상용차 부문의 경량 구조: EMAG LaserTec사는 대형 화물차 차동 장치에 사용되는 통합된 생산 솔루션을 개발합니다

03/10/2020 - Markus Isgro

EMAG LaserTec사의 화물차 차동 장치용 생산 시스템

대량 생산에서 “경량 구조”라는 키워드는 대개 승용차에 해당되고, 화물차에서는 거의 사용되지 않습니다. 이때 화물차의 파워 트레인에 장착된 크고 무거운 부품을 보면, 무게를 상당량 줄여 단가를 절감할 수 있는 엄청난 잠재력이 있다는 것을 알 수 있습니다. 이와 관련하여 EMAG LaserTec사의 통합된 레이저 용접 생산 시스템이 개척한 가능성은 북미의 부품 공급회사가 현재 보여주고 있는 사례에서 잘 드러납니다. 대형 화물차 차동 장치를 생산하기 위하여 현재 상용차 전문 회사들은 세 개의 개별 부품 전부를 서로 용접하는 EMAG의 생산 시스템을 투입하고 있습니다. 이에 따라 약 40개의 현저하게 더 비싼 볼트 체결부가 사라집니다. EMAG LaserTec사의 레이저 용접기 ELC 600이 생산의 중심이 되는 생산 라인에서는 정확히 어떠한 공정이 진행되고 있을까요?


Shell의 최신 상용차 연구에 따르면 2040년까지는 도로 위를 달리는 상용차의 대수가 증가할 것입니다. 그것도 급격하게 말이죠. 이 연구에 따르면 독일의 연간 등록 대수는 현재의 290,000대에서 344,000대로 증가합니다. 2040년도의 차량 대수는 약 3백 5십만 대입니다(현재: 2백 9십만 대). 이와 동시에 야심적인 에너지 및 기후 목표를 달성하기 위해 보다 더 경제적인 차량을 개발하라는 정치적 압력이 제조사에 점점 더 많이 가해 집니다. 이때 효율적인 수단은 바로 상용차 부문에서의 다양한 경량 구조화입니다. 많은 화물차 개발 업체들은 현재 거의 시종 일관 승용차 부문에서 확립된, 상당히 중량을 감소시킬 수 있는 경량 구조 공정을 따라갑니다. 바로 여기서 레이저 용접이 핵심적인 역할을 합니다. 승용차 부문에서 이러한 용접은 파워 트레인의 다양한 부품 제조 시 오래 전부터 필수적인 공정입니다. 여기서는 여러 부위에서 이루어진 용접 연결부가 과거에 사용되었던 볼트 체결부를 대체합니다. 볼트 체결부는 비싸기 때문에, 부품을 더 저렴한 비용으로 생산할 수 있으며 가벼워집니다. 그러므로 예를 들어 현대의 듀얼 클러치 변속기는 다양한 기어 휠과 듀얼 클러치 및 차동 장치에 이미 16개의 상이한 용접선을 가지고 있습니다. 이러한 상황을 보면, 북미의 상용차 부품 공급회사가 EMAG LaserTec사에게 의뢰했다는 것을 전혀 놀랄 만한 일이 아닙니다. 이러한 용접에 속하는 통합된 레이저 용접 설비의 개발은 슈베비슈 그뮌트 인근 호이바흐에 소재한 이 전문 회사의 주 영역이기 때문입니다. “이 고객은 저희 회사를 알고 있었습니다. 왜냐하면 이 고객은 다른 부문에서 다양한 EMAG 장비를 사용하고 있기 때문입니다. 이 고객은 대형 화물차 차동 장치를 현저하게 가볍고 비용 효율적으로 생산하는 것이 목표입니다. 이것은 저희에게 이상적으로 설정된 과제로서, 물론 저희도 화물차 부문에서 처음으로 이를 실현하려고 하였습니다”라고 EMAG LaserTec사의 사장인 안드레아스 무츠 박사(Dr. Andreas Mootz)는 설명합니다. “이때 저희 고객은 저희가 시스템 공급 회사로서 고도의 능력을 갖추고 있다고 확신하였습니다. 저희는 레이저 용접과 관련하여 완전한 공정 라인을 개발하였습니다. 이 개발로 인해 고객 측에서의 계획 수립이 현저하게 단순해 졌으며 이와 동시에 안전하고 효율적인 공정이 보장되었습니다.”

한 생산 라인에서 세척, 프레스, 용접 및 검사

생산의 시작하기 전 세 개의 개별 부품으로, 즉 두 개의 하우징 부품과 하나의 크라운 휠로 이루어진 화물차 차동 장치와 관련하여 완벽하게 조화를 이루며 공정이 진행된다는 것이 드러났습니다. 이 부품은 무게가 최대 130kg이고 직경은 최대 600mm입니다. 개별적인 고정 과정:

  • 두 개의 분리된 적재 스테이션을 통해 부품이 공급된 후, 하우징의 두 부분과 크라운 휠이 EMAG 레이저 세척 시스템을 통과합니다. 이 시스템은 자체적으로 새로 개발한 설비로서, 이미 표준 장비의 특성을 보여주고 있습니다. 이 공정은 극도로 신속하게 진행되고 집중적인 레이저 광선을 통해 절삭유나 보존제와 같은 모든 잔류물을 제거합니다. 그리고 특정 부위를, 정확히 말하여 나중에 용접선이 위치한 구역을 청소합니다.     
  • 그 다음 로봇이 그 구성품을 레이저 세척기에서 꺼냅니다. 크라운 휠은 먼저 유도 방식으로 예열된 다음 접합 스테이션으로 이송됩니다(이때 EMAG eldec사의 저주파 발생기가 예열합니다). 하우징의 두 부분은 직접 접합 스테이션으로 공급되어 이 스테이션에서 프레싱에 의해 크라운 휠과 접합됩니다. 이 과정에서는 힘-변위 모니터링이 이루어집니다.
  • 이제 이 어셈블리에 용접 작업을 할 수 있습니다. 이를 위해 로봇이 이 어셈블리를 EMAG사의 ELC 600에 적재합니다. 축방향으로 클램핑한 후 두 용접선으로 하우징을 닫고 크라운 휠을 하우징과 결합합니다.
  • EMAG사의 초음파 검사 시스템이 전자동으로 용접 결합부의 품질을 검사합니다. 이 단계는 이 전문 회사에게도 공작물의 가공만큼 중요한 핵심적인 단계입니다.

이 개발 프로젝트는 불과 12개월만에 실현되었습니다! 이때 EMAG LaserTec사의 전문가들은 몇 가지 기술적인 도전을 극복해야 했습니다. 여하튼 용접선에서 중요한 것은 8kW의 고체 레이저와 용가제를 사용하여 깊이가 깊은 주물/표면강화강 결합부를 형성하는 것입니다. 그 외에도 생산 시스템의 크기가 엄청났습니다: 이 시스템은 두 개의 레이저 세척 스테이션, 하나의 가열 스테이션, 하나의 접합 스테이션, ELC 600 및 초음파 검사 스테이션으로 구성되어 있으며, 이들은 정교한 공급 장치와 두 개의 산업용 로봇과 연결되어 있습니다.

시장에서의 독보적인 지위

“이 개발 프로젝트는 저희들에게 모범적인 개발 작업이었습니다”라고 무츠 박사는 이 통합형 레이저 생산 시스템을 평가합니다. “저희는 어셈블리와 그 구성품에서 출발하여 최적의 상태로 조화를 이루고 제어되는 적합한 공정를 개발합니다. 여기서 생산서과 공정 안전성을 가리키는 ‘맞춤형 솔루션’(Customized Solutions)이 탄생합니다." 이때 변속기와 구동장치의 수많은 구성품과 관련하여 축적한 경험이 EMAG LaserTec사의 핵심적인 장점입니다. 이미 160기 이상의 ELC 시스템이 공급되었습니다. 레이저 용접 차동 장치 분야에서 EMAG은 전 세계의 시장을 선도하는 회사입니다. 또 다른 결정적인 요소는 이러한 개발이 EMAG의 모듈식 기계 제작에 기반을 둔다는 점이며, 정평 난 다수의 부품이 이러한 모듈 방식으로 제작되었습니다. 또한 무엇보다고 이러한 종류의 시스템을 구상하고 실현하는 데 있어서 공작 기계의 자동화에서 축적된 경험도 도움을 줍니다. 호이바흐에 소재한 이 회사는 상용차 부문에서 현재의 개발 작업은 이러한 기술 방향으로 나아간다고 확신하고 있습니다. 왜냐하면 일반적인 생산비 압박과 절약형 차량에 대한 수요가 점증하고 있기 때문입니다. “이런 점에서 저희는 어떤 경우든 준비가 잘 되어 있습니다”라고 강조하며 무츠 박사는 마무리를 지었습니다.

"레이저 용접을 둘러싼 통합된 생산 시스템의 개발로 인해 EMAG LaserTec 사의 진정한 독점적 지위가 시장에 잘 드러납니다."

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