볼트 체결 시 자리면 마찰계수 예측 방법

Abstract

제품 제조공정에 있어서, 두 물체 이상의 부품들을 잇는 방법 중에 가장 일반적으로 사용되고 있는 기술은 볼트 체결 기술이다. 작은 센서부터 큰 선박까지 다양한 산업분야에 볼트가 사용되며, 볼트 체결 기술은 제품의 안전성을 좌우하는 핵심적인 생산기술이다. 최근 생산시설에 무인화 및 자동화 시스템 도입에 따라 볼트를 체결하는 과정 또한 고도의 자동화를 구현하기 위한 노력은 계속되고 있으며 정밀하게 체결 기술을 제어하는 연구도 함께 진행되고 있다. 볼트가 안전하고 강건하게 체결되기 위해서는 적정 체결 축력을 발생시켜야 한다. 체결 축력이 과할 경우 제품 혹은 체결 부품이 파손될 수 있으며, 부족할 경우 안전하게 고정될 수 없기 때문에 적정 체결 축력을 발생시키는 기술은 매우 중요하다. 하지만 볼트 자리면의 여러 표면 영향인자에 의해 마찰계수가 달라지기 되며, 따라서 동일한 토크로 볼트를 체결하더라도 발생하는 축력이 크게 달라지게 되어 체결부 품질 관리에 어려움이 있다. 본 연구에서는 체결 토크의 편차에 주요한 영향을 미치는 주요 영향 인자들을 도출한다. 도출된 주요 영향인자들과 마찰계수간 상관관계를 접촉역학 기반의 마찰 모델을 개발하여 규명하고, 이를 바탕으로 볼트 자리면의 마찰계수를 높은 정확도로 예측할 수 있는 예측 방법론을 제안한다. 서로 다른 볼트와 강판의 주요 표면 영향 인자의 데이터를 획득하여 새로 개발된 방법론에 대입하면 마찰계수를 예측할 수 있으며, 이를 실험값과 비교하여 예측 정확도를 평가한다.