AHSS 자동차 부품 형상의 지속성: 포괄적인 접근을 위해

AHSS/UHSS 강종의 강도가 지속적으로 높아지면서, 또한 이와 동시에 형상이 최적화되지만 한층 복잡해지고(예를 들어 충돌 성능을 확보하기 위해) 게이지가 더 얇아지면서(경량화를 위해) 부품 제조업체들에게는 형상이 일관된 자동차 구성품을 생산하는 것이 더욱 어려워지고 있습니다.

부품 형상에 대한 OEM 공차는 ±0.2 ~ 0.5 mm 정도로 매우 엄격하여, 정밀 로봇 용접을 해야 하고, 부품에 빈 곳을 두어 점점 더 많아지는 전자장치와 케이블, 센서를 장착할 수 있도록 해야 합니다. 부품 형상이 일관되지 않을 경우 부품 제조업체는 네 가지의 손실을 겪게 됩니다:
1) 형상 하자 부품에 든 생산 자원 낭비.
2) 형상 하자 부품을 분류해 내는 노동력 자원 손실.
3) 스크랩을 만드는 재료 낭비, 보다 심각한 것은 “사양에 맞는” AHSS/UHSS 재료가 공차를 벗어난 형상을 만들기도 하는 이유를 찾아 해결하고자 하는 시도.
4) 생산 속도 저하와 작업 중단으로 인한 계획 자원 낭비 및 전반적인 생산 효율성 저하.

성형 공정에 아무런 문제가 없다면 규정을 벗어난 형상은 사용하고 있는 AHSS/UHSS 강종에 일관성이 없어 발생한 결과가 아닐까요?

AHSS/UHSS 일관성에는 당연히 강종의 두께와 평탄도가 포함됩니다. 다른 고려사항들은 이만큼 당연한 것은 아닙니다. 예를 들어 재료 속성(항복 강도, 인장 강도, 연신율 등등)이 일관적이지 않으면 심각한 응력과 같은 문제를 일으키며, 이는 다시 평탄도 문제를 낳습니다. 또한 일관적이지 않은 속성은 스프링백에서 원치 않는, 또는 예기치 않은 거동을 일으킬 수 있습니다. AHSS/UHSS 강종은 치수 및 기계적 속성 면에서 모든 사양을 충족시키지만 부품 제조업체는 여전히 공차를 벗어난 부품 형상을 만들게 됩니다. 왜 그런 걸까요?

위와 같은 상황에서 부품 제조업체는 스스로에게 묻게 될 겁니다: 공차를 벗어나는 부품이 트렌드인가? 만약 그렇다면, 성형 장비를 여러 차례 조정하면 이를 보정할 수 있을까? 

만약 그렇다면, 보정을 위한 조정이 AHSS/UHSS 코일 길이 전체에 걸쳐 적용될까? 라는 의문이 생깁니다. (다른 말로 표현하자면, 코일 내에 차이가 있을까?) 개별 코일들간에 차이가 있을까? 

서로 다른 AHSS/UHSS 공급업체로부터 제공되는 코일들은 거의 대부분의 경우 서로 차이가 있습니다. 현재 부품 공급업체들은 개별 AHSS/UHSS 공급업체 전용 공구 세트를 각각 갖추고 있어야 합니다. 이러한 접근 방식은 점점 더 복잡해질 것이며, 장비를 조정할 때마다 비일관성에 취약하게 될 것입니다.

요점: AHSS 재료의 일관성이 높을 수록 완성된 부품은 보다 수월하게 규정된 공차를 가질 수 있습니다.

일관성이 없는 AHSS/UHSS 평탄도는 부품이 지정된 형상에 필요한 공차를 벗어나게 하는 주요 원인입니다. 공차를 벗어난 형상 문제에는 프로파일 직진도, 엔드 플레어, 위치 제어 문제점, 펀칭 특징, 부품 앞면과 뒷면에 부적절하게 배치된 제조 기준점 좌표 등등도 관련되어 있습니다. 정밀 레벨러가 도움이 될까요?

정밀 레벨러는 코일 세트와 크로스보우, 그리고 일명 “열 포켓” 문제점 등을 포함한 AHSS 코일의 평탄도 관련 문제들을 해결하는 데 사용해 왔습니다. 정밀 레벨러는 금속 가공에서 그만의 역할이 있지만 최근의 WorldAutoSteel 기사를 인용해 보자면:

“엣지 웨이브와 변형을 교정하기 위해서는 강대 횡단면의 50% 이상에서 (AHSS) 강대의 항복 강도보다 높아야 합니다; 이는 강대의 가공 경화 가능성을 높이는 결과를 낳을 수 있으며, 성형성에 부정적인 영향을 미치고 . . . . AHSS 강종의 항복 강도가 점차 높아지고 있어 이러한 고강도 재료 평탄화용으로 고안된 것은 아닌 교정기 및 정밀 레벨러 기능에는 무리가 됩니다."

AHSS 강종의 항복 강도가 점차 높아지고 있어 이러한 고강도 재료 평탄화용으로 고안된 것은 아닌 교정기 및 정밀 레벨러 기능에는 무리가 됩니다.

또한 정밀 레벨러는 매우 커다란 장비라서 블랭킹 작업 앞에 배치하기 어렵습니다. 그렇지만 정밀 레벨링 아웃소싱의 대안에는 그만의 단점이 있습니다: 부품 제조업체는 아웃소싱된 레벨러를 사용할 때 AHSS/UHSS 강종의 기계적 속성이 유지되는지(예를 들어 가공 경화가 발생하지 않음) 확신할 수 없습니다.

SSAB는 Docol® AHSS/UHSS 코일 수령인들이 정밀 레벨러를 사용할 필요가 없도록 제강 공정을 지속적으로 개선하고 있습니다. 예를 들어, 퀜칭 공정 시 내부 응력으로 인해 발생할 수 있는 평탄도 악화 조건인 “열 포켓” 문제를 해결하기 위해 SSAB는 이러한 응력을 낮출 수 있는 몇 개의 단계를 개발하여 특허를 받았으며, 이를 자체 제강소에 적용시켰습니다. 

SSAB는 Docol 사양에 맞춰 AHSS/UHSS 코일을 시트 또는 슬릿 코일로 매우 정밀하게 변환시키는 서비스를 제공하며, 이 경우 가공 경화 및 이로 인한 연성 저하가  최소화됩니다. 고객들은 이 서비스가 무엇보다 당사의 고강도 마르텐사이트 강종에 유용하다고 생각합니다.

“자동차 OEM 사양으로는 완벽하게 해결할 수 없는 문제들을 접하게 되는 경우가 많다”고 Docol 냉간열연 AHSS 제품 매니저인 José Puente Cabrero는 말합니다. “생산 공정 전체로 보면, 실제로 재료가 해결해야 할 문제들 중 약 20%는 AHSS 사양입니다.”
 
”예를 들어 OEM 업체들이 요구하는 한 부품의 연신율이나 절곡성에 대해 논의할 수 있지만 OEM가 실제로 관심이 있는 것은 충돌 테스트에서 이 부품이 보여줄 모습입니다. 이는 단순한 사양으로는 표현하기 힘든 사항입니다.

“SSAB는 AHSS 공급업체로서 사양 대신 실제로 부품의 역할에 대해 포괄적으로 이해해야 합니다. 당사는 부품이 주변의 다른 부품과 어떻게 상호작용 하는지 이해해야 합니다. 어떻게 접합할 것인가? 관련된 충돌 테스트는 어떤 것인가? 이러한 충돌 테스트에서 하중은 어떤가? 이러한 테스트에 관련된 평가 기준은 무엇인가?

”이상적인 시나리오는 부품 제조업체인 OEM과 AHSS/UHSS 제조업체가 자동차 설계의 매우 이른 초기 단계부터 공동 작업을 실시하는 것입니다. 다른 말로 표현하자면 이 부품에 대한 OEM의 궁극적인 목표는 무엇인가? 라는 것입니다. OEM의 최종 목표를 안다면, 거기에서 거슬러 내려오면서 작업을 할 수 있습니다, 즉 최적화된 형상과 성형, 여기에 사용할 AHSS 강종 등을 함께 찾아낼 수 있습니다.

”SSAB의 경험에 따르면 공차가 매우 엄격한 경우에는 질문을 해야 합니다: ‘왜 이런 요구사항이 필요한가요?’ OEM 업체가 공급업체 사양을 높여 형상 일관성 등과 같은 생산 문제를 해결하려고 합니까?

”공정 전체와 최종 결과물 측면에서 모두에게 더 좋은 방법은 부품 설계의 아주 이른 초기 단계에, 사용할 재료와 성형 방법에 대해, 또한 이 재료가 성형 공정에서 보일 반응에 대해 함께 고민하는 것입니다. 설계자가 이러한 생각을 갖고 있다면, 이들의 설계는 더욱 최적화되고, 그 결과 성형 및 최종 부품 형상의 일관성 역시 최적화될 것입니다.”

Puente Cabrero는 “우리가 Docol AHSS를 일관되게 만들수록 공급 체인 및 조립 전체에 걸쳐 더 많은 문제점들을 방지할 수 있다”고 덧붙입니다.

”AHSS 제조업체로서 당사가 계속해서 갖고 있는 목표는 양산 과정에서도 일관성을 유지하는 것입니다. SSAB에는 몇몇 유리한 점이 있습니다: 당사가 사용하는 스웨덴 북부의 철광석은 품질과 일관성이 매우 뛰어납니다. 각각의 Docol 강종은 어느 SSAB 제강소에서 생산되는지와 무관하게 매우 높은 반복성으로 생산됩니다.

“당사 고객들은 Docol AHSS 자체가 이미 일관성이 매우 뛰어나다고 말합니다. 그렇지만 지금은 디지털 시대입니다. 따라서 당사는 더 많은 것을 제공할 준비를 하고 있습니다. 예를 들면, 성형 한계 곡선(FLC, forming limit curves)을 제공하는 현재의 업계 표준을 넘어설 수 있을까요? AHSS 속성을 정확히 예측해서 고객을 위해 디지털 트윈을 만들 수 있다면 어떨까요? 

“상상해 보세요: 각각의 AHSS 코일별로 디지털 트윈을 만든다면, 부품 제조업체는 이 트윈을 사용하여 공구 매개변수를 변경하여 최종 형상 일관성을 훨씬 더 정밀하게 이뤄낼 수 있습니다.

“계속 지켜봐 주시기 바랍니다”라고 Puente Cabrero는 말합니다.