사시도이다.
도37은 범퍼 조립체의 다른 실시예를 도시하는 후방 사시도이다.
도38은 도37에서 도시된 범퍼 조립체의 중간 부재에 부착된 도37에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 전방 확대 사시도이다.
도39는 도37에서 도시된 범퍼 조립체의 중간 부재에 부착된 도37에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 후방 확대 사시도이다.
도40은 범퍼 조립체의 다른 실시예를 도시하는 전방 사시도이다.
도41은 도40에서 도시된 범퍼 조립체의 중간 부재에 부착된 도40에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 전방 확대 사시도이다.
도42은 도40에서 도시된 범퍼 조립체의 중간 부재에 부착된 도40에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 후방 확대 사시도이다.
도43은 범퍼 조립체의 다른 실시예를 도시하는 분해도이다.
도44는 도43에서 도시된 범퍼 조립체의 연결 부재에 부착된 도43에서 도시된 범퍼 조립체의 장착 부재를 도시하는 확대 사시도이다.
본 출원은 예컨대 미리 성형된 고강도강 삽입부와 주조 알루미늄을 포함하는 자동차 구조 부품들과 같은 구조적 부품들을 제작하기 위해 반고체 주조 공정을 채택한 주조 방법을 개시한다. 방법은 예컨대 튜브와 같은 미리 성형되고 열처리된 강철 부재를 통상적인 강철 다이 캐스트 다이(die cast die)에 위치시키는 단계, 반고체 알루미늄을 강철 부재의 특정 구역들 둘레에 주조하는 단계, 그리고 상이한 재료들(예, 강철 및 알루미늄)을 포함하는 부품을 생성하는 단계를 포함한다. 이어서 하이브리드 재료(알루미늄/강철) 구조 부품은 주조 알루미늄의 기계적 특성들을 향상시키기 위해 T5 열처리 사양으로 열처리(약 400℉의 상승된 온도에서 인공 시효됨)될 수 있다. 열처리 공정에 이어서, 부품은 통상적인 공정 및 방법들을 사용하여 기계가공되고 조립될 수 있다("강철" 및 "알루미늄"에 대한 참조는 각각 강 철 및 알루미늄을 포함하는 재료들을 포함하고, 다양한 요소들로 제작된 다양한 타입들의 강철 및 알루미늄을 포함하는 의미임을 알 수 있다). 반고체 주조 공정을 사용하여 제작된 알루미늄 주물들은 통상적으로 180 ㎫을 초과하는 적합한 항복 강도를 달성하기 위해 용액 열처리 사이클을 필요로 하지 않는다. 반고체 주물들은 알루미늄 주물을 440℉(220℃)의 온도에 노출시키는 것을 포함하는 인공 시효(T5) 열처리 사이클만으로 180 ㎫을 초과하는 항복 강도를 갖는다.
따라서, 아래에 논의되는 도시된 실시예들에서 기술된 바와 같이 본 출원의 부품들은 약 180 ㎫을 초과하는 주조 알루미늄의 항복 강도과 약 1,300 ㎫을 초과하는 강철 항복 강도를 갖는 주조 알루미늄 및 강철 하이브리드 부품으로부터 제작될 수 있다. 이는 만약 주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품이 알루미늄 용액 열처리 온도(통상적으로 1000℉)에 노출되지 않는다면 달성될 수 있다. 반고체 알루미늄 주조 공정은 알루미늄 용액 열처리 공정 동안 "오버템퍼링(overtempering)"으로부터 기인하는 강철 재료 특성들의 저하를 피하면서, 하이브리드 부품을 T5 인공 시효 열처리(통상적으로 440℉)를 받도록 함으로써 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 얻을 수 있도록 한다. 따라서, 본 출원은 상대적으로 강성이지만 상대적으로 경량인 부품들을 제공하는 장치 및 방법들을 개시한다.
도1을 참조하면, 하이브리드 부품(10)이 본 발명의 실시예에 따라 도시된다. 도시된 실시예에서, 하이브리드 부품(10)은 차량에서 현가장치 암으로 사용될 수 있다. 하이브리드 부품(10)은 강철, 알루미늄 등과 같은 금속 재료로 제작된 관형 부재(12)를 포함한다. 관형 부재(12)는 열처리될 수 있다. 관형 부재(12)는 임의의 통상적인 공정을 사용하여 임의의 소정의 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 관형 부재(12)는 하이드로캐스트(hydrocast) 하이브리드 부품을 형성하는 하이드로포밍(hydroforming) 공정 등을 사용하여 형성될 수 있다. 하이브리드 부품(10)은 또한 알루미늄 다이캐스팅(die casting)으로 제작되고 관형 부재(12)의 길이방향의 대향하는 단부 부분(16)들에 연결되는 실질적으로 동일한 한 쌍의 부착 또는 결합 부재(14)들을 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, "알루미늄"이란 용어는 알루미늄 및 그 합금을 나타낸다. 도2에 도시된 바와 같이, 부싱(18)이 각각의 결합 부재(14) 안으로 압력 끼워맞춤되고 고정될 수 있으며, 슬리브(20)가 부싱(18) 안에 끼워맞춤될 수 있다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 형태는 결합 부재(14)가 관형 부재(12)에 고정되는 방법이다. 구체적으로, 발명은 통상적인 용접 기술을 사용하는 것과 달리 제자리 주조 기술을 사용하여 결합 부재(14)를 관형 부재(12)에 고정하는 방법을 고려한다. 결합 부재(14)를 형성하기 위해 사용된 주조 기술은 예를 들면 고압 알루미늄 다이캐스팅, 저압 영구 주형, 로스트 폼 캐스팅, 스퀴즈 캐스트, 진공 다이캐스트, 반고체 주조 등일 수 있다. 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 관형 부재(12)의 단부 부분(16)들 중 하나 또는 모두가 뭉개짐 또는 조여짐으로 변형되어서 관형 부재(12)의 단부 부분(16)은 제자리 주조 기술 동안 용융된 주물 재료의 관형 부재(12)로의 진입 또는 유입을 방지하고 관형 부재(12)와 각 단부 부분(16) 사이의 임의의 간격을 제거하도록 밀봉된다. 또한, 크러쉬 포밍 공정은 관형 부재(12)의 형상을 비틀고, 따라서 하이브리드 조립체의 비틀림 강도를 증가시킨 다. 또한, 단부 부분(16)은 자체적으로 접혀져서 결합 부재(14)와 관형 부재(12) 사이에 기계적인 잠금 또는 결합을 제공하는 J자 고리 부착 형상부를 형성한다. 이러한 방식으로, 결합 부재(14)는 효과적으로 관형 부재(12)에 고정된다. 또한, J자 고리는 하이브리드 조립체의 인장 강도를 증가시킨다. 또한, 변형된 관형 부재(12)와 결합 부재(14) 사이에 결합 강도를 증가시키기 위해, 한 개 또는 다수의 개구들이 통상적인 드릴, 피어스(pierce) 또는 절삭 공정들을 사용하여 제자리 주조 기술 동안 주조 재료로 채워지는 변형된 관형 부재(12)에 생성될 수 있다.
도면들에서 도시된 관형 부재의 뭉개진 단부들의 형태는 뭉개진 형태의 예들을 제공하지만, 뭉개진 단부들의 형태 및 형상은 암(10)과 같은 부품의 기능적 용도 및 기능 요구사항들에 기초하여 맞춤가능함을 알 수 있다.
도4를 참조하면, 제자리 주조 결합 부재(14)가 관형 부재(12)에 고정되는 발명의 다른 실시예가 도시된다. 구체적으로, 관형 부재(12)는 관형 부재(12)의 단부 부분(16)을 뭉개서 변형되어서 완전히 밀봉하고 제자리 주조 기술 동안 용융된 주조 재료의 관형 부재(12)로의 진입 또는 유입을 방지한다. 또한, 단부 부분(16)은 결합 부재(14)와 관형 부재(12) 사이에 기계적 잠금 또는 결합을 제공하는 Y자 고리 부착 형상부를 형성한다. 이러한 방식으로, 결합 부재(14)는 효과적으로 관형 부재(12)에 고정되고 단부 부분과 관형 부재 사이의 부착이 전류 부식을 일으킬 수 있는 두 요소들 사이의 틈새들 또는 개구들 없이 달성될 수 있다.
도5 내지 도7을 참조하면, 제자리 주조 결합 부재(14)가 관형 부재(12)에 고정되는 발명의 다른 실시예가 도시된다. 도5에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 관형 부재(12)의 단부 부분(16)은 관통되어서 구멍(22)을 형성한다. 또한, 단부 부분(16)은 구멍(26)을 갖는 플러그(24) 또는 컵 형상의 캡 부재를 수용하기 위해 밖으로 약간 확개되어 있다. 관형 부재(12)의 구멍(22)은 플러그(24)가 관형 부재(12)의 단부 부분(16)으로 삽입될 때 플러그(24)에서 구멍(22)과 실질적으로 정렬된다. 플러그(24)는 마찰력(억지끼워맞춤)에 의해, 피어싱 또는 드릴 공정을 통해 또는 중공 슬리브나 핀을 통해 기계적으로 제 위치에 유지될 수 있다. 도시된 실시예에서, 최소한 중공 핀이 채택된다. 구멍들(22,26)이 서로 정렬되면, 핀(28)이 양 구멍들(22,26)을 통해 삽입되어서 플러그(24)를 제 위치에 유지할 수 있다. 도6에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 용융된 알루미늄은 플러그(24) 및 핀(28)으로 흐를 수 있어서 결합 부재(14)를 관형 부재(12)에 효과적으로 고정한다. 도7에서 도시된 바와 같이, 구멍들(22,26) 및 핀(28)은 선택적이고 생략될 수 있음을 알 수 있다. 플러그(24)는 용융된 주조 금속보다 더 높은 용융점을 갖고 압력 주조 공정과 관련된 기계적 결함을 피하기에 충분한 강도를 갖는다. 또한, 플러그는 상기 기술된 바와 같이 단부 부분(16)으로 연장될 수 있고, 또는 플러그는 단부 부분(16)의 바깥 직경 둘레에 연장하도록 구성될 수 있다.
도9 내지 도13을 참조하면, 제자리 주조 결합 부재(14)가 관형 부재(12)에 고정되는 발명의 다른 실시예가 도시된다. 이 실시예에서, 관형 부재(12)의 개방 단부 부분(16)은 회전 스웨징 공정으로 폐쇄되고 밀봉되며, 용융된 재료가 변형된 단부에 주조되어서 결합 부재(14)를 형성한다. 회전 스웨징 공정은 관형 부재(12)의 주연을 망치질하여 캡 부재의 사용 없이 관형 부재(12)의 단부를 변형하고 폐쇄 한다. 또한, 회전 스웨징 공정은 관형 부재(12)에서 비균일 형상 또는 언더컷(undercut)(32)을 형성한다. 비균일 형상(32)은 결합 부재(14)와 관형 부재(12) 사이에 기계적 잠금 또는 결합을 제공하여 결합 부재(14)가 관형 부재(12)로부터 미끄러지는 것을 방지한다. 또한, 비균일 형상(32)은 결합부의 인장 강도를 증가시킨다.
도시된 실시예에서, 회전 스웨징 공정은 또한 도10에 도시된 바와 같이 단부 부분(16)들을 포함하는 관형 부재(12) 위에 예컨대 육각형, 팔각형 등과 같은 비원형 형상을 형성한다. 이는 결합 부재(14)와 관형 부재(12) 사이에 방사상 잠금을 제공하고 결합부의 비틀림 강도를 증가시킨다.
또한, 회전 스웨징 공정은 느슨한 단편 플러그 둘레에 사용되어 관형 부재의 개방 단부에 플러그를 고정할 수 있다. 따라서 낮은 비용과 무게에서 관형 부재의 개방 단부 부분을 폐쇄하게 된다. 또한, 이러한 배열은 큰 직경의 관형 구역들을 폐쇄할 수 있게 한다.
또한, 변형되거나 캡을 갖는 관형 부재와 결합 부재 사이에 결합부의 강도를 증가시키기 위해, 하나 또는 다수의 개구들이 통상적인 드릴, 피어스 또는 절삭 공정들을 사용하여 제자리 주조 기술 동안 주조 재료로 채워지는 관형 부재에 생성될 수 있다.
또한, 변형되거나 캡을 갖는 관형 부재와 결합 부재 사이에 결합부의 강도를 증가시키기 위해, 니켈계 합금이 레이져 증착(DMD), 플라즈마 이행 아크(PTA), 화염용사(oxygen-fuel thermal spray) 공정들과 같은 통상적인 코팅 공정들을 사용하 여 관형 부재의 면에 적용될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 코팅된 관형 부재는 니켈 합금 코팅이 관형 부재의 단부에 적용된 후에 열처리될 수 있다. 니켈계 코팅은 또한 부식 저항성을 증가시킨다.
또한, 결합 부재가 상기 언급된 바와 같이 관형 부재의 단부 부분에 주조되거나 또는 결합 부재가 예컨대 관형 부재의 중간에서와 같이 관형 부재의 주축 또는 길이를 따라 어느 곳이든 주조될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 주조는 관형 부재의 단부들에 한정되지 않는다.
예를 들면, 도14 내지 도19는 단부 부분들(42,44)이 회전 스웨징 공정으로 폐쇄되는 관형 부재(40)의 실시예를 도시한다. 또한, 중간 부분(46)은 회전 스웨징 공정으로 예컨대 육각형과 같은 비원형 형상으로 형성된다(도17 참조). 따라서, 관형 부재(40)는 단지 단부 부분들이 아니라, 다수 영역들에서 비원형 형상을 포함한다. 도시된 바와 같이, 비원형 형상들은 국부적인 영역들에서 형성되고 감소된 단면 영역들을 포함한다. 이러한 배열은 단부 부분들과 다른 영역들에서 결합부들을 추가하는 유연성을 제공한다. 즉, 결합 부재는 부재의 비원형 중간 부분(46) 위로 주조될 수 있다. 또한, 비원형 형상은 기계적 잠금을 제공하여 결합부의 인장 및 압축 강도를 증가시키고, 비원형 형상은 결합부의 비틀림 강도를 증가시킨다.
도20 내지 도24는 스웨징 공정으로 변형된 중간 부분(56)과 단부 부분들(52,54)을 갖는 관형 부재(50)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 단부 부분들(52,54)은 스웨징 공정으로 폐쇄되고, 중간 부분(56)은 예컨대 육각형(도 22 참조)과 같은 비원형 형상을 포함하도록 스웨징 공정에 의해 변형된다.
다른 실시예에서, 하이브리드 부품은 예컨대 스탬핑, 롤 포밍 등의 통상적인 공정으로 형성되는 두 개 이상의 부품들을 갖는 중공 관형 부재를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 부품들은 통상적인 용접 공정들을 사용하여 결합될 수 있다. 또한 관형 부재는 관형 부재의 단부(들)을 폐쇄하기 위해 관형 부재의 하나 또는 양 단부들 위에 예컨대 플랜지와 같은 연장된 구역을 포함할 수 있다. 연장된 구역은 관형 부재의 단부(들)을 폐쇄하기 위해 용접될 수 있다. 관형 부재의 단부(들)을 폐쇄하기 위해 사용된 연장된 구역의 크기는 하나 또는 양 치수들에서 폐쇄 영역보다 더 커서 언더컷 형상부를 생성하고 하이브리드 주조 부품의 "이탈" 강도를 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 관형 부재의 결합 영역은 스탬핑/포밍 공정 동안 형성된 함몰부들을 포함하여 하이브리드 부품의 인장 강도("이탈"력)를 증가시키는 언더컷 형상부를 제공할 수 있다.
또한, 관형 부재는 상기 언급된 바와 같이 중공의 관형/하이드로포밍된 형상들 또는 고체 기하학적 모양들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 결합 부재들은 고체 기하학적 형상 부재의 중간 부분들 및/또는 단부 부분들 위에 주조될 수 있다. 일예가 아이-빔 형상의 주축을 따라 또는 단부(들) 위에 주조 절점들을 가진 아이-빔 형상이다.
본 발명의 하이브리드 부품(10)은 발명의 상기 언급된 실시예들에서 도시된 바와 같이 현가장치 암에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도8에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 부품(10)은 또한 엔진 마운트(30)로서 사용될 수 있다. 또한, 하이브리드 부품은 섀시, 몸체 및 파워 트레인 자동차 부품들에서 사용될 수 있다.
또한, 도25 및 도26은 하이브리드 부품들을 포함하는 자동차 후방 설치대(60,62)의 실시예들을 각각 도시한다. 도시된 바와 같이, 후방 설치대들(60,62) 각각은 관형 부재(61)들과 관형 부재(61)들 위에 주조된 결합 부재(63)들로 형성된다. 후방 설치대들(60,62)은 하이브리드 부품들을 포함하여서 고강도를 유지하는 동시에 비용과 무게 감소에 이르는 구조를 제공한다. 예를 들면, 100% 강철로 구성된 설치대들(60,62)에 유사한 형상을 갖는 설치대는 약 22 Kg의 질량과 약 80 달러의 가격을 갖는다. 100% 알루미늄으로 구성된 설치대들(60,62)에 유사한 형상을 갖는 설치대는 약 15.2 Kg의 질량 및 약 125 달러의 가격을 갖는다. 설치대들(60,62)은 약 47% 알루미늄과 53% 강철로 구성되고, 약 15.6 Kg의 질량과 약 100 달러의 가격을 갖는다.
추가적으로, 도27 및 도28은 각각 하이브리드 제어 암들(64,66)의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제어 암(64)은 상기 논의된 관형 부재(50)(관형 부재(50)는 도27에 도시된 바와 같이 만곡된 형상을 가질 수 있음)에 유사한 관형 부재를 포함하고, 결합 부재(14)들은 단부 부분들 및 중간 부분에서 관형 부재(50) 위에 주조된다. 도시된 바와 같이, 제어 암(66)은 상기 논의된 관형 부재(40)(관형 부재(40)는 도28에 도시된 바와 같이 만곡된 형상을 가질 수 있음)에 유사한 관형 부재를 포함하고, 결합 부재(14)들은 단부 부분 및 중간 부분에서 관형 부재(50) 위에 주조된다.
제어 암(64)은 하이브리드 부품들을 포함하여서 고강도를 유지하는 동시에 비용과 무게 감소에 이르는 구조를 제공한다. 예를 들면, 100% 철로 구성된 제어 암(64)에 유사한 형상을 갖는 제어 암은 약 6.2 Kg의 질량과 약 11 달러의 가격을 갖는다. 100% 알루미늄으로 구성된 제어 암(64)에 유사한 형상을 갖는 제어 암은 약 2.4 Kg의 질량과 약 13.50 달러의 가격을 갖는다. 제어 암(64)은 35% 알루미늄과 65% 강철로 구성되고, 약 2.7 Kg의 질량과 약 11.80 달러의 가격을 갖는다.
유사하게, 제어 암(66)은 하이브리드 부품들을 포함하여서 고강도를 유지하는 동시에 비용과 무게 감소에 이르는 구조를 제공한다. 예를 들면, 100% 강철로 구성된 제어 암(66)에 유사한 형상을 갖는 제어 암은 약 4.13 Kg의 질량을 갖는다. 45% 알루미늄과 55% 강철로 구성되고 알루미늄 주물과 강철 부착부들로 형성되는 제어 암(66)에 유사한 형상을 갖는 제어 암은 약 2.4 Kg의 질량과 약 12.50 달러의 가격을 갖는다. 제어 암(66)은 약 33% 알루미늄과 67% 강철로 구성되고, 약 2.13 Kg의 질량과 약 11.50 달러의 가격을 갖는다.
도29 내지 도33은 하이브리드 부품들을 포함하는 계기판 지지 시스템(70)을 도시한다. 구체적으로, 계기판 지지 구조 시스템(70)은 관형 가로 빔(72), 주 조향 칼럼/계기 클러스터 브래킷(74), 왼편 장착 브래킷 및 오른편 장착 브래킷들(76,78)을 포함한다. 장착 브래킷들(76,78)은 차량 안에 지지 시스템(70)을 장착하도록 구성되고, 주 조향 칼럼/계기 클러스터 브래킷(74)은 예컨대 조향 칼럼, 계기판, 콘솔 마운트, 글러브 박스 마운트 등과 같은 다수의 차량 부품들을 장착하도록 구성된다. 계기판 지지 시스템(70)은 브래킷들(74,76,78)이 예컨대 알루미늄 합금으로부터 가로 빔(72) 위에 직접 성형되도록 구성된다.
도30에서 도시된 바와 같이, "주조" 브래킷들이 가로 빔(72) 위에 포함되기 때문에, 가로 빔(72)은 예컨대 강철 관 같은 단일 직경 관과 예컨대 돌출부(73)들과 같은 회전 방지 도구들로 형성된다. 또한, 가로 빔(72)은 예컨대 알루미늄 합금과 같은 주조 재료가 가로 빔(72)에 들어가는 것을 방지하는 캡 도구들을 포함할 수 있다.
도31 내지 도33에서 도시된 바와 같이, 브래킷(74,76,78) 각각은 다수 부품 부착 요소들을 가진 일체형 구조를 형성한다. 부착 요소들을 단일 구조로 조합함으로써, 부품들의 수가 감소될 수 있다. 브래킷(74,76,78) 각각은 예컨대 알루미늄 합금과 같은 경량의 재료로부터 가로 빔(72) 위에 직접 성형된다. 이러한 배열은 브래킷들(74,76,78) 각각이 예컨대 알루미늄의 더 가벼운 질량 특성들 때문에 강철 부품 부착 브래킷들의 조합보다 작은 질량을 갖도록 한다. 브래킷들(74,76,78)의 벽 두께는 강철보다 더 두껍게 주조될 수 있고 따라서 보다 강성의 브래킷을 제공한다. 또한, 브래킷들(74,76,78)이 가로 빔(72) 위에 주조되면서, 용접 공정들이 감소될 수 있고 이는 제작의 복잡성을 감소시킨다. 이는 부품 비틀림을 감소시킬 것이다. 추가적으로, 모든 브래킷들(74,76,78)이 브래킷 간의 일관된 치수 일체성을 가능하게 하는 공통된 공정에서 가로 빔(72) 위에 성형될 수 있다. 브래킷들(74,76,78)의 소음및진동(NVH) 품질이 또한 향상된다.
본 발명은 발명의 상기 언급된 실시예들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 주 몸체(12) 및 결합 부재(14)는 압출된 물품, 주물, 철 재료들 또는 다른 금속 재료 들, 또는 합성수지로 제작될 수 있다. 또한, 본 발명은 차량의 하이브리드 부품(10)의 사용에 한정되지 않는다.
본 발명의 하이브리드 부품(10)은 제작자가 결합 부재(14)를 위해 알루미늄 등과 같은 상대적으로 보다 비싼 재료를 사용하는 반면, 관형 부재(12)를 위해 강철 등과 같은 덜 비싼 재료들을 사용할 수 있게 하여서, 전체적으로 알루미늄으로 제작된 통상적인 부품들에 비할 때 하이브리드 부품(10)의 가격을 감소시킨다. 그러나, 요구된다면 하이브리드 부품(10) 전체가 알루미늄 등으로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 성질상 단지 예시적이며, 본 발명의 원리는 많은 상이한 방법들로 실행될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 원리는 예시적 실시예들에서 도시된 J자 고리 또는 Y자 고리 형상 이외에 X자 고리, T자 고리 등과 같은 임의의 타입의 부착 형상으로 실행되어서 관형 부재에 결합 부재를 효과적으로 고정할 수 있다.
상기 공개된 방법들에 더하여, 관형 부재(12)와 결합 부재(14) 사이 틈새를 없애기 위해 상기 언급된 방법들과 함께 다른 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 관의 면은 전류 부식을 일으킬 수 있는 임의의 틈새들을 없애기 위해 "결합 영역"에서 주조 공정 전 또는 후에 코팅될 수 있다. 또 다른 예는 캐스팅 다이가 폐쇄될 때와 금속 주조 공정 동안에 관형 부재의 바깥 면에 압력을 가하여, 탄성 범위 내에서 관형 부재의 물리적 치수를 효과적으로 감소시키는 것이다. 캐스팅 다이가 개방될 때, 관형 부재 위의 압축력이 제거되고 관은 캐스팅의 구속 이내에서 팽창하여서, 관형 부재와 캐스팅 사이의 "간격"을 최소화하고, 전류 부식을 일으킬 수 있는 임의의 틈새를 없앤다. 다른 예는 전류 부식을 일으킬 수 있는 임의의 틈새를 없애기 위해 관형 부재와 주조 금속을 금속적으로 접착하는 것이다. 접착제는 용사 공정을 사용하여 적용될 수 있다. 분사될 수 있는 금속적으로 친화적인 재료의 예들은 아연계, 구리계 및 니켈계 합금들을 포함한다.
본 명세서에서 기술된 본 출원의 실시예들은 현저한 무게 및 비용 이익을 산출할 수 있는 주조 연결부 또는 부착 지점들을 가진 하나 이상의 고강도 관(들) 또는 하이드로포밍된 부품들을 포함하는 하이브리드 "하이드로캐스트"를 제작하는 개념을 채택한다. 무게 절감은 관형 구조에 내재하는 높은 강도 대 무게비와 주강 합금들의 경량, 기계가공성, 준정형 및 연성을 활용함으로써 실현될 수 있다. 열처리를 필요로 하지 않거나 단지 시효 경화만을 필요로 하는 공정들과 고강도 주조 합금들을 사용하면 에너지 절감을 통하여 가격 절감 가능성이 제공된다.
본 발명의 실시예들의 주조 방법들은 미리 성형된 고강도강 삽입부와 주조 알루미늄을 포함하는 예컨대 자동차 구조 부품들과 같은 구조 부품들을 제작하기 위해 반고체 주조 공정을 채택할 수 있다. 방법은 미리 성형되고 열처리된 강철 관을 통상적인 강철 다이 캐스트 다이에 위치시키는 단계, 반고체 알루미늄을 미리 성형된 강철 관의 특정 구역들 둘레에 주조하는 단계, 그리고 상이한 재료들(강철 및 알루미늄)을 포함하는 부품을 생성하는 단계를 포함한다. 이어서 하이브리드 재료(알루미늄/철) 구조 부품은 주조 알루미늄의 기계적 특성들을 향상시키기 위해 T5 열처리 사양으로 열처리(약 400℉의 상승된 온도에서 인공 시효됨)될 수 있다. 열처리 공정에 이어서, 부품은 통상적인 공정과 방법들을 사용하여 기계가공되고 조립될 수 있다.
반고체 주조를 위해 공통으로 사용되는 주조 알루미늄 재료들은 통상적으로 150 ㎫을 초과하는 항복 강도를 갖는 재료들을 포함한다. 자동차의 구조적인 용도를 위한 통상적인 주조 알루미늄 재료들은 알루미늄, 실리콘 및 마그네슘 요소들(AlSiMg 356 합금)과 알루미늄, 실리콘, 구리 및 마그네슘 요소들(AlSiCuMg 357 합금)을 포함한다. 소정의 기계적 특성들은 T6 또는 T7 열처리로서 언급되는 용액 열처리 및 인공 시효에 의해 달성된다. 용액 열처리 공정은 대략 1,000℉(538℃)로 알루미늄을 가열하고 이어서 물 담금하고 440℉(220℃)의 온도에서 인공 시효하는 단계를 포함한다. 반고체 주조 공정을 사용하여 제작된 알루미늄 주물들은 통상적으로 180 ㎫을 초과하는 적합한 항복 강도를 달성하기 위해 용액 열처리 사이클을 필요로 하지 않는다. 반고체 주물들은 알루미늄 주물을 440℉(220℃)의 온도에 노출시키는 단계를 포함하는 인공 시효(T5) 열처리 사이클 만으로 180 ㎫을 초과하는 항복 강도를 갖는다.
하이브리드 재료 주물의 미리 성형된 강철 부품은 1,300 ㎫의 최소한의 항복 강도를 갖는 초고강도강(UHSS), 붕소강 또는 스테인레스강일 수 있다. 강철 부품과 관련된 항복 강도는 열처리 담금질 및 뜨임에 의해 달성될 수 있다. 알루미늄 용액 열처리 온도에 통상적인 1,000℉의 상승된 온도에 강철 부품의 노출하면 1,300 ㎫ 설계 지침 아래로 항복 강도가 현저히 감소하게 된다.
등급 설명 항복 강도 400℉ 항복 강도 1,000℉
15B21 붕소강 840 ㎫ 1,340 ㎫
4130 초고강도강 1,860 ㎫ 1,160 ㎫
4340 초고강도강 1,670 ㎫ 1,050 ㎫
420 스테인레스강 1,300 ㎫ 1,000 ㎫
약 180 ㎫를 초과하는 주조 알루미늄의 항복 강도와 약 1,300㎫를 초과하는 강철 항복 강도를 갖는 주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품을 제작하는 것은 주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품이 알루미늄 용액 열처리 온도(통상적으로 1,000℉ )에 노출되지 않는다면 가능하다. 반고체 알루미늄 주조 공정은 알루미늄 용액 열처리 공정 동안 "오버템퍼링(overtempering)"으로부터 기인하는 강철 재료 특성들의 저하를 피하면서, 하이브리드 부품을 T5 인공 시효 열처리(통상적으로 440℉)를 받도록 함으로써 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 얻을 수 있도록 한다.
종래의 알루미늄 주조 방법들은 180 ㎫를 초과하는 항복 강도를 실현하기 위해 T6 용액 열처리(1,000℉), 담금질 및 인공 시효(400℉)를 필요로 한다. 고강도강을 1,000℉의 온도에 노출하는 것은 1,300 ㎫ 이하 수준으로 항복 강도를 감소시킨다. 따라서, 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 주조 알루미늄 합금과 1,300 ㎫를 초과하는 항복 강도를 갖는 강철 부품으로 구성된 알루미늄/강철 하이브리드 구조품을 제작하기 위하여 종래의 주조 방법들을 사용하는 것은 불가능하다. 강철을 T5 인공 시효 열처리만 받도록 함으로써 반고체 주조 공정을 사용하여 주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품을 제작하는 것이 가능하다.
주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품이 종래의 주조 공정들을 사용하여 제작되고 강철이 1,000℉의 용액 열처리 온도를 받게 된다면, 강철 부품의 단면 크기는 열처리 공정에 의해 부여된 항복 강도의 감소를 보상하기 위해서 비례적으로 증가되어야만 한다. 이러한 단면 크기의 증가는 강철 부품의 비용과 무게 증가에 이를 수 있고, 이는 주조 알루미늄 하이브리드 부품을 제작하는 이점을 상쇄시킨다.
주조 알루미늄/강철 하이브리드 부품이 종래의 주조 공정들을 사용하여 제작되고 주조 알루미늄이 단지 440℉의 인공 시효 열처리 온도만 받게 된다면, 알루미늄 부품의 단면 크기는 T5 열처리 공정에 의해 얻어진 항복 강도를 보상하기 위해서 비례적으로 증가되어야만 한다. 이러한 단면 크기의 증가는 알루미늄 부품의 비용과 무게 증가에 이르고, 이는 주조 알루미늄 하이브리드 부품을 제작하는 이점을 상쇄시킨다.
도34 내지 도44는 본 명세서에서 논의된 바와 같이 반고체 주조를 채택할 수 있는 발명의 추가적인 실시예들을 도시한다. 도34 내지 도36은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 차량(112)을 위한 범퍼 조립체(100)를 도시한다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 범퍼 조립체(100)는 범퍼 조립체의 총중량을 줄이기 위해 더 가벼운 재료들과 강철과 같은 더 무거운 재료들을 조합하여 사용하는 범퍼 조립체의 한 예를 도시한다. 범퍼 조립체(100)는 차량(112)의 전방 단부 또는 후방 단부 중 어느 한쪽에서 차량(112)의 스페이스 프레임(114)에 장착되도록 구성된다. 범퍼 조립체(100)는 임의의 적절한 차량에 활용될 수 있다. 선행 기술 차량 스페이스 프레임의 예는 본 명세서에서 참조로서 통합되는, 예켈 등에 의한 미국 특허 제6,092,865호에서 공개된다.
범퍼 조립체(100)의 주 부품들은 길이방향으로 연장하는 관형 부재들 (116,118), 관형 부재들(116,118)에 부착된 제1 및 제2 장착 부재들(120,122), 관형 부재들(116,118)에 부착되고 관형 부재들(116,118) 사이에서 연장되는 중간 부재(124) 그리고 관형 부재들(116,118)에 부착된 충격 흡수 도구(126)이다. 관형 부재들(116,118)과 중간 부재(124)는 차량(112)을 충격으로부터 보호하도록 구성된 범퍼 부재(128)를 함께 구성할 수 있다.
도시된 실시예에서, 제1 및 제2 장착 부재들(120,122)은 이격되어 떨어진 관계에서 관형 부재들(116,118)에 견고하게 장착되어서 관형 부재들(116,118)이 제1 및 제2 장착 부재들(120,122) 사이에서 연장하도록 한다. 또한, 제1 및 제2 장착 부재들(120,122)은 관형 부재들(116,118)과 차량(112)의 스페이스 프레임(114) 사이에 위치된다. 충격 흡수 도구(126)는 관형 부재들(116,118)의 다른 면위에 견고하게 장착되고 범퍼 조립체(100)의 길이를 따라 연장된다. 범퍼 조립체(100)는 장착 부재들(120,122) 각각을 스페이스 프레임(114)에 견고하게 장착함으로써 차량(112)의 스페이스 프레임(114)에 장착된다. 사용시에, 충격 흡수 도구(126)는 전방 단부 또는 후방 단부 충돌 동안의 충돌력을 받기 위해 위치된다. 충격 흡수 도구(126)는 충돌 동안 붕괴되어서 에너지를 분산시키고 따라서 범퍼 부재(128)(관형 부재들(116,118) 및 중간 부재(124))와 스페이스 프레임(114)에 전달되는 충돌력의 크기를 감소시킨다. 선행 기술 범퍼 조립체의 예들은 이반스에 의한 미국 특허 제6,663,150호와 바이센보른 등에 의한 미국 특허 제6,672,635호에서 개시되고, 본 명세서에서 둘 다 전체 내용이 참조로 통합된다.
도시된 실시예에서, 범퍼 조립체(100)는 장착 부재들(120,122)이 강철이 아 닌 알루미늄으로 구성되도록 구성된다. 더 가벼운 장착 부재들(120,122)을 사용함으로써, 범퍼 조립체(100)의 무게는 통상적인 범퍼 조립체들에 대하여 현저하게 감소한다. 실시예들에서, 범퍼 조립체의 무게는 통상적인 범퍼 조립체들에 비해 약 45% 덜 나간다. 추가적으로, 알루미늄 장착 부재들(120,122)이 또한 제작 단가를 감소시킨다.
또한, 다른 차량들을 위해 범퍼 조립체(100)를 개조하기 위해, 제작자는 간단히 장착 부재들(120,122)을 개조하여 차량의 특정한 범퍼 장착 배열에 대응시킬 수 있다. 이는 관형 부재들(116,118), 중간 부재(124) 및 충격 흡수 도구(126)가 공통 부품들로 남을 수 있게 한다. 따라서, 다른 차량들을 위한 장착 부재들(120,122)의 호환성이 제작 공정을 단순화하고 제작 단가를 감소시킨다.
도시된 바와 같이, 관형 부재들(116,118)은 두 개의 실질적으로 평행한 관형 부재들을 포함한다. 관형 부재들(116,118) 각각은 대체로 원형 단면 형성을 갖는다. 또한, 관형 부재들(116,118) 각각은 강철로 형성되고 중공 또는 중실 구조를 가질 수 있다. 그러나, 관형 부재들(116,118) 각각은 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 또한, 요구된다면 임의의 수의 관형 부재들이 채택될 수 있다.
관형 부재들(116,118)은 굴곡되어서 각각의 관형 부재(116,118)에 대향하는 단부 부분들(130,132)과 단부 부분들(130,132) 사이에서 연장하는 중심에 배치된 중간부(134)를 제공한다. 관형 부재들(116,118)은 굴곡되어서 범퍼 조립체(100)에 길이방향 곡률을 부여한다. 관형 부재들(116,118)은 예컨대 롤 포밍, 하이드로포밍과 같은 임의의 적절한 방법으로 소정의 형상으로 굴곡될 수 있다. 하이드로포 밍 공정의 추가적 세부 사항들은 본 명세서에서 참조로 통합되는 예켈에 의한 미국 특허 제6,092,865호에서 제공된다. 또한, 관형 부재들(116,118)은 길이와 길이방향 곡률이 다양하여서 다양한 차량 폭과 윤곽에 맞출 수 있다.
장착 부재들(120,122)은 알루미늄으로 구성되고 장착 부재들(120,122) 각각은 두 개의 관형 부재들(116,118)의 각각의 단부를 완전히 캡슐로 감싼다. 구체적으로, 장착 부재(120)는 관형 부재들(116,118)의 단부 부분(130)들을 완전히 캡슐로 감싸고, 관형 부재(122)는 관형 부재들(116,118)의 대향하는 단부 부분(132)들을 완전히 캡슐로 감싼다. 도시된 실시예에서, 장착 부재들(120,122)은 관형 부재들(116,118) 위에 주조됨으로써 관형 부재들(116,118)을 캡슐로 감싼다. 즉, 범퍼 조립체(100)를 제작할 때, 강철 관형 부재들(116,118)이 먼저 형성되고, 알루미늄 장착 부재(120)가 관형 부재들(116,118)의 단부 부분(130)들 위에 주조되고, 알루미늄 장착 부재(122)가 관형 부재들(116,118)의 대향하는 단부 부분(132)들 위에 주조된다. 그러나, 장착 부재들(120,122)은 용접과 같은 임의의 다른 적절한 방법으로 관형 부재들(116,118)에 부착될 수 있다.
도36에서 도시된 바와 같이, 장착 부재(120,122) 각각은 관형 부재들(116,118)을 차량 스페이스 프레임(114)에 장착하도록 구성된 상하 장착 판들(136,138)을 제공하는 브래킷 형태이다. 도시된 실시예에서, 장착 판들(136,138) 각각은 예컨대 결합구에 의해 장착 부재(120,122) 각각을 스페이스 프레임(114)에 장착하기 위한 하나 이상의 개구(140)들을 포함한다. 그러나, 장착 부재들(120,122)은 예컨대 용접과 같은 임의의 다른 적절한 방법으로 스페이스 프레임 (114)에 고정될 수 있다. 또한, 장착 부재들(120,122)은 차량(112)에 연결을 용이하게 하기 위해 임의의 다른 적절한 구조를 가질 수 있다.
중간 부재(124)는 예컨대 강철, 플라스틱 복합물 등과 같은 임의의 적절한 재료로 구성되고, 관형 부재들(116,118)의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장할 수 있다. 중간 부재(124)는 굴곡되어서 중간 부재(124)에 상하 장착 부분들(142,144)을 제공한다. 중간 부재(124)는 또한 굴곡되어서 관형 부재들(116,118)의 길이방향 곡률에 대응하는 길이방향 곡률을 중간 부재(124)에 부여한다. 중간 부재(124)는 관형 부재들(116,118)에 부착되어서 상부 장착 부분(142)은 관형 부재(116)와 결합하고 하부 장착 부분(144)은 관형 부재(118)와 결합한다. 중간 부재(124)는 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법으로 관형 부재들(116,118)에 고정될 수 있다. 중간 부재(124)는 강성을 부가하고 관형 부재들(116,118)을 강화한다. 또한, 중간 부재(124)는 관형 부재들(116,118)에 전달되는 하중을 분산시킨다.
도시된 실시예에서, 충격 흡수 도구(126)는 예컨대 발포체와 같은 비금속 재료로 구성된다. 충격 흡수 도구(126)는 범퍼 조립체(100)의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장하여서 관형 부재들(116,118), 중간 부재(124) 및 장착 부재들(120,122)을 덮는다. 충격 흡수 도구(126)는 예컨대 결합구, 용접 등의 임의의 적절한 방법으로 관형 부재들(116,118) 및/또는 중간 부재(124)에 견고하게 장착될 수 있다. 충격 흡수 도구(126)는 또한 관형 부재들(116,118)의 길이방향 곡률에 대응하는 길이방향 곡률로 형성된다. 사용시에, 충격 흡수 도구(126)는 차량 충돌 동안에 관형 부재들(116,118), 중간 부재(124) 및 스페이스 프레임(114)에 전달되 는 에너지를 분산시킨다.
도37 내지 도39는 범퍼 조립체(200)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 범퍼 조립체(200)는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재(228), 강철 범퍼 부재(228)의 한 면에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(220,222) 및 강철 범퍼 부재(228)의 대향하는 면에 부착된 충격 흡수 도구(226)를 포함한다.
도시된 실시예에서, 제1 및 제2 장착 부재들(220,222)은 이격되어 떨어진 관계로 범퍼 부재(228)에 견고하게 장착되어서 범퍼 부재(228)는 제1 및 제2 장착 부재들(220,222) 사이에서 연장한다. 또한, 제1 및 제2 장착 부재들(220,222)은 범퍼 부재(228)와 차량 스페이스 프레임 사이에 위치된다. 범퍼 조립체(200)는 장착 부재(220,222) 각각을 스페이스 프레임에 견고하게 장착함으로써 차량의 스페이스 프레임에 장착된다. 사용시에, 충격 흡수 도구(226)는 전방 단부 또는 후방 단부 충돌 동안의 충돌력을 받기 위해 위치된다. 충격 흡수 도구(126)는 충돌 동안 붕괴되어서 에너지를 분산시키고 따라서 범퍼 부재(228)와 차량의 스페이스 프레임에 전달되는 충돌력의 크기를 감소시킨다.
범퍼 부재(228)는 바람직하게는 예컨대 고강도강과 같은 판금의 연장된 단편으로부터 형성된다. 판금은 굴곡되어서 대향하는 단부 부분들(230,232)을 가진 일체형 범퍼 부재(228)와 단부 부분들(230,232) 사이에서 연장하는 중심에 배치된 중간부(234)를 제공한다. 또한, 판금은 굴곡되어서 범퍼 부재(228)에 길이방향 곡률을 부여한다. 판금은 예컨대 롤 포밍, 스탬핑, 핫 스탬핑, 하이드로포밍과 같은 임의의 적절한 방법으로 소정의 형상의 범퍼 부재(228)로 굴곡될 수 있다. 하이드로포밍 공정의 추가적인 세부 사항들은 본 명세서에서 참조로 통합되는 예켈에 의한 미국 특허 제6,092,865호에서 제공된다. 또한, 범퍼 부재(228)는 길이와 길이방향 곡률이 다양하여서 다양한 차량 폭과 윤곽에 맞출 수 있다.
범퍼 부재(228)의 중간 부분(234)과 단부 부분들(230,232)은 상호협동하여 상부 벽(250)과 하부 벽(252)과 상하부 벽들(250,252) 사이의 중간 벽(254)을 형성한다. 도38에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 개구(256)들이 범퍼 부재(228)를 충격 흡수 도구(226)와 장착 부재들(220,222)에 장착하기 위해 중간 벽(254)에 제공된다. 추가적으로, 브래킷들 및/또는 보강 부재(258)들이 범퍼 부재(228)에 강성/강화를 더하기 위해 예컨대 용접에 의해 상하부 벽들(250,252) 사이에 부착된다. 예를 들면, 도37은 범퍼 부재(228)의 중간 부분(234)에서 브래킷/보강 부재(258)들을 도시한다.
제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(220,222)은 범퍼 빔(228)과 개별적으로 형성되고 범퍼 빔에 견고하게 부착된다. 도시된 실시예에서, 장착 부재들(220,222)은 단부 부분들(230,232) 사이에서 범퍼 빔(228)의 중간 부분(234)에 부착된다. 장착 부재(220,222) 각각은 장착 판들(260,262)과 장착 판들(260,262) 사이에 연결 벽들(264,266)을 제공하는 장착 브래킷의 형태이다. 각각의 장착 부재(220,222)의 장착 판(260)은 차량 스페이스 프레임에 장착하도록 구성되고, 장착 판(262)은 범퍼 부재(228)의 중간 벽(254)에 장착하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 장착 판들(260,262)은 예컨대 결합구에 의해 장착하기 위한 하나 이상의 개구(268)들을 포함한다. 그러나, 장착 판들(260,262)은 예컨대 용접과 같은 임의의 다른 적절한 방법으로 제 위치에 고정될 수 있다. 또한, 장착 부재들(220,222)은 차량과 범퍼 부재(228)에 연결을 용이하게 하기 위해 임의의 다른 적절한 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(220,222)은 예컨대 압출과 같은 임의의 적절한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 알루미늄 부재들(220, 222)은 알루미늄 부분과 강철 부분으로 형성될 수 있다. 또한, 알루미늄 장착 부재들(220,222)은 부식을 방지하기 위해 강철 범퍼 부재(228)에 연결된다. 예를 들면, 부재들(220,222,228)은 부식방지 재료로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 장착 부재들(220,222)은 충돌력을 흡수하고 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성된 크러쉬 캔들과 같은 다른 구조 부재들일 수 있다. 예를 들면, 장착 부재(220,222) 각각의 연결 벽들(264,266)은 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 알루미늄 부재들은 강철보다 가벼운 임의의 적절한 재료(또는 범퍼에 강도를 제공하기 위해 사용되는 더 강한 재료)로 제작될 수 있고 강철과 같은 더 강한 재료의 범퍼 조립체의 다른 요소들을 유지하면서 무게를 감소시키기 위해 더 가벼운 재료로 제작될 수 있는 범퍼 조립체의 임의의 요소로서 형성될 수 있다.
충격 흡수 도구(226)는 예컨대 발포체와 같은 비금속 재료로부터 구성된다. 충격 흡수 도구(226)는 범퍼 부재(228)의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장된다. 충격 흡수 도구(226)는 예컨대 결합구 또는 용접 등의 임의의 적절한 방법으로 범퍼 부재(228)에 견고하게 장착될 수 있다. 충격 흡수 도구(226)는 또한 범퍼 부재(228)의 길이방향 곡률에 대응하는 길이방향 곡률로 형성된다. 사용시에, 충격 흡 수 도구(226)는 차량 충돌 동안에 범퍼 부재(228)와 스페이스 프레임에 전달되는 에너지를 분산시킨다.
도40 내지 도42는 범퍼 조립체(300)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 범퍼 조립체(300)는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재(328), 강철 범퍼 부재(328)의 한 면에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(320,322) 및 강철 범퍼 부재(328)의 대향하는 면에 부착된 충격 흡수 도구(326)를 포함한다.
범퍼 조립체(300)는 범퍼 조립체(200)와 실질적으로 유사하다. 대조적으로, 장착 부재들(320,322)은 다른 형상을 갖고 범퍼 부재(328)의 단부 부분들(330,332)에 부착된다.
제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(320,322)은 범퍼 빔(328)과 개별적으로 형성되고 견고하게 부착된다. 도시된 실시예에서, 장착 부재들(320,322)은 범퍼 빔(328)의 대향하는 단부 부분들(330,332)에 부착된다. 구체적으로, 도41에서 도시된 바와 같이, 장착 부재(320,322)의 일 부분이 각각의 단부 부분(330,332)에 부착되고 장착 부재(320,322)의 남은 부분은 각각의 단부 부분(330,332)을 지나서 연장하도록 장착 부재(320,322) 각각은 범퍼 부재(328)에 부착된다. 따라서, 범퍼 빔(328)은 장착 영역에 짧게 절단되어서 장착 부재들(320,322)의 바깥 부착 지점들의 내부에 위치된다.
각각의 장착 부재(320,322)는 관형 부분(380)과 관형 부분으로부터 연장하는 상하 장착 판들(382,384)을 제공하는 장착 브래킷의 형태이다. 각각의 장착 부재 (320,322)의 상하 장착 판들(382,384)은 차량 스페이스 프레임에 장착하도록 구성되고, 관형 부분(380)은 범퍼 부재(328)에 장착하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 상하 장착 판들(382,384)은 예컨대 결합구에 의해 스페이스 프레임에 장착하기 위한 하나 이상의 개구(386)들을 포함한다. 그러나, 장착 판들(382,384)은 예컨대 용접과 같은 임의의 다른 적절한 방법으로 스페이스 프레임에 고정될 수 있다. 관형 부분(380)은 범퍼 부재(328)의 상부, 하부 및 중심 벽들(350,352,354)로 형성되는 공간 내에 수용된다. 관형 부분(380)은 용접 또는 임의의 다른 적절한 방법으로 벽들(350,352,354)에 고정될 수 있다. 또한, 장착 부재들(320,322)은 차량과 범퍼 부재(328)에 연결을 용이하게 하기 위해 임의의 다른 적절한 구조를 가질 수 있다.
장착 부재들(220,222)과 유사하게, 장착 부재들(320,322)은 예컨대 압출과 같은 임의의 적절한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 장착 부재들(320,322)은 알루미늄 부분과 강철 부분으로 형성될 수 있다. 또한, 장착 부재들(320,322)은 부식을 방지하기 위해 강철 범퍼 부재(328)에 연결된다. 예를 들면, 부재들(320,322,328)은 부식방지 재료로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 장착 부재들(320, 322)은 충돌력을 흡수하고 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성된 크러쉬 캔들일 수 있다. 예를 들면, 장착 부재(320,322) 각각의 관형 부분(380)은 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성될 수 있다.
도43 및 도44는 범퍼 조립체(400)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 범퍼 조립체(400)는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재(428), 강철 범퍼 부재(428)의 한 면에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(420,422) 및 강철 범퍼 부재(428)의 대향하는 면에 부착된 충격 흡수 도구(426)를 포함한다. 추가적으로, 브래킷들 및/또는 보강 부재(458)들이 범퍼 부재(428)에 강성/강화를 더하기 위해 예컨대 용접에 의해 범퍼 부재(428)에 부착된다.
범퍼 조립체(400)는 범퍼 조립체(200)와 실질적으로 유사하다. 대조적으로, 장착 부재들(420,422)은 다른 형상을 갖고, 예컨대 강철과 같은 더 무거운 재료같은 다른 재료로 형성된 연결 부재들(490,492)과 범퍼 부재(428)의 단부 부분들(430,432)에 부착된다. 따라서, 도44에 도시된 바와 같이 브래킷(420)과 부재(490)로 형성된 장착 브래킷 조립체(472)와 브래킷(422)과 부재(492)로 형성된 장착 브래킷 조립체(474)는 스페이스 프레임에 범퍼 조립체(400)를 부착하기 위해 사용될 수 있다.
제1 및 제2 알루미늄 장착 부재들(420,422)은 범퍼 빔(428)과 개별적으로 형성되고 연결 부재들(490,492)에 의해 범퍼 빔(428)의 대향하는 단부 부분들(430,432)에 견고하게 부착된다. 각각의 장착 부재(420,422)는 상하 장착 판들(482,484)과 상하 장착 판들(482,484) 사이에서 연장하는 연결 판(485)을 제공하는 장착 브래킷의 형태이다. 각각의 장착 부재(420,422)의 상하 장착 판들(482,484)은 차량 스페이스 프레임에 장착하도록 구성되고, 연결 판(485)은 각각의 연결 부재(490,492)에 장착하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 상하 장착 판들(482, 484)은 예컨대 결합구에 의해 스페이스 프레임에 장착하기 위한 하나 이상의 개구 (486)들을 포함한다. 그러나, 장착 판들(482,484)은 예컨대 용접과 같은 임의의 다른 적절한 방법으로 스페이스 프레임에 고정될 수 있다. 연결 판(485)은 예컨대 용접에 의해 각각의 연결 부재(490,492)의 연결 벽(494)에 부착된다. 연결 부재(490,492)는 또한 용접 또는 임의의 적절한 방법으로 범퍼 부재(428)의 상하부 벽들(450,452)에 고정되는 상하부 벽들(496,498)을 포함한다. 또한, 장착 부재들(420,422)과 연결 부재들(490,492)은 차량과 범퍼 부재(428)에 연결을 용이하게 하기 위해 임의의 다른 적절한 구조를 가질 수 있다.
장착 부재들(220,222,320,322)과 유사하게, 장착 부재들(420,422)은 예컨대 압출과 같은 임의의 적절한 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 장착 부재들(420, 422)은 알루미늄 부분과 강철 부분으로 형성될 수 있다. 또한, 장착 부재들(420, 422)은 부식을 방지하기 위해 강철 범퍼 부재(428)에 연결된다. 예를 들면, 부재들(420,422,428)은 부식방지 재료로 코팅될 수 있다. 추가적으로, 장착 부재들(420,422)은 충돌력을 흡수하고 미리 정해진 방식으로 변형하도록 구성된 크러쉬 캔들일 수 있다.
본 명세서에서 도시된 범퍼 조립체들은 범퍼 조립체의 총중량을 줄이기 위해 더 가벼운 재료들과 함께, 강철과 같은 더 무거운 재료들의 조합을 사용하는 범퍼 조립체의 일부 예들을 도시한다. 도시된 실시예에서, 더 가벼운 재료는 알루미늄이고 더 무거운 재료는 강철이다. 필요하다면 다른 재료들이 사용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 더 가벼운 재료는 주로 장착 브래킷들과 같은 더 무거운 재료를 위한 부착물들의 형태로 도시된다. 그러나, 더 가벼운 재료는 범퍼 조립체의 임의 의 요소일 수 있고, 예를 들면, 더 가벼운 재료는 패널들 또는 크러쉬 캔들 같은 것들로 사용될 수 있다.
본 발명이 특정한 실시예들과 관련하여 구체적으로 기술되었지만, 이는 예시를 위한 것이고 한정적이지 않으며, 첨부된 청구항들의 범위는 선행 기술이 허용하는 한 광범위하게 해석됨을 알 수 있다.

Claims (25)

  1. 고강도강으로 형성된 강철 부재와,
    상기 강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 상기 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 상기 강철 부재의 부분 상에 주조된 주조 결합 부재를 포함하는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강철 부재는 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖고, 상기 주조 결합은 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 하이브리드 부품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 강철 부재가 관형 부재인 하이브리드 부품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합 부재가 주조되는 상기 강철 부재의 상기 부분이 상기 관형 부재의 단부 부분인 하이브리드 부품.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단부 부분이 상기 강철 부재로부터 멀어지며 밖으로 연장하는 굴곡된 구역들을 포함하는 하이브리드 부품.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단부 부분이 비원형 단면을 갖는 구역을 포함하는 하이브리드 부품.
  7. 제3항에 있어서, 상기 결합 부재가 주조되는 상기 강철 부재의 상기 부분이 상기 관형 부재의 중간 부분인 하이브리드 부품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 중간 부분이 비원형 단면을 갖는 구역을 포함하는 하이브리드 부품.
  9. 이격된 가로 부재들에 의해 고정되는 한 쌍의 이격된 레일들을 갖는 프레임 조립체와,
    하이브리드 부품을 포함하는 상기 이격된 가로 부재들과 상기 이격된 레일들 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 하이브리드 부품은 고강도강으로 형성된 강철 부재와 상기 강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 상기 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 상기 강철 부재의 부분 상에 주조된 주조 결합 부재를 포함하는 자동차를 위한 엔진 설치대.
  10. 제9항에 있어서, 상기 강철 부재는 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖고, 상기 주조 결합은 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 엔진 설치대.
  11. 제10항에 있어서, 상기 강철 부재가 관형 부재인 엔진 설치대.
  12. 하이브리드 부품을 포함하는 자동차용 제어 암이며, 하이브리드 부품은
    고강도강으로 형성되고 길이방향으로 만곡된 강철 부재와,
    상기 강철 부재 상에 주조된 주조 결합 부재들을 포함하고,
    상기 결합 부재들 각각은 상기 강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조함으로써 상기 강철 부재의 부분 상에 주조되어, 상기 결합 부재를 상기 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 자동차용 제어 암.
  13. 제12항에 있어서, 상기 강철 부재는 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖고, 상기 주조 결합들 각각은 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 제어 암.
  14. 제13항에 있어서, 상기 강철 부재가 관형 부재인 제어 암.
  15. 자동차를 위한 계기판 지지 구조이며,
    가로 빔 형태의 하이브리드 부품과,
    상기 하이브리드 부품의 각 단부에 위치된 마운트를 포함하고,
    상기 하이브리드 부품은 고강도강으로 형성된 강철 부재와 상기 강철 부재에 주조된 주조 결합 부재를 포함하며, 상기 결합 부재는 상기 강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조함으로써 상기 강철 부재의 부분 상에 주조되어, 상기 결합 부재를 상기 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하고, 상기 주조 결합 부재는 복수의 이격된 브래킷들을 포함하는 계기판 지지 구조.
  16. 제15항에 있어서, 상기 강철 부재는 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖고, 상기 주조 결합은 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 계기판 지지 구조.
  17. 제16항에 있어서, 상기 강철 부재가 관형 부재인 계기판 지지 구조.
  18. 하이브리드 부품을 포함하는 자동차를 위한 범퍼 조립체이며, 하이브리드 부품은,
    고강도강으로 형성된 강철 부재와,
    상기 강철 부재 위에 주조된 주조 결합 부재들을 포함하고,
    상기 결합 부재들 각각은 상기 강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조함으로써 상기 강철 부재의 부분 상에 주조되어, 상기 결합 부재들을 상기 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하고,
    상기 강철 부재는 충격으로부터 차량을 보호하도록 구성된 길이방향으로 연장하는 강철 범퍼 부재를 형성하고, 상기 결합 부재들은 상기 강철 범퍼 부재에 부착된 제1 및 제2 알루미늄 부재들을 형성하고, 상기 강철 범퍼 부재는 상기 제1 및 제2 알루미늄 부재들 사이에서 연장하고, 상기 제1 및 제2 알루미늄 부재들은 자동차의 스페이스 프레임과 상기 강철 범퍼 부재 사이에 위치되는 범퍼 조립체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 강철 부재는 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖고, 상기 주조 결합들 각각은 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 범퍼 조립체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 강철 부재가 관형 부재인 범퍼 조립체.
  21. 고강도강으로 형성된 강철 부재를 미리 정해진 구성으로 형성하는 단계와,
    강철 부재의 부분 둘레에 반고체 알루미늄을 제자리 주조하여서 결합 부재를 강철 부재에 효과적이고 견고하게 고정하는 강철 부재의 부분 상에 결합 부재를 주조하는 단계를 포함하는 경량의 구조적 사용을 위한 하이브리드 부품을 형성하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 강철 부재를 형성하는 단계가 최소한 1,300 ㎫의 항복 강도를 갖는 강철 부재를 형성하는 단계를 포함하고,
    주조 결합을 주조하는 단계는 최소한 180 ㎫의 항복 강도를 갖는 알루미늄을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 강철 부재를 형성하는 단계가 강철 부재를 관형 부재로 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 하이브리드 부품을 상승된 온도로 열처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 하이브리드 부품을 상승된 온도로 열처리하는 단계가 하이브리드 부품을 440도로 열처리하는 단계를 포함하는 방법.
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