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조립기술의 진화…20˜50 비용 절감
조립기술의 진화…20˜50 비용 절감
  • 박남수 기자
  • 승인 2009.09.28 09:18
  • 호수 470
  • 댓글 0
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한국화스너(주) 기술팀 김성모과장

모든 기계장비는 기계요소로 조립 체결된다. 따라서 기계장비산업에서 기계요소는 조립비용을 크게 좌우하게 되며, 기계장비의 기본적 성능을 책임지게 되는 중요한 부품이다. 그러나 기계요소들은 흔히 볼트너트라고 경시해 불려오며 오랫동안 우리산업사회에서 잊혀져 왔다.

그 결과 우리나라의 기계요소 기술 분야는 매우 낙후되어 있으며, 아직도 대부분의 조립기술 상황이 1900년대 후반에 머물러 있다고 해도 과언이 아니다. 대부분 재래식 암나사/숫나사 방식의 체결방식을 사용하고 있으며, 따라서 작업인건비에 많은 비용이 투입되고 있다.

지구상의 모든 제조품들과 마찬가지로, 기계요소도 근간 많은 기술적 발전을 가져왔으며 모두 조립비용절감형으로 대체되고 있다. 가장 대표적인 것이 직결나사류 품목들이며 기술적 근간은 암나사작업공정을 생략하고, 모재에 직접체결이 가능한 Self-Drilling/Tapping, Thread Forming 타입의 직결나사류의 출현과 지속적인 발전이다. 그 결과 조립비용의 무려 20~50%나 절감될 수 있으며, 모재의 특성을 고려하여 구분된 다양한 제품들이 나오고 있다. 대부분의 조립작업 상황에서 작업인건비는 체결부품(기계요소) 가격의 수배/수십배에 달한다. 따라서 작업공정을 제거하는 것은 조립비용절감에 크게 기여하게 된다.

아마존의 원시림처럼 묻혀 지낸 세월이 긴만큼 조립기술개선의 비용절감기회는 매우 크다고 할 수 있다. 그리고 사실상 기계장비산업에 있어서, 기계요소가 갖는 Cost Factor적 여건은 상당하다. 어려운 경제 여건 속에 원가절감이라는 용어가 점차 기업의 화두가 되어가고 있는 요즈음, 우리가 간과해온 조립 기술 분야의 기술문제를 살펴봐 조립 기술 분야 원가절감의 기회를 소개하며, 이번호에서는 특히 직결나사류 문제 특히 근간 조립비용절감의 총아로 떠오르고 있는 Thread Forming스크류를 집중 조명해 보고자 한다.

1.직결나사류들의 기술적특징
일반적으로 볼트·스크류류의 체결부품들은 탭이라고 하는 가공 툴(Too)l을 사용하여 모재에 암나사를 만들어 끼우는 방식으로 사용된다. 직결나사는 스스로 이 탭 기능을 대신하여 암나사를 만들면서 체결 된다.

2. 직결나사류들의 종류
크게 나누어 (1)모재를 깍으면서 체결되는 Self-Cutting형이 있고, (2)스스로 전조성형을 하면서 체결되는 Thread Forming형이 있다. 전자의 경우, 생산기술적 어려움이 별로 없어서 오래전부터 국내에서도 생산되어 사용되고 있다. 모재를 깍는 문제로 칩 발생이 심하여, 정밀기기에는 사용이 어렵고 대부분 외장형 일회성 체결상황에 사용된다. 후자의 경우, 전조성형방식으로 완벽하게 탭 기능을 대신하며 고도의 생산 및 관리기술을 요한다. (표-1 참고)

3. Thread Forming형 직결나사류
탭과 똑같은 기능으로 모재를 성형하므로 기존 체결방식의 기능적 문제를 모두 살릴 수 있으며, 작업공정을 줄이므로 조립비용을 크게 줄일 수 있다. 유럽, 미주, 일본 등 선진국에서는 오래전부터 사용되어 왔으며 특히 자동차, 전자장비등에서 많이 사용되고 있다. 표-2의 기술적 장점과 비용절감 Effect를 기대할 수 있다. 특히, 통신장비분야에서의 적용성이 뛰어날 것으로 본다. (표-2 참고)

4. Thread Forming형 직결나사류의 종류
모재의 종류, 경도 등에 따라서 적용성이 좋도록 개발되어 왔으며 대표적 품목들로는 아래 표-3의 제품들을 볼 수 있다. 특히, 2번 Sheet-metal용 스크류는 통신장비 내/외장 및 PCB 기판의 조립공정 단순화에 크게 기여 할 것으로 본다. (표-3 참고)

5. Thread Forming형 직결나사류의 국산화
대표적 제품인 TAPTITE를 비롯하여, FORMFAST, SWAGEFORM, DELTITE, TR-3, SQUARE-FLO, TAPMATE 등 십여종의 품목들이 개발되어 있으며, 근간 국내에서도 J사 S사 등이 생산능력을 인정받아 정품을 생산하여 기술품목(Thread Forming screw) 국산화에 크게 기여하고 있다. 특히 S사는 근간 엔화 강세에 힘입어 일본에서 수입되고 있는 일제 스크류들의 국산화에 힘쓰고 있다. 조만간 자동차분야에서의 사용이 크게 늘 것으로 보며, 조립비용절감은 물론 차체경량화에도 크게 도움이 될 것으로 보며, J사에서는 그린화스너로 부르면 녹색산업에 크게 기여 할 것을 기대하고 있다.

6. Thread Forming스크류의 기술적 특징
요즈음 젊은이들 사이에 유행하는 쫄바지를 연상해보면 쉽게 이해할 수 있다. 꽉 끼인 상태로 입게 됨으로, 입기도 어렵지만 벗기도 어려운 쫄바지의 기능이 Thread Forming 스크류와 흡사하다. Thead Forming스크류는 Pilot Hole만 만들어주면 스스로 성형(Forming)을 하면서 체결된다. 따라서 거의 공차가 없는 체결상태로 체결되며 별도의 풀림방지처리가 필요 없어서 풀림방지비용을 크게 줄인다. 스크류 체결의 70% 상황에서 진동풀림의 문제를 해결하기 위하여 별도의 풀림방지 처리를 하게 되는데, 때로는 스크류값 보다 더 큰 비용이 풀림방지처리에 투입된다. (표-4 참조)

7. 모조품 Thread Forming스크류의 문제점
근간 Thread Forming 스크류의 수요가 크게 증가하고 있으며, 많은 모조품들을 볼 수 있다. 좋은 제품들은 좋은 만큼의 철저한 생산/관리기술이 뒤따라야 한다. 모조품 Thread Forming 스크류들은 기술기준이 없으며 평가/검증을 맡아줄 기구나 프로세스도 없다. 따라서 기술리스크는 모두 소비자들이 맡아야 하며, 체결불양은 오히려 조립비용의 상승을 초래하게 된다. 전자에 쫄바지를 설명하였는데, 쫄바지는 입기도 어려운점에 유의해야 한다. 즉 스크류가 체결되기 어려운 문제를 해결하는 것이 Thread Forming 스크류 생산기술의 핵심이다. Thread Forming 스크류들은 수십년 동안 개발/향상되어온 제품이다. 정품 스크류들은 체결이 용이하도록 설계되어 있으며, 생산 후에도 엄격한 품질기준으로 관리되고 있다.

8. 조립비용인식의 전환
조립비용절감효과는 비용인식의 전환에서 출발되어야 한다. 우리는 흔히 스크류의 가격에 너무 예민하다. 그러나, 그것이 결국 비용 상황을 왜곡시켜서 개선을 어렵게 한다. 조립비용은 스크류값 뒤에 존재하고 있는 (수배~수십배에 달하는) 작업인건비나 불량 Loss가 존재한다는 사실을 인식해야 한다. 그리고, 기계장비의 대당 작업비용을 기준으로 살펴야 한다. 대부분의 경우 기계장비에 소요되는 스크류는 몇 개 되지 않는다. 스크류가 10원 비싸야 수백원내지 수천원에 불과한 비용차이 이다. 그러나, 스크류 품질차이는, 수만원, 수십만원의 작업인건비 낭비를 초래하며, 더구나 제품불량에 대한 Loss는 훨씬 더 클 수도 있다. 그러나 이런 비용들이 변환은 Performance Index로 잘 나타나지 않는다는 이유로 무시되고 만다. 우리 통신장비산업에서도 이제는 조립작업 비용인식을 개선하여 조립비용절감이라는 보물창고를 열 수 있기를 바란다.


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