일본 자동차 OEM 업체와 이들의 1차 공급업체는 현재 1.5 GPa 강종으로 제작된 자동차 차체 부품을 콜드 스탬핑하고 있습니다. 세계 다른 지역의 회사들도 1.5 GPa 및 1.7 GPa 사이드 임팩트 빔을 포함한 콜드 스탬핑 시험에서 초고장력강을 사용하고 있습니다. 이러한 움직임들은 초고장력강을 다룰 때 콜드 스탬핑과 롤성형을 포함한 냉간성형 공정이 자동차 제조업체에게 핫스탬핑에 대한 비용 및 에너지 효율적인 대안을 제공하는 방법을 보여줍니다.
자동차 업계에서 충돌 성능에서 별 5개를 얻을 수 있는 고강도 및 경량형 차체 구조라는 목표를 달성하기 위해서, 자동차 OEM 업체들은 강도가 더 높은 AHSS/UHSS 강종의 사용을 더욱 높일 계획입니다. 특히 전기 자동차의 경우 무거운 배터리 팩을 운반하고 보호하기 위해 새로운 방식으로 사용되는 강도가 더 높은 재료를 필요로 합니다.
수년 동안 1.5 GPa 강종을 롤성형하여 자동차 BIW 적용분야에서 상대적으로 간단한 형상을 만들어 왔습니다. 그러나 현재는 스탬핑 기술의 체계적인 발전으로 BIW 설계자와 생산 엔지니어들이 핫스탬핑에만 의존하는 대신 1.5 GPa 강종을 콜드 스탬핑하여 중간 정도로 복잡한 프로파일을 만들 수 있게 되었습니다
출처: SSAB.
"전 세계의 다른 국가와 비교했을 때, 일본의 다이 제조업체들은 스프링백을 제어하면서 1500 MPa 강종에 필요한 더 높은 힘을 수용하기 위해 다이와 툴을 더욱 완벽하게 개발했습니다"라고 30년 이상 일본 자동차강 컨설턴트인 Hiroshi Kondo가 언급합니다. "모든 일본 자동차 OEM 업체들은 현재 콜드 스탬핑을 위한 1500 메가파스칼 강종을 평가하고 있습니다."
"전통적으로 일본 OEM 업체들 및 1차 공급업체들은 롤포밍이나 핫스탬핑과 대조적으로 콜드 스탬핑을 더 편안하게 생각해 왔다”고 Kondo는 덧붙였습니다. "롤포밍에 비해 콜드 스탬핑이 갖고 있는 장점 중 하나는 스탬핑으로 부품 형상을 보다 자유롭게 만들 수 있다는 점입니다.”
"그리고 콜드 스탬핑은 핫 스탬핑에 비해 장점만 갖고 있습니다. 일본 자동차 제조업체에게 중요한 것은 낮은 에너지 사용과 빠른 사이클 시간이며, 지금은 당연히 CO2 발자국 감소도 포함됩니다, 이 모든 점들로 인해 핫 스탬핑보다는 콜드 스탬핑이 더 좋습니다.”
1500M 응용 제품의 경우 콜드 스탬핑의 잠재적인 후보로는 사이드 인트루젼 빔, 범퍼 빔, 크로스 빔 및 보강재가 있습니다.
"대부분의 로커 패널, 로커 패널 보강재, 바닥 크로스 빔 및 일부 루프 빔은 롤 성형이 가능합니다"라고 SSAB 자동차 사업 개발 전문가인 Kenneth Olsson은 말합니다. “그러나 형상으로 인해 롤성형이 불가능한 부품들도 많습니다.”
"핫스탬핑은 항상 옵션으로, 더 비싸고 속도가 더 느리며, 대부분의 제조업체들이 그렇듯이 화석 연료로 용광로를 가열할 경우 CO2가 배출되어 자동차 OEM 업체들의 지속 가능성 목표를 방해하게 된다”고 Olsson은 덧붙입니다. 따라서 1500 MPa 강도의 콜드 스탬핑은 비교적 새로운 흥미로운 발전입니다.”
Kenneth Olsson.
KIRCHHOFF Automotive는 Docol® 1500M 및 1700M 강종을 사용하여 이 사이드 임팩트 빔 프로토타입을 성공적으로 콜드 스탬핑했습니다. 상단 사진은 형성된 부품을 보여주는 반면 하단 사진은 3점 벤딩 테스트 후의 부품을 보여줍니다.
Docol® CR1150Y1400-MS-EG 강종으로 콜드 스탬핑된 이 사이드 임팩트 빔은 CR950Y1200T-MS-EG용으로 설계된 양산 금형에서 성공적으로 테스트되었습니다. SSAB의 성형 전문가들은 CR1220Y1500T-MS-EG를 사용하여 부품을 성공적으로 콜드 스탬핑을 할 수 있다고 믿고 있습니다.
핫스탬핑 후 제조업체는 매우 주의를 기울여 트리밍 및 피어싱 작업을 수행해야 합니다, 그렇지 않으면 지연 파괴가 발생할 수 있습니다. 결과적으로, 핫스탬핑된 부품을 뚫거나 다듬기 위해 일반적으로 레이저가 필요하며 이러한 레이저는 기존의 기계 공구보다 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
냉간성형을 통해 스탬핑 작업자는 1.5 GPa 강종에서도 지연 파괴의 위험 없이 기존의 기계식 피어싱 및 트리밍 공구를 사용할 수 있습니다. 인라인 기계 트리밍과 피어싱은 스탬핑 작업자들에게 친숙하고 빠르며 비용 효율적인 프로세스입니다.
핫스탬핑의 두 가지 주요 장점은 매우 복잡한 형상을 형성하고 스프링백을 제거하는 데 있습니다. 그러나 일본의 스탬핑 작업자 등은 콜드 스탬핑된 부품에서 스프링백을 제어하기 위해 일련의 전략들을 개발했습니다:
World Auto Steel이 마르텐사이트 웹페이지에서 기재한 바대로, 마르텐사이트 강은 냉간성형이 가능한 열간성형 프레스 경화강의 대안입니다.
콜드스탬핑을 사용하면 금형 가공 시 다양한 전략을 고려할 수 있는 유연성을 확보할 수 있으며, 이로 인해 스프링백이 감소하거나 롤포밍으로는 달성할 수 없는 부품 특성을 통합할 수 있습니다. 마르텐사이트 강의 콜드스탬핑은 부드러운 곡률을 가진 단순한 형상에 한정되어 있지 않습니다.
그런 다음 World Auto Steel은 콜드스탬핑 처리된 센터 외부 기둥 사진과 CR1200Y1470T-MS를 맞춤형으로 용접한 상부를, CR320Y590T-DP로 제작된하부를 보여 줍니다. 계속해서 다음과 같이 인용합니다:
강판 항복 강도와 모자 형상 부품의 3점 절곡 변형 간에 상관관계가 있음을 보여 주는 연구. 항복 강도 비교에 근거하여... CR12001470T-MS는 동일한 두께를 가진 핫스탬핑된 PHS-CR1800T-MB 및 PHS-CR1900T-MB와 비슷한 성능을 갖고 있으며 자주 사용되는 PHS-CR1500T-MB를 능가합니다. 이러한 이유로, 적절한 프레스, 프로세스 및 다이 설계가 사용되는 콜드 스탬핑 방식으로 비용과 중량도 줄일 수 있습니다.
이 기사에서는 마르텐사이트 1500 MPa 강종으로 제작된 상용 생산 시 콜드 스탬핑된 크로스 멤버 보강재를 보여 줍니다:
이 부품의 다양한 높이는 최외측 가장자리에서 불균일한 단면과 결합하여 스프링백을 제어하는 데 도움이 되지만, 냉간성형 방식인 경우 [콜드 스탬핑 공정 대신] 롤포밍이 훨씬 더 어려워집니다.
이 기사는 스프링백 민감도를 줄여 치수 정확도를 개선하기 위해 특허받은 Stress Reverse Forming™ 프로세스를 사용하는 냉간성형된 1500T-MS 센터 루프 보강재의 예시로 마무리됩니다.
정확도: 스프링백이 없으면 프레스 경화된 부품이 매우 정밀할 수 있습니다. 콜드 스탬핑을 사용하면, 포괄적인 스프링백 관리가 부품 정확도의 핵심입니다.
부품 형상: 핫스탬핑은 매우 복잡한 부품 형상에 이상적입니다, 그렇지만 콜드 스탬핑은 부품의 복잡성을 크게 증가시킵니다.
사이클 시간: 콜드 스탬핑은 프레스 경화보다 훨씬 빠릅니다.
에너지 사용: 핫스탬핑에는 신속한 가열(900°C까지)과 신속한 냉각이 필요하며 콜드스탬핑은 그렇지 않으므로 비용과 배출량이 적습니다.
트리밍/피어싱: 1.5 GPa PHS 부품은 수소 취성을 피하기 위해 레이저 트리밍과 피어싱이 필요합니다. 반면，냉간 스탬핑된 1500 MPa 부품은 기계적으로 절단하고 인라인으로 피어싱할 수 있습니다.
사진 제공: KIRCHHOFF Automotive.
1400M 사이드 임팩트 빔, 1200M용으로 설계된 다이에서 성공적으로 콜드 스탬핑됨.
1.5 GPa 부품 콜드 스탬핑은 비교적 새로운 반면 UHSS 강종 (냉간) 롤포밍은 수년간（일본이 아닌 지역에서）흔하게 사용되고 있습니다. 또한 설계자와 1차 공급업체들은 롤포밍 적용 분야에서 점점 더 정교해지고 있어 어떤 형상을 만들 수 있는지에 대한 경계를 넓혀가고 있습니다.
예를 들어 Shape Corp.는 Docol® CR1350Y1700-MS-UC 강종 롤성형을 개발한 후 Ford 모델에서 대량 생산을 위해 이 루프 레일로 3D 절곡하였습니다. 그 결과 차량 탑승자들에게 향상된 가시성을 제공하는 경량의 비용 및 에너지 효율적인 구성요소가 탄생했습니다.
10년 넘게 이 저중량 로커 패널은 인라인 성형 및 절단을 통해 Docol® CR1150Y1400T-MS-EG로 롤 성형하여 제작되었습니다. SSAB 성형 전문가는 이와 같이 롤 성형 부품을 1700 MPa로 업그레이드하는 고객들과 논의하고자 합니다.
Shape Corp.은 이 CR1700M 루프 레일을 롤성형한 후 3D 절곡을 실시합니다. 이미지 제공: Shape Corp.
사진 제공: Ford Motor Company.
UHSS로 보다 복잡한 형상을 만드는 대안으로서 3차원 롤 성형이 제안되었습니다.
SSAB의 충돌 성능 전문가는 Docol® EV 설계 콘셉트에서 배터리 보호용으로 1700M에 3D 롤포밍을 사용하는 것을 제안했습니다. 여기에서는 메시 패턴으로 짜여진 3D 롤 성형("파형") 빔을 활용하여 이러한 구조물의 기존 높이의 절반에 해당하는 매우 강력한 EV 배터리 인클로저 베이스를 설계하였습니다.
자동차 바닥 아래의 파란색 빔은 배터리 인클로저의 "메시" 구조입니다. Docol 1700M 제품으로 제작된 3D 롤포밍된 빔의 크로스 패턴은 메시 높이를 2배로 줄입니다.
Docol® 마르텐사이트 1500 MPa는 다음에 의해 입증되는 바와 같이 냉간성형을 위한 향상된 성능을 제공합니다:
SSAB는 새로운 냉간성형 기술의 도입과 적용을 주의 깊게 따르고 있으며, 냉간성형의 효율성(택 타임 단축, 프레스 간소화 및 에너지 사용 감소)이 간소화된 생산, 비용 절감 및 지속가능성을 위한 자동차 제조업체의 목표와 잘 일치한다는 것을 알고 있습니다.
당사는 최상의 결과를 위해 제품 개발 초기에 성형 전문가를 참여시킬 수 있도록 차체 부품 설계자를 독려하고 있습니다. 현지 Docol® 대리점에 문의하여 귀사의 프로젝트의 목표와 원하시는 바를 설명하시기 바랍니다.
다양한 AHSS/UHSS 미세구조들은 다양한 컷 및 펀칭 엣지 결과와 속성을 제공합니다. "절단성", 즉 소재를 성형할 때 우수한 품질의 엣지를 만들어 내는 능력은 절단 엣지 연성과 다릅니다. 그 밖에도 AHSS/UHSS 강종의 절단 및 펀칭에 대한 기계 설정은 컷/펀칭된 엣지의 최종 성능에 영향을 미칩니다.
초고장력강 성형 기술 분야의 SSAB 전문가 중 한 명이 최적화된 자동차 설계를 위해 1400M, 1500M 및 1700M 강종에 대해 심도 있게 논의하고 있습니다. 주제는 다음과 같습니다: • 1700 MPa의 강도로도 마르텐사이트강을 냉간성형 하는 방법 • UHSS 마르텐사이트 강종용 용접 매개변수 • 수소 취성： 이를 방지하기 위한 기본 사항들.
마르텐사이트 강은 최대 1700 MPa의 인장 강도와 우수한 연성을 결합하여 차량 경량화와 무엇보다 안티 인트루젼 영역의 충돌 보호 기능개선에 효율적입니다.
자동차에서 독창적인 적용분야를 발견하거나 새로운 생산 방식을 시도해 보길 원하십니까, 또는 연비와 내충돌성, 지속가능성을 향상시키기 위해 부품을 더욱 가볍게 제작하길 원하십니까?