현재 신에너지 기술, 경량화 기술, 지능형 네트워크 기술은 자동차 산업의 발전과 기술 혁신을 이끄는 3대 방향으로, 탄소섬유 복합재료는 경량화와 경량화로 자동차 경량화 기술 분야의 선두주자로 자리매김하고 있다. 고강도 성능. 탄소섬유 복합재료의 특수성과 복잡성으로 인해 본 논문에서는 재료 선택, 구조 설계 및 최적화, 레이업 설계 및 최적화, 조립 연결 설계, 시뮬레이션 분석, 프로세스 측면에서 탄소섬유 복합 도어의 연구 개발 기술을 탐구합니다. 도어의 경량화, 일체화, 모듈화 구조를 구현하기 위해 몰딩 등을 진행하고 있습니다.

인용
신에너지 자동차의 핵심 기술 중 하나인 경량화 기술은 에너지 절약 및 배기가스 감소, 녹색 발전을 달성하고 자동차 산업의 상생을 촉진할 수 있는 유일한 방법이며 자동차 산업의 추세와 경향이 되었습니다. 세계 자동차의 발전. 자동차 경량화를 달성하는 가장 직접적이고 효과적인 방법은 경량 소재를 사용하는 것입니다. 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 고강도, 고강성, 고파괴인성, 내식성, 고감쇠 등의 특성을 갖고 있어 차량 중량을 대폭 줄일 수 있으며, 중량 감소율은 50~60%, 자동차의 수명, 연비, 안전성, 편안함을 크게 향상시키는 동시에 자동차 산업에서 가장 이상적인 경량 소재로 인정받고 있습니다.

재료 선택 및 테스트
부품의 성능, 안전성, 내구성, 하중 조건 및 기타 요소에 따라 자동차 복합 제품 제조에 적합한 재료를 선택해야 합니다. 자동차 산업에서 탄소 섬유의 성능 요구 사항에 대해 T300과 T700은 탄소 섬유의 강도 수준에 따라 일반적으로 사용됩니다. 중간재의 형태에 따라 프리프레그, 패브릭, 일방향 벨트, 다축 편조 천 등이 있으며, 토우의 크기에 따라 3K, 6K, 12K, 18k, 24K, 48K 등이 있다. 대표적인 수지 종류로는 에폭시 수지, 폴리우레탄, 이중마 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등이 있습니다. 위의 재료 구성 및 재료 형태를 선택하려면 외관, 사용 환경, 성능, 비용, 공정 및 기타 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.

본 블로그에서 연구한 문은 이축 탄소섬유 직물 강화 에폭시 수지 기반 프리프레그의 T300 등급, 3K 토우를 선택했습니다.

구조 설계 및 최적화

모델 축소 설계
복합재료의 성형은 다층 프리프레그 포설 및 중첩 가압경화로 이루어지기 때문에 복합재료 구조 설계 시 섬유 포설의 기술성을 고려해야 한다. 최대한 매끄럽게 하고, 철근 및 철근홈의 특성을 줄여야 한다. 따라서 도어 금속 데이터 모델 및 설계 하드 포인트 정보를 얻은 후 먼저 모델을 단순화하고 강성을 높이기 위해 사용되는 철근과 철근을 제거하거나 줄이고 회전 영역과 둥근 모서리에서의 전이를 처리하는 것이 필요합니다. .

도어 내부 플레이트의 금속 모델의 구조와 단순화된 처리를 거친 복합 모델의 구조를 그림에 나타내었다.

( 녹색 부분이 메탈 모델, 빨간색 부분이 복합 모델)

적층 구조의 필렛 반경은 선택한 재료의 유연성, 금형 및 적층 부품의 두께와 관련이 있습니다. 둥근 모서리의 최소 반경은 제조 부서와 함께 결정해야 합니다. 둥근 모서리의 반경이 너무 작으면 모서리 부분에 섬유 끊김, 브리징, 수지 축적 등의 제조 불량이 발생합니다. 따라서 복합재료의 적층 구조를 설계할 때에는 날카로운 모서리가 형성되는 것을 방지하기 위해 모서리에 최대한 큰 반경을 부여해야 합니다.

도어 내부 플레이트 모서리 부분의 금속 모델과 처리 후의 복합 모델이 그림에 나와 있습니다.

( 녹색 부분이 메탈 모델, 빨간색 부분이 복합 모델)

통합 디자인
전통적인 금속 도어 구조에는 일반적으로 외부 플레이트, 내부 플레이트, 창틀 강화 플레이트, 상부 및 하부 힌지 강화 플레이트, 잠금 강화 플레이트, 리미터 강화 플레이트, 허리 라인 강화 플레이트 및 충돌 방지 빔 및 기타 구조 구성 요소가 포함됩니다. 일반적인 강철 금속 도어 모델 분해 다이어그램이 그림에 표시됩니다.

복합 재료의 장점은 부품 및 패스너 수를 크게 줄이고 연결 및 조립을 단순화하며 복합 재료 제조 비용을 절감하고 재료 통합을 달성하기 위해 여러 부품을 전체 성형으로 결합할 수 있다는 것입니다. 기능과 구조.

복합재료의 통합 설계는 도어 스토퍼 보강재 플레이트, 잠금 보강재 플레이트 및 힌지 보강재 플레이트를 내부 플레이트에 통합할 수 있으며, 다양한 규제 요구 사항 및 성능 지표를 보장한다는 전제 하에 스토퍼 설치 문제 및 모션 체크를 해결하고 국부적으로 스토퍼와 힌지의 설치 면적을 두껍게 하여 국부적인 강도와 강성을 향상시킵니다. 충돌방지빔은 자동차 도어 플레이트에도 통합될 수 있으며, 샌드위치 구조의 설계 방식은 외부 플레이트의 전체적인 강성을 향상시킬 뿐만 아니라 부품 수와 조립 비용을 절감합니다.

외부 플레이트에 충돌 방지 빔이 통합된 탄소 섬유 복합 폼 샌드위치 구조가 그림에 나와 있습니다.

( 왼쪽이 금속외판과 충돌방지빔, 오른쪽이 복합외판)

포장 설계 및 최적화
레이어링 설계는 복합재 구조 설계의 핵심입니다. 레이어링 디자인의 핵심 기술은 단일 레이어 구조의 우수한 성능을 복합 구조 구성요소에 어떻게 전달하여 레이어링 구조가 이전과 다음을 연결하는 역할을 하도록 하는 것입니다. 따라서 복합재 적층 설계에서는 복합재 부품의 하중 조건과 힘 전달 경로를 고려해야 할 뿐만 아니라 복합재 성형 공정의 어려움에도 주의를 기울여야 합니다. 탄소 섬유 복합 재료의 구조 설계의 기본 원칙은 다음과 같습니다.

a) 주 응력의 원리: 섬유의 방향은 베어링 성능을 최대한 발휘하기 위해 구성 요소의 주 응력 방향과 최대한 일치해야 합니다. 섬유의.
b) 대칭 균형의 원리: 대칭 균형 라미네이트는 경화 후 다양한 결합 효과로 인한 뒤틀림 변형을 방지할 수 있습니다.
c) 포장 방향 원칙: 일반적으로 0°, 90° 및 ±45° 및 기타 포장 방향을 사용하고 포장 방향을 최소화하여 설계 및 시공량을 단순화하며 포장 층의 최소 비율은 ≥10%입니다.
d) 배치 순서 원리: 박리, 균열 손상을 방지하기 위해 층의 동일한 층 모서리를 가능한 한 균일하게 분포시키며 일반적으로 4개 층을 넘지 않습니다.

가상 프로세스 오버레이 과정에서는 오버레이 결과를 평가하는 것이 필요합니다. 오버레이가 열악한 곳에서는 합리적인 분할, 오버레이 시작점 변경, 최첨단, 패치 및 기타 설계 방법을 채택하여 오버레이 분석이 완전히 통과될 때까지 오버레이 분할 또는 원점을 최적화해야 합니다.

이 블로그에서 탄소섬유 복합재 외판은 구조가 단순하고 외관이 매끄러우며 엄선된 프리프레그 소재로 직접 덮여 있습니다. 내부 플레이트 구조는 더욱 복잡하므로 프리프레그 코팅 기술을 충족하려면 분할이 필요합니다.

Siemens Fibersim 복합재 설계 소프트웨어를 기반으로 외부 및 내부 보드의 커버성을 분석하고 최적화했습니다. 내부 및 외부 보드의 커버성은 좋았으며 제조 요구 사항을 충족할 수 있었습니다.

도어 패널의 클래딩 효과는 그림에 표시되고 도어 패널의 클래딩 효과는 그림에 표시됩니다.

( 외부 패널 커버링 효과)

( 도어 내부 패널 오버레이 효과)

스프레드 다이어그램은 복합 도어 제작에 활용되며, 파생된 데이터는 자동 천 재단기에서 식별 가능한 정보로 바로 활용될 수 있습니다. 탄소섬유 복합 도어 내부 패널의 0/90° 방향 부설 다이어그램이 그림에 나와 있습니다.

( 도어 내부 패널 레이아웃 개발)

접합 설계 및 조립
복합 접합 설계 기술에서는 일반적으로 이 외에도 구조부의 전달하중의 크기, 접합부의 중요성, 접합부의 재질적 특성 등을 고려하는 것이 필요하다. 환경 조건, 탐지 가능성, 분해 및 수리 가능성은 물론 공정 및 제조 비용도 포함됩니다. 복합재료접속은 크게 기계적접속, 접착접속, 하이브리드접속으로 나누어진다.

기계적 연결

( 왼쪽부터: 커넥터 B, 너트, 볼트, 커넥터 A)

접착 조인트
복합 재료의 접착은 접착제를 사용하여 부품을 제거할 수 없는 전체로 연결하는 것을 말하며 이는 실용적이고 효과적인 연결 기술이며 복합 재료 연결에 널리 사용됩니다. 접착 조인트의 구조 설계도 다양하며 접착제의 모양에 따라 평면 랩, 코너 랩, T자형 접착 및 튜브, 로드 접착 및 기타 형태로 나눌 수 있습니다. 재료의 접착 방식에 따라 맞대기 조인트, 랩 조인트, 플러그 조인트, 스텝 랩 조인트 등으로 나눌 수 있습니다.
본딩 연결 다이어그램이 그림에 나와 있습니다.

( 왼쪽부터 오른쪽으로: 커넥터 B, 구조용 접착제, 커넥터 A)

하이브리드 연결

(왼쪽부터: 커넥터 B, 접시형 리벳, 구조용 접착제, 커넥터 A)

공정 성형 및 가공
공정 성형
첨단 수지 매트릭스 복합재의 성형 및 제조 기술은 기본적으로 습식 성형과 건식 성형이라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

일반적인 습식 성형 방법에는 수지 이송 성형(RTM), 진공 보조 성형(VARI) 등이 있습니다.
건식 성형의 일반적인 성형 방법에는 오토클레이브 성형, 다이 성형 등이 포함됩니다. 대형의 복잡한 형상, 부품의 통합도가 높은 경우 오토클레이브 성형을 사용합니다. 더 작은 고정밀 부품의 경우 일반적으로 성형됩니다.

탄소섬유 복합 성형 공정의 선정은 원료 선정과 동시에 진행됩니다. 본 논문에서는 외부패널과 내부패널 모두 프리프레그 재료를 선택하고, 성형방법은 건식성형으로 결정하였다. 장착면과 장착 구멍에 대한 큰 크기, 고정밀 요구 사항, 특히 외부 패널의 표면 품질은 클래스 A에 도달해야 하며 내부 패널의 구조는 복잡하고 다양한 두께로 적층되어 내부 패널과 외부 패널 모두 다음과 같이 성형됩니다. 양면 강성 프리프레그 금형.


가공
경화 및 성형 후 복합 재료도 가공해야 하는데 일반적으로 드릴링, 트리밍, 연삭 등이 필요합니다. 특히 도어 및 내부 및 외부 플레이트와 유사한 복잡한 복합 제품의 경우 구멍 수가 많습니다. 어렵고, 정밀도가 높으며, 가공 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다.

탄소 섬유 복합 재료 제품의 가공은 일반적으로 전통적인 가공 방법과 고급 가공 방법으로 구분되며, 전통적인 가공 방법은 기본적으로 금속 가공 기술 및 장비를 따르며 고급 복합 재료 가공 방법은 제품의 가공 품질과 성능을 크게 향상시킵니다. 전통적인 가공 방법은 가공 품질 요구 사항을 충족할 수 없을 뿐만 아니라 복합 제품에 손상을 줄 수 있으며 심지어 손상될 수도 있으며 고급 가공 방법과 장비는 비싸고 가공 비용이 너무 높습니다.
고급 가공 기술에는 레이저 가공, 고압 워터젯 가공, 초음파 가공 및 기타 기술이 포함됩니다.


결론적 논의
위에서 언급한 탄소섬유 복합재 도어 구조의 설계 과정과 기술은 다수의 프로젝트를 통해 검증되었으나, 경제성, 유지보수성, 제조 능력 등의 단점이 불가피하다는 점과 기타 요인들이 자동차 기업의 걸림돌이 되고 있다. 탄소섬유 시장으로 진출 탄소섬유 산업의 지속적인 발전과 자동차 경량화 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 자동차 산업에서 탄소섬유 복합재료의 적용이 더욱 광범위해질 것입니다.