현대차 “이종 소재로 원가·안전성 동시 확보”…하이브리드 서브프레임 개발

한국다이캐스팅학회(회장 고영진)가 개최한 제13회 학술대회에서 현대자동차 이철웅 책임연구원은 ‘스틸-알루미늄 접합 하이브리드 서브프레임 개발’에 대해 발표했다.

이 책임연구원은 “알루미늄 가격 상승과 수급 불안으로 차량 원가 부담이 커지고 있다”며 “재료비 절감과 성능 확보를 동시에 만족시키기 위한 대안으로 이종 소재 하이브리드 구조를 개발했다”고 밝혔다.

스틸-알루미늄 접합 하이브리드 서브프레임은 기존 알루미늄 주조재-압출재 용접 구조에서 일부 부품을 스틸로 전환하고, 나머지는 알루미늄으로 유지한 구조다. 이를 통해 중량 증가를 최소화하면서도 제조 원가를 절감하는 데 초점을 맞췄다. 이 책임연구원은 발표 과정에서 스틸 적용 시 재료비가 약 30% 절감된다고 설명했다.

그는 “알루미늄을 스틸로 바꾸면 비용은 낮아지지만 충돌 성능에서 리스크가 발생했다”며 “스틸 구조는 충돌 시 변형이 커 배터리 보호에 불리한 문제가 있었다”고 말했다. 이어 “알루미늄은 파단을 통해 에너지를 흡수하는 특성이 있어 승객 보호 측면에서 유리하다”고 덧붙였다.

이에 따라 현대차는 스틸과 알루미늄을 결합한 하이브리드 구조를 채택하고 접합 기술 확보에 집중했다. 볼팅, FDS(Flow Drill Screw), 블라인드 리벳 등 다양한 기계적 접합 방식을 비교한 결과, 블라인드 리벳이 가장 높은 접합 강도를 나타냈고 FDS는 비용과 체결 효율 측면에서 경쟁력을 보였다.

특히 구조용 접착제를 병행 적용해 갈바닉 부식 문제를 억제하고 내구성을 확보했다. 염수 분무 시험(CCT)에서도 접착제 적용 부위는 부식이 거의 발생하지 않은 것으로 나타났다.

알루미늄 부품은 3,500톤급 고압주조 공정을 적용해 일체형으로 제작됐다. 기존 용접 구조 대비 공정 단순화와 품질 안정성을 확보하는 동시에 추가적인 원가 절감 효과도 기대할 수 있다는 설명이다. X-ray 검사와 인장시험 결과에서도 기계적 특성과 내부 품질은 모두 기준을 만족했다.

완성된 하이브리드 서브프레임은 단품 내구시험에서 전 사양이 목표 수명을 충족했다. 접합부에서 크랙이나 파손은 발견되지 않아 기존 알루미늄 단일 구조 대비 동등 이상의 신뢰성을 확보한 것으로 평가됐다.

다만 진동·소음(NVH) 성능에서는 일부 한계도 확인됐다. 이 책임연구원은 “고압주조 특성상 구조가 개방형으로 바뀌면서 감성 품질이 일부 불리하게 나타났다”며 “향후 구조 보강과 설계 개선이 필요한 부분”이라고 말했다. 그러면서도 이번 개발이 원가 경쟁력과 안전성을 함께 고려한 샤시 부품 개발 방향을 제시한 사례라고 강조했다.

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