본 논문에서는 AL6082-T4, AL7021-T4의 소재에 알루미늄 범퍼빔의 멀
티 하이드로포밍 성형 공법을 적용하여 실제 성형 과정과 동일한 공정을 적
용하여 비교 검증하였다. 1차적으로 AL6082-T4와 AL7021-T4에 대한 기계적
물성치를 알루미늄 압출재의 표면에서 취출하여 인장 시험을 진행하였다. 적
정 내압을 선정하기 위하여 해석을 진행하였고 80bar로 선정되었다. 비교하기
위하여 내압은 0bar와 80bar일 때의 경우로 나누어 해석에 적용하고 보압은
총 3가지로 적용하여 500bar, 700bar, 900bar를 해석 진행하였다. 내압과 보압
이 적용되는 부분의 성형 해석 가운데 외부 형상의 von Mises Stress 분석
중 성형 스케일을 변경하여 형상 변화를 확인한 결과 내압 0bar에서는 작은
곡률부의 표면부가 범퍼빔 내부로 침입하는 결과를 초래하고 내압 80bar에서
는 성형 중 범퍼빔 형상이 보존됨을 확인하였다. 그리고 범퍼빔에 지정부분을
선정하여 내압 작용에 따른 응력의 변화를 확인하였다. 범퍼빔의 중앙 지지구
조 부근에서 내압 유무에 따른 응력 분포 차이가 발생하고 내압이 존재할 때
상승하는 것을 확인하였다. 보압 적용 단계에서는 지정 부분에 대하여 내압이
없는 상황에서만 보압의 세기가 커질수록 범퍼빔의 중앙부분에서 응력 완화
효과가 있음을 확인하였다. 해석 결과에 대한 정리로 스프링 백을 기준으로
측정하였으며 AL6082-T4가 AL7021-T4보다 낮은 스프링 백 값을 나타내었
고 3D 그래프의 형태로 나타내었다. 결과적으로 AL6082-T4, 내압 80bar와
보압 700bar 조건의 공정을 기준으로 실제 실험을 진행하였다. 해석은 스프링
백 4.8mm가 발생하였고 실험품의 3D 스캔값에서는 5.6mm가 발생하여 11%
가량의 오차가 발생하였다. 경량화 측정에서 스틸 범퍼Ass’y대비 45%에 해당
하는 경량화율을 보였다. 또한 스틸 범퍼빔 대비 알루미늄 범퍼빔의 강도 평
가를 진행하였고 최대 강도는 4kN이 낮게 측정되었다. 2차적으로 알루미늄
범퍼빔의 재질은 보다 높은 물성치를 가지는 AL7021-T4를 적용하여 진행하
였다. 그리고 열처리를 적용할 때 미세조직의 변화를 확인하였다. 또한 알루
미늄 압출재의 단면 형상을 수정하여 제품의 강도를 높이는 방법을 적용하였
다. 기존 하이드로포밍 성형 공정에 추가적으로 F.F.S(Feeder Forward Strok
e)를 적용하여 성형 해석을 진행하였다. 내압은 0bar와 80bar를 적용하였고
보압은 500bar, 700bar, 900bar를 적용하였고 F.F.S는 1.0mm, 1.2mm, 1.5mm,
1.8mm, 2.0mm를 적용하여 해당 공정별로 성형 해석을 진행하였고 성형 특성
을 분석하였다. 내압 0bar에서 표면의 내부로 침투하는 결과를 확인하였고
80bar에서는 형상의 보존도가 높음을 확인하였다. 알루미늄 범퍼빔에 지정부
분을 통하여 응력분포를 확인하였고 내압 0bar로 성형해석 후 보압 적용 시
응력 완화가 명확하게 나타남을 확인하였다. 그리고 내압 40bar를 추가적으로
적용하여 최적화에 진행 하였다. F.F.S가 1.8~2.0mm 이상 되는 상황에서 스
프링 백이 감소하는 것을 확인하였다. 이 부분을 적용하여 실제 성형 실험을
진행하였고 실험에는 선정된 기준을 적용하여 성형하였다. 그리고 해석 결과
와 3D 스캔결과를 비교하였다. 0.2mm이내의 차이만 보였다. Ass’y의 경량화
측정을 진행하였다. 경량화율은 44%였고 강도를 비교하였고 스틸 범퍼 대비
알루미늄 범퍼가 최대치 기준 11.38kN이 높게 나왔다.

In this thesis, the multi-hydroforming process of aluminium bumper beams is applied to
materials of AL6082-T4 and AL7021-T4 to verify by comparing the same process as the
actual molding process. First, The tensile test was applied to each material. In the
analysis, the applied pressure to be compared is 0 bar and 80 bar. The holding
pressure was applied at 500, 700 ,900bar. In the forming analysis of the part where the
internal pressure and the holding pressure are applied, the shape change was confirmed by
changing the Deformed scale during von Mises stress analysis of the outer shape. As a
result, it was confirmed that the surface of the small curvature portion penetrated into the
bumper beam at the internal pressure of 0 bar, and the bumper beam shape was preserved
during the molding at the internal pressure of 80 bar. And the stress distribution was
confirmed by designating the outer part of the bumper beam. It was confirmed that the
stress relaxation effect appears at the center part of the bumper as the holding pressure
increases only when there is no internal pressure for the designated part in the holding
pressure application step. In the analysis using the holding pressure, the stress relieving
effect at the central portion of the bumper was effective only in the absence of the internal
pressure for the designated portion, and the larger the holding pressure, the greater the
effect. The results of the analysis are summarized in terms of springback. As a result,
AL6082-T4 exhibited a lower spring-back value than AL7021-T4. And it is shown in
the form of a 3D graph. As a result, the experiment was conducted based on the
AL6082-T4, the internal pressure of 80 bar, and the holding pressure of 700 bar. As
a result, springback 4.8mm occurred in the analysis and springback 5.6mm occurred in
the experiment. The error was 11%. The lighter weight measurement showed a weight
reduction ratio of 45% compared to the steel bumper module. Also, the strength tests
of the steel bumper beam and the aluminum bumper beam were conducted. As a
result, the maximum strength was measured to be 4 kN lower. In the second analysis,
the material of the aluminum bumper beam was processed by applying AL7021-T4 with
higher strength properties. And we observed the micro structural size changes when the
heat treatment was applied. Also it applied the method to modify the cross-sectional shape
of the aluminum extruded material to increase the strength of the product. F.F.S(Feeder
Forward Stroke) was applied to the hydroforming process to perform the forming analysis.
The internal pressures were applied at 0 bar and 80 bar. Holding pressure was applied to
500, 700, 900bar. F.F.S was applied to 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.0mm. And the forming analysis
was conducted for each process were characterized. The internal pressure 0bar confirmed
the results from penetrating into the shape of the surface. and the internal pressure 80bar
good state of the shape. stress distribution was confirmed through the specified part of the
aluminium bumper beam and that stress relief was clearly shown when the Holding
pressure was applied after the forming analysis with an internal pressure of 0 bar. In
addition, the internal pressure of 40 bar was applied to the optimization analysis. And the
decrease of springback was confirmed at F.F.S of 1.8~2.0mm or more. The actual molding
experiment was carried out by applying the optimization result. and the analysis results
were compared with the 3D scan results. As a result, the difference was within 0.2 mm.
The light weight of the bumper beam module was measured. As a result, the weight
reduction ratio was 44%. The strengths of the two bumpers were compared. As a result,
aluminum bumpers were measured up to 11.38 kN higher than steel bumpers.