디자이너가 그린 형상을 그대로 양산하는 경우는 드물다. 철판에는 늘어날 수 있는 한계가 있기 때문이다.
반대로 생산하기 쉬운 쪽으로 디자인을 깎아 내면 처음 의도한 콘셉트는 사라진다. 디 올 뉴 투싼 테크데이에서 성형검증선행생기팀 최수영 책임매니저, 현대성형개발1팀 권용욱 매니저와 홍규선 책임매니저가 세 번에 나눠 설명한 내용이 바로 이 둘 사이의 줄다리기였다.
결론부터 말하면, 5세대 투싼은 디자인을 깎지 않는 쪽을 택했다. 그 대가로 다른 차종보다 최소 3배 많은 성형 해석과 검증을 거쳤다.
디 올 뉴 투싼 리어 펜더는 얼마나 커졌나?
디 올 뉴 투싼 리어 펜더 볼륨은 이전 모델보다 20% 커졌고, 뒤에서 봤을 때 펜더가 바깥으로 튀어나온 면적 비율도 20% 늘었다.
이 변화가 공정에서 어떤 의미인지는 수치로 보면 분명해진다. 리어 펜더를 포함한 사이드 아우터 패널의 성형 각도는 기존 39.5도에서 26.5도로 바뀌어 약 13도 더 가팔라졌다. 성형 깊이는 40mm에서 71mm로 31mm 깊어졌다. 홍규선 책임매니저는 이를 “매우 도전적인 조건”이라고 표현했다.
사이드 아우터는 원래부터 형상이 복잡하고 파팅라인이 많아 차체에서 성형이 가장 까다로운 부품이다. 여기에 볼륨이 더해지자 초기 성형 해석에서 문제가 그대로 드러났다. 볼륨 때문에 튀어나온 부분에는 성형 초반부터 인장력이 몰려 크랙이 생겼다. 같은 부위의 급격한 단차에서는 철판이 금형에 완전히 붙지 못한 채 눌리며 주름이 잡혔다.
철판이 너무 늘어나서 생기는 크랙과, 너무 몰려서 생기는 주름. 정반대인 두 문제가 한자리에서 동시에 터진 셈이다.
크랙과 주름을 동시에 어떻게 해결했나?
현대차는 다방향 인장제어 기술과 다단성형 공법을 함께 써서 사이드 아우터의 주름과 크랙을 동시에 없앴다.
다방향 인장제어는 철판을 여러 방향으로 당겨 주는 기술이다. 리어쿼터 글라스와 리어도어 개구부에 오목한 인장용 폼을 넣어, 주름이 생기기 시작하는 순간에 철판을 한 번 더 당기도록 했다. 다단성형은 형상을 한 번에 찍지 않고 여러 단계로 나눠 성형해 소재 변형을 줄이고 크랙을 막는다.
설계 쪽 대응도 더해졌다. 리어도어 개구부를 평평하게 다듬고 리어도어 스텝의 폭과 깊이를 조정했다. 측면 유리를 나누는 디비전 채널을 넣어 도어 개구부 형상을 바꿀 여지를 만들었고, 개구부를 앞쪽으로 옮겨 펜더 볼륨을 키울 공간을 확보했다. 도어를 열어야 보이는 그레이존까지 매끄럽게 정리했다.
개선 전 해석 결과에는 주름과 흰색으로 표시된 크랙 위험 영역이 곳곳에 있었다. 개선 후 결과에서는 리어쿼터 글라스부와 리어도어 개구부의 주름이 사라졌고 크랙 없이 안정적으로 성형됐다.
후드는 왜 사이드 아우터만큼 어려워졌나?
디 올 뉴 투싼 후드는 앞 펜더 옆면까지 덮는 익스텐디드 클램쉘 타입으로 바뀌면서 양쪽 볼륨이 50%, 전체 길이가 15% 커져 사이드 아우터와 같은 수준의 성형 난이도가 됐다.
후드는 보통 성형이 어렵지 않은 부품이다. 그런데 이번에는 파팅라인이 윗면에서 옆면으로 옮겨졌고, 원래 펜더가 맡던 A필러 주변까지 후드 안으로 들어왔다. 옆면의 성형 폭과 깊이가 함께 커졌다.
첫 시제 패널에서는 윈드실드 쪽 성형이 깊어지며 철판이 얇아져 크랙이 생겼다. 이를 막으려고 철판을 더 많이 흘려 넣자, 이번에는 다른 부위에 소재가 몰려 표면 굴곡이 심해졌다. 하나를 고치면 다른 하나가 나빠지는 상황이었다.
여기에 투입된 기술이 ‘포지 형상 제어’다. 윈드실드 쪽에 볼록한 형상을 일부러 더해, 굴곡이 생기는 부위가 금형에 닿는 시점을 늦췄다. 그러면 최종 형상으로 눌리는 과정에서 굴곡이 자연스럽게 풀린다. 철판을 무리하게 당길 필요가 없어지니 크랙도 함께 줄었다. 그래도 남은 굴곡은 반대 방향으로 미리 휘게 만드는 스킨 굴곡 보정과 프레스 가압 조건 조정으로 잡았다.
유니트 캠 헤밍은 무엇이고 왜 썼나?
유니트 캠 헤밍은 외판 표면 방향에 맞춰 압력을 가할 수 있는 장치로, 디 올 뉴 투싼 후드의 거의 수직에 가까운 카울부 측면을 마감하려고 적용했다.
헤밍은 후드, 도어, 테일게이트처럼 여닫는 패널의 마지막 공정이다. 바깥 패널 테두리를 접어 안쪽 패널을 감싸 붙인다. 날카로운 끝단을 덮어 외관을 정리하고, 두 패널을 밀착시켜 강성도 높인다.
일반 헤밍 장비는 위아래로만 움직인다. 이번 후드는 카울부 측면이 거의 수직이라 압력이 제대로 전달되지 않았고, 끝단 곡률이 고르지 않거나 헤밍면 품질이 떨어지는 문제가 있었다. 유니트 캠 구조로 바꾸면서 이 문제를 해결했다.
성형 해석은 몇 번이나 했나?
디 올 뉴 투싼은 다른 차종보다 최소 3배 이상 성형 해석과 검증을 거쳤다. 사이드 아우터는 약 3배 이상, 후드는 약 5배 이상이다.
최수영 책임매니저에 따르면 성형 해석은 철판이 어떻게 성형될지를 95%까지 예측한다. 개발 초기부터 디자인 데이터로 패널 크랙과 굴곡을 미리 계산해 봤기 때문에 초기 디자인을 양산 디자인까지 유지할 수 있었다. 해석은 한 번으로 끝나지 않는다. 분석하고 고치고 다시 검증하는 과정을 되풀이한다.
권용욱 매니저는 공정 수에도 의미를 두었다. 차체 외판은 코일 철판을 자르고, 늘려 형상을 만들고, 남는 부분을 잘라 내고, 구멍을 뚫는 단계를 거친다. 해외 경쟁사 상당수가 이 작업을 프레스 5공정으로 하는 반면, 현대차는 공정 구성과 금형 기술을 최적화해 4공정으로 같은 품질의 외장 패널을 만든다고 설명했다.