자동차 범퍼 디자인 고려 사항

자동차 범퍼는 자동차의 주요 부품 중 하나입니다. 안전, 기능성, 그리고 장식이라는 세 가지 주요 기능을 담당합니다.

자동차 범퍼의 무게를 줄이는 세 가지 주요 방법은 경량 소재, 구조 최적화, 그리고 제조 공정 혁신입니다. 소재 경량화는 일반적으로 플라스틱 강철과 같이 특정 조건에서 기존 소재를 밀도가 낮은 소재로 대체하는 것을 의미합니다. 경량 범퍼의 구조 최적화 설계는 주로 박판 구조로 이루어지며, 새로운 제조 공정에는 미세 발포(microfoaming) 기술이 사용됩니다. 또한, 소재 및 가스 보조 성형과 같은 새로운 기술도 사용됩니다.

플라스틱은 가볍고 성능이 우수하며 제조가 간편하고, 내식성과 내충격성이 뛰어나며, 설계 자유도가 높아 자동차 산업에서 널리 사용되고 있으며, 자동차 소재로의 적용도 점차 증가하고 있습니다. 자동차에 사용되는 플라스틱의 양은 한 국가의 자동차 산업 발전 수준을 가늠하는 기준 중 하나가 되었습니다. 현재 선진국의 자동차 생산에 사용되는 플라스틱은 200kg에 달하며, 전체 자동차 품질의 약 20%를 차지합니다.
중국 자동차 산업에서 플라스틱은 비교적 늦게 사용되고 있습니다. 저가형 차량의 경우 플라스틱 사용량이 50~60kg에 불과하고, 중·고급형 차량의 경우 60~80kg, 일부 차량은 100kg에 달하기도 합니다. 중국에서 중형 트럭을 생산할 경우 차량 한 대당 약 50kg의 플라스틱을 사용하며, 차량 한 대당 플라스틱 사용량은 차량 무게의 5~10%에 불과합니다.
범퍼 소재는 일반적으로 다음과 같은 요건을 충족해야 합니다. 우수한 내충격성, 우수한 내후성, 우수한 도료 접착력, 우수한 유동성, 우수한 가공성, 그리고 저렴한 가격.
따라서 PP 소재는 의심할 여지 없이 가장 비용 효율적인 선택입니다. PP 소재는 우수한 성능을 가진 범용 플라스틱이지만, PP 자체는 저온 성능과 내충격성이 낮고, 내마모성이 낮으며, 노화가 쉽고, 치수 안정성이 낮습니다. 따라서 자동차 범퍼 제작에는 일반적으로 변성 PP가 사용됩니다. 현재 폴리프로필렌 자동차 범퍼용 특수 소재는 일반적으로 PP로 제작되며, 일정 비율의 고무 또는 엘라스토머, 무기 충전재, 마스터배치, 보조재 및 기타 재료를 혼합하여 가공합니다.
범퍼의 얇은 벽으로 인한 문제점 및 해결방법

범퍼 두께가 얇아지면 휘어짐 변형이 발생하기 쉽고, 휘어짐 변형은 내부 응력이 해소되면서 발생합니다. 얇은 범퍼는 사출 성형의 여러 단계에서 다양한 이유로 내부 응력을 발생시킵니다.
일반적으로 배향 응력, 열 응력, 그리고 이형 응력을 주로 포함합니다. 배향 응력은 용융물 내 섬유, 거대 분자 사슬 또는 세그먼트가 특정 방향으로 배향되고 이완이 부족하여 발생하는 내부 인력입니다. 배향 정도는 제품의 두께, 용융물 온도, 금형 온도, 사출 압력, 그리고 체류 시간과 관련이 있습니다. 두께가 두꺼울수록 배향 정도는 낮아지고, 용융물 온도가 높을수록 배향 정도는 낮아지며, 금형 온도가 높을수록 배향 정도는 낮아지고, 사출 압력이 높을수록 배향 정도는 높아지며, 체류 시간이 길수록 배향 정도는 높아집니다.
열응력은 용융물의 온도가 높고 금형 온도가 낮아 더 큰 온도 차이를 형성하기 때문에 발생합니다. 금형 캐비티 근처에서 용융물이 더 빨리 냉각되고 기계적 내부 응력이 불균일하게 분포됩니다.
탈형응력은 주로 금형의 강도와 강성이 부족하고, 사출압력과 취출력의 작용으로 탄성변형이 발생하며, 제품을 취출할 때 힘이 고르게 분포되지 않아 발생합니다.
범퍼의 두께가 얇아지면 탈형이 어려워지는 문제도 있습니다. 두께 게이지가 작고 수축률이 적어 제품이 금형에 단단히 밀착되고, 사출 속도가 비교적 빠르기 때문에 체류 시간이 유지됩니다. 하지만 제어가 어렵고, 비교적 얇은 두께와 리브는 탈형 중 손상되기 쉽습니다. 금형이 정상적으로 열리려면 사출기가 충분한 금형 개방력을 제공해야 하며, 이 금형 개방력은 금형 개방 시 발생하는 저항을 극복할 수 있어야 합니다.