복합 재료 집약적인 걸작:2020년형 콜벳, 1부

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대망의 8세대 Chevrolet Corvette 2019년 7월 18일 공식 공개 이후 찬사를 받고 있는 General Motors Co.(GM, Detroit, U.S. 새로운 콜벳 스팅레이 컨버터블과 쿠페는 아름다움과 GM이 60,000달러 미만(동급 성능의 미드엔진 모델의 1/3 가격)부터 시작하는 고성능의 도로용 미드엔진 로켓 선박을 생산했다는 사실만으로도 유명합니다. 자동차 — 하지만 여기에 그리고 다음 달 2부에서 설명할 새롭고 진정으로 혁신적인 합성 소재 콘텐츠가 인상적입니다.

새로운 엔진 구성으로 모든 것이 변경됨

GM 엔지니어링은 첫 번째 생산 Corvette인 중간 엔진 차량을 개발할 것이라는 사실을 알고 예비 설계에 착수했습니다. 8세대에 걸쳐 그 구성을 자랑합니다. GM의 수석 엔지니어인 Tadge Juechter는 "우리는 성능을 위해 전면 엔진 아키텍처를 최대한 발전시켰습니다. 따라서 미드 엔진 설계로 전환하는 것은 이미 훌륭한 자동차를 개선하고 부문 리더가 되기 위한 다음 논리적 단계였습니다."라고 설명합니다. -글로벌 콜벳 . Z51 성능 패키지를 탑재한 2020 Corvette Stingray 2.9초 만에 0-60mph(0-97kmh)를 가속하고 194mph(312kmh)의 최고 속도에 도달할 수 있습니다. 엔진을 차량의 뒤쪽으로 밀면 자동차의 무게 중심, 탑승자의 상대적 위치, 변속기 위치, 차체 하부 패널 및 트렁크 수납 공간 등 많은 요소에 영향을 미쳤습니다. 미드 엔진 디자인은 또한 자동차의 새로운 영역에 더 높은 작동 온도와 소음을 도입했습니다.

Corvette의 Ed Moss는 "미드 엔진 때문에 우리는 일을 다르게 해야 했습니다."라고 설명합니다. 신체 구조 공학 그룹 관리자. “처음부터 우리는 신체 구조를 어떻게 배치할지에 대해 많은 논의를 했습니다. 어느 시점에서 우리는 각 시스템을 설계하고 구축하는 가장 좋은 방법에 대해 논의할 때 모든 것이 테이블 위에 놓였습니다. 예를 들어, 우리는 조타실의 금속과 합성물에 대해 토론했습니다. C7의 합성 휠하우스를 그대로 유지했다면 미드엔진 차량의 앞바퀴 바로 옆에 있는 힌지 필러[A 필러]에 접합해야 하므로 패키지 공간이 거의 남지 않습니다. 우리는 거기에 금속과 함께 갔다. 우리는 심지어 금속과 합성 바디 패널에 대해 간략하게 논의했습니다. 그러나 C8의 스타일링 라인을 메탈릭하게 만드는 것은 경제적으로 불가능했을 것입니다.”

Corvette의 Chris Basela는 이렇게 회상합니다. 차체 구조 수석 엔지니어는 470피트 파운드(637뉴턴 미터)의 토크를 생성하는 자연 흡기 495마력 6.2리터 V8 엔진에 냉각 공기를 주입하는 다른 방법의 필요성을 설명합니다. “우리는 공기가 정말 힘든 길을 가도록 하는 모든 종류의 디자인을 시도했고 원하지 않는 소용돌이와 흐름을 만들었습니다. 자동차는 제한 없이 자유롭게 호흡해야 하기 때문에 최적의 공기 흐름 경로를 개발하기 위해 파워트레인 팀과 함께 많은 반복 작업이 필요했습니다. 우리는 또한 에어 박스에 접근해야 했고 뒤쪽 트렁크 공간을 해결해야 했습니다. 또 다른 문제는 탑승자가 더 이상 엔진 뒤에 앉지 않고 엔진 바로 앞에 위치하기 때문에 승객실의 열과 엔진 소음이었습니다. 그리고 C7 이후로 유럽과 다른 지역에서 법률이 변경됨에 따라 기내 공기질을 특히 의식하여 VOC(휘발성 유기 화합물)를 줄이기 위해 정말 열심히 노력했습니다.”

“조립하는 방법을 알아내는 것조차 차는 도전이었습니다.”라고 Moss는 덧붙입니다. “프론트 엔진 디자인을 사용하면 긴 후드와 대형 엔진 컴파트먼트가 있어 앞 범퍼 빔이 이미 용접된 상태에서도 컴파트먼트 내부에서 운전자가 차를 만들 수 있는 충분한 공간을 제공합니다. 중간 엔진 Corvette , 매우 짧은 전면 클립을 사용하여 차량이 조립될 때 차량의 전면을 열어 둔 다음 전면 범퍼에 볼트로 고정합니다."

“우리 공급업체가 Bowling Green[GM의 켄터키주에 있는 Corvette 조립 공장]에서 조립할 수 있습니다.”라고 Basela는 말합니다. "결국 C7의 바디에서 C8로의 이월 합성물은 단 하나뿐이었습니다." 이것은 2016 Corvette을 위해 개발된 거친 Class A, 1.2 비중(SG) 시트 몰딩 컴파운드(SMC)였습니다. 새 차량의 다양한 외부 클로저에 사용됩니다.

차량 아키텍처

4세대(C5-C8)용 Corvettes 프레임과 같은 3층 다중 재료 본체 구조를 특징으로 합니다. , 일반적으로 알루미늄 또는 강철의 혼합 — 이번에는 탄소 섬유 강화 복합재(CFRP) 부품이 사용되었습니다. 신체 구조 , 설계 및 제조 유연성을 활용하기 위해 크게 결합된 복합재입니다. 플러스 폐쇄 (바디 패널), Covette's 이후로 합성 1953년 6월 데뷔. 이 계층화된 하이브리드 구조는 특히 이 성능 등급의 자동차에 대해 대량 생산에서 저렴한 경량화를 제공할 뿐만 아니라 낮은 툴링 투자로 여러 차량 변형을 생산할 수 있습니다. 실제로 현재 C8의 경우 GM은 기본 모델 쿠페와 컨버터블 모두에서 단 20개의 도구를 사용하여 모든 클래스 A 합성 차체 패널(내부 및 외부 접합)을 생산할 수 있었습니다.

또한 코르벳함 실제로 컨버터블이든 고정식 또는 탈착식 지붕 패널이 있는 쿠페이든 상관없이 항상 개방형 지붕 아키텍처로 설계되었습니다. 개방형 지붕 차량은 일반적으로 고정 지붕 차량보다 덜 뻣뻣하기 때문에 각 Corvette'의 중요한 초점입니다. s 엔지니어링은 항상 서스펜션과 스티어링을 개선할 수 있는 가장 견고한 기초를 만드는 것입니다. 역사적으로 터널 (프론트 엔진 차량의 하우징 변속기 및 구동축)이 Corvette를 지배했습니다. 높은 비틀림 강성을 달성하기 위한 핵심 요소였습니다. 신형 Corvette의 경우 , GM은 한층 더 높은 강성을 실현했습니다. 루프를 제거한 C8 차체는 벤치마크 고성능 미드엔진 경쟁자보다 53.78%, 두 번째 고성능 미드엔진 경쟁자보다 29.27%, C7보다 13.79% 더 강하다. 두 개의 합성 부품이 차량 강성에 중요한 역할을 했습니다. 하나는 프레임 구조(후방 범퍼 빔)에 직접 부착되고 다른 하나는 차체 하부(하부 터널 폐쇄)에 부착됩니다.

프레임 구조

C8의 프레임은 GM의 엄격한 킬로그램당 달러 목표를 충족하기 위해 개발된 하나의 CFRP 부품이 있는 대부분 알루미늄 합금입니다. 대조적으로, C7 프레임은 전체 알루미늄이었고 C6은 대부분 강철이었습니다.

전기 영동 녹 코팅 공정(GM은 ELPO라고 함)을 통해 차체(BIW)와 함께 이동하는 프레임에 직접 장착된 유일한 합성 부품은 독특한 CFRP 리어 범퍼 빔입니다. 이 부품은 프레임을 강화하고 후방 충돌 성능에 기여합니다. Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG(TTI, Bremervörde, Germany)에서 개발한 Radius pultrusion이라는 새로운 프로세스 덕분에 가능한 곡선 모양은 치수 무결성을 가깝게 유지하면서 후면 스타일링 신호와 일치하고 제한된 패키지 공간에 적합하도록 합니다. 엔진 베이 열에. 자동차 업계 최초의 곡선형 인발 부품(CW 2020년 5월호에서 이 부분에 대한 전체 기능 참조)으로 중공 2챔버 빔은 개발된 장비로 Shape Corp.(미국 미시간주 그랜드 헤이븐)에서 생산되었습니다. TTI에 의해 구축되었습니다. 빔의 무게는 1.3킬로그램에 불과하며 25킬로뉴턴의 인발력을 낼 수 있는 결합/볼트 견인 고리 고리가 있습니다.

신체 구조:파트 A

거의 모든 C8의 차체 구조 구성 요소는 합성물이며 후자가 ELPO를 거친 후 프레임에 본딩 및/또는 볼트로 고정됩니다. 이 수준에서 주목할만한 합성 부품에는 구조적 언더바디 클로저와 바닥(이번 호에서 다룰 것), 전면 및 후면 트렁크, 인덕션 덕트, 후면 서라운드 및 격벽, 차체 패널 및 트림이 포함됩니다. , 다음 달.

접근 도어 역할을 하는 C8의 탈착식 하부 터널 구조 폐쇄 장치는 차량의 비틀림 강성의 10% 이상을 기여하고 충돌 시 주요 하중 경로 역할을 합니다. 이 하이브리드 복합 패널은 3층의 유리 섬유 프리폼으로 구성되어 있습니다. 이들은 38% 섬유 부피 분율(FVF)의 연속/직조 및 절단/무작위 섬유로 구성되며 개선된 표면 마감을 위해 각 스택의 상단 및 하단 표면 레이어에 베일이 추가됩니다. 유리 프리폼은 21% FVF의 NCF 이축 직물 형태의 Toray(Tokyo, Japan) T700 12K 표준 모듈러스 탄소 섬유와 비닐 에스테르(VE) 매트릭스를 사용하여 만든 두 층의 프리폼으로 끼워져 있습니다. 마감재는 액체 압축 성형(LCM) 유형인 독점 PRIME(Prepositioned Reinforcementkeeping Manufacturing Excellence) 공정을 사용하여 Molded Fiber Glass Co.(미국 오하이오주 Ashtabula 소재 MFG)에서 생산합니다.

엔진 크래들의 일부인 뒷바퀴 근처의 단일 알루미늄 폐쇄 장치를 제외하고 나머지 차체 하부 패널은 압축 성형 SMC 또는 사출 성형 열가소성 수지로 구성됩니다. 다른 이점 중에서 이러한 패널은 차체 하부의 난기류와 항력을 줄이고 연료 효율성을 개선하며 습기, 먼지 및 돌을 차량의 엔진 및 구동계로부터 보호합니다. 또한 다양한 외부 및 내부 인터페이스를 위한 차원 기반을 제공합니다.

밀도는 낮지만 구조적 SMC 패널은 MFG에서 개발한 새로운 공식(이 경우 40% FVF 절단 유리 섬유/불포화 폴리에스터(UP) 수지)을 특징으로 합니다. 각 패널의 밀도가 1.0 미만(평균 SG=0.97)으로 물에 뜨기 때문에 재료를 "플로트" SMC라고 합니다. MFG는 자동차의 모든 구조적 SMC 및 LCM 부품을 생산했습니다.

이 차량은 또한 비틀림 굽힘 및 측면 기둥 충격 보호에 최적화된 하이브리드 바닥을 자랑합니다(연결되는 로커 패널 및 터널과 맞물림). 바닥 패널은 PRIME 공정을 통해 생산된 도로 방향 1.5-SG 복합재(60wt-% 연속 유리 섬유/VE) 시트에 접합된 캐빈 방향 스탬프 알루미늄을 특징으로 합니다. Ashland Global Holdings Inc.(Wilmington, Del., U.S.)의 Pliogrip 9100 폴리우레탄 구조용 접착제로 두 층을 열 접착하기 전에 MFG는 재료를 세척하고 준비합니다.

C8 프레임에 직접 결합된 모든 복합 부품은 먼저 GM, MFG 및 Adapt Laser Systems LLC(미국 미주리 캔자스 시티)에서 2016 Corvette, 용으로 개발한 프로세스인 레이저 제거를 거칩니다. 및 금형 청소를 위한 복합 산업 방법에서 채택되었습니다. 레이저 제거는 핸드 샌딩을 대체하고 노동, 시간 및 비용을 줄이고, 먼지를 제거하고 반복성을 향상시킵니다. 레이저 경로, 받음각 및 에너지 수준은 각 부품의 재료 및 형상에 맞게 사용자 지정할 수 있습니다. 제조 유연성을 극대화하기 위해 바닥을 포함한 전체 언더바디는 본딩과 나사를 통해 프레임과 자체에 연결됩니다.

CW 8월호에서는 새로운 Corvette의 복합 재료 혁신을 계속해서 다룰 것입니다. , 차체 구조 수준에서 추가 구성 요소로 재개하고 외부 클로저(몸체 패널)로 마무리하고 추가 트림 및 업그레이드를 추가합니다. 2부 참조.