자동차공학)자동차 생산과 엔진 공장 (엔진 공정)

자동차의 양산은 거대한 공장에서 이뤄진다. 생산 공장은 거대한 공장 규모, 현대식 설비, 고도의 집중성, 세분화된 분업구조, 대규모의 동질회된 노동력으로 일관 조립생산을 특징으로 하고 있다. 자동차의 부품은 크게는 플로어 판넬부터 작게는 볼트까지 2만여 종에 이르지만 대체로 엔진, 트랜스미션, 액슬, 보디 등의 주요부품이나 유니트는 자동차메이커에서 제작되고 타이어, 유리, 내 외장품 등은 전문부품메이커에서 조달된다. 따라서 자동차 공장은 서로 다른 생산공정을 갖는 많은 부품들을 결합하는 곳이라고 할 수 있다. 자동차 생산공정은 승용차를 기준으로 크게 프레스(철판 절단 및 압축 성형) - 차체(프레스철판의 용접, 조립) - 도장(차체의 방음, 방진, 방청 처리 및 색 도장) - 의장(차체의 내외장 및 섀시조립) - 도장(차체의 방음, 방진, 방청 처리 및 색 도장) - 의장(차체의 내 외장 및 섀시 조립) - 최종테스트로 구성되어 있고, 엔진 및 변속기 등 핵심 부품의 공정으로는 주조 - 단조 - 소결 - 처리 - 기계가공 - 조립공정이 있다.

 

자동차 생산의 엔진 공장 (엔진 공정)에 대하여 알아보자.

 

엔진 공장은 주조, 단조, 가공, 조립공정으로 이어지면서 하나의 흐름 생산체계를 구성하고 있다. 그 외 소결공정과 플라스틱가공 공정을 함께 있다.

 

주조 공정 : 자동차의 심장부인 엔진이나 기어 등의 주요 기계 부품은 거의 주물로 만들어진다. 자동차 소재의 약 11~16%가 주철이며, 알루미늄 합금이 3~5%정도이며 점점 늘어나는 추세에 있다. 그 외 비철금속이 1~2%로서, 이들을 모두 합치면 17~20% 정도가 주조물로 만들어진다. 주물을 만들려면 우선 그 주물의 외측형상과 내부공간을 형성하는 중자가 필요하다. 여기에 지금류를 배합하여 용해한 후 주형에 부어 냉각을 하면 주물이 만들어진다. 주조는 크게 주철주조와 경합금주조로 나누어지는데, 주철주조는 엔진과 섀시 등을 생산하고 경합금주조는 엔진 및 트랜스미션의 필수 알루미늄 부품을 생산한다.

 

단조공정 : 단조란 금속재료를 소성 유동하기 쉬운 상태에서 압축력 또는 축격력을 가하여 단련하는 것이다. 철강이 주조된 상태에서는 조직이 균일하지 못하기 떄문에 이것을 가열하거나 내부 조직을 기계적으로 파괴시켜 조직을 균일화 시키는 것이다. 여기에는 열간단조방식, 냉간단조방식, 특수단조방식이 있다. 자동차의 엔진과 트랜스미션, 동력전달장치에 사용되는 각종 기초 소재들은 대부분 강을 단련시킨 단조품으로서, 여기에는 크랭크 샤프트, 커넥팅로드, 각종 기어류, 등속 조인트, 리어 액슬 샤프트 등이 있다.

 

열처리 공정 : 자동차를 구성하는 각종 부품 중 강도와 내구성 및 고도 정밀성이 요구되는 기어류, 볼트류, 너트류와 샤프트류 등에 필요한 공정이다. 이 열처리는 강도와 내구성을 높이고 고도의 정밀도를 높여 기계가공을 용이하게 하는 동시에 열간 단조품의 조직 균일화와 절삭성 및 표면처리의 안정을 기할 수 있고, 냉간 단조품이 연화처리 등을 가능하게 한다.

 

기계가공 공정 : 소재를 가공하여 필요한 형상으로 만드는 데에는 소성가공과 기계가공이 있다. 소성가공이란 단조, 압출,인발, 프레스 가공 등 일정한 재료에 외부의 힘을 가하여 내부의 응력상태를 변형시키는 가공 형태인데 대하여, 기계 가공(또는 절삭가공)은 불필요한 부분을 제거함으로써 필요치의 치수 형상 또는 표면성질을 얻는 선삭, 드릴링, 연삭 등을 말하는 것이다. 기계가공 부품으로는 실린더 블록, 실린더 헤드. 크랭크 샤프트 등의 엔진 부품, 미션 케이스, 메인 기어, 메인 샤프트 등의 트랜스미션 부품, 스티어링, 기어 하우징과 같은 스티어링 부품 등과 액슬 부품 등 자동차의 주요 기능 부품을 들 수 있다. 기계가공 설비는 메카트로닉스기기의 도입에 따라 공장자동화(FA)가 급속히 이루어지고 있다. 기계가공라인은 공작기계, 계측기, 부대설비, 공정관리장치로 구성되어 있으며, 장비는 범용장비, 전용장비, FMS장비, 트랜스퍼 머신으로 분류 된다. 

 

엔진 조립공정 : 엔진은 전체 작업 공정 가운데 가장 많은 부품(약 3천종)이 조립되어 하나의 부품으로 형성한다. 엔진이 완성되기까지는 대략 소재입고 - 기계가공 - 단품 조립 -  워싱(Washing) - 엔진조립 등의 5가지 공정을 거치게 된다. 즉 실린더 블록 을 포함한 각종 소재를 자체 제작품(MIP : made in Plant) 혹은 외주품(LP : local Plant)을 조달하는 소재 입고 과정, 엔진의 정밀도를 위해 첨단 기술로 가공하는 과정, 엔진을 구성하는 작은 조립품들을 조립하는 과정, 각 공정을 거치는 동안 부품에 묻은 이물질이나 먼지를 세척하는 과정 그리고 엔진 조립공정으로 이루어진다.

 

소결공정 : 소결(Sintering)이란 금속분말을 금형으로 압축 성형한 후 가마에서 가열시켜 소정의 강도와 형상을 지닌 부품을 획득하는 기술로서 분말야금(Power Metallurgy)이라고도 한다. 자동차의 소결부품으로는 소결 특유의 다공성을 이용한 베어링류, 부시류와 일반 기계부품이 있다. 양적으로는 승용차 1대당 평균 10kg 미만이지만 향후 원료분말 제조기술이나 소결관계 기술이 진보하면서 용도가 증가할 전망이고 또 비금속분말(세라믹, 플라스틱 등)과의 혼합에 의한 복합재료이 제조기술도 유망한 것으로 보인다.

 

플라스틱 가공공정 : 플라스틱은 자유롭게 디자인할 수 있고 일체화로 부품 수가 줄어들며 경량화, 방청, 법규제의 대응, 소비자 욕구의 다양화 등에 장점이 많아 사용 비중이 증가하고 있다. 플라스틱 가공공정은 원료에 착색제, 촉매, 강화제 등을 혼합하여 이를 1차 가공 즉 성형공정에 보낸다. 이 공정은 3가지로 세분되는데 첫째, 가소화로서 가열의 의한 유동성을 부여한다. 둘째 이를 주입, 압축하는데 스크류나 피스톤으로 형이나 다이(Die)에 재료를 넣어 형상을 만든다. 끝으로 냉각 또는 가열에 의해 형상을 공정한다. 이 1차 성형이 끝나면 2차 가공공정으로 도장, 광택 등의 표면가공 또는 절삭, 압입, 접착, 봉제를 하여 제품으로 완성시킨다.