아트 오브 스틸을 현실로 구현한 차체 성형 기술의 비밀

현대자동차 디 올 뉴 아반떼(이하 아반떼)와 디 올 뉴 투싼(이하 투싼)의 외관은 현대차의 새로운 디자인 철학 ‘아트 오브 스틸(Art of Steel)’을 바탕으로 한다. 날렵하면서도 탄탄한 차체 형상, 길고 넓게 뻗은 후드 등의 디자인 요소는 두 차종의 개성을 드러내는 특징이다.

아반떼는 정통 세단의 비례를 유지하면서도, 근육질의 펜더 볼륨과 날카로운 캐릭터 라인으로 역동성을 강조했다. 특히 주간주행등부터 A필러까지 길고 넓게 뻗은 익스텐디드 클램쉘 후드와 리어 쿼터 패널의 풍부한 볼륨을 통해 차체에 강렬한 존재감을 부여했다.

투싼 역시 박시하고 와이드한 익스텐디드 클램쉘 후드와 대담하게 돌출된 리어 펜더를 통해 SUV 특유의 강인함과 입체적인 차체 형상을 강조했다. 하지만 이러한 디자인을 실제 양산차로 구현하는 것은 쉽지 않다. 강판은 소재의 특성상 성형할 수 있는 깊이와 각도에 한계가 있으며, 복잡한 형상을 담아내는 과정에서 여러 문제가 발생할 수 있다. 여기에 차체 강성과 외관 품질, 생산성까지 확보해야 한다. 두 차종의 차체 성형 기술 개발자들에게 디자인을 양산차로 실현하기까지의 과정을 들어봤다.

자동차 디자인이 더욱 입체적이고 복잡한 형상으로 진화하면서 차체 성형 기술의 중요성도 커지고 있다. 날카로운 캐릭터 라인과 입체적인 익스텐디드 클램쉘 후드, 풍성한 리어 펜더 볼륨은 이러한 디자인의 변화를 보여준다. 이를 구현하려면 강판을 더욱 깊게 늘리고, 복잡한 형태를 정교하게 성형할 수 있어야 한다.

그런 점에서 아반떼와 투싼의 디자인은 차체 성형 기술 개발자들에게 큰 도전이었다. 기존 차종보다 더 깊은 성형이 필요하고 표면의 경사가 급격하게 변하는 부위도 많아 성형 난도가 크게 높아졌기 때문이다. 기존의 차체 성형 기술만으로 이러한 형상을 그대로 만들기는 쉽지 않았다. 그렇다고 성형을 쉽게 하려고 디자인을 단순화하면 당초 의도했던 콘셉트에서 벗어날 수 있었다.

이에 현대차 차체 성형 기술 개발자들은 기존 기술이 지닌 제약에서 벗어나 디자이너가 의도한 형상을 최대한 구현하는 데 집중했다. 개발 초기부터 디자인과 설계, 성형 부문이 긴밀하게 협업하며 성형 해석과 검증을 통해 기술적 과제를 파악하고 해결하기 위해 노력했다. 이를 통해 기존 양산차에서 실현하기 어려웠던 과감하고 입체적인 디자인을 실제 차량에 담아낼 수 있었다.

Q. 디자인 콘셉트를 양산차에 구현하기 어려운 이유는 무엇인가?

김세훈 팀장 | 자동차 생산은 차체 패널을 만드는 것만으로 끝나지 않는다. 차체 용접과 도장, 의장, 품질 검사에 이르기까지 여러 공정이 유기적으로 연결돼 있다. 따라서 원하는 형상을 만드는 데만 집중하면 용접할 면이 사라지거나, 도장 작업에 문제가 생기거나, 부품 조립이 불가능한 구조가 나올 수 있다. 

현대차는 오랜 신차 개발·생산 경험을 바탕으로 각 공정에서 반드시 지켜야 할 조건을 ‘생기 요건(생산기술 요건)’으로 정하고 있다. 디자인팀의 스케치를 양산차에 최대한 구현하려면 각 공정의 필수 조건을 충족하면서도 기존 공법의 한계를 극복해야 한다.

Q. 자동차 외판을 원하는 대로 성형하는 것 자체도 쉽지 않아 보인다.

김세훈 팀장 | 자동차의 외판 패널은 일반적으로 여러 단계의 프레스 공정을 거쳐 만들어진다. 먼저 평평한 강판을 금형으로 눌러 입체적인 형상을 만드는 드로잉(Drawing)을 진행한다. 이후 불필요한 부분을 잘라내는 트리밍(Trimming), 구멍을 뚫는 피어싱(Piercing), 가장자리를 접거나 형상을 다듬는 추가 성형 등을 거쳐 패널을 완성한다.

강판을 프레스로 누르면 원래 상태로 돌아가려는 탄성 변형과 변형된 형태를 유지하는 소성 변형이 함께 나타난다. 이때 강판이 지나치게 늘어나면 찢어질 수 있고, 반대로 특정 부위에 소재가 몰리면 주름이나 의도하지 않은 표면 굴곡이 생길 수 있다. 따라서 원하는 형상을 정확하게 성형하려면 강판이 늘어나는 정도와 소재의 흐름을 정밀하게 제어해야 한다.

Q. 디자인 부문과의 구체적인 협업 과정이 궁금하다.

김세훈 팀장 | 두 차종은 기존보다 과감하고 복잡한 디자인을 구현해야 했기에, 일반적인 차종 대비 3배 이상의 성형 해석을 거쳤다. 우선 시뮬레이션으로 강판이 얼마나 얇아지는지, 어느 부위에서 크랙이나 주름이 발생할 수 있는지 미리 확인했다. 이러한 해석 결과를 바탕으로 디자인과 성형 부문이 함께 제품 형상과 금형 구조를 보완하고, 다시 검증하는 과정을 반복했다. 실제 금형을 제작하기 전에 예상되는 문제를 파악하고 해결책을 마련한 것이다.

아반떼와 투싼의 대표적인 디자인 요소는 ‘익스텐디드 클램쉘 후드’다. 일반적인 자동차 후드는 좌우 펜더 사이에 위치하지만, 클램쉘 후드는 차체 측면까지 감싼다. 익스텐디드 클램쉘 후드는 여기서 한발 더 나아가 양쪽 끝단이 프런트 펜더 측면을 따라 A필러 하단까지 길게 이어진다. 또한 중앙부의 평평한 형상을 유지하면서도 양쪽 측면의 볼륨감을 강조한 점이 특징이다. 이는 차체가 더욱 길고 넓어 보이게 하며, 전면부에 역동적이고 입체적인 인상을 부여한다.

그러나 이러한 디자인은 차체 성형 기술을 담당하는 이들에게는 새로운 과제였다. 강판을 더 넓은 범위에 걸쳐 깊게 성형해야 했기 때문이다. 특히 중앙부 형상과 측면의 볼륨이 동시에 나타나려면 부위별로 강판이 늘어나는 정도를 정밀하게 조절할 필요가 있었다. 이에 따라 성형 해석과 반복적인 검증으로 강판의 변형과 두께 변화를 면밀하게 분석하고, 복잡한 형상을 안정적으로 구현할 수 있는 성형 조건과 공법을 확보하는 데 집중했다. 강판을 눌러 형상을 만드는 단계에는 ‘포지(Positive) 형상 제어 기술’을 적용했다. 외판의 가장자리를 접어 내판을 감싸 결합하는 헤밍 단계에는 ‘유닛 캠’을 활용한 특수 공법을 도입했다. 이를 통해 복잡한 후드 형상을 표현하면서도 외관 품질을 확보했다.

Q. ‘포지 형상 제어 기술’은 구체적으로 무엇이며, 표면 품질을 높이기 위해 어떤 기술을 추가로 적용했나?

홍규선 책임매니저 | 포지 형상 제어 기술이란 성형 후 잘라낼 여유 소재를 볼록하게 성형하는 것을 말한다. 굴곡이 발생하기 쉬운 부위가 금형에 지나치게 일찍 밀착되지 않도록 해, 최종 형상으로 성형하는 과정에서 불필요한 표면 굴곡을 최소화하는 기술이다. 남은 표면 굴곡은 반대 방향으로 보정하고 프레스 가압 조건을 최적화해 부위별 높이 차이가 큰 패널에서도 매끄러운 표면 품질을 확보할 수 있다. 

Q. ‘유닛 캠’을 활용한 헤밍은 어떤 기술인가?

홍규선 책임매니저 | 우선 헤밍의 종류부터 설명해야 할 것 같다. 헤밍은 크게 프레스 헤밍과 롤러 헤밍으로 나뉜다. 프레스 헤밍은 금형의 상하 운동으로 패널 가장자리를 접는 방식으로, 대량 생산에 적합하다. 롤러 헤밍은 롤러로 패널 가장자리를 단계적으로 접기 때문에 복잡한 형상에도 유연하게 대응할 수 있다.

익스텐디드 클램쉘 후드는 A필러와 인접한 후드 끝부분이 돌출된 형태여서 기존 프레스 헤밍 공법으로는 가공이 어려웠다. 상하 헤밍 작업만으로는 돌출된 패널의 가장자리를 완전히 접기 어려웠기 때문이다. 롤러 헤밍으로도 형상을 구현할 수 있었지만, 생산 속도를 높이기 어렵다는 단점이 있었다. 이를 보완하는 기술이 유닛 캠을 활용한 헤밍이다. 유닛 캠은 프레스의 상하 운동을 원하는 방향으로 전환해 외판의 형상에 맞춰 성형 압력을 전달하는 장치다. 그 결과 기존 프레스를 사용하면서도 형상이 복잡해 가공이 어려웠던 후드 돌출 부위에 충분한 압력을 가할 수 있었다.

아반떼와 투싼 디자인의 또 다른 공통점은 근육질의 리어 펜더로 표현한 역동적인 측면 인상이다. 강판이 팽팽하게 당겨진 듯한 긴장감과 급격하게 꺾이는 측면 차체는 아트 오브 스틸의 디자인 철학을 선명하게 드러낸다. 아반떼와 투싼에서는 더욱 깊고 풍성한 측면 차체 볼륨을 구현하기 위해 사이드 아우터 패널의 성형 깊이를 늘리는 한편, 리어 펜더의 경사를 한층 가파르게 설계했다.

이처럼 깊고 가파른 측면 형상을 성형하면서 강판의 크랙과 주름을 방지하기 위해 사이드 아우터 패널 초기 성형 단계에서 비드와 여유 소재를 활용해 강판의 움직임을 세밀하게 조절했다. 또한, 여러 방향에서 소재를 잡아당기는 힘을 조절하는 다방향 인장 제어 기술과 단계적으로 형상을 만드는 다단 성형 공법도 적용해 급격한 형상 변화로 나타나는 품질 문제를 개선했다. 

Q. 리어 펜더의 풍부한 볼륨을 구현하기 위해 주변 차체 구조나 부품 배치도 개선했나?

박승주 책임매니저 | 리어 펜더의 볼륨을 극대화하기 위해 성형 공법뿐 아니라 주변 차체 구조와 부품의 배치도 함께 개선했다. 특히 리어 도어 주변의 형상은 사이드 아우터 패널의 성형성뿐 아니라 탑승자의 승하차 편의성과도 밀접하게 연관돼 있어, 디자인과 설계 부문 간 긴밀한 협업이 진행됐다. 이 과정에서 디자인 개발 부문이 목표한 외관 형상에서 크게 벗어나지 않고 사이드 아우터 패널의 성형성을 높일 수 있는 여러 아이디어가 도출됐다.

먼저, 투싼의 경우 2열 측면 유리를 구분하는 ‘디비전 채널’로 유리 승하강 공간을 적절히 확보했다. 이를 바탕으로 승하차 편의성을 유지하면서도 도어 개구부를 전방으로 이동시켜, 리어 펜더 볼륨을 구현하는 데 필요한 성형 조건을 확보했다. 아울러 도어를 열었을 때 드러나는 차체 부위인 그레이존(Gray Zone)의 디자인도 함께 개선했다. 도어 개구부의 형상을 변경하면서 그레이존까지 미려하게 다듬어, 도어를 열었을 때에도 높은 디자인 완성도를 유지하도록 했다.

김태완 책임매니저 | 아반떼에서는 리어 도어 주변 구조를 최적화하는 방식으로 성형성을 개선했다. 구체적으로 리어 도어의 잠금장치와 맞물리는 스트라이커 부착부의 단면 형상과 도어가 닫혔을 때 맞닿는 실링면의 위치를 조정했다. 실링면의 위치를 조정하면 도어 개구부가 좁아져 탑승자의 승하차 편의성에 영향을 줄 수 있기 때문에 디자인과 설계 등 관계 부서가 지속적으로 협의하며 성형성과 승하차 편의성을 함께 확보할 수 있는 구조를 찾는 데 집중했다.

Q. ‘다방향 인장 제어 기술’에 대한 설명을 부탁드린다.

권용욱 매니저 | 사이드 아우터의 풍부한 볼륨을 구현하려면 성형 과정에서 강판이 고르게 늘어나도록 해야 한다. 특정 부위에 인장력이 과도하게 집중되면 크랙이나 주름이 생길 수 있기 때문이다. 이를 방지하기 위해 최종적으로 잘라낼 여유 강판을 활용했다. 리어 쿼터 글라스와 뒷문 개구부가 될 자리의 강판을 절단하기 전에 미리 움푹하게 성형한 것이다. 이 부분을 눌러 주변 강판이 여러 방향으로 당겨지도록 유도했다. 그 결과 강판이 한곳에 몰리는 현상을 줄이고, 주름 발생을 최소화하면서 풍부한 볼륨을 구현할 수 있었다.

Q. 사이드 아우터 성형 과정에서 다른 까다로운 부분은 없었나?

김건호 책임매니저 | 주유구 성형성 확보도 쉽지 않았다. 두 차종은 리어 펜더의 볼륨을 강조함에 따라 주유구가 펜더의 급경사 부위에 자리한다. 이 부위에 홀을 가공하려면 금형이 적절한 방향으로 접근해야 하지만, 가파른 형상 탓에 접근이 어려운 조건이 있었고, 무리하게 가공할 경우 품질이 떨어질 가능성도 높았다. 이를 해결하기 위해 1차 성형 이후 별도의 2차 성형 공정을 추가해 후속 절단 작업에 필요한 금형의 접근 방향을 확보했다. 이미 성형된 패널에 다시 힘을 가하는 만큼 새로운 표면 굴곡이 생기지 않도록, 우레탄 소재의 금형 패드로 패널 지지력을 높였다.

Q. 금형 패드의 역할은 무엇인가?

김건호 책임매니저 | 금형 패드는 프레스 가공 중 강판이 움직이지 않도록 잡아주는 금형 부품이다. 이때 압력이 고르게 전달되지 않으면 표면에 흠집이나 굴곡이 생길 수 있다. 성형을 마친 강판은 부위마다 늘어난 정도가 달라 두께에도 미세한 차이가 생긴다. 일반적으로 사용하는 금속 소재의 금형 패드만으로는 이러한 차이에 맞춰 고정이 필요한 부위를 고르게 누르기 어려울 수 있다. 우레탄은 탄성이 높아 미세한 두께 차이와 복잡한 표면 형상에도 대응할 수 있다.

아반떼에는 익스텐디드 클램쉘 후드와 근육질의 리어 펜더 외에도 기존 차체 성형 기술의 한계에 도전한 디자인 요소가 하나 더 있었다. 전면부에서 후드와 헤드램프, 범퍼가 모이는 펜더의 앞쪽 시작점, 일명 ‘펜더 코’는 다른 차종보다 날카로운 각도를 이룬다. 기존 생기 요건은 펜더 코의 각도를 50° 이상 확보하도록 했지만, 아반떼는 이보다 작은 각도로 더 예리하게 다듬었다. 초기 개발 단계에서는 25°까지 검토했으며, 최종적으로는 31°의 날카로운 형상으로 완성했다. 

Q. 일반적으로 펜더 시작점 각도를 50° 이상 확보하는 이유는 무엇인가?

김세훈 팀장 | 전면 펜더의 시작점은 후드와 헤드램프, 범퍼 등 여러 부품이 만나는 부분이다. 각 부품이 서로 다른 방향으로 결합하는 구조이기 때문에 일반적으로 삼각뿔과 비슷한 형태를 이룬다. 문제는 펜더 시작점의 각도가 작아질수록 이를 성형하는 금형의 끝단도 얇고 날카로워진다는 점이다. 금형이 얇아지면 충분한 강도를 확보하기 어려워 반복적인 프레스 작업 과정에서 파손될 위험이 커진다. 자동차 차체 패널은 대량 생산 과정에서도 일정한 품질을 유지해야 하므로 금형의 내구성이 중요하다. 이러한 이유로 기존 생기 요건에서는 펜더 시작점 각도를 50° 이상으로 확보해왔다.

Q. 그렇다면 아반떼는 31°의 펜더 코를 어떻게 구현했나?

김세훈 팀장 | 펜더 시작점의 날카로운 형상을 유지하면서도 금형의 강도를 확보하는 것이 중요했다. 삼각뿔 펜더 형상을 유지할 경우 만족스러운 금형 강도를 확보하기 어렵다고 판단해 디자인 및 설계 부문과 협업해 펜더 주변 부품의 구조를 조정했다. 기존 생기 요건에 맞춰 디자인을 단순화하는 대신, 주변 부품의 구조를 최적화하는 방식으로 디자이너가 의도한 날카로운 형상을 구현한 것이다. 일반적으로는 펜더 시작점과 헤드램프가 맞닿지만, 아반떼는 범퍼와 맞닿도록 범퍼 면의 각도를 변경했다. 이를 통해 외부에서 보이는 펜더 시작점은 날카로운 삼각형 형상을 유지하면서도 실제 단면은 비교적 평탄하게 만들 수 있었다. 금형의 강도를 충분히 확보함에 따라 반복적인 프레스 성형 시 발생할 수 있는 파손 위험을 줄였다.

Q. 성형 기술과 다른 부문이 협업해 난제를 해결한 대표적인 사례는 무엇이었나?

김태완 책임매니저 | 아반떼 개발 당시 루프 패널 표면에 굴곡이 발생하는 문제를 해결하는 데 많은 노력을 기울였다. 뒷좌석 공간과 디자인을 고려해 지붕 모양을 평평하게 하면서, 강판이 쉽게 휘거나 변형되지 않도록 강성과 성형 안정성을 확보하는 것이 가장 까다로웠다. 이에 디자인과 차체, 성형 부문이 함께 개선안을 찾았다. 디자인 부문은 디자인이 확정된 이후에도 루프 패널의 표면 형상을 조정하는 방안을 검토했다. 차체와 성형 부문은 시뮬레이션과 반복적인 검증으로 굴곡의 원인을 분석하고 개선안을 구체화했다. 이처럼 양산 직전까지 각 부문이 긴밀하게 협력한 결과, 당초 의도한 디자인을 최대한 유지하면서도 양산에 필요한 품질을 확보할 수 있었다.

Q. 아반떼와 투싼의 차체 성형 기술을 개발하며 가장 의미 있었던 성과는 무엇인가?

김세훈 팀장 | 과감한 디자인을 구현하기 위해 성형 해석을 거듭하며 새로운 공법과 기술로 기존 양산차 디자인의 한계를 넘어선 점이 가장 값진 성과라고 생각한다. 여기에는 자동차의 캐릭터를 살리면서도 품질과 생산성을 함께 확보하는 방안을 찾은 것이 주효했다. 이 과정에서 체득한 기술과 경험은 더욱 다양한 디자인에 도전하는 밑바탕이 될 것이다.

Q. 마지막으로 고객에게 전하고 싶은 말이 있다면?

김세훈 팀장 | 차체 성형 기술은 혁신적인 디자인을 양산차로 구현하고, 안전하고 편리한 자동차를 안정적으로 생산하는 데 기여한다. 아반떼와 투싼의 과감하고 도전적인 디자인에는 우수한 차체 성형 기술이 숨어 있다. 앞선 기술과 풍부한 경험을 통해 정교한 디자인과 높은 품질을 갖춘 자동차를 선보이기 위해 노력할 것이다.

사진. 민영