추진 과제 내역

과제명	Joule Heating 성형시스템 적용 초고강도 차체부품(도어모듈) 상용화 개발
주관기관	자동차부품연구원
참여기관	경기산업㈜아산공장

자동차 관련 규제 동향

각 국가별 온실가스 및 연비규제 강화

국내 : 2020년까지 CO2 배출량 97g/km, 연비 24.3km/ℓ로 강화

• 미달성 시 과징금 ( CO2 미달성량(g)×10,000원, 연비 미달성량(1km/l) x 82,000원)

해외 : 2020년까지 CO2 규제 유럽 91g/km, 일본 100g/km, 미국 113g/km, 중국 110g/km로 강화
(미국은 2025년까지 차량연비 23.1km/l 강화)

• 미달성 시 과징금 부과 (유럽, CO2기준 미달성량(g)×95유로, 2019년 이후) / (미국, 연비기준 미달성량(1km/l) x 130$)

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자동차 경량화 요구 증대

온실가스 배출억제와 연비규제 강화로 자동차 경량화 필요성 증대

• 각종 편의/안전장치 추가로 차량 중량은 연간 평균 15kg씩 증가
• 자동차 중량 100kg 경량화 시 하루 평균 160만리터, 온실가스 2백만 kg의 절감효과
• 차량 중량 10% 경량화시 약 3.8% 연비향상 및 CO2 4.5%, Nox 8.8% 감소효과

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  중소형 차량의 중량 변화 추이 (EU 자동차협회)

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  차량중량에 따른 연비 동향 (일본 Al 협회 자동차위원회)

충돌안전 규제 강화

승객안전 확보를 위한 충돌 안전 규제 강화

• 북미의 경우 최근 25% Offset 정면충돌 시험 실시 ? 다수 차종들이 Poor 등급 받음
• 측면충돌시 승객 두부, 흉부 등의 상해를 감소시키기 위한 고강도 도어/사이드 부품 수요증대
• 1GPa급 이상 초고강도 강판 및 경량 소재 부품 적용 대폭 증가 추세

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국내외 초고강도 부품 적용 동향

• 해외 완성차 초고강도 경량 부품 적용 동향

  

  590-980MPa : 13.0%
  1000-1310MPa : 16.0%

• 국내 완성차 초고강도 경량 부품 적용 동향

  

  620-1280MPa : 6.1%
  980-1160MPa : 3.1%

2020년까지 GPa급 강재 적용 비율 40% 확대 적용 예상

초고강도 경량 소재 적용 차체 부품 개발 공정 기술 확보 필요

국내외 초고강도 부품 개발 동향

상변태를 통한 초고강도화

국내외 초고강도 부품 성형기술 동향

기존 핫스탬핑 성형 공법

통전성형기술 개발

• 국외에서 일부 개발되고 있는 통전성형기술은 온도 상승없이 전류를 통해 성형성을 향상시키는 기술로써, 전자가 금속소재 내 grain boundary를 이동하며 변형 중 유동응력을 일시적으로 낮출 수 있는 원리를 이용함.
• 본 기술은 마그네슘 및 알루미늄 소재 성형성을 소량 범위 내에서만 향상시킬 수 있어, 초고강도 부품 성형을 위한 상용화 가능성은 제한적이라 할 수 있음.

개발 기술의 개요

Joule Heating 성형 공법 적용 초고강도 도어 부품 개발

• Joule Heating 을 통한 급속(0.2초 이내) Tailored 가열 온도제어 기술 개발
• Joule Heating 성형 시스템 및 성형 공정 상용화 개발
• Tailored 특성을 갖는 고안전 경량 고품질 도어모듈 상용화 개발
• 에너지 효율 증대를 통한 친환경 제조공정 상용화 기반구축
• 설비투자비 감소 및 생산공간 축소 중소기업형 초고강도 부품 신성형 생산기반기술 확보

<개발 Joule Heating 시스템 및 도어 부품>

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개발 기술의 차별성

Joule Heating 성형 공법 및 도어 모듈

• 급속 전기저항 가열로 인한 가열 시간 90% 단축 및 생산싸이클 타임 25sec로 감소
• 제품 표면산화율 90% 감소 및 부위별 강도 제어 가능 → Tailored 초고강도 경량 도어 모듈
• 에너지 효율 증대를 통한 친환경 제조공정
• 설비투자비 80% 감소 및 생산공간 5m로 축소, 중소기업형 초고강도 부품 성형 가능

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  기존 핫스탬핑 성형공법

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  개발 Joule Heating 성형공법

기술개발 세부 계획

급속 Joule Heating 성형시스템 개발

• Joule Heating 핵심 인자 분석 및 도출 (전류, 전압, 가열시간 등)
• 가열온도, 냉각속도, 상변태 및 부품 강도 상관성 분석
• 소재 급속가열 Direct 성형 시스템 설계 및 제작
• 급속승온 및 냉각효율 증대를 위한 Joule Heating 시스템 설계 및 제작

급속 Joule Heating 성형공정 개발

• Joule Heating 가열부 Grip에 따른 열전달 해석 실시
• 온도 및 변형율 속도에 따른 고온물성 데이터 구축
• 공정조건에 따른 상변태 고려 열간성형 해석기술 개발
• 공정조건(전류, 전압, 시간)에 따른 제품 품질 분석

초고강도 도어 모듈 시제품 개발 및 평가검증

• Joule Heating 성형공법 적용 도어 Impact Beam 제작
• Impact Beam 정강도 해석 및 실험 평가
• Door Module 조립용 지그 제작 및 Door 모듈 제작
• Door Module 정강도 및 충격강도 최종평가 검증

주관기관 연구역량 현황

Joule Heating 성형공법 기반 연구결과 활용 공동연구

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  특허출원 : 전기통전방식의 지그장치 및 자동차용 판재 성형방법

기술개발 기대 효과

1.5GPa급 초고강도 경량 도어 제조기술 확보

Joule Heaing 적용 1.5GPa급 도어 부품 제조 인프라 구축

초고강도 차체부품 개발을 통한 신소재 창출형 네트워크 구성

인적 네트워크 활용을 통한 기술력 확보 및 전문인력 양성

초고강도 경량 부품의 수요증가에 따른 부품 제조기술 확보 및 국가 경쟁력 강화