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자동차 차체부품 품질 확보를 위한 단품 평가 방법에 관한 연구
정호중(Jeong Ho Jung),송문섭(Song Moon Seob),최원철(Choi Won Cheol),홍종빈(Hong Jong Bin) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
현재 양산중인 자동차는 충돌성능 및 내구성 등… 차량 품질의 중요성이 대두되고 있으며, 완성차 제조사에서는 개발 단계부터 사전 평가를 실시하고 있다. 특히 차체부품의 경우 모노코크(Monocoque) 구조로 여러 조각의 프레스 성형 판재를 용접하여 차체를 구성하고, 평가 방법은 실차 대상의 가혹조건 주행 및 충돌시험 등이 있으나, 이는 BIW(Body in white)의 Full Car 상태의 성능시험이므로 개발 단품 상태의 시험은 확인이 불가한 상황이다. 차체부품 단품의 성능 평가 시험방법이 연구된다면, 단품의 성능 확보를 기반으로 Full Car 상태의 성능 확보 시간이 단축 될 뿐만 아니라 시료수 감소 및 비용 절감 등 많은 이점이 있다. 따라서 본 연구에서는, 차체 부품 중 펜더 마운팅 브라켓을 선정하여, 차체 부품 단품 평가 방법에 대한 연구를 진행하였다. 현재 양산 차종 중 3개 차종의 펜더 마운팅 브라켓 강성 평가를 실시하였으며, 차종당 5개의 시편으로 평가를 진행하였다. 부품의 용접면을 치구에 구속하였으며, 상대부품 체결 부위에 10kgf의 하중을 부여하여 변위수치를 측정하고, 하중 제거 후 영구 변형수치를 측정하여 제품 변형량을 측정하였다. 측정 결과 양산중인 A차종의 경우 15.3mm, B차종의 경우 4.2mm, C차종의 경우 4.7mm를 확인하였으며, A차종과 B차종의 최대 편차는 13.0mm였다. 이러한 결과는 부품 형상 및 차량 하중에 따라 편차가 발생하는 것으로 판단되며, 동일 조건을 구현한 유한요소해석을 통해 단품 평가결과와 유한요소해석 결과를 비교하여 정합성을 확보하였다.
이병룡(Lee Byung Ryong),박상필(Park Sang Pil),홍종빈(Jong Bin Hong),김태원(Teawon Kim),심규호(Gyuho Shim) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
최근 자동차 부품의 개발은 경량 소재에 대한 중요성이 부각되고 있으며, 차량의 경량화를 통한 연비 향상 요구가 증대되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 자동차의 동력장치 다음으로 고중량인 차체, 그 중에서 내충돌성능이 필요한 부품인 프론트 범퍼 백빔과 프론트 사이드멤버에 대해 복합소재 및 알루미늄 소재를 이용한 경량화와 최적화된 제작 및 조립방법을 제시하고자 한다. 범퍼 백빔과 프론트 사이드 멤버는 부품 수 감소, 경량화, 성형성, 조립성에 중점을 두고 설계, 해석 및 제작을 진행하였다. 범퍼 백빔 개발품의 경우, 알루미늄 소재를 압출 성형하여 내측 보강재로 적용하고 유리섬유 강화 열가소성 플라스틱 소재를 온간 프레스 성형하여 외측 형상으로써 외부 충격에 대해 분산하는 역할을 하였다. 프론트 사이드 멤버 개발품의 경우, 전방 및 후방부로 나누어 개발을 진행하였으며, 차량 충돌 시 전방에서 전달되는 충격을 전달 및 분산하기 위하여 전방부 부품은 알루미늄 소재를 압출 성형하여 제작하였고, 후방부 부품은 상관 부품의 조립성 및 좌면 확보를 위하여 하이드로 포밍 공법을 적용하여 제작하였다. 최종적으로 범퍼 백빔과 프론트 사이드 멤버의 모듈(범퍼 백빔+프론트사이드멤버 LH/RH)은 기존 스틸 대비 30%를 초과하는 경량화를 달성하였으며, 범퍼 백빔의 내충돌성능은 KS93 대차 충돌시험 기준으로 기존 스틸 사양 대비 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
경량설계를 위한 고강도강 적용 Seat 보강재 차체 부품의 Seat Belt Anchorage 해석
김기주(Kee Joo Kim),이재웅(Jae-Woong Lee) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.5
일반강보다 더 높은 강도특성을 갖는 고강도강은 가격경쟁력 측면에서 비철금속이나 샌드위치 복합소재보다 경량재료로 각광받고 있다. 또한, 가공의 용이성 측면에서도 고강도강은 경량재료로 떠오르고 있다. 그러므로 본 연구에서는 부품의 두께를 줄여 경량화를 이루는 데 600 MPa 이상의 인장강도를 갖는 고강도강을 자동차 시트 보강재료에 적용하는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여, FMVSS 210 북미법규를 만족하는 해석방법을 제시하였으며 해석 결과를 나타내었다. 자동차 시트 보강재료의 상부(upper) 판재에 적용된 SPFC340 소재와 하부(lower) 판재에 적용된 SCP1 소재를 상대적으로 성형성을 개선하여 개발된 고강도강인 TR590 및 DP590 소재로 대체하여 개발하였다. 이를 통해 각 부품의 충돌 안전성에 대한 경량화 가능성을 연구하였다. 연구 결과, 1.0 t의 고장력강을 적용하게 되면 앞 상부 시트벨트 보강재는 16.6%, 앞 하부 시트벨트 보강재는 28.6%의 경량화가 가능함을 확인하였다. High-strength steel, which has higher strength characteristics than general body steel, has superior price competitiveness as compared to other lightweight materials such as non-ferrous metals and sandwich plates. In addition, because of its simple manufacturing process, it has emerged as a representative lightweight material. Therefore, this study aimed to reduce the thickness of the parts and realize weight reduction by applying high-strength steel of 600 MPa or greater to the reinforcement seat-belt front-upper amp and lower parts of automobiles. Accordingly, an analytical method to satisfy the North American crash law of FMVSS 210 is proposed, and the analytical results are presented. In this study, the existing steel plate formability cold-rolled 340 (SPFC340) and SCP1 steel materials for seat belt reinforcement parts were replaced with high-strength materials TR590 and dual-phase 590 (DP590) high-strength steel with reinforced formability. The possibility of weight reduction of the parts was studied by reviewing the crash safety. Result of the study confirmed that weight reductions of 16.6% and 28.6% for the reinforcement seat-belt front-upper and front-lower parts, respectively, was possible when 1.0 t high tensile steel was applied.
LSS(Laser Seam Stepper)를 이용한 초고강도강 차체부품(Panel Assembly Rocker) 기술 개발
최영배,김준수,이광원 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
현재 초고강도강(1.5GPa급) 제품의 롤 포밍 공정의 품질 저하 문제와 조립 공정 중 생산 효율이 낮은 용접 공정으로 인한 생산성 저하 문제가 발생되고 있다. 이러한 문제 해결을 위해서는 롤 포밍 공정의 단품 품질을 개선하여 불량률을 감소시킬 수 있는 품질 안정화 기술과 높은 생산 효율을 확보할 수 있는 용접 시스템 개발을 통한 생산 고도화 기술 개발이 필수적으로 요구되고 있다. 이를 해결하기 위해 품질 안정화 기술을 개발하여 불량률을 감소함과 동시에 시스템 최적화를 통해 생산 고도화 기술 개발을 진행하고자 한다. 본 발표에서는 산업통상자원부 양산성능평가 일환으로 추진 중인 “1.5GPa급 초고강도강 차체부품(Panel Assembly Rocker) 생산 고도화 기술 개발”의 연구내용이다. 본 과제에서 제작되는 Panel Assembly Rocker 부품의 주요 기능은 자동차 측면 충돌 시 충돌 에너지를 흡수하여 충격으로부터 운전자 및 탑승자를 보호하는 부품으로 정의된다. 본 과제에서 사용되는 레이저 심 스테퍼(이하 LSS용접 )용접은 점용접 대비 선 용접의 특성을 가짐으로써 비틀림 강성이 2~20% 강화되는 장비이다. LSS 용접은 비드형상을 변화하여 점 용점 부위에서 발생되는 응력 집중을 완화 시키며, 접합 플랜지 (Flange) 감소를 통한 차체 경량화를 구현할 수 있으므로 고 품질의 고강성 경량 차체 개발이 가능할 것으로 기대된다.
최현범(Hyun Bum Choir),이상헌(Sang Hyeun Lee),최강훈(Kang Hun Choi),박승연(Sueng Yuen Park) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11
Recently, the problem of battery weight in electric vehicles has emerged. In order to to achieve weight reduction of the vehicle body, it is necessary to replace the material and optimize the design accordingly, and the actual situation is that an efficient product manufacturing method is required to change the lightweight material. In this study, a spot welding test was performed on aluminum.