Tox 클린칭, 높은 전기 전도성의 접합 기술

클린칭은 오랫동안 효율적인 접합 기술로 입증되어왔다. 프레스와 유사한 안전한 접합 기술은 우수한 전기전도성으로 자동차 내부 전기를 통전하는데 점점 효력을 나타내고 있다. TOX® 프레스테크닉은 클린칭을 전기 파트 조립에 최적으로 활용하기 위한 여러 조건의 노하우를 가지고 있다.

볼프강 파이퍼: 공학 박사, TOX® PRESSOTECHNIK GmbH & Co. KG 전무 이사

감수: 톡스프레스테크닉㈜ 김훈석 본부장

TOX®-TWINpoint는 회전에 대해 안전한 조인트가 가능하다.

자동화와 이종 재료의 접합 그리고 에너지 절약과 비용 등 자동차 생산 분야에서 해결해야 할 과제들은 매우 복잡하다. 클린칭은 포지티브 록킹과 부분적인 성분 결합인 연속 성형 공정을 통해 금속 소재를 접합하는 효율적인 솔루션이며, 단 한 번의 공정으로 여러 포인트를 동시에 생성할 수 있다. 또한 이 기술은 여기에서 여러 가지 장점을 가지고 있다. 소성 변형 공정은 재료 표면에 손상 없이 적용되며, 소재 두께와 품질, 표면에 대해 매우 유연하게 사용 가능하다. 또한 여러 층을 서로 결합할 수 있다. 용접이나 납땜과 달리 열 유입 없이 공정이 실행되기 때문에 제품의 변형도 없다. 그리고 플라스틱 하우징과 같이 열에 민감한 재료가 부착되어 있는 경우에도 열 손상 없이 접합부에 배치할 수 있다. 더불어 이 접합 포인트는 자동으로 품질을 정확하게 모니터링할 수 있다. “이러한 장점은 접합의 또 다른 특별한 특성에 매우 중요합니다.”(공학박사 볼프강 파이퍼)

클린칭으로 인해 형성된 두 소재 사이의 마이크로 접합.

드레스덴 공과대학의 연구진은 다른 연구 프로젝트에서 구리와 알루미늄 재료를 위한 성형 접합의 전기적 특성을 분석하고, 클린칭 포인트에서 장기적으로 안정적인 최적의 전도성 조건을 정의하였다. 접합 구역을 정확하게 관찰하면 eClinch 포인트의 우수한 전도성에 대한 비밀이 밝혀진다. 소성 변형 공정에서 포지티브 록킹 및 마찰 연결 이외에, 소위 금속성 마이크로-컨택트 형태의 부분적인 물질 결합이 존재한다. 이 “결합된 소재는 실질적으로 함께 움직이면서 최적의 전도성 구조를 만들어냅니다.”(볼프강 파이퍼)

전도성 유지

클린치 연결의 광학 현미경 사진, 화살표는 2개의 재료 사이에 실현된 미세 접촉을 보여준다.

하지만 전도성 연결을 장기적으로 형성하고 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다. “전도성은 부식이나 풀림, 기계적 또는 열적 충격에 의해 크게 감소할 수 있습니다.” 이러한 측면에서 클린칭은 접착이나 용접, 납땜, 나사와 같은 다른 연결 유형에 비해 분명히 차이가 있다. 추가 재료가 없으며 표면을 절단되지 않아 어떤 변형에도 보호 코팅을 유지한다. 따라서 절연 금속간 화합물이 생성되지 않아 배터리 모듈에 주로 사용되는 구리나 알루미늄과 접합에도 사용할 수 있다. 냉간 성형 기술은 열 유입 없이 민감한 배터리 셀을 연결하는 데에도 적합하다. TOX® PRESSOTECHNIK에서 개발한 이 기술은 다른 접합 공정에 비해 유효 결합 표면을 거의 두 배로 라운드 접합의 전도성을 크게 향상시킨다.

구리와 알루미늄 이종 재료간 접합을 위한 6 mm TOX®-eClinch Point

“이러한 이점을 유지하려면 일부 구조적 규칙을 준수해야 합니다.” 전도성 결합 지점에서 토크를 안전하게 받기 위해 eTWINpoint 도구 등을 사용하여 두 개의 eClinch 지점을 서로 가깝게 설정하는 것이 좋다. 또한 잔류 바닥 두께를 나타내는 특정 X 값을 준수해야 한다. “여기서 중요한 것은 eClinch 도구의 올바른 디자인입니다. 우리는 시스템을 인도하기 전에 기술센터에서 이를 확인하고 결과를 문서화합니다.”(볼프강 파이퍼) 또한 기술자는 툴 상태와 재료의 정확한 총 두께 그리고 연성치에 적당한지 eClinch 포인트를 검사를 실행한다. TOX® PRESSOTECHNIK는 동작 중에 실시간으로 필요한 매개변수를 측정하는 시스템을 개발했다. 이를 위해 힘 센서는 결합 과정에서 가압력을 측정하고, 거리 측정 시스템이 실린더 이동을 통해 소재의 잔류 바닥 두께를 확인한다. “이로써 강도 외에 각 전기적 연결의 전도성을 보장합니다.”(볼프강 파이퍼)

초점을 리스크에 맞추다

안전 지침은 프로세스 이전과 프로세스 도중에도 매우 중요하다. 기계적 또는 열응력으로 인해 미세 접촉영역이 용해되면 같이 용해될 있다. “결합부에 저항이 생기면 고전류의 경우 강한 열이 국부적으로 발생하여 문제가 발생할 있습니다. 이러한 손상은 다른 공법에서도 일어날 있어 전기 접점에 주의를 기울여야 합니다. 안전한 프로세스를 위해서 위험 인식과 위험 요소를 최소화하는 노하우가 궁극적으로 중요합니다.”(볼프강 파이퍼)

eClinching은 올바른 구성과, 제공되는 Tool의 점검, 생산 과정에서 프로세스 모니터링을 통해 전기적 특성의 부품을 효율적이고 안전하게 결합한다. “우리는 eClinch 포인트를 통해 에너지 전달을 위한 장기적이고 안정적인 결합 방법을 전기 산업의 요건에 알맞게 제공할 수 있습니다.”(볼프강 파이퍼)