자동차 판 스프링 서스펜션

자동차 판 스프링 서스펜션은 구조가 간단하고, 적재 능력이 뛰어나며, 비용이 저렴하고 내구성이 좋아 상용차, 픽업트럭, 트럭 및 일부 오프로드 차량에 널리 사용되는 전통적인 서스펜션 시스템입니다. 판 스프링 제조에는 재료 선택, 성형, 열처리, 조립 및 테스트 등의 공정이 포함됩니다.

1. 판 스프링 서스펜션의 구성 및 기능

• 구성：
  • 판 스프링: 여러 장(또는 단일 장)의 스프링 강판을 겹쳐서 구성하고 U자형 볼트로 고정합니다.
  • 연결 부품: 행거(shackle), 센터 볼트, 클램프 등.
  • 쇼크 업소버: 보조 감쇠 역할을 하며, 판 스프링과 함께 사용됩니다.
  • 서스펜션 부속품: 부싱, 브래킷, 고정 좌대 등.
• 기능：
  • 차량 무게를 지탱하고 노면 충격을 흡수합니다.
  • 강성 지지력을 제공하여 중량물 적재에 적합합니다(예: 트럭 적재량 10-20톤).
  • 차륜 운동을 유도하고 차축 위치를 유지합니다.
• 응용: 화물차(예: 둥펑, 포톤), 픽업트럭(예: 포드 F-150), 오프로드 차량(예: 지프 랭글러)에서 흔히 볼 수 있습니다.

2. 판 스프링의 제조 공정

판 스프링은 주로 프레스, 열처리 및 조립 공정을 통해 생성되며, 주조 공정은 높은 인성과 탄성이 요구되기 때문에 거의 사용되지 않습니다. 주조 재료(예: 주철)는 강성은 충분하지만 인성이 부족합니다. 다음은 상세한 공정입니다.

재료 선택

• 스프링강：
  • 일반적인 재료: 60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9(일본 표준) 또는 5160(미국 표준).
  • 특성: 고강도(인장 강도 1200-1800 MPa), 높은 탄성 한계, 내피로성.
  • 탄소 함량: 0.5-0.6%, 실리콘, 망간, 크롬 등의 합금 원소를 함유하여 인성과 내구성을 향상시킵니다.
• 두께 및 크기：
  • 단일 판 두께: 6-20mm(적재 요구 사항에 따라 다름).
  • 길이: 800-2000mm, 폭 50-100mm.
  • 층수: 3-10장(다중 판) 또는 단일 판(단일 판 스프링, 예: 일부 경량 트럭).
• 기타 재료: 고무 또는 폴리우레탄 부싱은 행거에 사용되어 마찰과 소음을 줄입니다.

설계 및 계획

• 기능 요구 사항：
  • 적재 능력: 차량 총중량(GVW)에 따라 설계, 예: 경트럭 1-3톤, 중트럭 10-20톤.
  • 강성(k 값): 일반적으로 200-1000 N/mm, 서스펜션 강도와 편안함에 영향을 미칩니다.
  • 피로 수명: 수백만 번의 반복 하중을 견뎌야 합니다(약 10년 사용 수명).
• CAD 설계：
  • SolidWorks 또는 CATIA를 사용하여 스프링의 곡률, 길이 및 층수를 설계합니다.
  • 유한 요소 해석(FEA)은 응력 분포를 시뮬레이션하여 최대 하중에서 변형되지 않도록 합니다.
• 모양: 포물선형 또는 다중 판 적층형, 포물선형은 더 가볍고 응력 분포가 균일합니다.

성형 공정

• 절단：
  • 전단기 또는 레이저 절단기를 사용하여 스프링 강판을 지정된 크기로 자릅니다.
  • 정밀도는 ±0.5mm로 제어하여 일관된 적층을 보장합니다.
• 열간 성형：
  • 가열: 강판을 850-900°C(오스테나이트화 온도)로 가열하여 가소성을 높입니다.
  • 프레스 또는 롤링: 유압 프레스(1000-3000톤) 또는 롤링 밀을 사용하여 곡선 구조를 성형합니다. 포물선형 스프링은 각 판을 정확하게 성형해야 합니다.
  • 장점: 열간 성형은 강판 내부의 결정립을 미세화하여 강도와 탄성을 향상시킵니다.
• 단부 가공：
  • 아이 형성(eye forming): 강판 양쪽 끝을 원형 행거로 말아서 차축 또는 차대에 연결합니다.
  • 드릴링: 중앙 구멍은 중앙 볼트를 설치하여 여러 판 스프링을 연결하는 데 사용됩니다.

열처리

• 담금질：
  • 성형된 강판을 850-900°C로 가열한 후 빠르게 냉각합니다(유냉 또는 수냉).
  • 목적: 마르텐사이트 구조를 형성하여 경도(HRC 40-50)와 강도를 높입니다.
• 템퍼링：
  • 400-600°C에서 템퍼링하여 내부 응력을 제거하고 인성과 내피로성을 향상시킵니다.
  • 템퍼링 후 경도: HRC 30-40, 강성과 탄성의 균형을 맞춥니다.
• 쇼트 피닝(Shot Peening)：
  • 고속 강철 볼로 표면을 폭격하여 압축 응력을 도입하고 피로 수명을 향상시킵니다(50-100% 연장 가능).

표면 처리

• 방청 코팅：
  • 에폭시 수지 또는 분말 코팅을 스프레이, 두께 50-100μm.
  • 용융 아연 도금 또는 전기 도금, 염수 분무 테스트 > 500시간.
• 윤활: 다중 판 스프링 사이에 흑연 윤활제를 바르거나 플라스틱 와셔를 추가하여 마찰과 소음을 줄입니다.

조립

• 적층 및 고정：
  • 여러 판 스프링을 곡률 크기에 따라 쌓고 중앙 볼트(M12-M20)로 고정합니다.
  • 클램프(U자형 볼트)는 스프링을 차축에 고정합니다.
• 부속품 설치：
  • 행거 부싱(고무 또는 폴리우레탄), 차대와 스프링을 연결합니다.
  • 쇼크 업소버는 스프링과 병렬로 연결되어 진동을 제어합니다.
• 정렬: 스프링 곡률과 차축 위치가 정렬되었는지 확인하고 편차는 <1mm입니다.

테스트 및 품질 관리

• 강성 테스트：
  • 유압 시험기를 사용하여 하중(1-20톤)을 가하고 변형량을 측정하여 강성(k 값)을 검증합니다.
• 피로 테스트：
  • 수백만 번의 반복 하중(주파수 1-3 Hz)을 시뮬레이션하여 파손이 없는지 확인합니다.
• 치수 검사：
  • 3차원 측정기(CMM)는 곡률, 길이 및 구멍 위치를 검사하고 정밀도는 ±0.5mm입니다.
• 내식성 테스트：
  • 염수 분무 테스트(500-1000시간)를 통해 코팅 내구성을 검증합니다.
• 하중 테스트：
  • 최대 하중(예: 20톤)을 시뮬레이션하여 변형 또는 파손이 없는지 확인합니다.