- 연구과제
- 최고의 품질과 기술력으로
미래자동차 산업의 글로벌 리더가 되어 가겠습니다.
- 과제 개요
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과제명 경량 저비용 Bending/Piercing 일체형 알루미늄 범퍼 개발 주관기관 경기산업㈜ 아산공장 참여기관 자동차부품연구원, 한국기술교육대학교, 공주대학교, 한국자동차산업협동조합, 주)탈리스 외
- 개발 목표
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최종 목표 차세대 SUV용 경량 저비용 알루미늄 범퍼빔 및 차체 프레임 상용화 개발 연차
목표1차년도 경제적 성과 8억원, 고용 5명 기술적 성과 차세대 SUV용 범퍼 및 차체 프레임 설계안 기술 확보 2차년도 경제적 성과 9억원, 고용 8명 기술적 성과 차세대 SUV용 범퍼 및 차체 프레임 제작 기술 확보 3차년도 경제적 성과 62억원, 고용 12명 기술적 성과 차세대 SUV용 범퍼 및 차체 프레임 상용화 기술 확보

- 원가절감 10% 달성
- 경량화 5% 달성
- 경제협력권 협력강화
- 충남/세종 부품산업 성장
- 개발기술의 필요성
- 기존 Al 범퍼빔 문제점
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- 압출 후 수행되는 스트레치 벤딩 공정의 경우 추가 스트레치 설비 필요 및 싸이클 타임 증대
- 벤딩 후 수행되는 Piercing 공정들은 추가 금형 및 공정수로 인해 알루미늄 범퍼빔의 제조원가를 높이고, Piercing에 의한 Burr생성 및 Hole 가공부의 국부적인 변형 발생
- 가공 후 스프링 백(Spring Back) 발생, 국부좌굴 발생, 두께 및 단면형상의 변화가 종종 발생하게 되어 제품의 치수정밀도 및 충격흡수능력에 큰 영향을 미침
- 이로 인해, 경량화를 통한 연비 개선의 장점에도 불구하고 일부 중대형 차량 외에는 가격과 품질로 인해 그 적용이 확대되지 못하고 있음
- 기존 차체 프레임 문제점
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- 현재 차량의 운전자 및 동승자, 보행자의 안전 법규가 강화되고 있어, 안전관련 부품이 추가, 보완되고 있는 실정으로 경량화 필요성 증대
- 또한 기존 스틸 범펌와 체결되어지는 Chassis Frame을 알루미늄 범퍼가 장착되는 특성을 반영한 차체 프레임 설계 필요
- 차량의 구조적인 강도를 지탱할 뿐만 아니라 주행 안전성 및 성능을 결정짓는 중요한 차체 부품으로써, 차체 중량의 상당부분을 차지하고 있어 Bumper Beam을 포함한 Chassis Frame Assy는 경량화의 필요성이 매우 절실함.
- 개발기술의 차별성/혁신성
- 기존 Al 범퍼빔 제조 기술
- 개발 저비용 Al 범퍼빔 제조 기술
- 추가 스트레치 설비 불필요 / 싸이클 타임 감소 / 제조원가 감소 (10%) / 제품의 품질 향상 / 대형차량 미만 적용 확대
- 핵심기술개발 내용
- Bending+Piercing 일체성형공정 개발안
- 스프링백 저감 / 좌굴변형 방지 / 제조비용 절감

ISO View

Side View

Upsetting

Closing Press

Open Press
- 주요 정량적 지표 평가방법
범퍼빔 압출재 치수정밀도

압출재 치수측정 방법
범퍼빔 벤딩 스프링백

스프링백 측정 방법
범퍼 Assy’ 치수정밀도

범퍼 Assy’ 치수측정 방법
범퍼 충돌시험

IIHS Full Frontal Test

IIH Front Corner Test

범퍼빔 변형량 및 가속도 비교

실차 조건 모사 대차 충돌 시험
- 연차별 주요 개발 내용
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1차년도
(2015년)Bending-Piercing 복합성형금형 설계 제작 Bending-Piercing 일체성형 공정기반기술 확립 차세대 SUV용 경량 차체 프레임 부품별 설계안 및 조립안 수립 2차년도
(2016년)Bending-Piercing 복합금형 수정설계 및 성형공정 최적화 차세대 SUV용 경량 차체 프레임 어셈블리 설계 최적화 및 시제품 제작 대차 충돌시험 실시를 통한 제품 검증 3차년도
(2017년)Bending-Piercing 복합금형 시스템 상용화 개발 차세대 SUV용 경량 차체 프레임 어셈블리 상용화 개발 대차 충돌시험 실시를 통한 제품 검증
- 기업간(시도간) 연계협력 방안
- 본 과제를 통해 충남/세종 경제협력권 기계부품 산업육성을 위해 아산, 천안, 세종시 내 입주해 있는 기업 및 기관들간 연계협력 활동 활성화를 이루고, 지역간 상생을 도모하고자 하며, 신규 부품 SUPPLY CHAIN 구축을 통한 지역 경제산업 육성에 이바지하고자 함.
- 사업화 지원팀의 연계협력 지원 방안
- 부품 Supply Chain 구축을 위한 기업간 연계협력 방안
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- 완성차 구매본부(현대,기아, 르노삼성,한국GM) 자문회의 기구를 통해 경기산업㈜사의 Al 범퍼 신기술 및 본 과제 컨소시엄 구성업체 소개를 통해 각 기업간 연계협력 홍보 지원
- 부품 기업DB를 활용하여, 차체 어셈블리 제조기업 선별 후 사전수요 조사 및 기업별 기술 홍보 실시
- 전문기관 활용을 통한 네트워크 구축 협력 방안
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- 민간TLO, 지역TP와 연계하여 잠재수요기업 발굴/각 시도기업별 기업과 연계네트워크 구성협력지원

- 기존 알루미늄 범퍼빔 생산공법 참고자료
- 국내 S 업체 알루미늄 범퍼빔 생산 방법
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스트레치 포밍 공법

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고가의 스트레치 포밍 장비 필요
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싸이클 타임 증가
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곡률변형이 큰 부위에서 함몰 또는 좌굴 결함 발생
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추가적인 Piercing가공으로 제조원가를 높고
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Piercing에 의한 Burr생성 및 Hole 가공부의 국부적인 변형 발생
높은 생산비용 및 품질관리 문제로 국내에서는 일부 대형 고급세단에만 적용
- 알루미늄 범퍼 vs 스틸범퍼(기타소재범퍼) 비교 참고자료
- – 범퍼용 소재 비교
- – Performance : Comparison among various commercial alloys
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Materials Alloy/Grade Density
(g/cm3)Stiffness Equal Bending
Stiffness to SteelModulus Modulus/
DensityThickness
RatioWeight
RatioMg AZ80-T5,
extrusion1.80 45 25.0 1.67 0.38
(62% Reduce)Al 6061-T6,
extrusion2.70 67 25.5 1.45 0.50
(50% Reduce)7005-T5,
extrusion2.78 72 25.9 1.40 0.45
(55% Reduce)Fe Steel,
galvanized7.80 210 26.9 1.0 1
(0% Reduce)Plastics PC/ABS,
Dow 20001.13 2.3 2.04 4.45 0.65
(35% Reduce)
- 알루미늄 범퍼 설계 프로세스 참고자료
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Design
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- Optimization
- Section
- Thickness
압출재 단면형상과 두께 선정 등의 최적화 과정
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Analysis
- 알루미늄 범퍼 개발 프로세스 참고자료
- Bumper 제작
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- 설계 및 해석
- Al Bumper 설계
- 충돌 해석 실시
- ?
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- 시제품 제작
- 알루미늄 압출재 제조
- 성형 및 가공
- 조립
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- 충돌 TEST
- 범퍼 단품 TEST
- 충돌 TEST 분석
- ?
- 기업간(시도간) 연계협력 방안
- 지역간 연계협력 방안
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- 서울사무소
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- 수도권 네트워크
- – 뿌리기술연구센터(시흥)
- – 인천/경기TP
- – 산단공 인천지역본부(M/C)
3
- 영서권 네트워크
- – 산단공 강원지역본부(M/C)
4
- 천안 본원
- – 충남TP
- – 산단공충청본부(M/C)
5
- 친환경교통기술연구센터(충주)
- – 자동차산업클러스터(제천)
6
- 대경권네트워크
- – 대구경북본부
- – 경북TP
- – 산단공 경북지역본부(M/C)
7
- 울산TP
- – 수출판로개척
8
- E-모빌리티연구센터(영광)
9
- 호남권 네트워크
- – 광주전남본부
- – 전북TP
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- 프리미엄자동차연구센터(영암)
- 주요 정량적 지표 평가방법 참고자료
- 범퍼 충돌시험

IIHS 범퍼 정면충돌 시험 전
- 상세 시험방법
- 대차중량 : 1875kg (차량중량 : 1800kg+75kg = 1875kg)
- 충돌속도 : 10km, 15km
- 충돌시험 후 변형량 분석
- 시험장치 : 가속도센서, 로드셀, 고속카메라 장착

RCAR Low-Speed Structural Crash Test

IIHS 범퍼 정면충돌 시험 후
- 분석내용
- 범퍼빔 변형량 80mm 이내 만족 : GOOD
- 충돌시험 후 변형량 분석
- 충돌시험 후 체결부 파단 분석
- 충돌시험 후 하중-시간 선도 분석

대차 충돌 시험

Underbody Measurement Guide