볼트 자리면 표면 성질에 따른 체결 마찰 특성 변화

Abstract

볼트 체결공정은 전자기기부터 항공, 국방 등 다양한 산업군에서 필수적으로 필요한 공정이다. 볼트가 임의로 풀리는 현상이 발생하거나, 볼트가 부서지게 되면 큰 사고의 원인이 될 수도 있기 때문에 볼트는 강건하게 체결 되어있어야 하며 고품질의 제품을 생산하기 위해서는 체결과정을 정밀하게 제어해주는 기술이 필요하다. 최근 생산량을 극대화하기 위해 공정의 자동화에 대한 지속적인 개발과 투자가 진행되고 있는 가운데, 볼트 체결 또한 자동화를 위한 노력이 이어지고 있다. 안정적인 볼트체결에 필요한 축력을 발생시키기 위해서는 적정 토크로 체결시키는 것이 중요하지만 부품에 따라 동일한 토크로 체결함에도 볼트 축력의 편차가 크게 발생하는 문제가 있으며, 이는 자동화 기술을 적용하는 데에 어려움으로 작용하고 있다. 본 연구에서는 체결 토크의 주요 영향 인자인 표면 형상과 표면 거칠기, 표면 경도가 체결 토크에 어떤 작용을 하는지 확인한다. 먼저, 볼트와 강판의 자리면에서 발생하는 체결 토크를 높은 정밀도로 측정 가능한 마찰 실험 시스템을 구축한다. 볼트와 강판 간 마찰실험 결과들과 각 부품들의 표면 형상 측정 데이터들을 비교 분석함으로써 표면 형상에 따른 체결 토크 변화 양상을 확인한다. 또한 동일한 볼트에 대하여 다른 소재의 강판을 체결하였을 때 자리면 마찰 계수가 달라지는 것을 실험적으로 확인하고, 그 원인이 강판의 표면 거칠기와 표면 경도가 달라지기 때문임을 실험적으로 검증한다. 마지막으로 본 연구에서는 표면 형상 변수, 표면 거칠기, 경도 등 자리면 표면 성질에 따른 체결 마찰 변화의 경향성을 설명하기 위한 접촉역학 기반의 마찰 이론 모델을 제시한다.