Audi, BMW의 세척 솔루션

부품이나 제품 표면의 청결 상태는 세정 작업이 단순하든 까다롭든 중요한 품질 요소이자 경쟁력이다. 이러한 맥락에서 경제적인 세척 솔루션에 대한 요구는 변함 없이 계속되고 있다. 그렇다면 언제나 충분히 깨끗한가?

필자: 토비아스 루츠(Tobias Lutz): MAFAC 대학원 엔지니어 및 응용 엔지니어.

감수: 에스엠코리아 형준혁 이사

청결상대적 매개변수

가공 및 성형 작업에서, 후속 단계에 대한 윤활제 및 냉각 윤활제 또는 인발 그리스를 제거하기 위해 각 처리 단계 후에 부품 세척이 필요할 수 있다.

기술적인 의미에서 “청결”이라는 용어는 표면에 이물질이 없는 것, 즉 부품의 수명과 사용, 추가 가공에서 손상의 영향이 있는 이물질이 없음을 의미한다[1]. 구성 요소의 목적에 따라 필요한 청결도는 다양하다. 일반 산업에서는 간단한 세척으로 충분하지만 자동차 산업이나 부품 산업과 같은 일부 산업에서는 복잡하고 깨끗한 환경이 필요하다. 반도체 산업이나 의료 공학과 같은 청결도가 중요한 산업 분야에서는 클린 룸과 같은 높은 수준의 청결을 유지해야 한다. 문제는 “얼마나 깨끗이 할 수 있는가?”이다. 이 문제는 단순하게 정의할 수 없고, 다양한 생산 방법을 고려하여 개별적인 표준이 적용된다. 따라서 청결도를 적절한 방식으로 결정하기가 어렵다.

필요한 만큼 청결하게청결의 정의

도장과 같은 후속 공정에는 흠이 없는 그리스와 입자가 없는 표면이 필요하다. 매우 작은 잔류 불순물이라도 접착 문제나 기포 형성을 초래할 수 있다.

응용 사례에 따라 최적의 세척 프로세스를 찾다 보면, 다음의 두 가지 핵심 주제가 떠오른다. 첫 번째, 요구 사항 중심의 청결과 두 번째, 청결에 도달하는 경제적인 방법이다. 표면 품질에 대한 기준과 관련하여 해결해야 할 과제는 요구 사항과 경제적 효율성 사이의 적절한 균형을 찾는 것이다. 청결 요건을 실질적으로 평가하고 필요 중심으로 공정을 설계하기 위한 첫 번째 단계는 “필요한 만큼 깨끗하게”라는 원칙이다. 이 원칙은 고객과의 정밀한 분석을 통해 경제적인 세척 성능을 보장하는 한계를 제공한다. 이를 가능케 하려면, 세척 기계 제조업체의 관점에서 세척에 초점을 맞춘 정밀한 사양이 바람직하다. 하지만 실제로는 이러한 사양들은 대체적으로 모호하고 세척에 충분히 초점을 맞추고 있지 않다. 부품 도면이나 표준 참조 사항 또는 규칙이나 규정도 마찬가지이다. 만일 사양에 잔류 이물질 분석법에 대한 세부 정보가 포함되어 있지 않다면 오류나 오해로 인해 테스트 세척 단계가 불필요하게 연장될 수 있다. 청결도 값의 정의가 적절한 분석 방법을 지정한다면, 적합한 추출 방법을 훨씬 빠르게 안정적으로 찾게 된다. 이에 대한 정보는 VDA 가이드 라인 19.1에서 확인할 수 있다. 분석 방법의 검증된 감쇠 곡선을 바탕으로 응용 엔지니어는 먼저 세척 재료를 샘플링하여 제거되는 각 입자 부하가 충분히 감소하는지 그리고 선택된 세척 매개변수가 필요한 결과를 가져오는지 결정한다.

청결로 가려면 전체 생산 체인을 보아야 한다.

실린더 헤드는 고속 사이클 생산 라인에서 제조되며 매우 민감한 품질 측정을 거친다. 이를 위해 사전에 윤활제 및 칩과 같은 가공 잔류물의 고품질 세척이 필요하다.

기술적 청결은 온도나 길이와 같은 물리적 측정 단위를 가진 숫자가 아니라 수많은 수치(숫자 행렬)로 구성되며, 이는 통계적으로 변화의 영향을 받는다. 개발과 설계에서 최종 제품에 이르기까지 다양한 매개 변수가 부품의 필요한 표면 품질에 영향을 미친다. 이는 청결도 정의에 도달하기 위해 제품 계획을 시작할 때 프로세스 체인 상에 미치는 이 모든 영향을 고려해야 한다는 의미이다[2]. 청정도 값을 측정할 수 있는 주요 기준 가운데 하나는 가공, 성형, 코팅, 조립, 보관, 운송과 같이 세척 후 바로 이어지는 작업들이다[3]. 이들은 오염을 어느 정도까지 제거해야 하는지 또는 어떤 표면 조건을 달성해야 하는지 설정할 수 있다. 적합한 표면에 대한 요구 사항은 개방 홀, 활주 능력, 용접성, 화학 표면 처리에 대한 반응, 접착력, 도장 등이다. 필요한 표면 품질을 달성하기 위해 다음 질문이 결정적인 역할을 한다. 어떤 물질을 세척해야 하는가? 크기와 형상 측면에서 부품 속성은 무엇인가? 생산 공정의 어느 시점에서 부품이 오염되는가? 부품의 어느 영역이 청결도 기준을 충족해야 하는가? 1 차와 2 차 부품 표면이 있는가? 부분적으로 요구 사항이 보다 까다로운 기능 표면을 세척해야 하는가? 오염이 막을 형성하는 오염인지 아니면 입자 성질의 오염인지 또는 이 두 가지 성질의 혼합인지? 오염이 후속 공정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지? 이러한 질문은 개발과 디자인 단계에서 우선적으로 논의해야 하며 항상 세척 관점을 채택해야 한다. 이는 선행 공정 단계와 그로 인한 오염이 결정적일 수 있음을 의미한다. 또한 세척 공정과 표면 품질이 형성되는 생산 단계가 시간과 공간 측면에서 한 유닛을 형성하는 경우 청결에 유리하다. 열처리 또는 표면 처리 공정과 같은 추가 가공을 위해 부품을 현장 외부로 가져가는 경우에도 마찬가지이다. 두 가지 경우 모두 계약 제조업체는 공정에 필요한 청결 상태를 정확히 알고 있다. 계약 제조업체의 공장 내에서 직접 세척이 이루어지는 경우, 운송 또는 보관으로 인한 오염은 처음부터 제외되며 구성 요소 품질이 보장된다.

클리닝 품질지속적인 모니터링의 결과

세척 후 표면 품질을 지속적으로 모니터링 해야 필요한 세척 품질이 보장된다. 여기에는 세정 재료 검사뿐만 아니라 세정 시스템 및 주변 환경에 대한 지속적인 모니터링도 포함된다.

개별 부품을 깨끗이 세정하여 제품을 깔끔하게 만들려면 전체 생산주기에서 공작물의 청결도를 계속 모니터링해야 한다. 적절하게 정의된 청정도 값으로는 공작물 표면이 청결상태를 다음 단계까지 유지한다고 보장할 수 없다. 생산 과정에는 많은 오염 요인이 있고, 그런 이유로 생산 공정의 여러 지점에서 재차 세척을 실시할 수도 있다. 이와 관련하여 올바른 결정을 내리려면 추가 처리와 가공까지 표면 품질이 일정하게 유지되도록 지속적인 잔류 오염물 분석이 필요하다. 여기에는 여러 부서에 걸쳐 일관된 품질 보증이 포함된다. 이는 플랜트 관리와 유지 보수, 조립 환경, 물류, 인력 및 추가 처리 공정에서 새로운 오염을 방지하는 전제 조건을 형성한다.

VDA 가이드 라인 19.1 및 ISO 16232, Volume 1은 세척 품질을 평가하기 위한 기초를 제공한다. “조립 청결, 환경, 물류, 인력 및 조립 장비”라는 제목의 VDA Volume 19.2는 부품의 기술적 청결도 생성에 유용한 또 다른 안내서이다.

청정도 정의조인트 프로젝트

위의 섹션에서 알 수 있듯이 기술적 청결은 전체 프로세스 체인의 과제이며 고객과 계약자 그리고 설계, 생산, 품질 보증, 산업 안전 및 물류와 같은 사내 부서 간의 협력이 현실적으로 없어서는 안 되는 이유이다. 어떤 경우이든 다양한 분야 간에 직접적으로 정보를 교환해야 계속해서 줄어드는 공차를 관련 당사자 모두가 효과적으로 사용할 수 있고, 고품질 제품의 경쟁력 있는 생산을 보장할 수 있다. 또한 미립자 청정도 테스트 결과가 충족되지 않는 경우, 긴밀한 협력이 근본 원인 분석에 필요한 기초를 제공한다. 이후 모든 관련 요소들이 동참하여 오류 감지와 방지에 효과적으로 기여할 수 있다.

[1] Jelinek, T. W. (1999): Reinigen und Entfetten in der Metallindustrie. (Cleaning and degreasing in the metal processing industry.) Saulgau/Württemberg, Eugen G. Leuze Verlag, p. 26.

[2]Fachverband für Industrielle Teilereinigung e. V. [Professional association for industrial parts cleaning] (editor), (2017): Leitlinien für eine qualitätssichernde Prozessführung in der Bauteilreinigung. (Guidelines for quality-assuring process control in parts cleaning.)

[3] Kowallik, M., Losch, A., Mang, T. (Ed.), (2014): Industriereiniger. (Industrial cleaners.) Berlin/Heidelberg, Springer, p. 8.

MAFAC에 대하여

MAFAC는 제품의 수성 세척 분야를 선도하는 업체이다. 이 회사는 자동차와 항공 우주 산업, 기계 제작, 금속 절단, 유압 및 전기 공학 등 고객의 요구 사항에 적합한 다양한 세척 요건을 충족하는 광범위한 소형 기계를 제공한다. 모든 기계는 85 명 남짓한 직원들과 함께 슈바르츠발트의 알비르스바하 공장에서 개발하고 생산한다. MAFAC는 1968 년에 설립되었고, 1974 년부터 산업용 부품 세척에 참여해 왔으며 1990 년부터 이 분야를 집중 육성하였다. 스프레이 시스템과 바스켓 리셉터클 시스템의 역회전 또는 동시 회전에 대한 특허 등록된 세척 기술은 청결성과 효율성 측면에서 새로운 표준을 설정하였다. 현재 이 회사는 프랑스에 기술 대행사 네트워크 및 지사 설립 네트워크를 운영하고 있다.