초록 ▼

□ 최종목표
1-PIECE 알루미늄 도어 인너 위한 알루미늄 핫스탬핑 도어 제조 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 가열 및 냉각 조건에 따른 소재 물성 도출
- 알루미늄 핫스탬핑 성형 공법 및 금형 제작 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 성형해석 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 도어 개발 및 충돌법규 안전 시험 평가

□ 개발내용 및 결과
1. 알루미늄 핫스탬핑 기초물성 도출
가. 기초 물성 평가
1) 알루미늄 핫스탬핑 평가 장비 구성
- 용체화 처리(약470℃이상)를 고정로에

□ 최종목표
1-PIECE 알루미늄 도어 인너 위한 알루미늄 핫스탬핑 도어 제조 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 가열 및 냉각 조건에 따른 소재 물성 도출
- 알루미늄 핫스탬핑 성형 공법 및 금형 제작 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 성형해석 기술 개발
- 알루미늄 핫스탬핑 도어 개발 및 충돌법규 안전 시험 평가

□ 개발내용 및 결과
1. 알루미늄 핫스탬핑 기초물성 도출
가. 기초 물성 평가
1) 알루미늄 핫스탬핑 평가 장비 구성
- 용체화 처리(약470℃이상)를 고정로에서 진행하고, 이후 실제 성형되는 온도(약350℃)에서 고온의 알루미늄의 성형성을 측정하기 위한 성형온도로 가열된 인장시험로로 시편을 옮겨 인장물성 측정
- 글리블 시험기를 이용하면 용체화처리온도 및 실제 성형온도, 냉각속도 등 정밀한 제어가 가능하나, 시험 횟수가 제한되어 고정로 및 고온인장로를 이용한 최적 조건을 선정 후 글리블시험기를 이용한 검증시험 실시
2) 알루미늄 가열 속도에 따른 인장 물성 평가
- 가열 방식이나 가열장비에 따라 가열속도가 각기 다를 수 있기 때문에 가열속도에 따른 물성차이가 발생하는지 확인시험 진행 필요
- 약 400℃까지 각기 다른 가열 속도로 가열 후 평가
- 가열 속도에 따른 인장강도 및 연신율의 효과 차이 없음
3) 용체화 처리시간에 따른 인장 물성 평가
- 생산성 향상을 위한 최적 가열시간 도출 시험 필요
- 용체화 처리 시간 1분~1시간 유지 후 물성 평가
- 3분~1시간 까지 차이 없으며, 1분 유지 하더라도 강도가 소폭 하락하지만, 충분한 물성 확보 가능
4) 용체화 처리 온도에 따른 인장 물성 평가
- 안정적인 용체화 처리를 위한 최적 온도 평가
- 500℃ 초과 시 판재에 기포 발생으로 불량 발생
- 용체화 처리 적정 온도는 470~500℃
5) 냉각 속도에 따른 물성 영향
- 공냉, 금형냉각, 수냉을 통한 냉각속도 별 물성 평가
- 수냉 및 금형냉각 시 성형범위 안에서 물성차이 없음
- 수냉 및 금형냉각 시 파단양상 동일(Dimple 파단)
- 공냉 시 파단양상 다름
6) 온도 별 유동응력선도 분석
- 250℃까지 가열 후 인장시험 시 가공경화 발생 후 최대 응력이 발생
- 300℃초과 후 인장시험 시 초기 최대응력 발생 후 소재 연화
- 이는 소재변형 속도를 변경하더라도 동일함
- 온도 대역에 따른 물성 도출로 성형해석용 물성모델링 활용
7) 알루미늄 핫스탬핑 후 대기 시간에 따른 물성 영향
- 용체화 처리 및 냉각 시 원소재 대비 낮은 물성
- 인공시효를 통한 강도 회복 가능
- 자동차 도장공정을 이용한 인공시효 및 강도 회복률 측정

나. 알루미늄 핫스탬핑 공정 최적 조건
1) 6000계 최적 조건
- 용체화 온도 470℃, 용체화 시간 5분 이상 권장
- 최소 용체화 처리시간 1분 이상
2) 7000계 최적 조건
- 용체화 온도 530℃, 용체화 시간 5분 이상 권장
- 최소 용체화 처리시간 1분 이상

2. 알루미늄 핫스탬핑 성형 기술 개발
가. 금형 제작 공법
- 알루미늄 핫스탬핑 온도로 가열 시 알루미늄 마찰력 증대
- 마찰력에 의한 소재 유입 적음
- 마찰력 감소 위한 소재 표면 조도 관리 및 비드 최소화
- 원활한 소재 유입 위한 가변 갭 적용 필요
- 일정 스트로크에서 일정 갭 필요
나. 알루미늄 핫스탬핑 성형 기술 개발
- 표면 마찰 계수 감소 위한 윤활제 사용 기술
- 윤활제 3종에 대한 시험 완료 및 10ALWF 윤활제 우수
- 블랭크 사이즈 조정
다. 알루미늄 접합 기술 개발
- SPR 및 레이저 접합 기술 개발
- 열처리 공정에 따른 접합 강도 비교 시험 완료
- 3겹, 4겹 접합 조건 도출 및 접합 강도 시험평가 완료

3. 알루미늄 핫스탬핑 해석 기술 개발
가. 성형 해석 기술 개발
- 기초시험으로 도출된 기초 물성활용한 고온 해석 개발
- 해석을 통한 금형 수정 및 제품 제작 가능성 확보
나. 개폐 내구 시험 해석 기술 개발
- 목표 cycle 10만회 해석 결과 만족
- 실제 시험 결과 10만회 후 측정 시 변형 없음(해석일치)
- 해석 결과 최소 수명 110만 cycle
다. 도어 처짐 강성 해석 기술 개발
- 차체 도어 장착 후 일정 하중 부과
- 영구 변형량 1.0mm 이내 만족(해석 0.03 영구변형)
- 실제 시험 결과 0.04mm 영구 변형(해석일치)
라. 도어 프레임 강성 해석 기술 개발
- 차체 도어 장착 후 도어프레임 하중 부과
- 시험 목표 변형량 1.5mm 이내 만족
- 실제 시험 결과 1.45mm 변형(해석일치)
마. 오버 오프닝 해석 기술 개발
- 도어 간섭 확인 및 풀 오픈 상태 하중 부과
- 영구변형량 6°이내 만족(영구변형 4.2°)
- 실제 시험 결과 5.0° 변형(해석 일치)
바. 도어 옆문강도 시험 해석 기술 개발
- 초기, 중기, 최대반력 측정 해석 모델 개발
- 목표 최대 반력 3,175kgf 초과 만족
- 실제 시험 반력과 94.6%이상 일치(해석일치)

4. 알루미늄 핫스탬핑 양산성 검증
가. 연속식 가열로 양산성 검증
- 연속식 가열로에서 블랭크 온도 이력 측정 완료
- 기존 금형 활용 가열 및 성형냉각 시험 완료
- 블랭크 정렬 공정 블랭크 변형 발생했으나, 정령장치 속도제어 통한 양산장비 자동공정 시험 완료
- 500도 초과 가열 시 블랭크 변색 발생
나. 소형 가열로 양산성 검증
- 소형 가열로에서 블랭크 온도 이력 측정 완료
- 기존 금형 활용 가열 및 성형 냉각 시험 완료
- 양산장비 자동공정 시험 완료

□ 기술개발 배경
자동차 경량화 추세 및 친환경 전기차 도입에 따라 차체 부품 경량화 요구가 늘어나고 있음. 이에 따라 알루미늄 부품 적용이 유리한 무빙파트에 적용이 늘어나고 있음. 알루미늄 적용 시 낮은 성형성 및 과도한 스프링백으로 한 개의 부품을 두개(2-piece)로 나누어 제작 후 접합해 공정수 증가 및 접합비용 추가 발생으로 부품원가 상승 요인이 됨. 이를 해결하고자 알루미늄 핫스탬핑을 통해 1-piece 일체형 도어 개발을 통해 원가절감 및 차체 경량화 개발의 필요성 높아짐

□ 핵심개발 기술의 의의
전 세계적 환경규제로 인한 친환경차 도입이 필수적인 해결 과제로 떠오르고 있음. 차량의 에너지 효율을 높이기에 가장 효율적인 차체경량화가 필수적이나, 국내 완성차 업체의 경우 경량소재인 알루미늄 부품을 사용하여 차체에 적용한 사례는 극히 적음. 이는 알루미늄의 낮은 성형성과 높은 스프링백으로 인한 부품제작이 어렵고, 제작 하더라도 생산원가 상승으로 이어지기 때문임. 이를 해결하기 위하여 성형성을 향상시키고, 스프링백을 낮추는 알루미늄 핫스탬핑 공법 개발을 개발함.

□ 적용 분야
○ 친환경차량 및 승용/SUV 등의 차체 부품 중 난성형 및 경량화 요구 부품

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 초록 ... 3
• 자동차부품기업위기극복지원사업 주요 연구성과 ... 13
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 26
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제 2 절 개발 내용 및 개발 범위 ... 29
• 제 3 절 수행 결과의 보안 등급 ... 45
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 45
• 제 3 장 과제 수행 결과 ... 46
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 46
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 46
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 47
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 48
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 최종 결과 ... 135
• 1. 각 기관별 역할 및 추진 내역 ... 135
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 136
• 제 4 절 자체 보안 관리 진단표 ... 137
• 제 5 절 자체 안전 관리 진단표 ... 138
• 제 4 장 사업화 계획 ... 142
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 142
• 제 2 절 사업화 계획 ... 144
• 1. 1-Piece Door Inner 사업화 계획 ... 144
• 2. 대학, 연구소, 협력업체, 대기업 등 외부 네트워크 활용 방안 ... 144
• 3. 기타 ... 145
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 147
• 제 5 장 설문조사 ... 148
• 부록 ... 156
• 끝페이지 ... 173