Liftgate 설계로 수정된 필라멘트 권선을 테스트합니다.

자동차 리프트 게이트 또는 리어 해치 도어는 수십 년 동안 금속에서 복합 재료로 천천히 전환되었습니다. 2013년이 되어서야 금속 지지 구조를 뺀 최초의 전체 플라스틱/복합 리프트게이트가 상용화되었지만 오늘날 대부분의 리프트게이트는 외부 스킨과 내부 패널이 부착되는 이 지지 구성요소를 여전히 갖추고 있습니다. SUV(다용도 차량) 및 후면 도어가 더 큰 CUV(크로스오버 유틸리티 차량)

그러나 Toyota Supra에서 2019년에 데뷔한 복합 리프트게이트의 다음 진화는 무엇일까요? Toyota Motor Corp.(일본 토요타 시)의 스포츠카. 필라멘트 권선 복합 프레임은 금속 프레임을 대체했으며 특히 좁은 포장 공간에서 더 큰 설계 유연성과 함께 기존 금속 구조보다 더 낮은 무게로 더 높은 강성과 강도를 제공한다고 합니다. 보고된 바에 따르면, 필라멘트 와인딩 공정은 관심이 증가하고 응용 프로그램이 확산됨에 따라 더 많은 차량 생산의 속도 및 비용 목표를 충족할 수 있을 정도로 수정되었습니다. 이것이 디자인과 기술이 된 방식입니다.

삼각 제조

Magna International Inc.(캐나다 온타리오주 오로라)는 북미 지역의 Tier 1 통합업체이지만 유럽에서는 Magna Steyr AG &Co. KG(오스트리아 그라츠) 자회사도 추가 제조가 필요한 OEM을 위해 완성차를 설계 및 조립합니다. 용량.

최근 Magna는 2013년부터 설계 및 제조 프로젝트에 협력해 온 자동차 제조업체인 Toyota 및 BMW AG(독일 뮌헨)와 관련된 흥미로운 프로그램에 참여했습니다. 최근의 노력으로 Toyota는 Supra 명판을 작성하고 BMW와 제휴하여 차량 및 자매 차량인 BMW의 2인승 Z4에 대한 설계 및 튜닝을 제공했습니다. . 두 차량은 엔진, 서스펜션 및 조향 시스템을 공유합니다. Magna Steyr는 Graz에서 두 차량을 조립하고 Supra를 공급했습니다. 시트, 차체 패널, 도어 래치 및 리프트게이트 포함. 두 차량 모두 많은 혁신이 있지만 Supra 복합재 설계 혁신이 가장 두드러지는 곳입니다.

맨체스터 오브 보헤미아

Magna가 2020년에 참여하기 몇 년 전 연도 Supra, 체코 리베레츠(Liberec)에서 운영되는 이 회사는 여러 잠재적 응용 분야를 위한 복합 공간 프레임 기술을 탐구해 왔습니다. 운 좋게도 이 지역은 선도적인 섬유 센터로서 풍부한 전통을 가지고 있으며 한때 "보헤미아의 맨체스터"로 알려졌습니다. Liberec 팀은 높은 하중을 지원하고, 전체 질량을 줄이며, 엄격한 치수 공차를 유지하고, 유럽 자동차 제조업체의 성능 및 제조 요구 사항을 충족하기 위해 높은 반복성 및 재현성(R&R)을 가진 공정에서 생산될 수 있는 기술 아키텍처를 모색했습니다.

"우리는 열 및 치수 안정성이 높은 열경화성 제품이 필요하다는 결론을 내렸습니다."라고 Magna의 글로벌 제품 라인 이사인 복합 리프트게이트인 Riad Chaaya가 회상합니다. “우리는 또한 기계적 성능, 패키지 공간, 질량 및 비용을 최적화하는 데 필요한 다양한 모양과 두께의 단면을 생산할 수 있는 폐쇄형 모양이 필요하며, 이 프로세스는 연간 150,000개의 부품을 생산할 수 있는 공정에서 생산할 수 있어야 한다는 것도 알고 있었습니다. 블로우 몰딩, 브레이딩, 필라멘트 와인딩을 포함한 많은 기술을 살펴보았지만 우리의 요구를 완전히 충족시키는 기술은 없었습니다. 많은 시도 끝에 우리는 필라멘트 와인딩을 우리가 원하는 것에 가장 잘 맞는 것으로 선택했습니다. 가장 낮은 무게에서 가장 높은 모듈러스를 추출하기 위해 방향과 필라멘트 수를 제어할 수 있었기 때문입니다."

많은 이점에도 불구하고 필라멘트 와인딩이 기존 자동차 생산에 너무 느릴 수 있다는 우려가 있었습니다. 또한 팀은 닫힌 모양의 프레임을 만들기 위해 와인딩 프로세스를 시작하고 종료하는 방법이 필요했습니다. 다행히 팀은 필라멘트 와인딩에 대한 이력이 없었지만 Liberec의 섬유 제조 유산은 지역 커뮤니티가 로빙 및 필라멘트 와인딩 전문가로 가득 차 있다는 것을 의미했습니다.

"운이 좋게도 이 전문가들은 전통적인 노하우를 우리가 새로운 방식으로 적용하여 대량의 자동차 요구 사항을 충족할 수 있도록 도우려는 열정을 가지고 있었습니다."라고 Dr.-Ing가 덧붙입니다. Josef Půta, Magna Exteriors 기술 리더 - 체코.

Magna Liberec의 산업화 책임자인 Lukáš Strouhal은 이렇게 회상합니다. “우리는 프로세스의 각 단계를 가속화하고 작업을 완전히 다르게 수행하는 방법을 고려했습니다. 방법에 대해 너무 많이 말할 수는 없지만 그렇게 하면 속도가 크게 향상되어 수정된 프로세스가 '자동차 가치'가 될 수 있다고 말할 수 있습니다.”

Magna와 파트너는 에폭시, 폴리우레탄(PUR) 및 PUR/비닐 에스테르 혼합물과 유리에서 탄소, 현무암 섬유에 이르기까지 다양한 보강재를 포함한 많은 수지 시스템을 조사했습니다. 최종 시스템은 섬유 효율성, 성능, 비용 및 생산 속도의 최상의 균형을 제공하는 PUR 및 유리 섬유를 특징으로 합니다.

마그나의 일반 필라멘트 권취 공간 프레임은 3단계로 생산되며 각 단계는 속도에 최적화되어 있습니다. 첫째, 단단한 다공질 PUR 코어는 반응 사출 성형(RIM)을 통해 생산됩니다. 두 번째, 맨드릴 역할을 하는 코어는 유리 섬유로 감겨 있습니다. 셋째, 그 상처 구조에 PUR을 주입하고 고압 수지 이송 성형(HP-RTM) 공정에서 통합합니다. 주입/통합 중에 코어가 붕괴되지 않도록 주의합니다. Půta는 사용된 조방사 유형, 사이징 및 수지를 지정하는 데 많은 노력을 기울였다고 설명합니다. 이는 재료 수정에 대해 공급업체와 긴밀한 작업이 필요함은 물론 각 레이어에서 필라멘트의 감기 수와 방향을 결정하는 데에도 필요합니다. 당연히 회사는 설계 및 핵심 생산에서 필라멘트 와인딩 머신에 이르기까지 모든 분야에 걸쳐 수많은 특허를 취득했으며 추가 영업 비밀을 보유하고 있습니다.

Strouhal은 “우리는 각 공정 단계와 제품에서 여러 가지 혁신을 이루었습니다. "우리 프레임 중 하나를 찢고 사용된 모양과 기하학을 볼 수 있습니다. 그러면 우리가 왜 그리고 어떻게 그렇게 했는지 여전히 궁금할 것입니다."

Magna Liberec 팀은 특정 응용 프로그램을 위한 공간 프레임 기술을 개발하지 않았지만 이 기술을 사용할 흥미로운 기회를 얻게 되었습니다.

도전적인 리프트게이트

Magna는 승용차용 리프트게이트를 생산해 온 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이 회사는 2013년 BMW i3를 위해 북미와 유럽에서 최초의 올 올레핀 리프트게이트를 제작했다고 합니다. 전기 도시 자동차, FCA NA LLC(미국 미시간주 어번 힐스) 2019 Jeep Cherokee용 차세대 순수 올레핀 리프트게이트 설계 및 제작 SUV. 리프트게이트 생산이 Supra 프로그램에서 Magna는 Liberec에서 수행한 작업뿐만 아니라 금속성 리프트게이트 구조를 합성물 및 플라스틱으로 변환한 오랜 역사를 활용했습니다.

“수프라 리프트게이트는 여러 가지 즉각적인 문제를 제시했습니다.”라고 Chaaya는 회상합니다. “첫째, 패키지 공간이 매우 제한적이었습니다. 즉, 허용 오차가 매우 엄격하고 선형 열팽창 계수 값을 신중하게 관리하여 리프트게이트를 자유롭게 열고 닫을 수 있어야 합니다. 둘째, 이 문의 모양은 훨씬 더 어려웠습니다. Toyota는 더 가벼운 리프트게이트를 원했을 뿐만 아니라 차량 후면이 드레이프되는 방식에 대한 매우 구체적인 스타일 요구 사항이 있었습니다. 셋째, 차량의 예상 제작량으로 인해 금속으로 그 모양을 구현하는 데 드는 비용이 매우 많이 듭니다. 사실, 우리는 리프트게이트 프레임이 단일 금속으로 생산될 수 없으며 여전히 Toyota의 디자인 및 성능 요구 사항을 충족할 수 없다고 결론지었습니다. 이는 우주 프레임이 복합 재료, 특히 열경화성 복합 재료로 만들어져야 한다는 것을 의미했습니다."

외부 스킨은 공격적인 모양을 처리하기 위해 페인트칠되고 사출 성형된 활석 강화 TPO 패널이 될 것이며 내부 패널은 긴 유리 폴리프로필렌(PP)이 될 것입니다. 둘 다 구조용 2K PUR 접착제로 프레임에 결합됩니다. Chaaya는 공간 프레임을 최적화하고 비틀림 하중 요구 사항을 충족하도록 리프트 게이트를 완성하기 위해 많은 작업을 수행했다고 덧붙입니다. 초기 과제는 예측된 결과와 측정된 결과 사이의 정확한 상관 관계를 달성하기 위해 재료 속성을 정확하게 시뮬레이션하는 방법을 찾는 것이었습니다.

"우리는 각 권선 레이어를 시뮬레이션하고 모양, 반경 및 권선 요구 사항 자체를 통합해야 했기 때문에 재료 모델과 좋은 상관 관계를 얻는 것이 어려웠습니다."라고 그는 덧붙입니다. “처음에는 20%에서 벗어나기 시작했지만, 많은 조정과 강성을 향상시키는 가장 좋은 방법을 결정한 후에 최종 예측은 매우 가까웠습니다. 이렇게 큰 프레임에서 치수 공차도 1밀리미터로 유지할 수 있었습니다.”

다양한 혜택

최종 도넛 모양의 프레임은 다양한 직경과 벽 두께를 특징으로 하지만 공칭 직경은 50-60밀리미터입니다. 모서리에 있는 작은 브래킷과 래치 및 경첩과 같은 단단한 부착물과 통합 안테나를 접지하기 위한 포일을 제외하고 전체 프레임(104 x 111cm)은 완전히 합성물입니다. 내부 트림 패널을 리프트게이트 하단부에 연결하는 데 사용되는 "귀" 브래킷도 HP-RTM을 통해 합성되고 제조됩니다. 합성 프레임은 동급 금속 프레임보다 10% 가볍지만 질량 분해 효과로 인해 완전한 리프트게이트가 금속 리프트게이트보다 ~20-25% 가볍습니다. 더 가벼운 리프트게이트는 소비자가 열고 닫는 데 더 적은 노력을 필요로 하고, 차량 조립 중 작업자가 더 쉽게 설치하고, 차량 사용 수명 동안 연료를 절약하고, Strouhal이 리프트게이트가 닫힐 때 "놀라운 단단한 소리"라고 설명하는 것을 제공합니다. 복합 시스템은 또한 금속 리프트게이트에 필요한 가장자리 헤밍 및 용접 지점/조인트와 같은 단계를 제거했습니다.

Chaaya는 그의 회사가 또 다른 주요 필라멘트 권선 자동차 프로젝트를 진행 중이라고 암시합니다. 그는 또한 Magna가 리프트게이트를 넘어 기술의 다른 용도를 보고 있다고 말했습니다. “도어, 데크 리드, 후드, FEM(프론트 엔드 모듈) 및 심지어 유리로 덮인 프레임으로 구성된 버스와 같은 자율 차량 — 그런 공간 프레임을 사용할 수 있습니다."라고 그는 덧붙입니다. "그리고 숨길 필요도 없었을 것입니다. 탄소 섬유 직조를 사용했다면 그 아름다운 표면을 그대로 드러내고 그 안에 프레임을 숨기지 않는 것이 명예의 표시가 될 것입니다.”