하이브리드 카울 크로스멤버는 알루미늄 바, 플라스틱 브라켓, 마그네슘 브라켓 지지대 등으로 개발품 경량화를 위해 하이브리드 타입으로 설계되었다. 제작 방법 으로 알루미늄바는 압출성형 방법으로 설계되었으며 이는 칵핏모듈을 지지하는 구 조물이기 때문에 알루미늄 바의 두께 및 단면 형상의 자유도를 얻기 위함이다. 마 그네슘 브라켓은 알루미늄 바에 고정하여 알루미늄 바에 부착되는 칵핏모듈을 지지 해야하기 때문에 다이캐스팅 공법으로 설계되었으며 제작 후 알루미늄 바와는 기계 적 접합 방법을 선택하여 설계되었다. 마지막으로 플라스틱 브라켓은 알루미늄 바 에 접합되는 조건으로 설계되었으며 이는 알루미늄 바를 제작후 플라스틱 브라켓 사출성형시 사출금형에 인서트 사출을 위해 설계되었다.
그림 4.9 하이브리드 카울 크로스멤버 3D DATA
그림4.9는 위상최적화 해석의 결과을 반영한 설계도이며 이는 진동특성(NVH)과 조향강성분석을 통해 형상 최적화 설계되었다. 위상최적화 해석은 개발품에 집중하 중 구간 단면계수 증대 및 저 민감부 볼륨(Volme) 축소를 통해 경량화하는 프로세 스로 설계 반영되었다.
위상최적화 해석은 알루미늄 바에 부착된 칵핏모듈을 지지하기 위한 부품인 마그 네슘 브라켓 2종과 알루미늄 바가 자동차 차체에 부착되는 플라스틱 브라켓 양쪽 끝단면 2종을 하였다.
그림4.10은 위상최적화 해석 결과를 반영한 설계도를 나타내었다. 이는 스티어링 을 마운팅하는 브라켓 역할로 마그네슘 소재를 이용한 다이캐스팅 제품으로 가정하 고 설계 반영되었다. 또한 다이캐스팅 공정에서 고려해야 하는 사항을 검토하여 설 계 반영하였다. 특히 스티어링 마운팅 브라켓의 경우 조향과 마운팅 되는 구조로 조향강성 해석을 고려하여 설계 반영하였다.
그림4.11은 플라스틱 소재로 적용되는 브라켓으로 알루미늄 바에 칵핏모듈을 결 합하고 알루미늄 바와 자동차 차체를 연결시켜주는 역할을 하는 사이드 마운팅 브 라켓의 위상최적화 해석 결과 및 제품 설계도를 제시하여 나타내었다. 위상최적화 해석 결과를 보면 저 민감부를 삭제하고 나면 사이드 마운팅 브라켓의 역할을 할 수 없는 체적으로 나타난다. 이는 알루미늄 바와 사이드 브라켓의 접합에 대한 조
건이 부족하기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 알루미늄 바를 잡아줄 수 있는 사 이드 마운팅 브라켓을 기존 개발품의 형상과 플라스틱과 알루미늄 바와의 결합에 대한 영향을 고려하여 설계 반영하였다.
구분 스티어링 마운팅 브라켓 칵핏모듈 서포트 브라켓
최적화 대상
최적화 해석
설계품최종
그림 4.10 마그네슘 소재 적용한 브라켓
구분 사이드 마운팅 브라켓
최적화 대상
최적화 해석
최종 설계품
그림 4.11 플라스틱 소재 적용한 브라켓
그림 4.12는 사이드 마운팅 브라켓에 대한 개선 설계도를 나타내었다. 그림 4.11 의 위상최적화 해석을 통해 설계된 형상을 기초로 설계 개선하였으며 개선 설계는 2차에 걸쳐 추진되었다. 1차 개선 설계는 완성차의 요구조건을 반영하여 설계되었 으며 이는 칵핏모듈을 자동차 차체에 결합하기 위한 구조와 상관 부품과의 연계성 등을 고려하여 위상최적화 제품보다 구조적으로 변형 설계되었다. 개선 설계된 부 품의 경우 사출성형 할 때 사출금형 구조 등을 고려하여 구조 검토하였으며 이때 사출성형 후 금형에서 제품을 분리할 때 언더컷 등을 고려하였다. 이때 하나의 제 품으로 사출할 시 언더컷 문제를 해결할 수 없어 2피스로 분리하여 사이드 마운팅 브라켓을 사출하는 방식으로 검토하였다. 이를 완성차와 개선 설계 협의를 거쳐 2 피스 제작은 제품단가 상승으로 인해 조립공정 개선을 통해 1피스로 하면서 언더컷 문제를 해결하여 설계 반영하였다.
그림 4.13은 공조시스템 마운팅 브라켓의 설계 및 개선방향을 나타내었다. 공조시 스템과 마운팅 하기 위해 사출성형시 볼트 인서트 성형 방법을 선택하였으며 이때 공조시스템과의 조립성 불가와 사출성형시 언더컷 문제가 발생하였다. 이때 공조시 스템과 조립성을 위해 사출성형시 볼트 인서트 성형에서 사출성형 후 볼트 조립공 정으로 변경하였으며 언더컷의 경우 금형의 슬라이드 코어 적용을 한다는 가정하에 제품 구조 변경을 통해 언더컷 개선 설계를 반영하였다.
그림 4.14는 그 외 칵핏모듈과의 주요 마운팅 브라켓 설계 형상을 나타내었다. 글 로브박스 거치대 마운팅 브라켓으로 사출성형 방향에 따른 언더컷 문제만 설계 반 영하였다. PAB 브라켓은 칵핏모듈과의 마운팅 볼트를 사출성형시 금형에 인서트하 여 성형하는 방식으로 설계되었으며 언더컷 문제를 위해 슬라이드 코어 사용을 검 토 하였으나 제품상의 기능적 단순성을 고려하여 슬라이드 코어 대신 제품 설계 단 순화로 최종 설계 변경하였다.
그림 4.15는 개발품 설계 반영된 내용을 정리한 것으로 관련 부품뿐만 아니라 기 타 하드웨어 부분까지 검토한 결과를 설계 반영하였다. 사이드 마운팅 브라켓은 관 계 부품과의 간섭 회피와 마운팅 상대 부품은 칵핏모듈내 C/PAD 부품이며 이와 관 련된 하드웨어 등을 검토하였고 사출성형시 슬라이드 구조 검토와 하드웨어 볼트 크기도 조정 설계하였다. 마그네슘 소재를 이용한 다이케스팅 브라켓의 경우 마운 팅 조건에 따른 제품 설계 변경을 반영하였으며 조립 유닛에 대한 검토를 추가 하 여 설계 반영하였다. 기타 플라스틱 소재를 이용한 브라켓의 경우 마운팅 조건에 따른 구조 검토를 하였으며 이때 제품 생산 가능성 위주로 검토 되었다. 또한 하드 웨어 볼트는 기존 직경 5 mm에서 직경 6 mm로 일괄 변경하여 설계에 반영하였다.
구분 사이드 마운팅 브라켓
1 차 개선 설계 2 차 개선 설계
최적화 대상
최적화 해석
최종 설계품
그림 4.12 사이드 마운팅 브라켓 설계 개선
구분 공조시스템 마운팅 브라켓
1 차 개선 설계 2 차 개선 설계
최적화 대상
최적화 해석
최종 설계품
그림 4.13 공조시스템 마운팅 브라켓 설계
구분 그외 마운팅 브라켓
최적화 대상
최적화 해석
최종 설계품
그림 4.14 그외 마운팅 브라켓 설계
그림 4.15 개발품 최종 설계 반영