안전한 리벳 접합을 위한 TOX® 리벳팅 시스템

이종 소재를 기반으로 자동차 경량 설계를 위해 셀프 피어싱 리벳(SPR)은 글로벌 차체 구조물에 주요 접합기술로 적용되고 있다.

레이저 접합기술을 꾸준히 사용함에도 불구하고 기계적 접합 프로세스의 중요성은 대체적으로 열간 접합 프로세스의 보완으로 다음과 같이 강조되고 있다. 수천 개의 리벳 접합 파트가 이미 부품뿐만 아니라 경량 차체에서도 적용되고 있다. 하루에 약 1,000대의 차량을 생산하는 라인에서, 이는 약 200만 개의 리벳이 품질과 공정 품질에 문제없이 압입되어야 하는 것을 의미한다. 따라서 이 접합에 대한 기술 노하우가 요구되고 한편으로, 생산 관련 신뢰성도 요구된다.

볼프강 파이퍼(Wolfgang Pfeiffer): Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG 대표 / 감수: 톡스프레스테크닉㈜ 김훈석 본부장

핵심 내용

  • 복합 재료는 가벼워 항공기의 개발이나 연료 소비가 적은 차량의 핵심 요소가 된다.
  • 문제는 특성 차이가 크고 다양한 재료로 구성되는 구조물의 접합 기술이다.
  • 산업용 접착제와 조합한 펀치 리벳팅 및 클린칭은 다중 재료를 접합하기 위한 제조 기술 가운데 하나이다.
  • 세미 튜블러 펀치 리벳팅은 기능적인 경량 구조 시스템을 경제적으로 접합하는 생산 기술이다.

안전한 리벳접합, 높은 시스템 가용성, 시스템에 대한 적응력, 프로세스의 견고함과 지능적인 에러 방지, 책임감 등 자동차 제조업체 및 공급업체에서 TOX® PRESOTECNIK을 파트너로 만드는 핵심 요구 사항! 세계적으로 인정받고 있는 특허 받은 금속 접합기술인 TOX®-Clinching을 기반으로 특히 ‘리벳 없는 리벳팅‘의 여러 판금 접합에 대한 노하우를 고객에게 제공하고 있다. ‘리벳 없는 리벳팅‘ 기술이 리벳팅 시스템의 기술의 근간이 되고 있다. 즉, TOX®-접합시스템은 여러 리벳 타입의 신뢰성 있는 프로세스 처리를 위해 ‘개방형구조‘로 설계되었으며, 셀프 피어싱 리벳, 솔리드 펀치 리벳, 클린칭 리벳®뿐만 아니라 모든 제조업체의 패스너(하드웨어)까지도 적용할 수 있다.

경량 구조에서 연결 요소로 사용할 수 있는 다양한 유형의 리벳

FEM 및 FMEA가 리벳 시스템 발전을 결정한다

리벳 시스템의 높은 가용성을 위한 설계는 리벳의 Sorting과 피딩 그리고 벌크 자재로서 운송 중에 리벳으로부터 발생된 미립자 마모 물질로 인해 시스템 고장을 유발할 수 있다는 사실과 경험에서 기인되었다. 이 때문에 TOX® 리벳팅 시스템은 처음부터 시스템에 마모 찌꺼기가 유입되지 않도록 하거나, 컨베이어 기술의 특수한 설계로 ‘내부‘ 운송 중에 마모 찌꺼기를 발생하지 않도록 한다. 예를 들어 제각기 동작하는 리벳 bowl, 2개의 리벳 타입을 위한 리벳 컨베이어, 3D프린터로 제작한 리벳 분리기, 리벳 슈팅 unit, 리벳 스위치, 리벳 tail 부분 측정(모두 먼지 제거기가 장착됨) 그리고 이송되는 리벳을 에어로 청소하기 위한 사이클론 분리기 등이 여기에 해당된다. 전체 시스템은 FEM(Finite Element Method)과 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)를 통해 사소한 것 하나에서 세팅 툴까지 상세히 설계되어, 내 외부에서 발생하는 힘, 이상적인 힘 전송, 필요한 정확도 및 실제 설정 시스템의 최소 총중량(로봇 건, 드라이브, 툴 고정 장치)과 같은 측면이 고려되었다.

리벳공급용 리벳bowl 및 분리기/컨베이어 포트

전자기 간섭 필드는 무시된다

광학시스템 대신 동적 에러 압력 측정을 통해 다이 파손을 모니터링하여 프로세스의 견고성과 지능형 오류 예방이 보장되고, 한편으로는 공장 내 에어의 안정과 사용 상태(오염, 오일, 마모)를 바로잡기 위한 ML(Machine Learning을 통해 부족한 유지 보수를 즉시 감지할 수 있는 지속적인 시스템 누출 테스트와 같은 기능이 포함된다. 전자파 간섭 분야에 관한 ‘통합 공차‘ 또한 리벳 공정의 신뢰성에 기여한다. TOX 리벳팅 시스템은 85kA 알루미늄 용접 건이 1,000 mm 보다 가까이 작업하지 않고, 20kA 스틸 용접 건의 경우 600mm 보다 가까이 작업하지 않는다면 문제없이 작동한다. 여기에 시스템은 리벳의 코팅의 불규칙뿐만 아니라 리벳의 형상적 문제에도 허용 공차를 가지고 있다. 또한, 리벳 형상을 감지할 수 있는 셀프 learning 을 통해 원하는 타입의 리벳을 자동적으로 분별할 수 있어 기계적인 변경 없이 융통적인 운영과 유지 보수 시간을 줄여준다. 이러한 맥락에서, 자동 다이 교체뿐만 아니라 Die 측에서 리벳이 공급 가능하다고 할 수 있다. 로봇에 장착되는 여러 가지 TOX 접합 Gun과 컨트롤 장치는 시스템 호환성이 있어 하나의 컨트롤러로 Gun만 교체가 가능하고, 이는 요구 사항에 따라 유연하게 접합기술을 변경할 수 있을 뿐만 아니라 재고, 교육 및 문서화와 관련된 조직적 이점이 있다.

다중기술제어 TOX®-HMI. 하나의 소프트웨어로 여러 접합 기술의 여러Gun을 컨트롤할 수 있다. 이는 Gun과 접합기술이 자유롭게 교체하여 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

수많은 센서가 리베팅 공정을 감시한다.

지능적인 에러 방지 시스템은 생산 중단으로 이어지는 오류만을 목표로 한다. 이는 실제 오류와 허용 가능한 프로세스의 구분과 프로세스 모니터링에 데이터를 전송하는 것을 통해 가능하다. 또한 TOX® 접합시스템당 최대 80개의sensor / counter가 통합되어 모든 작동상태를 모니터링하고 필요할 경우 즉시 수정할 수 있다. EtherCAT을 통해 중요한 각 부품들 간 통신이 가능하고 TOX®-Software HMI 3.0와 EtherCAT master를 통해 멀티 기술의 적용이 가능하다. 무제한적인 보증뿐만 아니라 TOX ®-Test Report 상에 모든 접합 작업의 데이터 최적화와 검증을 통해 TOX ® 결합 시스템은 앞서 언급한 책임에 의해 완성된다.