자동차 충돌 방지 빔

자동차 충돌 방지 빔은 자동차 전후 범퍼 내부의 핵심 안전 부품으로, 충돌 에너지를 흡수하고 차체 구조와 탑승자 안전을 보호합니다. 자동차 충돌 방지 빔은 주로 프레스 성형, 롤 성형 또는 압출 성형을 사용하여 용접 또는 리벳 접합 공정과 결합합니다. 주조 공정(예: 사형 주조 또는 다이캐스팅)은 충돌 방지 빔 제조에 거의 사용되지 않습니다. 왜냐하면 충돌 방지 빔은 경량화, 고강도 및 특정 기하학적 모양이 필요하며, 프레스 또는 압출이 이러한 요구 사항에 더 적합하기 때문입니다.
 

충돌 방지 빔의 제조 공정

충돌 방지 빔의 생성 과정은 주로 다음 단계를 포함합니다.

재료 선택

• 고강도 강철(HSS)：
  • 일반적인 재료: 붕소강, 복상강(DP강, 예: DP600, DP800) 또는 첨단 고강도 강철(AHSS).
  • 장점: 고강도(인장 강도 600-1500 MPa), 적당한 비용, 시장의 약 70%를 차지합니다.
  • 응용 분야: 경제형 및 중급 모델, 예: 폭스바겐, 토요타.
• 알루미늄 합금：
  • 일반적인 재료: 6061 또는 7075 알루미늄 합금.
  • 장점: 경량화(강철보다 약 30-40% 가벼움), 내식성.
  • 응용 분야: 고급 모델 또는 전기 자동차, 예: 테슬라, 아우디.
• 복합 재료(드묾)：
  • 예: 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 슈퍼카 또는 고급 튜닝카에 사용되며, 무게가 매우 가볍지만 비용이 높습니다.
• 두께：강철 충돌 방지 빔의 두께는 일반적으로 1.5-3mm, 알루미늄 합금은 2-4mm입니다.

설계 및 계획

• 기능 요구 사항：
  • 충돌 에너지 흡수(저속 충돌 <16 km/h, 고속 충돌 >40 km/h).
  • 범퍼 외피, 에너지 흡수 박스(crash box)와 협력하여 충격력을 분산시킵니다.
  • 중국 C-NCAP, 유럽 Euro NCAP 또는 미국 IIHS 표준과 같은 규정을 준수합니다.
• CAD 설계：
  • 소프트웨어(예: CATIA, SolidWorks)를 사용하여 3D 모델을 설계하고 단면 모양(일반적으로 U자형, 상자형 또는 물결 모양)을 최적화합니다.
  • 유한 요소 분석(FEA)으로 충돌 성능을 시뮬레이션하여 에너지 흡수 및 구조적 강성을 보장합니다.
• 경량화：재료 두께와 기하학적 모양을 최적화하여 무게를 줄입니다(강철 빔 약 5-10kg, 알루미늄 빔 약 3-6kg).

성형 공정

• 프레스 성형(Stamping)：
  • 과정：강판 또는 알루미늄 판을 프레스 금형에 놓고 유압 또는 기계 프레스(압력 1000-5000톤)를 통해 U자형 또는 상자형 구조로 성형합니다.
  • 장점：고정밀도(±0.1mm), 대량 생산에 적합합니다.
  • 응용 분야：가장 일반적인 공정으로, 충돌 방지 빔 생산의 80% 이상을 차지합니다.
• 롤 성형(Roll Forming)：
  • 과정：강철 스트립 또는 알루미늄 스트립이 연속 롤러를 통해 점진적으로 특정 단면으로 성형됩니다.
  • 장점：긴 막대 모양 빔에 적합하며, 재료 활용률이 높습니다.
  • 응용 분야：상용차 또는 트럭 충돌 방지 빔.
• 압출 성형(Extrusion)：
  • 과정：알루미늄 합금이 압출기(2000-5000톤)를 통해 복잡한 단면(예: 중공 구조)으로 압출됩니다.
  • 장점：경량화, 복잡한 기하학적 모양에 적합합니다.
  • 응용 분야：고급 모델 또는 전기 자동차.
• 열성형(Hot Forming)：
  • 과정：붕소강을 900°C로 가열한 후 프레스 성형하고 냉각하여 초고강도를 얻습니다.
  • 장점：강도가 높고 무게가 가볍습니다.
  • 응용 분야：높은 안전 요구 사항 모델, 예: 볼보, BMW.

가공 및 조립

• 절단 및 다듬기：
  • 레이저 절단 또는 플라즈마 절단을 사용하여 가장자리를 다듬어 치수 정확도를 보장합니다.
  • 볼트 또는 에너지 흡수 박스를 설치하기 위해 구멍을 뚫거나 펀칭합니다.
• 용접/연결：
  • MIG/TIG 용접：충돌 방지 빔과 에너지 흡수 박스 또는 차체 프레임을 연결합니다.
  • 리벳 접합 또는 볼트 연결：알루미늄 합금 빔에 사용되어 열 변형을 줄입니다.
  • 점 용접：강철 빔에 일반적으로 사용되며 효율성이 높습니다.
• 보강재：높은 응력 영역에 강판 또는 리브를 추가하여 충격 저항 능력을 향상시킵니다.

표면 처리

• 전기 도금/용융 아연 도금：강철 충돌 방지 빔에 아연층(두께 10-20μm)을 코팅하여 부식을 방지합니다.
• 양극 산화 처리：알루미늄 합금 빔 표면 처리, 내식성 및 미관을 향상시킵니다.
• 분말 코팅：일부 충돌 방지 빔에 부식 방지 코팅을 분사하여 고온 및 화학적 침식에 강합니다.