현재 신에너지 기술, 경량화 기술, 지능형 네트워크 기술은 자동차 산업의 발전과 기술 혁신을 이끄는 3대 방향으로 탄소섬유복합재료가 이 분야의 선두주자가 되었다. 경량화 및 고강도 성능을 갖춘 자동차 경량화 기술의 집약체입니다. 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 실시하고 있습니다.

인용문
신에너지 차량의 핵심 기술 중 하나인 경량화 기술은 에너지 절약과 배출 감소, 녹색 발전을 달성하고 자동차 산업의 상생을 촉진하는 유일한 방법이며 발전의 추세와 추세가 되었습니다. 세계의 자동차 중. 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 성능에 따라 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 에폭시수지, 폴리우레탄, 이중마수지, 페놀수지, 폴리이미드수지 등이 있습니다. 위의 재료 조성과 재료 형태의 선택에는 외관, 용도 등 종합적인 고려가 필요합니다. 환경, 성능, 비용, 프로세스 및 기타 여러 요소.

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

구조설계 및 최적화

모델 축소 설계
복합재료의 성형은 다층 프리프레그 포설과 중첩 가압경화로 이루어지기 때문에 복합재료 구조 설계 시 섬유 포설의 기술성, 즉 각도 천이(Angle Transition)를 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 인너 플레이트의 금속모델의 구조와 단순화 처리 후의 복합모델의 구조를 그림으로 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 적층구조를 설계할 때에는 모서리 부분에 날카로운 모서리가 생기지 않도록 최대한 큰 반경을 부여하여야 한다.
도어 인너 플레이트 모서리 부분의 금속 모형과 처리 후의 복합 모형을 그림으로 나타내었다.

(녹색 부분이 금속 모형, 빨간색 부분이 복합 모형)

통합디자인
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 분해도가 그림에 나와 있습니다.

복합재료의 장점은 여러 부품을 하나의 전체 성형품으로 결합할 수 있어 부품 및 고정 장치의 수를 크게 줄이고 연결 및 조립을 단순화하며 복합 재료의 제조 비용을 절감하고 통합을 달성할 수 있다는 것입니다. 재료, 기능 및 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 일체화될 수 있으며, 샌드위치 구조의 설계 방식은 외부 플레이트의 전체적인 강성을 향상시킬 뿐만 아니라 부품 수와 조립 비용을 절감시킨다.

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

(왼쪽이 금속외판과 충돌방지빔, 오른쪽이 복합외판)

포장 설계 및 최적화

적층설계는 복합구조 설계의 핵심이다. 레이어링 디자인의 핵심 기술은 단일 레이어 구조의 우수한 성능을 복합 구조 구성 요소에 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. 탄소섬유복합재료의 구조설계의 기본원리는 다음과 같다.
a) 주응력의 원리: 섬유의 베어링 성능을 최대로 발휘하려면 섬유의 방향이 부품의 주응력 방향과 최대한 일치해야 합니다.

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) 포설 순서 원리: 층의 동일한 층 모서리가 가능한 균일하게 분포되며 일반적으로 4개 층을 초과하지 않아 박리, 균열 손상을 방지합니다.

가상 프로세스 오버레이 과정에서는 오버레이 결과에 대한 평가가 필요하다. 오버레이가 열악한 곳에서는 합리적인 분할, 오버레이 시작점 변경, 커팅 엣지, 패치 및 기타 설계 방법을 채택하여 오버레이 분석이 완전히 통과될 때까지 오버레이 분할 또는 원본을 최적화해야 합니다.

이 블로그에서 탄소섬유 복합재 외판은 구조가 단순하고 외관이 매끄러우며 엄선된 프리프레그 소재로 직접 덮여 있습니다. 내부판 구조는 더욱 복잡해 프리프레그 코팅 기술을 충족시키기 위해서는 분할이 필요하다.

Siemens Fibersim 복합재 설계 소프트웨어를 기반으로 외부 및 내부 보드의 커버성을 분석하고 최적화했습니다. 내부판과 외부판의 피복성은 양호하여 제조요구를 충족시킬 수 있었다.

도어패널의 클래딩 효과를 그림에 나타내었고, 도어패널의 클래딩 효과를 그림에 나타내었다.

(외장패널 피복효과)

(도어 내부 패널 오버레이 효과)

스프레드 다이어그램은 복합 도어 제작에 활용되며, 파생된 데이터는 자동 천 재단기에서 식별 가능한 정보로 바로 활용될 수 있습니다. 탄소섬유복합도어 내부패널의 0/90° 방향 배치도는 그림과 같다.

(도어 내부 패널 레이아웃 개발)

연결 설계 및 조립
복합접합 설계기술에서는 일반적으로 환경적인 요소 외에 구조부분의 전달하중의 크기, 연결부분의 중요성, 연결부분의 재질적 특성 등을 고려하는 것이 필요하다. 조건, 탐지 가능성, 분해 및 수리 가능성은 물론 공정 및 제조 비용도 포함됩니다. 복합재료접속은 크게 기계적접속, 접착접속, 하이브리드접속으로 구분된다.

기계적 연결

(왼쪽부터 커넥터 B, 너트, 볼트, 커넥터 A)

접착 조인트
복합재료의 접착이란 접착제를 사용하여 부품을 제거할 수 없는 전체로 연결하는 것을 말하며 이는 실용적이고 효과적인 연결 기술이며 복합재료의 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 접합방식에 따라 맞대기이음, 랩이음, 플러그이음, 스텝랩이음 등으로 구분할 수 있다.
본딩 연결 다이어그램은 그림과 같습니다.

(왼쪽부터: 커넥터 B, 구조용 접착제, 커넥터 A)

하이브리드 연결

(왼쪽부터: 커넥터B, 접시머리리벳, 구조용접착제, 커넥터A)

성형가공 공정
공정성형

첨단수지복합재의 성형 및 제조기술은 기본적으로 습식성형과 건식성형의 두 가지로 구분할 수 있다.

일반적인 습식성형 방법으로는 수지이송성형(RTM), 진공보조성형(VARI) 등이 있다.
건식성형의 일반적인 성형방법으로는 오토클레이브성형, 다이성형 등이 있다. 대형의 복잡한 형상, 부품의 통합도가 높은 경우 오토클레이브 성형을 사용합니다. 소형 고정밀 부품의 경우 일반적으로 성형됩니다.

탄소섬유 복합 성형 공정의 선정은 원료 선정과 동시에 진행됩니다. 본 논문에서는 외부 패널과 내부 패널 모두 프리프레그 재료를 선택하고, 성형 방법은 건식 성형으로 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


처리
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 수는 다음과 같습니다. 크고, 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. 기존의 가공방법은 가공품질 요구사항을 충족시킬 수 없을 뿐만 아니라 복합제품에 손상을 줄 수 있으며, 심지어 손상을 입힐 수도 있어 첨단 가공방법과 장비가 고가이고 가공비용이 너무 높다.

첨단가공기술에는 레이저가공, 고압워터젯가공, 초음파가공 등의 기술이 포함된다.

토론을 마무리
위에서 언급한 탄소섬유 복합재 도어 구조의 설계 과정과 기술은 다수의 프로젝트를 통해 검증되었으나, 경제성, 유지보수성, 제조 능력 등의 단점이 불가피하다는 점과 기타 요인들이 자동차 기업이 이전하는데 걸림돌이 되고 있다. 탄소섬유 시장. 탄소섬유 산업의 지속적인 발전과 자동차 경량화 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 자동차 산업에서 탄소섬유 복합재료의 응용은 더욱 광범위해질 것이다.