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Nikkei X-TECH_2021.1.18

렉서스 IS, 너무나 샤프한 프레스 라인
판금 기술자가 도전하는 ‘R3’의 벽

“역시 갈라지네요”.

이번 도전은 현재 기술의 한계를 확인하는 것에서부터 시작되었다.

도요타자동차가 2020년 11월, 부분 개량을 실시해 발매한 ‘렉서스 IS’. 플랫폼을 이어받았다는 점 때문에 도요타는 부분 개량이라고 규정했다. 하지만 2020년 12월에 있었던 시승회에서 실제 차량을 직접 확인하고 개발진의 이야기를 들은 필자는 전면 개량이라고 해도 전혀 손색이 없다고 느꼈다.

특히 개발진의 집념을 크게 느낄 수 있었던 것은 외관 디자인의 변화이다. 프론트 필러와 센터 필러, 그리고 이를 지탱해주는 앞 좌석의 천정을 제외한 모든 외판 판넬의 형태에 변화를 주었다.

신형 렉서스 IS의 개발 책임을 맡은 고바야시(小林) 렉서스 인터내셔널 수석 엔지니어는 “FR(앞 엔진∙ 뒷바퀴 구동) 세단의 불씨를 이어간다. SUV가 유행하고 있지만, 소비자들이 한번 더 세단에 관심을 가져주길 바란다”라고 말한다.

그렇다면 어떻게 FR세단의 매력을 발산시킬 수 있을까? 고바야시 수석 엔지니어 등 개발진이 내린 결론은 스포티한 외관을 추구하는 것이었다. 그 뜻을 반영해 디자이너는 프론트 후드와 타이어를 감싸고 있는 펜더, 리어 측의 인상을 결정짓는 트렁크 리드(화물칸 덮개) 등에 샤프한 능선을 디자인했다.

디자인을 검토한 개발팀은 디자이너의 의도를 구현하기 위해서는 ‘R3’의 프레스 성형 기술 확립이 필요하다는 결론을 내리게 되었다. R3이란 곡률 반경(Radius of Curvature) R이 3mm인 프레스 라인을 뜻한다. 도요타를 비롯한 자동차 제조사가 양산 차량에서 실현하고 있는 프레스 라인은 R5(반경 5mm) 정도로, R3은 이례적으로 샤프하다.

차량의 안전성을 확보하는 보안기준 등을 규정하는 도로운송차량법은 보행자 등에 상해를 입힐 우려가 있는 형태 및 사이즈 등을 돌출부 규제로서 규정하고 있다. 그 중 하나로 ‘외부 표면에는 곡률 반경이 2.5mm 미만인 돌기가 있어서는 안 된다’라는 항목이 있다. 즉, R2.5가 법률의 범위 안에서 자동차에 표현할 수 있는 샤프함의 한계인 것이다. R3가 얼마나 공격적인 목표인지 알 수 있다.

게다가 이번과 같은 부분 개량의 경우, 프레스 라인의 디자인을 양산 기술이 확립된 R5 또는 R10(반경 10mm) 등으로 변경하고 적당이 넘기는 쉬운 선택지도 있었을 것이다. 차량의 디자인 컨셉부터 양산으로 가는 과정 속에서 디자이너의 의도나 생각이 기술의 한계를 뛰어넘지 못하는 경우는 자동차업계에서는 흔한 일이다.

“우리들 때문에 디자이너가 구상한 선을 바꾸는 것이 싫었다. R3는 언젠간 넘어야 할 벽이었다”라며 R3에 도전한 아사다(浅田) 렉서스총괄부 생산기술실 그룹장은 당시를 이렇게 회상했다. “어차피 R3는 언젠가는 마주하게 될 벽이었다”는 것도 사실이었다. 이렇게 해서 도요타의 생산 기술자는 양산화를 위해 움직이기 시작했다.

이야기는 다시 서두로 되돌아간다.

R3 제작에 도전한 개발진은 실패작과 마주하게 된다. 그들의 눈 앞에 있는 것은 쩍하고 벌어진 트렁크 리드. 깊고 샤프한 조형을 기존의 프레스 성형기술로 실현할 수 있을지 시험해 보았지만 결과는 예상대로였다.

R3를 목표로 한 가장자리 부분은 두께 약 0.7mm이었던 강판이 더 이상 늘어나지 못해 갈라졌다. 다른 부분은 재료가 한 쪽으로 치우쳐 주름이 발생. 이것으로 상형과 하형 사이에 강판을 끼워 프레스 성형을 하는 기존의 방식은 통용될 수 없다는 것이 명백해졌다.

시행 착오 끝에 도요타 기술자는 ‘세계 최초(도요타 조사)’의 새로운 압축 공법 ‘스러스트 드로잉(기교(寄絞))공법’을 개발해 R3를 실현했다. 이 공법은 한 번의 프레스 사이클 과정에서 ‘드로잉’ ‘밀어 넣기’의 2단계의 가공을 실시하는 것이다. 이 기술의 핵심은 도요타가 ‘사이드 캠(寄カム)’이라고 이름 붙인 기구이다.

정확하게는 1단계에서 드로잉하고 2단계에서 밀어 넣기를 한다. 우선 기존의 공법과 동일하게 상형과 하형 사이에 끼워 넣는 강판을 수직 방향으로 압축해 접는다. 그 후, 상형에 장착되어 있던 사이드 캠이 작동, 접어서 만들어진 모서리 부분이 샤프해지도록 가로 방향에서 사이트 캠으로 밀어 넣는다. 이 2가지 공정에 수 십 ms의 시간차를 만들어 엣지 부분에 힘이 집중되지 않도록 해 갈라짐을 막았다.

타이어를 감싸는 펜더 부분도 R3를 실현. 스러스트 드로잉 공법과는 다른 가공 기술을 도입하고 있다. ‘푸쉬-업(밀어 올리는) 공법’으로, 드로잉 가공한 프레스 제품의 캐릭터 부분을 후 공정에서 샤프한 형태가 될 수 있도록 밀어 올려서 성형한다.

이러한 2차 성형의 목적은 성형 후에 원래 형태로 되돌아가려고 하는 스프링백 현상을 억제하기 위해서이다. 특히 펜더 부분 등 평평한 표면에 프레스 성형을 할 경우, 스프링-백 현상이 일어나기 쉽다. 도요타는 하형 측에 캠 방식의 ‘푸쉬-업 밴딩 구조(밀어 올려 구부리는 구조)’를 마련. 이 구조를 통해 캐릭터 부분을 펀치로 누르는 것처럼 해서 펜더 부위에 R3 프레스 라인을 실현했다.

“이러한 방법이면 디자이너는 자신이 디자인한 선을 포기하지 않아도 된다”. 아사다 씨가 말한 것처럼, R3의 양산 기술 확립에 성공함으로써 차량 디자인의 자유도가 높아질 것은 분명하다. 도요타에게 ‘샤프한 자동차’의 전례가 생겼다는 것에 그 의미가 클 것으로 보인다.

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