차체부품접합을 위한 Flow Drill Screw 시험

국문 초록 (Abstract)

전 세계적으로 강화되는 환경정책으로 인한 자동차 배기가스 규제에 대응을 위한 연비개선 방안도출은 각 자동차 메이커에서 주요한 과제로 대두되고 있다. 특히, 전기 에너지를 동력원으로 하는 전기 자동차는 주행거리 확보를 위하여 배터리 용량을 늘렸으며, 이에 따른 차체 중량이 증가하는 문제가 야기되었다. 이에 전체 중량의 30%를 구성하는 차체 (BIW : Body In White)를 경량소재를 적용함으로 중량 감소를 통한 연비개선을 달성하고자 하는 연구로 알루미늄 등 경량소재를 차체부품으로 점차적으로 적용이 늘어나고 있다. 이에, 경량소재 차체부품간의 접합의 중요성이 커지고 있다. 본 논문에서는 알루미늄 차체부품 간 접합으로 국내/해외 양산차 모델에서 접합부재(Drilling Screw)를 고속회전 마찰로 박판의 부품을 관통하여 결합되는 Flow Drill Screw를 이용하여 이종소재별 접합시험을 진행하였다. 시편은 KS B 0851 규격을 참고하여 100*30mm 사각재로 겹침시편으로 제작을 하였으며, 소재 구성은 Al 6061, ALDC12 그리고 590/780MPa급 고장력강으로 구성하였다. 당사에서 선행된 알루미늄 박판 Flow Drill Screw 접합 조건과 관련 해외 업체와의 검토를 통하여 접합 Drill Tool 조건을 선행 조건 대비하여 증가한 툴 회전수 및 툴 가압력등을 Fig 1와 같이 설정하였고 강판을 별도의 홀 가공없이 접합을 진행하기 위한 신규 접합부재를 선정하였다. 제작된 접합시편은 만능재료시험기로 2mm/min 인장속도로 구성별 Flow Drill Screw 접합강도를 측정하였다. 접합강도 시험결과는 Al 6061/590MPa는 7.19KN, Al6061/780MPa는 7.58KN으로 나타났으며, ALDC12/590MPa는 6.22KN 그리고 ALDC12/780MPa는 6.84KN으로 나타났다. 접합강도인 4.7KN이상을 확보한다는 목표치는 달성하였으며, Flow Drill Screw 접합시편 파단형상을 살펴보면, Al6061 경우 접합부재가 파단이 되는 반면, ALDC12는 모재가 파단된 형상으로 나타나 ALDC 12의 모재 조직내 기공 등 취약부로 인하여 Al6061 대비하여 낮은 접합강도 값 가지는 것으로 판단된다.
[그림 본문 참조]