경북하이브리드부품연구원  박동환 책임연구원

100kg급 초고장력 강판을 적용한 자동차 시트 부품 금형기술 개발에 대해서 다루어 본다.

기존에는 보통 60kg급, 80kg급 고장력 강판을 많이 사용했는데, 이번에는 100kg급을 가지고 자동차 시트 레일 성형기술 개발을 진행한 사례를 발표한다. 

자동차 시트 레일은 시트를 차체에 부착시키고, 시트를 앞뒤로 움직여 최적의 위치에 고정시키는 역할을 한다. 그렇기 때문에 시트 레일은 일정한 강성을 유지한 채로 안전성과 편리성을 동시에 확보해야 한다. 또한 차량 경량화를 위해 초고장력 강판을 적용한 시트 레일 개발이 요구되고 있다.

유럽, 미국, 일본 등 선진국에서는 온실가스 배출억제를 위해 탄소세 도입, 자동차 연비규제 등 다양한 규제정책을 도입하고 있다. 

메이저 자동차 회사들은 차량 부품의 재질을 변경하거나 유지한 채로 철판 두께를 낮추는 방향으로 차량 경량화를 추진 중에 있다. 이에 자동차 시트 부품도 차량 경량화를 위해 두께 감소에 의한 중량 감소로 고장력 강판을 적용한 제품 개발이 이루어지고 있다.

이번에 기술 개발을 진행한 부품은 CR 980DP-H 소재인데, 두께가 약 1.6mm로 시트 레일 어퍼이다. 어퍼와 로어는 볼베어링으로 가동하게 되어 있다. 그래서 윤곽도나 직각도가 상당히 중요하며, 최종의 제품을 얻기 위해 공정 설계를 진행했다.

기본적으로 시트 레일은 고장력강 100kg급을 쓰기 때문에 스프링백이 많이 발생할 것으로 예상됐다. 이에 공정 설계에서는 하중 분산, 평탄도, 스프링백을 어떻게 줄일지가 중요하다. 

하중 분산, 완성품의 평탄도, 스프링백의 최소화 등에 어떻게 밸런스를 맞출지 고민하면서 9공정으로 설계를 진행했다. 소재에 대해서 물성 평가를 했다. DP강 소재를 가지고 인장시험을 했다. 

보통 인장강도가 평균 1,040MPa, 항복강도가 약 820MPa이고, 연신율은 초고장력강이라서 그리 높지 않아 10% 정도로 확인됐다. 또한 성형한계도를 시험하기 위해 소재에 대해 FLD 시험을 진행했다. 만능박판성형시험기를 가지고 각 시편을 만들어 에칭해서 성형 후 변형 상황을 측정했다. 

앞에서 공정 설계를 말했는데, 100kg급의 초고장력 강판의 벤딩이기 때문에 스프링백이 많이 발생할 것으로 예상되므로 이 부분을 고려해서 성형해석을 진행했다. 

해석은 980MPa 이상의 100kg급 초고장력 강판을 대상으로 공정별로 진행했다. 이 해석 결과를 가지고 전 공정의 금형 조립도와 부품도를 설계하여 시작금형을 제작했다. 

이후 금형의 Try-Out을 각 공정별로 진행하여 금형 내 소재의 습합을 보기 위해 페인트를 칠해 제대로 닿는지의 여부까지 시험했다. 이러한 과정을 거쳐 공정별 샘플이 완성됐다. 

이 샘플의 성능 평가를 했다. 시트 레일 어퍼는 직각도가 중요하며, 어퍼와 로어가 레일로 연결되어 시트 앞뒤로 이동이 가능하므로 정밀도도 중요하다. 

이와 함께 충격이나 충돌을 받았을 때 안전하게 견디어야 하기 때문에 간격이나 간극이 중요하다. 그렇기 때문에 80kg급 이상의 초고장력 강판을 많이 쓰는 것이다. 바닥평면도, 측벽부 윤곽도, 베어링 윤곽도 등도 측정을 했는데, 큰 문제는 없었다.

기대 효과로서는 고장력 강판을 적용한 시트 레일 부품 개발을 통해 20% 이상의 경량화가 가능하고, 이를 통해 자동차 CO2 배출량 절감, 온실가스 절감, 에너지 효율 증대가 가능하다. 

이번에 100kg급을 진행했는데, 120kg급도 나오고 있다. 120kg급 초고장력 강판의 시트 레일이나 또는 다른 부품에 적용된다면 그만큼 스프링백이나 성형 제품을 만들기 위해서는 상당히 어려운 기술이 필요하다. 이번에 100kg급을 진행하면서 스프링백에 대해 많이 고민했으며, 특히 두께의 감소에 의해 경량화, 연비 절감 효과를 얻을 수 있었다.

정리 : 김정아 기자 (prmoed@hellot.net)