최근 환경 법규 강화에 따라 자동차의 이산화탄소 배출량 규제 및 차량 연비 향상에 대한 요구가 점진적으로 증가하는 추세이다. 환경 법규 강화에 따라 자동차 업계는 다양한 대응 방안을 제시하고 있으며, 대표적인 연구 개발 방향이 차체 경량화이다. 기본적으로 차량 무게의 약 30%를 차지하는 차체의 경량화를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 그중 알루미늄, 복합소재, 마그네슘, 초고장력 강판등과 같은 경량 소재를 적용한 방법이 널리 적용되고 있으나, 이종 소재 접합에 많은 문제점을 나타내고 있다. 셀프 ...
최근 환경 법규 강화에 따라 자동차의 이산화탄소 배출량 규제 및 차량 연비 향상에 대한 요구가 점진적으로 증가하는 추세이다. 환경 법규 강화에 따라 자동차 업계는 다양한 대응 방안을 제시하고 있으며, 대표적인 연구 개발 방향이 차체 경량화이다. 기본적으로 차량 무게의 약 30%를 차지하는 차체의 경량화를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 그중 알루미늄, 복합소재, 마그네슘, 초고장력 강판등과 같은 경량 소재를 적용한 방법이 널리 적용되고 있으나, 이종 소재 접합에 많은 문제점을 나타내고 있다. 셀프 피어싱리벳 공정의 경우 차량 경량화를 위한 소재 접합에 가장 유리한 접합 기술 중 하나로, 활발한 기술 개발이 이루어지고 있다. 셀프 피어싱 리벳 공정의 경우 사전 작업이 필요없으며, 작업 속도가 빠르고, 친 환경적 작업으로 많은 장점을 보유하고 있다. 그러나 앤빌 형상, 리벳 형상 및 강도, 압입 인자 등에 따라 접합 강도가 상이하게 나타나는 문제점을 가지고 있다. 자동차 생산 현장에서는 경험에 따른 공정 변수 선정 및 불량 발생시 후처리 개념으로 걸러내는 방식을 사용하고 있는 실정이다. SPR과 관련된 연구는 다양하게 수행되고 있으나, 대부분의 관련 연구는 주로 유한요소해석을 통한 리벳 또는 앤빌 설계를 수행하거나, 그 설계 결과를 바탕으로 실험적 방법으로 검증하는 연구가 주를 이루고 있다. 이러한 대부분의 연구들은 이론적 배경에 따른 계산 또는 유한요소해석을 통해 그 결과를 도출하고 있으며, 실제 현장과는 괴리감이 존재하는 것이 사실이다. 실제 생산 현장에서는 공간적 비용적 문제로 인해 접합되는 금속 판재의 기계적 성질에 따라 다양한 SPR 및 앤빌을 구비하는 것이 거의 불가능하다. 따라서, 본 연구에서는 실제 자동차 제조 공정에서 적용되는 판재 및 SPR 공정 조건을 바탕으로, 앤빌, 리벳, 압입 인자 등에 대해 실험계획법을 이용한 조건 선정 및 실험을 통하여, 접합 강도 인자에 대한 분석을 통해 최적의 조건 및 기준을 마련하고자 하였다. SPR 공정은 앤빌 및 리벳 형상과 압입 인자와의 상호 작용에 의해 진행되며, 각 공정 변수 조건에 따라 접합 강도 및 형상이 결정된다. 따라서, 본 연구에서는 생산 현장에서 선정 및 제어 가능한 조건에 대해 이중 접합 강도 및 형상에 큰 영향을 미치는 인자를 분석하고자 하였다. 이를 위해 선정 가능한 설계영역 안에서 설계변수와 반응값과의 관계식을 구하기 위하여 3수준의 혼합직교배열표를 작성하고 실험을 수행하였다. 이를 통해, 실제 현장에서 적용할 수 있는 조건을 선정하여 자동차 제조 공정에서 SPR을 적용한 이종 소재의 기계적 접합 분야에 적용할 수 있는 조건을 제시하고자 하였다. 본 연구는 자동차에 실제 적용되고 있는 소재 및 두께를 선정하였으며, 각 인자별 시편을 제작하여 전자 현미경을 통한 단면 형상 분석을 수행하였다. 또한, 각 시편에 대해 접합 강도 측정을 통해 제시된 SPR 공정의 최적 조건을 산출하고자 하였으며, 그 결과를 본 연구를 통해 제시하고자 하였다.
최근 환경 법규 강화에 따라 자동차의 이산화탄소 배출량 규제 및 차량 연비 향상에 대한 요구가 점진적으로 증가하는 추세이다. 환경 법규 강화에 따라 자동차 업계는 다양한 대응 방안을 제시하고 있으며, 대표적인 연구 개발 방향이 차체 경량화이다. 기본적으로 차량 무게의 약 30%를 차지하는 차체의 경량화를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 그중 알루미늄, 복합소재, 마그네슘, 초고장력 강판등과 같은 경량 소재를 적용한 방법이 널리 적용되고 있으나, 이종 소재 접합에 많은 문제점을 나타내고 있다. 셀프 피어싱 리벳 공정의 경우 차량 경량화를 위한 소재 접합에 가장 유리한 접합 기술 중 하나로, 활발한 기술 개발이 이루어지고 있다. 셀프 피어싱 리벳 공정의 경우 사전 작업이 필요없으며, 작업 속도가 빠르고, 친 환경적 작업으로 많은 장점을 보유하고 있다. 그러나 앤빌 형상, 리벳 형상 및 강도, 압입 인자 등에 따라 접합 강도가 상이하게 나타나는 문제점을 가지고 있다. 자동차 생산 현장에서는 경험에 따른 공정 변수 선정 및 불량 발생시 후처리 개념으로 걸러내는 방식을 사용하고 있는 실정이다. SPR과 관련된 연구는 다양하게 수행되고 있으나, 대부분의 관련 연구는 주로 유한요소해석을 통한 리벳 또는 앤빌 설계를 수행하거나, 그 설계 결과를 바탕으로 실험적 방법으로 검증하는 연구가 주를 이루고 있다. 이러한 대부분의 연구들은 이론적 배경에 따른 계산 또는 유한요소해석을 통해 그 결과를 도출하고 있으며, 실제 현장과는 괴리감이 존재하는 것이 사실이다. 실제 생산 현장에서는 공간적 비용적 문제로 인해 접합되는 금속 판재의 기계적 성질에 따라 다양한 SPR 및 앤빌을 구비하는 것이 거의 불가능하다. 따라서, 본 연구에서는 실제 자동차 제조 공정에서 적용되는 판재 및 SPR 공정 조건을 바탕으로, 앤빌, 리벳, 압입 인자 등에 대해 실험계획법을 이용한 조건 선정 및 실험을 통하여, 접합 강도 인자에 대한 분석을 통해 최적의 조건 및 기준을 마련하고자 하였다. SPR 공정은 앤빌 및 리벳 형상과 압입 인자와의 상호 작용에 의해 진행되며, 각 공정 변수 조건에 따라 접합 강도 및 형상이 결정된다. 따라서, 본 연구에서는 생산 현장에서 선정 및 제어 가능한 조건에 대해 이중 접합 강도 및 형상에 큰 영향을 미치는 인자를 분석하고자 하였다. 이를 위해 선정 가능한 설계영역 안에서 설계변수와 반응값과의 관계식을 구하기 위하여 3수준의 혼합직교배열표를 작성하고 실험을 수행하였다. 이를 통해, 실제 현장에서 적용할 수 있는 조건을 선정하여 자동차 제조 공정에서 SPR을 적용한 이종 소재의 기계적 접합 분야에 적용할 수 있는 조건을 제시하고자 하였다. 본 연구는 자동차에 실제 적용되고 있는 소재 및 두께를 선정하였으며, 각 인자별 시편을 제작하여 전자 현미경을 통한 단면 형상 분석을 수행하였다. 또한, 각 시편에 대해 접합 강도 측정을 통해 제시된 SPR 공정의 최적 조건을 산출하고자 하였으며, 그 결과를 본 연구를 통해 제시하고자 하였다.
In recent years, environmental regulations have become stricter, and there is a growing demand for automotive CO2 emissions regulations and automobile fuel efficiency improvements. So the automobile industry is offering various countermeasures, and the typical direction of research and development i...
In recent years, environmental regulations have become stricter, and there is a growing demand for automotive CO2 emissions regulations and automobile fuel efficiency improvements. So the automobile industry is offering various countermeasures, and the typical direction of research and development is the car-body weight reduction. Among them, a method using lightweight materials such as aluminum, a composite material, magnesium, advanced high strength steel(AHSS), is widely applied, but it shows many problems in joining different materials. In the case of the self-piercing riveting(SPR) process which is one of the most advantageous joining techniques for material bonding for lightweight vehicles, has been actively developed. The self-piercing riveting(SPR) process does not require any pre-work, has a fast working speed, and has many advantages as an environmentally friendly operation. However, there is a problem that the bonding strength varies depending on anvil shape, rivet shape, rivet strength, and press-fitting factor. In the field of automobile production, process variables are selected according to experience, and when a fault occurs, it is filtered like post-processing. The researches related to SPR, have been carried out variously, but most of the studies are mainly focused on the rivet or anvil design through the finite element analysis or the experimental method based on the design results. Most of these studies derive their results through the calculation according to the theoretical background or finite element analysis, and there is disjunction from the actual field. It is almost impossible to have various SPRs and anvils considering the mechanical properties of the metal sheet to be bonded due to the spatial and cost problems in the actual field. Therefore, in this study, we tried to design the optimum conditions and criteria through the analysis of bond strength factors based on the experiment that carried out with using experimental design methods about rivets, anvils, press-fitting factor. The SPR process proceeds by the interaction of the anvil and rivet geometry with the press-in factor and the bond strength and shape are determined according to each process parameter condition. Therefore, in this study, we tried to analyze factors that have a great influence on the double bond strength and shape for the conditions that can be selected and controlled at the production site. For this purpose, we constructed a three-level mixed orthogonal array table and experimented to find the relationship between the design variables and the response values in the selectable design domain. Through this, we propose conditions that can be applied in the field of mechanical bonding of heterogeneous materials using SPR in automobile manufacturing process. In this study, material and thickness which are actually applied to automobiles were selected, and we prepared the sample of each factor and analyzed cross-sectional shape by scanning electron microscope. Also, we tried to present the optimum condition of the SPR process through measurement of the bond strength of each sample.
In recent years, environmental regulations have become stricter, and there is a growing demand for automotive CO2 emissions regulations and automobile fuel efficiency improvements. So the automobile industry is offering various countermeasures, and the typical direction of research and development is the car-body weight reduction. Among them, a method using lightweight materials such as aluminum, a composite material, magnesium, advanced high strength steel(AHSS), is widely applied, but it shows many problems in joining different materials. In the case of the self-piercing riveting(SPR) process which is one of the most advantageous joining techniques for material bonding for lightweight vehicles, has been actively developed. The self-piercing riveting(SPR) process does not require any pre-work, has a fast working speed, and has many advantages as an environmentally friendly operation. However, there is a problem that the bonding strength varies depending on anvil shape, rivet shape, rivet strength, and press-fitting factor. In the field of automobile production, process variables are selected according to experience, and when a fault occurs, it is filtered like post-processing. The researches related to SPR, have been carried out variously, but most of the studies are mainly focused on the rivet or anvil design through the finite element analysis or the experimental method based on the design results. Most of these studies derive their results through the calculation according to the theoretical background or finite element analysis, and there is disjunction from the actual field. It is almost impossible to have various SPRs and anvils considering the mechanical properties of the metal sheet to be bonded due to the spatial and cost problems in the actual field. Therefore, in this study, we tried to design the optimum conditions and criteria through the analysis of bond strength factors based on the experiment that carried out with using experimental design methods about rivets, anvils, press-fitting factor. The SPR process proceeds by the interaction of the anvil and rivet geometry with the press-in factor and the bond strength and shape are determined according to each process parameter condition. Therefore, in this study, we tried to analyze factors that have a great influence on the double bond strength and shape for the conditions that can be selected and controlled at the production site. For this purpose, we constructed a three-level mixed orthogonal array table and experimented to find the relationship between the design variables and the response values in the selectable design domain. Through this, we propose conditions that can be applied in the field of mechanical bonding of heterogeneous materials using SPR in automobile manufacturing process. In this study, material and thickness which are actually applied to automobiles were selected, and we prepared the sample of each factor and analyzed cross-sectional shape by scanning electron microscope. Also, we tried to present the optimum condition of the SPR process through measurement of the bond strength of each sample.
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