고효율 자동차를 위한 안정적 사이즈의 경량화 부품

프라운호퍼연구소 Fraunhofer Institute (IWU)에서는 새로운 소재에 대한 이해가 가능해집니다.

프라운호퍼연구소 Fraunhofer Institute (IWU)에서는 새로운 소재에 대한 이해가 가능해집니다.
프라운호퍼연구소 Fraunhofer Institute (IWU)에서는 새로운 소재에 대한 이해가 가능해집니다.

이다양한 재료의 하이브리드 구조는 차량제작시 경량 디자인 컨셉에 사용되고 있습니다. 물질 별 열팽창 계수의 차이는 위험을 초래할 수 있습니다. 러한 위험을 최소화하기 위해 저희는 페인트 건조 시뮬레이션 모델을 검증하는 분석 오븐을 개발했습니다.

차체는 신차 개발에서 가장 중요한 역할 중 하나입니다. 혼합 구조와 같은 경량 설계 개념은 차량의 전체 무게를 줄여 줍니다. 여기서 관건은 개별 부품, 클램핑, 부분 용접, 접힘 및 음극 딥 코팅 (CDC 건조)을 사용한 부품 건조의 정확도와 같이 그 공차를 컨트롤하는 것입니다. 기능적 차원의 변화가 생기면 눈에 띄고, 품질이 떨어집니다. 알루미늄이 함께 쓰이는 혼합된 구조에서는 열 공정 과정 중 열팽창 차이로 인한 공차 편차가 발생할 수 있습니다. 이는 씰의 품질, 폐쇄력 및 바람소음 정도에 영향을 미칩니다. 따라서 품질과 비용을 계획된 범위 내로 유지하려면 순정 부품과 장비 사용에 앞서 초기 제품 보증을 위한 치수 안정성에 대한 수치적 예측이 필요합니다.

드레스덴에있는 프라운호퍼 공작기계 및 성형기술 연구소 (Fraunhofer IWU)는 관련 공정 매개변수의 함수로 어셈블리의 기하학적 구조 예측을 연구합니다. 현재의 초점은 대체모델의 매개변수 확인방법 및 부품의 열팽창으로 인한 치수 변화 확인방법 개발에 있습니다. 페인트 건조 공정 중 접착제의 경화를 통해 이 상태를 고정시키는 데에는 특별한 주의가 요구됩니다. 페인트 건조 공정을 시뮬레이션하고, 모델을 실험적으로 검증하기 위해 Vötsch Industrietechnik에서는 이 공정 중 부품의 온도와 광학 측정을 정밀하게 제어할 수 있는 분석 오븐을 개발했습니다.

CDC 건조공정 단계의 실험 플랫폼으로서 오븐에 두 가지 제약조건이 생겼습니다. 온도분포는 균일해야 하고, 구성요소 변형 및 움직임은 광학 측정 기술을 통해 기록되어야 하는 것이죠. 이를 위해 오븐에는 최대 에너지 효율을 갖는 구성부품 참조마크의 정확한 광학측정을 가능케 하는 큰 창이 설치되었습니다. 220°C의 온도는 CDC 건조조건에 해당됩니다.

 

오븐 내 온도 균일성은 가능한 최상의 기술범위 내에서 ± 2K입니다. 오븐이 가열되자 마자 가열단계에서 가열 전력이 1/3로 감소합니다. 최적의 온도분포는 높은 공기 순환을 통해 달성되며, 추가로 이를 위해 특수도어 구조가 설치됩니다. 공기순환은 3 개의 송풍기에 의해 생성되며, 추출기 팬과 프로그램 제어를 통해 정의된 온도상승 및 하강 실현이 가능합니다. 차체제작 공정 중 CDC 연속오븐 과정으로 알려진 온도 프로필을 최적으로 재현할 수 있습니다.

 

바닥의 ​​레일과 로딩 트롤리를 통해 작업물을 정렬하고, 필요한 기준점에 표시하고, 오븐 안에 배치할 수 있습니다. 정확한 측정 값을 얻기 위해 창은 굴절률이 낮고, 팽창 계수가 낮은 붕규산 유리로 만들어졌습니다. 모든 상황에서 좋은 조명을 제공하기 위해 오븐의 작업공간에 개별 스위치 작동 및 조도 조절이 가능한 4개의 내열성 할로겐 스포트라이트가 장착되어 있습니다.

캐스케이드 제어 시스템을 사용하면 최대 6 개의 센서가 부착되어 공작물의 온도를 정밀하게 제어할 수 있습니다. S!MPAC® 제어 시스템의 특수기능을 통해 가장 온도가 높은 센서를 통한 제어가 가능합니다.

이더넷 인터페이스를 통해 오븐을 모니터링용 컴퓨터 시스템과 연결하여 온도곡선과 같은 캡처된 데이터를 S! MPATI®에서 직접 확인할 수 있습니다.

온도제어 과정상의 측정방법은 인라인 3D 기하학적 측정 (GOM PONTOS)으로 이뤄져 있습니다. 열팽창 정도의 차이로 인한 조인트 영역에서 발생하는 전체 부품 변형 및 국부적 팽창이 분석됩니다. 오븐 공정에 대한 대체 모델은 실험에서 측정된 변형과 예측된 기하학적 편차를 비교해 봄으로써 검증됩니다.

따라서 이 복잡한 테스트 시스템을 통해 혼합 구조에 사용되는 다양한 재료의 고온 거동을 분석할 수 있습니다. 시험과정에서 부품을 정밀하게 측정함으로써 부품의 확장 가능성을 감지할 수 있습니다. 즉, 부품이 대량 생산되기 전에 다양한 재료를 시험하고, 분석할 수 있게 됩니다.