CFRP 부품의 패스너 성형

출처:CW 올해 파리에서 열린 JEC 쇼에서 Automotive World 쇼케이스의 프로젝트 전시 중 하나는 독일 패스너 공급업체인 Böllhoff(Bielefeld)의 프랑스 자회사인 Böllhoff Otalu(La Ravoire, France)가 개발한 몰드인 패스너였습니다. Yann Bernard는 I를 의미하는 Böllhoff IMTEC HR의 제품 관리자입니다. n-남 오래된 TEC hnology H igh 기계식 R 저항 패스너. 그는 IMTEC HR이 자동차 OEM의 혁신 부서와 함께 개발되었다고 설명합니다. “우리는 높은 수준의 성능에 도달하기 위해 무거운 구조물을 작업하라는 요청을 받았습니다. 우리는 매우 강력한 복합 부품을 만들 수 있지만 단점은 조립입니다. 바닥에 부착해야 하는 좌석과 같은 전체 조립품이 필요했습니다.” Bernard는 일반적인 금속 구조에서 블라인드 리벳 또는 바닥에 용접된 너트 세트를 사용하여 이것이 달성되었다고 말합니다. “하지만 이제 바닥은 합성물일 수 있습니다. 그렇다면 이러한 복합 구조에 어떻게 고정합니까?”

목표는 복합 부품을 고정할 수 있을 만큼 충분히 강하면서도 비용 경쟁력이 있고 대량 생산이 가능한 패스너였습니다. Bernard는 "금속 바닥에 부착하는 것은 완전 로봇 프로세스를 사용하여 쉽게 산업화할 수 있습니다."라고 말합니다. “IMTEC 에 대한 아이디어는 HR은 수동 작업이 필요 없는 복합 재료를 위한 산업화된 솔루션이었습니다.” IMTEC HR 패스너는 복합 바닥 구조용 몰드에 배치할 수 있으며 몰딩 과정에서 통합할 수 있습니다. Bernard는 IMTEC HR이 수지 이송 성형(RTM), 압축 성형 및 사출 성형/오버몰딩을 포함한 열경화성 및 열가소성 성형 공정과 호환된다고 인용합니다.

사출 성형의 경우 패스너는 먼저 금형에 고정된 핀에 로봇 방식으로 배치됩니다. 핀은 패스너의 위치를 ​​지정하고 내부의 나사산이 수지로 코팅되지 않도록 보호합니다. 다음으로 복합 재료를 로봇으로 금형에 넣습니다. 금형이 닫히고 플라스틱이 주입되고 부품이 패스너로 탈형됩니다.

압축 성형의 경우, 핀이 플라스틱 나사 분리형 "캡"이고 또한 패스너를 복합재에 삽입하기 위해 재료를 옆으로 밀어내는 역할을 한다는 점을 제외하고 프로세스는 본질적으로 동일하므로 구멍 드릴링이 필요하지 않습니다. 이것은 시간을 절약할 뿐만 아니라 섬유 절단을 방지합니다. 핀 캡은 성형 중에 내부 나사산을 다시 보호하고 부품이 탈형된 후에 제거됩니다.

"바닥이 생산되면 추가 작업이 필요하지 않습니다."라고 Bernard는 말합니다. “저희는 이 기술이 합성 바닥이나 기타 구조 부품을 저렴한 생산 비용으로 만드는 데 도움이 된다고 믿습니다. 패스너가 성형된 복합 부품에 이미 있기 때문에 금속 바닥이 있는 블라인드 리벳의 사용을 복제합니다. 이제 표준 방법으로 시트를 부착합니다. 금속 바닥과 마찬가지로 합성 바닥에도 부품을 부착할 수 있기 때문에 이는 경기장과 같습니다.”

갈바닉 부식에 저항하기 위해 IMTEC HR은 아연 도금 강철과 스테인리스 강철로 제공되며 후자는 주로 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 사용됩니다. 볼트(스터드), 너트 및 스페이서를 포함한 다양한 패스너 버전도 사용할 수 있습니다. "또한 특정 요구 사항을 충족하기 위해 구멍 크기와 패스너 치수를 변경할 수 있습니다."라고 Bernard는 말합니다.

에너지 흡수를 위한 특수 형상

나는 이 패스너의 모양에 대해 Bernard에게 물었고 Big Head 및 Spida Fixings를 포함하여 내가 본 다른 패스너와 비슷해 보인다고 설명했습니다. 그는 모양이 연상되지만 충돌 조건 동안 에너지가 점진적으로 방출될 수 있도록 개발되었다고 말했습니다. "그것은 높은 기계적 성능을 제공할 만큼 충분히 강하지만 치명적인 취성 파손을 피하기 위해 충돌 테스트 조건에서 에너지를 흡수할 수 있습니다."라고 그는 설명합니다. “파단 없이 탄성 변형 후 소성 변형이 가능합니다. 이 거동이 없으면 부착물의 합성 바닥이 변형되어 파손되거나 금속 패스너가 파손될 것입니다. 이것은 복합 구조용 패스너를 적용하는 데 있어 한 가지 문제였습니다.”

빅 헤드(왼쪽) 및 Spida Fixings (오른쪽) 합성물용 패스너.
출처:Big Head 및 Spida Fixings.

모양의 또 다른 측면은 꽃잎입니다. "이것은 성형 중에 복합 재료에 내장되도록 설계되었습니다."라고 Bernard는 말합니다. "이 패스너는 금형에 남아 있지 않고 부품에 내장되도록 설계해야 합니다." 그는 또한 패스너 플랜지가 복합 부품 뒤에 있으며 부품 단면 두께를 줄이지 않는다는 점에 주목합니다. "구조적 특성을 제공하는 부품 섹션을 유지하면서 내장된 패스너를 얻는 것이 중요합니다."

성형 공정용으로 개발된 Böllhoff의 IMTEC HR 패스너 단면 두께를 줄이지 않고 복합 부품에 임베딩합니다. 출처:Böllhoff.

IMTEC® HR의 특별 버전은 QSP 생산 라인과 호환되는 Cetim으로 개발되었습니다. Cetim은 복합 부품의 고도로 자동화된 생산을 위해 QSP(Quilted Stratum Process)를 개발한 프랑스 연구 기관입니다.

Cetim이 발행한 기사에 따르면 QSP용으로 개발된 특허 출원 중인 IMTEC HR 패스너는 기존 패스너에 비해 인입 성능이 30-75% 증가하고 랩 전단 성능이 60-75% 향상되었습니다.