to develop composite partition panel parts · 2018-09-21 · partition panel part name partition...
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복합소재 파티션 판넬 부품 개발을 위한 HyperForm 활용
(주)신영 안민수 선임연구원
Utilizing HyperForm to develop composite partition panel parts
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1. 회사 소개
2. 개발 부품
3. 개발 내용
목차
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1973 신아금속 공업사 설립
1974 현대자동차 1차 협력업체 선정
1996 금형1공장 설립
2000 ㈜신원 설립
2002 ㈜신호 인수
2003 울산공장, 금형2공장, 미국현지법인 SMART 설립 ISO/TS16949 인증 획득
2006 COSMA 전략적 제휴 / ISO14001 인증 획득
2008 러시아 현지법인 PETERFORM 설립
2009 상호변경 : 주식회사 신영
2010 아산2공장 설립 대구고용노동청 주관 노사문화 우수기업 선정
2011 ㈜신정 인수 / 무역협회 주관 ‘1억불 수출탑’ 수상
2012 무역협회 주관 ‘ 2억불 수출탑’ 수상 러시아 자동차 포럼 선정 ‘신규진입상’ 수상
2013
㈜신영 품질5스타, 기술5스타 인증 획득 ㈜신영 품질부문 올해의 협력사상 수상 ㈜신영 월드클래스 300 프로젝트 대상기업 선정 강호갑 대표이사 중견기업연합회 회장 취임 OHSAS 18001 안전보건경영시스템 인증 획득
2014
㈜신영 FTA활용 동반성장 우수업체 국무총리 표창 ㈜신원 노사문화 대상 대통령상 수상 ㈜신영 기술부문 올해의 협력사상 수상 ㈜신영 품질5스타 플러스 인증 획득 SMART 품질5스타 플러스 인증 획득
2015 ㈜신원 일家양득 고용노동부장관 감사패 수상 PETERFORM 품질5스타 인증 획득
2016 ㈜신영 무역협회 주관 ‘3억불 수출탑’수상
■ Company history ■ General status
SHIN YOUNG
St. Petersburg, Russia
Alabama, USA
[국내 – 4개 법인 / 7개 사업장] 신영 본사(영천) 신영 금형 1,2공장 (영천) 신영 울산 공장 신영 아산 2공장 신원(아산) 신호(경산) [해외법인 – 2개 법인 / 3개 사업장] SMART (Alabama, USA) PETERFORM_Kamenka PETERFORM_Shushary(St.Petersburg, RUSSIA)
[임,직원 – 총원 3,400명] 국내 – 1,370명 해외 – 2,030명
[매출액] 9,977억원
1. 회사 소개
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RR FLR COMPL
CTR FLR COMPL
SIDE OTR REINF COMPL, L/RH
FRONT INR, L/RH
CTR PLR INR, L/RH
FENDER APRON & MBR COMPL, L/RH
CARRIER ASSY FEM
BUMPER BEAM
QTR INR COMPL, L/RH
BACK COMPL
RR C/LAMP ASSY, L/RH
PACKAGE TRAY COMPL RAIL ROOF FR ASSY
DASH COMPL
COWL COMPL
■ Production item
1. 회사 소개
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■ Technology status
핫 스탬핑 프레스 [Hot stamping Press] 롤포밍 프레스 [Roll Forming Press] 탭핑 플레이트 프레스 [Tapping Plate Press]
▣ 적용기술 : Hot Stamping
▣ 설치 위치 : 신영
▣ 설비특징
초고강도 소재의 냉간 성형성을 극복
고온(900℃)에서 프레스 가공 후 상온까지 급속 냉각하는 성형 기술
▣ 적용기술 : Roll Forming
▣ 설치 위치 : 신영
▣ 설비특징
Roll 장비와 Press 간 소재 취출 , 투입을 연속 가공하는 Auto-line 으로 구성
차종 교체 시 과거의 복잡하고 어려운 방식에서 Cassette type roll을 적용
▣ 적용기술 : Tapping Plate
▣ 설치 위치 : 신호
▣ 설비특징
기존 BRKT-NUT용접 공급제품에 비해 체결력이 향상 --> NUT 누락의 불량 요소 해소
신기술공법을 신영 독자적인 기술로 개발[국내 특허 보유]
Hot Forming Heating Trimming Assembly Blanking Forming Cleaning Cutting Rolling Forging Forming Banding Notch Tapping
1. 회사 소개
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■ Technology status
패치 워크 [PATCH WORK] 인 다이 넛 웰딩 [IN DIE NUT Welding]
▣ 적용 기술 : 패치워크
▣ 설치 위치 : 신영
▣ 설비특징
블랭크 소재 간의 스팟 용접으로 결합 한 후, 핫스탬핑 공정을 통하여 부품 강성 확보.
공정/부품/금형 제작 수량 감소를 통한 생산 비용 저감.
▣ 적용 기술 : In die Nut Welding
▣ 설비 특징
별도의 너트, 용접 라인 없이 금형 내에서 부품 성형과 동시에 너트 용접을 수행하는 기술.
생산성 및 작업의 효율성을 향상
Heating Blanking Hot Forming
Patch Welding
Laser Trimming Loading Insert Nut Welding
1. 회사 소개
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Reinforcement
Partition panel
Part name Partition panel Reinforcement
Material Aluminum
Part name Developed partition panel
Material Composite (Carbon fiber + Resin)
Developed partition panel (without reinforcement)
■ Parts introduction – Conventional vs New
2. 개발 부품
Part name : Partition panel
Confidential Confidential
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■ Analysis process schematic diagram
Structural(Composite)
Optimization
Structural &
Forming
Final part data
Tailored thickness
Re-design
Original data
1st thickness 도출
Structural(Al)
1st modify data
Re-design (Estimated Thickness > Shape R)
Equivalent stiffness values
Equal thickness
Structural
Final part data
Forming
2nd thickness 도출
Re-design
Forming
Add embossing
2nd modify data
3. 개발 내용
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■ Constraint condition
3. 개발 내용
Fixed(x,y,z)
Fixed(x,y,z)
Forced displacement (4mm)
Structural adhesive : 면 접촉 구속
Clinching : RBE2로 작업 진행
FIX 변위구속 (123 자유도 구속)
강제 변위 4mm
Confidential
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■ Mesh
3. 개발 내용
① Original data - Al ② 1st Modify data - Composite
Nodes : 222,640개
Elements : 76,080개
Average mesh size : 3.0mm
Nodes : 115,409개
Elements : 116,312개
Average mesh size : 2.0mm
■ Material property
T300 grade 3K, Plain
Parameter Symbol Value
Modulus of elasticity (0˚) E1 57.1 GPa
Modulus of elasticity (90˚) E2 57.1 GPa
In-plane shear modulus G12 4.5 GPa
Transverse shear modulus (1-Z plane) G13 4 GPa
Transverse shear modulus (2-Z plane G23 4 GPa
Poisson's ratio Nu_12 0.05
Parameter Symbol Value
Allowable tensile stresses (0˚) X_t 744 MPa
Allowable tensile stresses (90˚) Y_t 744 MPa
Allowable Compression stresses (0˚) X_c 889 MPa
Allowable tensile stresses or (90˚) Y_c 889 MPa
In-plane shear stresses S 120 MPa
Confidential Confidential
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■ 1st structural analysis result - Stiffness
S𝑡𝑖𝑓𝑓𝑛𝑒𝑠𝑠(𝑁/𝑚𝑚) = 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒(𝑁)
𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒𝑑 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡(𝑚𝑚)
Al
1.4+1.0 1.5 2 2.5 3 3.5
4 4 4 4 4 4
22.193 3.806 7.122 11.748 17.825 25.465
5.5 1.0 1.8 2.9 4.5 6.4Stiffness (N/mm)
Composite (1st data)Material
Thickness
Forced displacement (mm)
Reaction force (N)
y = 3.82x - 7.0037
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
Stiff
ness
(N
/mm
)
Thickness(mm)
파티션 판넬 적용 소재 변경(Al --> Composite 두께는 3.2~3.3mm 필요
3. 개발 내용
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■ 2nd modify data
A
B
1st data 2nd data
C
D
a a‘ a a‘
a a‘
1st data
2nd data
형상 추가 : 비틀림 강성 확보을 통한 두께 조절
형상 측벽 기울기 변경 --> 성형성 확보
3. 개발 내용
Confidential Confidential
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■ 2nd structural analysis result - Stiffness
Al
1.4+1.0 2.0 2.5 3.0 3.5
4 4 4 4 4
22.193 11.189 17.986 26.668 37.374
5.5 2.8 4.5 6.7 9.3
Composite (2nd data)
Stiffness (N/mm)
Material
Thickness
Forced displacement (mm)
Reaction force (N)
y = 4.4x - 6.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1
Stiff
ness
(N
/mm
)
Thickness(mm)
Composite 부품 두께는 2.7mm 선정
S𝑡𝑖𝑓𝑓𝑛𝑒𝑠𝑠(𝑁/𝑚𝑚) = 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒(𝑁)
𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒𝑑 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡(𝑚𝑚)
3. 개발 내용
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3. 개발 내용
Max Failure index : 0.011 Min Strength ratio : 16.07
1. Failure index 2. Strength ratio
■ Composite failure
Confidential Confidential
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3. 개발 내용
■ Forming analysis
1. Tool design & Blank
Tool type : Crash form
Blank size : 1,100mm x 500mm
Blank thickness : 2.7mm
Ply quantity : 9ply
Upper die
Lower die Blank
Confidential
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3. 개발 내용
■ Forming analysis
Rho 2.5e-09 tonne/mm3
E1 40000MPa
E2 40000MPa
Flex 0.01
G_0 20MPa
G_T 500MPa
Alpha_T 40°
Woven Fabric
Rho 1.5e-09 tonne/mm3
E 400MPa
G 400MPa
Y_fct_IDN 0.01MPa
Y_fct_IDT 0.01MPa
Resin
복합재 성형해석을 위해 입력한 물성
(임의의 물성으로 해석 진행)
좌우 대칭 조건으로 해석 진행
프리프레그 두께 : 2.7T
[조건에서 성형 결함이 발생하는지 확인]
금형 – 소재간 마찰계수 : 0.25
소재 – 소재간 마찰계수 : 0.3
Mesh Size : 2mm
[ HyperForm – 물성 TEST ]
2. Material property 3. Boundary condition
Confidential
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3. 개발 내용
■ Forming result – Fiber rotation & Shear angel
1. Fiber rotation 2. Shear angle
Fiber의 최대 패턴 변형이 약 8.65° 해석상 최대 변형된 전단 각도 : 26.7°
소재의 최대 전단 각도 : 40°
Confidential Confidential
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Thank you For your attention
Q & A
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