소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

재료공정혁신연구본부

재료공정혁신연구본부

실장 김대용

연구실 소개

변형제어연구실은 탄소성변형에 대한 이론적 원리를 기반으로 재료의 부가가치를 높이기 위한 혁신 성형 기술 및 공정 합리화 기술 개발에 주력하고 있습니다.

055-280-3509

주요 실적

경량 금속(Al, Mg, Ti 합금) 정밀 성형 기술 개발 관련 기술 이전 (기술료 82,000천원)
경량 금속 변형 거동 예측 기술 관련 논문 게재 2건 (International Journal of Plasticity, JCR Top 5%), 프로그램 등록 1건
이종(異種)금속소재 성형성·접합력 향상 관련 논문 게재 10건, 국내 특허 등록 9건

주요 연구분야

철강재 구동부품의 미세조직제어를 위한 정밀 온간성형 기술 개발
난성형성 고강도 소재의 고온변형거동 예측 및 소성가공기술 개발
고강도 스테인리스강 및 다성분계 합금 정밀 scale-up 인발기술 개발
경량 금속소재(Al, Mg, Ti 합금) 변형 거동 예측 기술 및 정밀 성형 기술 개발
전자기 성형-접합 공정 설계 및 해석 기술 개발
난접합성 이종(異種)금속소재 대면적 접합 및 성형성·접합력 동시 향상 기술 개발
경량 다기능 PCM(Periodic cellular metal) 설계 및 제조 기술 개발
Additive manufacturing을 이용한 다공구조 설계 기반 소재 기술 개발

향후 연구계획

  • 고강도 소재의 항복비제어를 통한 부품화 성형 기술 개발
  • 경량 금속(Al, Mg, Ti 합금) 열-기계적 변형 거동 예측 기술 및 열처리 연계 대면적 부품화 성형 기술 개발
  • 전자기 성형-접합 공정 실 부품 응용을 위한 고효율 장비 기술 개발
  • 능동적 마찰제어형 초음파 진동 성형 기술 개발
  • 4차 산업혁명 대응 무금형 점진 성형 기술 개발
  • 난접합성 이종(異種)금속 및 금속·비금속 소재의 변형유기 접합 기술 개발 및 부품화
  • 맞춤형 의료제품 및 산업제품용 Additive manufacturing 기술 개발

연구개발 추진실적

알루미늄 관재 전자기 성형 체결 기술 개발

[과제 소개]

  • 전자기 에너지를 순간적으로 방전할 때 생기는 전자기력을 이용하여 알루미늄 관재를 고속으로 성형하여 체결하는 기술을 개발. 이를 통해 자동차 차체 멤버류 부품 제조 시 일체화 성형 체결으로 생산성 향상 기대.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 에너지 120kJ 급 전자기 성형 시스템을 이용한 알루미늄 관재 전자기 성형 체결 기술 개발
  • 관재의 고속 변형을 유도하기 위한 나선형 코일 작동기 설계 제작
  • 전자기 성형 체결 공정 설계를 위한 전자기-기계-열을 연계 3차원 다물리 컴퓨터 시뮬레이션 기술 확보
전자기 성형 체결 공정 컴퓨터 시뮬레이션
전자기 성형 체결 공정 적용 시제품

이종(異種)금속소재 대면적 접합 및 성형성·접합력 동시 향상 기술 개발

[과제 소개]

  • 표면이 유려하고 내부식·생활방수 특성이 뛰어난 비정질 리본/티타늄과 성형성·경량 특성이 우수한 알루미늄의 장점만을 활용, 감성 메탈 케이스, cookware, 건축 등 활용 가능한 Al/X 이종금속소재·부품 성형성·접합력 동시 향상 기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 고내부식 Ti/고강도 알루미늄(ex. Al7075) 이종금속 판재의 저에너지 투입 금속학적 대면적 접합(폭 150 mm, 길이 300 mm 이상) 기술 확보
  • 접합강도 최대 26.92 N/mm, 계면 무결함 Ti/Al 이종금속 판재 성형 기술 확보

고강도 및 방열특성을 갖는 경량 다기능 PCM(Periodic Cellular Material) 설계 및 제조 기술 개발

[과제 소개]

  • 단위셀이 규칙적으로 배열되어 특정패턴의 다공구조를 형성하는 PCM(Periodic Cellular Material)은 비강도/비강성이 우수하고, 충격에너지 흡수능, 열관리 능력이 우수한 다기능성 소재임. 본 연구에서는 전기자동차용 부품적용을 위한 PCM 설계 및 제조 기술을 개발하고자 함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 상대밀도 5%이하, 무차원압축강도 0.3이상 PCM 설계 및 제조기술 확보
  • Al foam 대비 SEA(Specific energy absorption) 10% 향상된 PCM Crashbox 개발
  • 스틸심재+알루미늄면재 하이브리드 PCM 샌드위치 판재 개발

연구개발 성공사례

고강도 알루미늄 판재 정수압 응용 이단성형 기술 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 권용남 박사
  • 전화 : 055)280-3375
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 2012.01.01~2017.12.31 / 690,000천원
  • 참여기관 : 재료연구소

[기술의 핵심]

  • 철강대비 1/3 수준의 낮은 성형성을 가지는 고강도 알루미늄 판재를 1개 공정으로 부품화하는 이단성형 공정 기술을 개발하여 경쟁 공정 대비 우수한 품질 및 가격 경쟁력을 확보함

[기술 개발 내용 및 특징]

  • 프레스 스템핑 공정과 가스 블로우 공정을 융합한 이단 성형기술을 통해 고강도 알루미늄 판재의 난성형성을 해소
  • 복잡형상을 가지는 자동차 부품을 일체화할 수 있는 성형 공정 기술
  • 범용 알루미늄 합금 판재 사용에도 가능하도록 합리화된 공정 기술
  • 성형 공정 설계를 위한 파단 예측 컴퓨터 시뮬레이션 기술
이단성형에 의해 제조된 쇽옵서버 하우징 시제품 (자동차 H사 G모델)

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • 기존의 복잡형상 철강부품을 대체하기 위한 시제품 제작을 자동차 부품업체와 추진
  • 기술이전: 1차 기술료 5,500만원, 양산모델별 경상기술료 추가 계약 예정
  • 국내특허 등록: 1건(10-1435918)

[기술효과 및 활용분야]

  • 복잡형상 부품 성형 시 양산 경쟁기술들에 비해 경량화, 고강도화, 공정수 및 불량률 저감을 동시에 달성 가능. 기존 유사 알루미늄 합금 판재 성형 공정 대비 동일수준 생산성(성형시간 <6분), 기존 철강부품 대비 공정수 절감(~36%) 및 경량화(~24%) 달성.
  • 자동차 차체 경량화를 위한 고강도 알루미늄 합금 판재 적용 복잡 형상 부품화에 활용.