- 연구과제
- 최고의 품질과 기술력으로
미래자동차 산업의 글로벌 리더가 되어 가겠습니다.
- 추진 과제 내역
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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)
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- 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
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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%
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- 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
- 가열로 최대 40m로 고가의 투자비 발생
- 목표 온도 900℃ 승온 시간 10분 소요로 생산성 저하 및 연료 비용 부담 증가
→ 중견기업급 이상에서 투자 가능
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
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- 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
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- 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
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- 기술개발 세부 계획
- 급속 Joule Heating 성형시스템 개발
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- 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

핵심 성형인자 도출 및 분석

Joule Heating 시스템/금형 설계

Joule Heating 성형시스템 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

열전달 해석기술 개발

상변태 고려 성형해석기술개발

공정조건별 품질분석
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

도어 임팩트빔 정강도해석 및 평가

도어 모듈 충돌해석 제작

도어모듈 충격강도 최종 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