전기자동차 시장을 향한 가공기술의 변화

국제적인 CO2 감축 규제가 새로운 도전으로 다가온다. 자동차 산업에서 이러한 규제는 새로운 방식의 구동방식을 요구한다. 이에 대한 해결책 중 하나가 바로 Electric drive 이다. 하이브리드 차량은 가까운 미래에 완전한 전기자동차로 대체될 것이다. MAPAL은 이러한 시대의 변화에 발맞춰 다양한 공구와 가공 솔루션을 준비하고 있다.

 

필자: MAPAL Dr. Kress KG

 

변화와 기회

주요 자동차 업계들은 2025~2030년경 전체 자동차의 25~30%가 완전히 전기로만 구동되는 전기자동차로 대체될 것이라는 사실에 이견이 없다. MAPAL의 대표인 Dr. Jochen Kress 박사는 이러한 변화가 우리에게 큰 기회가 될 것이라 강조하였다. MAPAL은 지난 수십 년 동안 축적해온 가공 노하우를 바탕으로 새로운 요구사항과 가공에 필요한 요소와 서비스에 이미 성공적인 결과를 만들었다. MAPAL은 현재 내연기관을 가진 고전적인 엔진, 특수 하이브리드 시스템, 완전히 전기로만 구동되는 모터라는 세가지 다른 개념에 초첨을 맞추고 있다.

 

기존 엔진의 경량화, 소형화

엔진의 소형화는 기존의 엔진을 개선하는 방향에서 큰 역할을 한다. 엔진이 동일하거나 더 높은 출력을 내는 중에도 엔진의 사이즈는 같거나 계속 작아지고 있다. 엔진의 성능을 높이는 것 중에 잘 알려진 기술은 터보차저를 사용하는 것이다. 초기의 터보차저는 디젤엔진에만 사용하였지만, 오늘날의 터보 엔진은 가솔린 엔진에도 사용한다. 최대 1,050°C 달하는 배기가스를 감당하는 터보차저는 혁신적인 제조 절차뿐만 아니라 가공이 어려운 신소재를 사용한다. 터보차저 하우징은 주로 내열 주철로 제작되며, 내부의 임펠러도 티타늄 또는 고강도 단조 알루미늄 소재를 사용한다. 이 두 재료 모두 공구와 가공 공정상에 특별한 도전 과제이다.

 

하이브리드 변속기와 진화된 모듈

기존 엔진의 지속적인 변화와 함께, 변속기의 전자화는 더욱 중요한 요소가 되었다. 통합 전자 구동부를 포함한 최적의 설치 공간을 갖춘 하이브리드 변속기가 그 예이다. 하이브리드 변속기는 고정밀 가공을 요구하고, MAPAL은 변속기 가공에 대한 많은 경험을 통해 최적의 가공 솔루션을 제공한다.

 

하이브리드 자동차의 종류

하이브리드 변속기 이외에도, 소형 전기장치를 기존의 변속기와 별도로 장착하여 사용한다. 예를 들어 기존 엔진과 기어박스 사이에 유닛 형태로 장착하는 경우이며, 이러한 하이브리드 모듈은 일반적으로 전기장치와 클러치로 구성된다. 그 이외에도 완전히 모듈화된 e엑슬을 장착하는 방법도 있다. 대부분의 전기 구동 장치는 회생제동을 겸하는 발전기 역할을 한다. 하이브리드 구성에 따라, stop and-go 기능이 있는 것부터, 엔진의 구동을 보조하는 역할을 하거나, 완전히 전기모터로만 운행되는 방식이 있다.

기존의 엔진은 최적의 효율을 내는 구간에서만 작동한다. 전기 구동 장치의 역할에 따라 모듈의 사이즈가 달라지지만, 모든 전기구동 장치는 정밀하게 가공된 하우징이 필요하다.

메인 보어와 베어링 보어는 하우징에서 매우 중요한 부분이다. 전기모터는 고속으로 회전하기 때문에 그에 따른 높은 수준의 정밀도와 가공 공차가 필요하다. 완전하게 전기로만 구동되는 전기자동차의 경우 기어 없이 사용이 가능하지만, 고속 주행을

위해서 2단 기어박스를 사용한다.

 

MAPAL 대경 정밀 가공공구

마팔은 고객의 요구에 맞춘 스페셜 툴을 제작한다

MAPAL은 높은 수준의 가공을 요구하는 전기 구동 장치의 하우징을 위해 공구를 포함한 완벽한 가공 프로세스를 제공한다. MAPAL 공구는 가공 깊이가 깊은 큰 직경의 가공부를 정밀하게 가공하는 최고의 선택이다. 중공구조의 튜브형 몸체에 용접구조로 단단하게 설계된 공구는 정밀성과 저중량을 동시에 실현하여, 깊이가 깊고 소재가 얇은 하우징 가공에 최적화되었다. 기존의 보링바 타입의 공구 대비 50%의 중량임에도 불구하고, 중앙 튜브형태의 구조로 밴딩을 최소화하였으며, 갈빗살 형태 구조물의 견고함과 Fine boring tool에서 사용하는 정밀 가이드패드, 미세조정 절삭날을 통해 가공중 발생하는 진동을 최소화하여 정밀 가공이 가능하다. 일반적으로 main bore 가공은 황삭, 중삭, 정삭으로 이루어진다. 황삭 공구는 ISO인서트를 사용한 보링툴 형태이며, PCD가 붙어있는 인덱스 타입의 인서트를 사용한다. 중삭 역시 같은 형태의 공구를 사용한다. 정삭의 경우 Fine boring tool 형태의 절삭기술을 사용하며, μm급의 정밀도를 가지고 있다.

 

새로운 소재, 새로운 요구

기구적인 강성이 증가하면서, 무게를 줄이는 것이 전기 자동차의 활용 범위를 더 넓혀준다. 예를 들어 최근의 자동차 차체는 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱) 또는 마그네슘과 같은 재료로 제작한다. 이러한 현대식 소재는 가공에 있어서도 특별한 도전이 된다.

 

고정밀, 고효율 가공

공구 제조 업체에게 전기자동차 시장은 구동부와 다른 수 많은 부품의 가공에 있어서 잠재력을 가지고 있다. 휠 서스펜스와 조향시스템 같은 기존과 동일하게 사용되는 구성요소가 있지만 베터리 트레이, 하우징과 같은 완전이 새로운 부품을 만들어야 하는 것이 있다. MAPAL은 이러한 모든 시스템 구성 요소에 대하여 최상의 솔루션을 제공한다.