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자동차 자동차 루프 카트리지 부품의 뒤틀림 문제 최적화


Edited by Jasmine Ho, Engineer at Technical Support Team, Moldex3D



 

Customer Pofile

  • 고객 : NetShape / Shape Corp.

  • 국가 : 인도

  • 산업 : 자동차

  • 솔루션 : Moldex3D Professional, Designer BLM, Fiber


Shape Corp.는 충돌 에너지 관리 시스템 및 선진적 압연 성형 기술분야의 글로벌 리더이자, 북미 지역에서 가장 유명한 자동차 범퍼 제조업체입니다. Shape는 또한 사무용 가구, 농업 및 의료보건 산업에서도 제품 및 서비스를 제공합니다. 세계 유일의 설계, 테스트부터 생산 및 기타 서비스까지 제공하는 원스톱 범퍼 시스템 공급업체 Shape는 끊임없이 변화하는 글로벌 시장에 혁신적이고 경량이며 고품질의 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. (Source)

 

개요


현대 기술의 경량화 요구에 부응하기 위해 자동차 제조업체는 대부분의 철강 부품을 플라스틱 부품으로 대체하고 있습니다. 그러나 플라스틱 부품 제조의 주요한 문제는 사이즈 및 두께로 인한 뒤틀림 현상이 발생하는 것입니다. 이에 Shape Corp.는 뒤틀림을 줄이기 위해 역변형 기술을 기반으로 하는 프로세스 및 방법을 사용해 부품을 재설계하였습니다. Moldex3D 솔루션은 소프트웨어에서 역모델을 내보내 뒤틀림을 예측하고 해결할 수 있고, 몰드 제작자가 몰드에서 불가피한 변형을 보상할 수 있도록 합니다. Shape의 제품은 그림 1과 같습니다.


[ 그림 1 ] 자동차 루프 카트리지 부품



도전 과제

  • 간극 내의 뒤틀림 및 부품 조립의 플러시 공차 감소

  • 허용 범위를 초과하는 형상 특징의 뒤틀림



솔루션


제품 수정의 한계로 인해 뒤틀림을 줄일 수 있는 범위가 매우 제한적이기 때문에, Shape는 미리 부품의 역변형 비율을 선택하여 전체 뒤틀림을 줄였습니다.



효과

  • 기계 톤수 감소

  • 조립 시의 문제 발생 방지

  • 뒤틀림 감소

  • 전반적인 생산성 향상



사례 연구


이 사례의 주요 목적은 자동차 루프 카트리지 부품의 뒤틀림 문제를 해결하는 것입니다. 이 제품은 완제품의 치수 정확도에 특정 요구사항이 있고, 그림 2의 조립도와 같이 여러 위치에서 다른 부품과 조립해야 합니다. (그림 2).


[ 그림 2 ] 완제품 조립도


먼저, 원래 설계에서 Z방향 변위에서의 뒤틀림 결과는 정방향 뒤틀림 약 8mm, 역방향 뒤틀림 약 14mm로 나타났습니다. 전체 변위에서의 뒤틀림은 그림 3과 같이 약 2.52~15.20mm입니다. 시뮬레이션 뒤틀림 모델을 출력해 Rhino에서 교차 검증을 수행하고, 원래 CAD 모델과 시뮬레이션 후의 제품 뒤틀림 모델을 비교하면 그림 4와 같이 거리가 약 14.35mm입니다.


[ 그림 3 ] 원본 설계의 전체 변위


[ 그림 4 ] 원본 CAD 모델과 시뮬레이션 뒤틀림 모델의 중첩 비교


다음으로는 Moldex3D의 뒤틀림 분석 결과에 따라, 역변형 방식으로 몰드를 보상하여 형상의 설계를 변경하고 뒤틀림 문제를 수정하였습니다. 그 과정은 Moldex3D 변형된 모델을 내보내고, Inceptra 소프트웨어에서 STL파일을 STEP파일로 변환한 후, Inceptra에서 역방향으로 변형하여 그림 5와 같이 모델을 내보내는 것입니다. 마지막으로 Moldex3D에서 동일한 성형 조건으로 분석합니다.


[ 그림 5 ] 녹색 : Moldex3D가 내보낸 뒤틀림 모델, 파란색 : 시뮬레이션의 역변형 모델


역변형 모델의 분석 결과는 그림 6과 같으며, 전체 변위에서의 뒤틀림은 약 2.19~12.85mm로 원래 모델의 뒤틀림 경향 및 크기와 비슷합니다.


[ 그림 6 ] 역변형 모델의 전체 변위 ( scale factor : 2 )



마지막으로 모델을 출력하여 원래 및 역변형 모델의 뒤틀림 전후 그림을 중첩하였습니다. 그림 7과 같이 노란색은 원래 부품의 모델, 녹색은 시뮬레이션된 뒤틀림 모델, 파란색은 시뮬레이션을 이용한 역변형 모델, 보라색은 역변형 모델의 시뮬레이션 이후 결과입니다. 실제 프로세스 역시 역변형 기술을 이용해 제품의 뒤틀림 문제를 성공적으로 해결한 결과 그림 8과 같이 18mm의 뒤틀림이 3mm로 감소하였습니다. 또한, 그림 9는 시뮬레이션과 실제 제품의 검증 비교로서, 실제 제품의 에어 트랩, 용융선단 등이 모두 시뮬레이션 결과와 매우 유사함을 알 수 있습니다.


[ 그림 7 ] 원본 모델과 역변형 모델의 뒤틀림 전후 중첩 비교


[ 그림 8 ] 원본 설계와 역변형 기술의 뒤틀림 비교


[ 그림 97 ] 시뮬레이션과 실제 제품의 비교, (a) : 유동 선단, (b) : 에어 트랩



결과


Shape는 Moldex3D 시뮬레이션 결과를 이용해 부품의 전체 뒤틀림을 감지하고 줄임에 따라 설계 표준을 충족할 수 있었습니다. Shape는 검증 및 연구를 통해 첫 번째 시도에서(T0) 합격 부품을 생산하고, 몰드 및 도구의 재작업으로 인한 많은 시간과 비용을 줄일 수 있었습니다.





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