프레스 성형 서스펜션 부품: 제조 기술 및 장점

TL;DR

스탬핑된 서스펜션 부품은 고장력 시트 메탈을 고톤수 프레스에서 성형하여 제작되는 구조용 핵심 부품으로, 컨트롤 암, 서브프레임, 위시본 등이 이에 해당합니다. 이 공정은 주조 또는 단조에 비해 대량 생산 자동차 제조에서 뛰어난 강도 대비 무게 비율과 비용 효율성을 제공합니다. 주요 이점으로는 정밀한 반복 정밀도, 경량화를 위한 첨단 고강도 강재(AHSS) 사용 가능성이 있으며, Tier 1 공급망에 적합한 확장성도 강점입니다.

구매 담당자와 엔지니어의 경우, 스탬핑 파트너 선정 시 프로그레시브 다이 기술 역량, IATF 16949 표준 준수 여부, 그리고 전기차 주행 거리 및 배출가스 목표를 충족하기 위한 SPFH590과 같은 현대적 소재 취급 전문성 등을 핵심 고려사항으로 삼습니다.

스탬핑된 서스펜션 부품이란?

스탬프된 서스펜션 부품은 현대 자동차 차체 디자인의 척추를 대표하며, 정적 구조적 무결성과 역동적인 차량 조작 사이의 격차를 메우고 있습니다. 녹은 금속을 성형에 부는 주조와 달리, 스탬핑은 평평한 금속판을 냉각하여 - 일반적으로 고강도 강철 또는 알루미늄 - 정밀 도형과 기계 압력을 사용하여 복잡한 기하학을 만듭니다.

이 방법을 통해 생산 된 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 제어 팔 (A-팔): 바퀴 허브와 차량 프레임을 연결하는 중요한 연결고리, 바퀴 움직임을 관리합니다. 스탬프 된 제어 팔은 높은 내구성과 저하 된 질량을 균형을 잡는 능력으로 선호됩니다.
• 하위 프레임 및 교차-연속: 엔진과 서스펜션 기하학을 지원하는 큰 구조적 기초. 스탬핑은 반으로 (껍질) 생산하고 용접하여 딱딱한 상자 섹션을 만들 수 있습니다.
• 링크와 스본: 이동 중 바퀴 정렬을 유지하는 커넥터, 종종 다른 차시 부분을 제거하기 위해 복잡한 구부리를 필요로합니다.
• 스프링 좌석 및 브래킷: 안전 조립을 위해 극도의 일관성을 필요로 하는 대용량 장착점

스탬프식 서스펜션 부품으로의 전환은 자동차 산업의 긴급한 필요에 의해 크게 추진됩니다. 경량화 - 그래요 제조업체가 전기차 (EV) 범위를 확장하고 내연기관의 더 엄격한 배출량 기준을 충족시키기 위해 경쟁하는 동안, 무거운 철근 부품을 스탬프 된 고탄력 철기로 대체하면 스프링이 없는 질량이 크게 감소합니다. 이 감소 는 연료 효율 을 향상 시키는 것 뿐 아니라, 스티어링 반응 과 운전 편의성 을 향상 시킨다.

제조 공정: 코일에서 부품까지

스탬프 된 서스펜션 부품 제조는 OEM 사양을 충족시키는 최종 기하학의 모든 미크론을 보장하기 위해 엄격한 프로세스 통제를 요구하는 정교한 작업 흐름입니다. 이 과정은 일반적으로 원료에서 완성된 조립까지 선형 경로를 따라갑니다.

1. 디자인 과 창조

생산은 CAD/CAM 소프트웨어가 금속 흐름을 시뮬레이션하여 빈닝(thinning)이나 스프링백(springback)과 같은 잠재적 파손 지점을 예측하는 엔지니어링 부서에서 시작됩니다. 그런 다음 다이 제작자는 경화된 공구용 강철로 음형 및 양형(다이)을 제작합니다. 복잡한 서스펜션 부품의 경우 진보적 사망 종종 사용되며, 이 방식에서는 금속 스트립이 단일 프레스 내 여러 공정 위치를 통해 이동하면서 절단, 굽힘, 성형 작업을 순차적으로 수행합니다.

2. 블랭킹 및 피어싱

원자재 코일이 프레스에 공급됩니다. 첫 번째 물리적 단계는 블랭킹 및 피어싱 이며, 여기서 부품의 대략적인 외곽선이 스트립에서 절단(blanking)되고, 부싱 또는 장착 볼트용 구멍이 펀칭(piercing)됩니다. 정밀도가 매우 중요하며, 단 1밀리미터의 정렬 오류라도 이후 조립 과정에서 결함으로 이어질 수 있습니다.

3. 성형 및 굽힘

이 단계가 핵심적인 변형 과정입니다. 블랭크는 다이 캐비티 안으로 강제되어 3차원 형태를 갖추게 됩니다. 서브프레임 쉘과 같은 깊은 부품의 경우 이 과정에는 심도 압출 , 금속이 늘어나는 부분입니다. 컨트롤 암의 경우, 일반적으로 플랜지를 굽혀 구조적 강성을 확보하는 방식을 사용합니다. 더 큰 부품에는 고급 트랜스퍼 다이(Transfer Die) 시스템이 사용될 수 있으며, 기계적으로 부품을 이동시켜 별도의 프레스에서 각기 다른 성형 공정을 수행할 수 있습니다.

4. 엠보싱 및 코닝

무게를 추가하지 않고도 구조적 강성을 더욱 향상시키기 위해 제조사들은 엠보싱(금속의 일부를 돌출시키는 것)과 코닝(에지를 정밀하게 다듬거나 정확한 장착면을 만들기 위해 금속을 압축하는 것)을 적용합니다. 이러한 특징은 리브와 같은 역할을 하여 서스펜션에 큰 하중이 가해질 때 부품이 좌굴되는 것을 방지합니다.

5. 조립 및 마감

스탬핑된 서스펜션 부품은 거의 단일 시트 상태로 공장에서 출하되지 않습니다. 일반적으로 용접(예: 두 개의 스탬핑 쉘을 결합하여 중공 형태의 컨트롤 암 제작)되며, 부싱과 볼 조인트가 조립되고 마지막으로 처리됩니다. 표면 완화 e-코팅(전기 도장)과 같은 처리는 차량 하부 구조 노출에 필요한 견고한 내식성을 제공하기 위해 표준적으로 적용됩니다.

소재 및 기술: 고장력 강재의 대전환

서스펜션 스탬핑용 소재 환경은 급격히 변화해 왔습니다. 과거에는 저탄소강이 표준이었지만, 현대의 요구 조건으로 인해 산업 전반이 고장력 강재 쪽으로 전환하고 있습니다. 고강도 고급 강재(AHSS) .

예를 들어 SPFH590 과 같은 고장력 강재(보통 인장 강도 590MPa 이상)는 구조적 안전성을 해치지 않으면서도 더 얇은 두께의 금속을 사용할 수 있게 해줍니다. 이러한 '얇은 벽 두께, 고강도' 접근 방식은 자동차 서스펜션 부품 제조 분야에서 전기차 시대의 표준이 되었습니다.

그러나 고장력 강재(AHSS) 스탬핑은 독특한 도전 과제를 동반합니다. 이 소재의 높은 강도로 인해 상당한 '스프링백(springback)'이 발생하는데, 이는 성형 후 금속이 원래 형태로 되돌아가려는 경향을 말합니다. 제조업체들은 정확한 허용 공차로 부품이 되돌아오도록 하기 위해 고급 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여 부품을 의도적으로 과도하게 굽혀 성형해야 합니다. 또한 금형 마모가 가속화되어 주기적인 유지보수와 탄화물 코팅 다이(dies)의 사용이 필요합니다.

알루미늄은 우수한 경량화 성능으로 인해 프리미엄 및 고성능 차량에 널리 사용되지만, 성형 과정에서 균열을 방지하기 위해 특수한 취급이 필요하며 일반적으로 강철보다 높은 재료 비용이 발생합니다.

프레스 가공 대 단조 및 주조: 비교 분석

적절한 제조 방법 선택은 생산량, 비용 및 성능 간의 타협입니다. 단조는 뛰어난 강도를 제공하고 주조는 기하학적 자유도를 제공하지만, 프레스 가공은 대량 생산 효율성 측면에서 가장 우수합니다.

강성 대비 무게 비율을 극대화하기 위해 쉘 구조가 필요한 부품의 경우 스탬핑이 분명한 강점이다. 두 장의 용접된 시트로 성형된 스탬핑 컨트롤 암은 코너링에 필요한 비틀림 강성을 제공하면서도 단일 주조 부품보다 훨씬 가볍게 유지된다.

품질 기준 및 공급업체 선정

자동차 Tier 1 공급망에서 품질은 선택이 아니다. 서스펜션 부품은 안전에 직결되는 요소이며, 고속도로 주행 중에 고장이 발생하면 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 따라서 조달 관리자는 엄격한 공급업체 평가 기준을 적용해야 한다.

IATF 16949 인증 기본 요구사항이다. 일반적인 ISO 9001 기준과 달리, IATF 16949는 자동차 공급망 내에서 결함 예방, 변동성 감소 및 낭비 감소에 특화되어 있다. 역량 있는 제조업체는 다음을 입증해야 한다.

• 추적성: 특정 스틸 코일 배치를 완제품 로트 번호까지 추적할 수 있는 능력.
• 피로 시험: 부품을 파손될 때까지 사이클 테스트할 수 있는 내부 역량을 통해 차량이 견뎌내는 수백만 회의 하중 사이클에 부합하는지 확인합니다.
• 공정 반복성: 자동 검사 시스템을 사용하여 백만 번째 부품도 첫 번째 부품과 동일하게 유지되도록 보장합니다.

엔지니어링 검증에서부터 대량 생산에 이르기까지 전체 라이프사이클을 관리할 수 있는 파트너를 찾는 것이 종종 가장 큰 과제가 됩니다. 일부 전문 제조업체는 이러한 격차를 효과적으로 해소합니다. 예를 들어, 소이 메탈 테크놀로지(Shaoyi Metal Technology)는 포괄적인 스탬핑 솔루션을 제공합니다 급속한 프로토타입 제작에서 고용량 생산에 이르기까지 아웃소싱 서비스를 제공하며, 컨트롤 암 및 서브프레임과 같은 핵심 부품에는 IATF 16949 정밀성을 활용합니다. 이러한 연속성을 제공하는 공급업체와 협력하면 프로토타입 설계에서 양산 가능한 다이로 확장할 때 오류 위험을 줄일 수 있습니다.

결론

스탬프 서스펜션 부품은 비용, 중량 및 성능 측면에서 뛰어난 균형을 제공하기 때문에 자동차 공학의 핵심 요소로 자리 잡고 있습니다. 산업 전반이 전기 모빌리티로 전환됨에 따라 고장력 경량 스탬프 부품에 대한 수요는 더욱 증가할 것입니다. 구매자와 엔지니어에게 있어 성공의 열쇠는 필요한 프레스 톤수를 보유한 제조 파트너를 선택하는 것뿐만 아니라, 재료 과학적 전문성과 품질 시스템을 갖추어 전 세계 규모에서 무결점 부품을 공급할 수 있는 파트너를 선정하는 데 있습니다.

자주 묻는 질문

1. 진보적 도형과 전송 도형 스탬핑의 차이점은 무엇입니까?

진행형 다이 스탬핑은 하나의 프레스 내 여러 공정 단계를 거치며 연속된 금속 스트립을 사용하므로 브래킷과 같이 소형이며 빠르게 생산 가능한 부품에 적합합니다. 반면 이송형 다이 스탬핑은 개별 부품을 별도의 다이 공정(또는 프레스) 사이에서 이동시키므로 서브프레임처럼 성형 중 더 큰 자유도가 필요한 대형·복잡한 부품 제작에 유리합니다.

2. 서스펜션 부품에 고장력 강재를 선호하는 이유는 무엇인가요?

고장력 강재는 제조업체가 더 두꺼운 연강보다 동일하거나 더 나은 강도를 얻기 위해 더 얇은 금속 시트를 사용할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 차량의 전체 무게(비현가중량)를 줄일 수 있으며, 이는 연료 효율성, EV 주행 거리 및 서스펜션 반응성을 향상시킵니다.

3. 알루미늄을 서스펜션 부품에 대해 프레스 성형할 수 있나요?

예, 알루미늄은 최대한의 경량화를 달성하기 위해 서스펜션 부품에 자주 프레스 성형됩니다. 그러나 성형성이 낮고 균열 발생 가능성이 높기 때문에 강철보다 다른 공구 설계 고려가 필요합니다. 일반적으로 고급 또는 고성능 차량 애플리케이션에서 사용되며, 여기서는 높은 소재 비용이 정당화됩니다.