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[자동차 이야기(54)] 자동차 제조공정과 생산기술(2)

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[자동차 이야기(54)] 자동차 제조공정과 생산기술(2)

– 도장, 의장·조립공정과 최종 검사공정

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지난 자동차이야기 (50)에서의 자동차 생산제조 공정 중에서 프레스 공정과 차체조립 공정에 대하여 설명 드린 것에 이어 이번 호에서는 도장(혹은 페인팅)공정, 의장조립, 검사공정 등에 대하여 설명하기로 하겠다.

■ 도장 공정 (페인팅 공정)

차체 조립이 완성되면 도장 공정이 진행되게 된다. 자동차 표면에 도료를 칠하는 도장 공정은, 녹이나 부식으로부터 차체 소재를 보호하고, 아름다운 색채로 외관을 수려하게 하여 상품성을 높이는 생산 기술이다. 자동차는 세계 각지의 다양한 기후와 환경조건 속에 오랜 기간 사용되기 때문에 도장 공정은 높은 수준의 품질과 기술이 요구되고 있으며 자동차 회사마다 공정 상의 차이가 있을 수도 있다. 일반적으로 자동차 공장에서의 도장공정은, 일반 자동차 A/S 정비공장에서의 도장공정과는 비교할 수 없을 정도로 규모가 크고 표준화된 공정을 갖고 있다.

도장공정의 첫 단계에서는, 도료를 칠하기에 앞서 차체 조립(용접) 공정에서 발생한 먼지 등을 포함한 이물질을 세척하게 되는 전처리 공정을 거치게 된다. 차체를 깨끗이 세척하여 화성 피막을 차체 표면에 하는 것으로, 화성 피막은 녹이 생기지 않도록 차체를 보호해주며 전착 페인트가 쉽게 부착이 될 수 있도록 한다.

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자동차 전착도장 공정(하도공정)

전처리 공정 이후에는 전착도장 공정을 수행하게 된다. 전착도장 공정이란 그림과 같이 조립된 차체를, 수용성 수지 도료로 채워진 탱크(dipping tank) 속에 담그고 전류를 흐르게 하여 공기방울이나 기포를 제거하고, 차체 표면과 차체 내부까지 녹방지를 위한 페인트 막(도막)을 형성시키는 도장공정의 하나이다. 주로 차체를 음극으로 하는 음극 전착 방식을 사용하고 있는 데, 전류를 두 개의 극으로 나누어서 양극은 페인트에, 음극은 컨베이어를 통하여 차체로 홀려 보냄으로써, 전착 공정이 이루어지게 된다. 전착 공정은 수용성 페인트에 직류 전류를 흘러 보내어 차체를 탱크에 집어넣어서 내부에서 전기 화학적 반응을 통하여 차체에 페인트를 부착시키는 방식이 대부분이다. 전기 화학적 반응으로는, 크게 4가지 반응( 전기분해, 전기영동, 전기석출, 전기침투)이 일어남으로써 전착 페인트가 차체에 부착되게 된다.

전착도장 공정이후에는 두 번째 도장공정인 중도공정이 수행되는 데, 프라이머(primer)라는 물질이 칠해지게 된다. 프라이머는, 차체 표면을 부식이나 물리적인 충격으로부터 보호하기 위한 도료이다. 프라이머 위에 추가되는 페인트의 도막이 잘 형성되도록 접착력을 크게 해주는 역할을 하도록 한다. 도장품질 및 더 나은 작업 조건을 만족시키기 위해, 스프레이 작업은 특정 조건을 만족하는 부스의 내부에서 이루어진다. 폴리에스터르 수지가 일반적인 재료이다.

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자동차 도장 공정(중도)

프라이머 작업(중도 작업)이 완료되면 페인트 공정의 마지막 공정은 상도공정으로서, 바탕색이 칠해지고 그 위에 원하는 색상의 페인트가 칠해지게 된다. 추가로 얇고 투명한 클리어 코트를 추가하여 바탕색 페인트 층을 보호하게 한다. 일반적으로 승용차 차체의 페인트 층은 3~5개의 층으로 이루어진다. 차체 표면의 미관과 색채감의 외관 품질에 따라 차량의 상품성이 높아지므로 좋은 도장 품질과 스프레이 도장작업 환경을 만들기 위해 모든 스프레이 도장작업은 깨끗한 작업 조건과 설비가 구비된 도장부스 내에서 행해진다. 한편 자동차용 페인트로는 경도, 부착성, 내충격성, 내후성, 투명성, 건조성, 내식성, 광택유지성이 필요하므로 주로 아크릴 수지 페인트가 사용되고 있다. 2000년대 이후로는 환경적인 측면이 강화되어 유용성 페인트의 사용이 규제되고 수용성 페인트가 사용되도록 되어 있다.

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자동차 도장 공정(상도)


하도, 중도, 상도공정 이외에도 자동차 도장공정에서는 차체 부품과 차체 부품이 겹쳐지는 부분 등에 실러(sealer)를 도포하는 실러공정이 있다. 실러(sealer) 사용의 주목적으로는 차체 내 누수, 먼지 및 가스 등의 유입을 방지하여 녹 발생 및 소음의 방지에 있으며 알칼리와 산에 대해서 저항성이 있어야 하고 도장 공장 내의 고온의 오븐온도에 대해서도 견딜 수 있는 특성을 지녀야 한다.
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차체 형성별 실러 적용 형태


추가적으로 차체 바닥이나 도어 내부에 플라스틱과 고무를 합성한 재질을 뿌리고 흡착시켜 진동과 소음을 줄이는 감소시키는 언더코팅 공정이 포함된다. 언더코트는 차체의 플로어(바닥면) 전체에 걸쳐 도포된다. 플로어 부위 중 센터 터널 부위를 제외하고 전 부위를 도포하며, 리어플로어 부위는 연료탱크의 유무에 따라 도포 유무가 결정된다. 플로어 부위 외에도 훨 하우싱에도 도포되며 이는 주행중 도로상에 존재하는 이물질에 의한 차체손상과 소음 등을 줄여주는 역할을 한다.

■ 의장·조립기술

자동차의 조립은 도장된 차체에 수천가지에 이르는 내장재, 계기판, 시트, 유리창, 전장품 등 실내외 의장·전장부품과 엔진, 변속기, 차축 등의 유닛들을 조립하고 장착하며 배선작업을 하여 자동차로서의 제품을 완성하고 품질확인과 조정을 하여 최종 상품으로서 마무리를 하는 공정이다.

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전통적인 자동차 의장조립공정

과거 차량조립공정은 조립되는 부품수가 많고 종류가 다양하며 작업자의 감각과 판단 능력에 의존하는 비율이 높고 여러 가지 작업형태가 섞여있어 자동화나 기계화가 어려웠으나, 최근에는 스마트 팩토리의 구축과 모듈생산 방식을 적용함으로서 노동력 절감과 생산효율 증가의 효과를 누리고 있다. 모듈생산 방식이란 덩어리 단위로 부품들을 조립하는 생산 방식으로서, 자동차 공장의 컨베이어 벨트에서 모든 부품을 조립해 생산하던 방식에서 벗어나 일부 라인을 따로 떼어 부품을 한 덩어리로 만드는 방식이다.

그림은 대표적인 모듈의 종류들로서 작은 개수의 모듈 부품에 의해 자동차의 생산이 가능하게 됨으로써 공정이 간소화돼 품질개선과 균질화를 달성할 수 있게 되었다. 자동차 부품의 모듈화란 완성차 업체가 여러 가지 부품을 부위별로 나누고, 이전에 비해 더 큰 단위로 조합한 형태로 부품업체에 개발과 생산(조립)을 아웃소싱하는 것을 의미한다고 볼 수 있다.

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자동차 모듈의 종류


2000년대 들어서 전기자동차, 하이브리드 자동차, 수소자동차를 비롯한 차세대 친환경 자동차와 자율주행차의 개발이 활발하여 기존 내연기관 자동차와 차별화된 구조나 기능을 보유한 차세대 자동차를 생산하기 위한 생산준비의 중요성이 커지고 있다. 의장 조립기술은 자동차를 완성하는 최종공정으로서, 작업인원과 인체공학애 중점을 둔 공장 생산설비를 적절하게 배치하고 운영하는 기술이 매우 중요하다고 할 수 있다.

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신개념의 자동차 의장조립공정(테슬라모터스)


■ 최종 검사 공정

최종 검사 혹은 검수공정은 고객에게 차량을 인도하기 전에 완성차를 대상으로 최종적으로 시험과 확인을 거치는 과정이다. 대표적으로는 조립 부적합 검사, 전장부품 부적합 검사, 주행성능 부적합검사, 휠 얼라인먼트검사, 전조등 시험, 제동력 시험, 엔진룸 검사, 배기가스 검사, 수밀 부적합검사 등을 통하여 각종 부품 장착 상태 확인과 기능 검사, 불량 시에는 수정작업을 하여 적절한 품질을 유지하도록 한다.

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수밀(water proof) 검사


이상과 같이 자동차 생산제조 공정들에 대하여 설명을 드렸다. 2020년 현재 코로나19의 팬데믹 영향으로 전 세계 완성차 및 자동차 부품 공장 가동이 일시 중단되고, 수요 또한 급격히 위축되면서 2020년 글로벌 자동차 생산량은 전년 대비 약 15% 급감하여 침체가 더욱 가속화 되는 상황에 직면하고 있으나 한국 자동차산업의 도약을 위해서는 자동차 자체와 부품의 경쟁력을 높여야 한다.
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한상욱 신한대 교수

글로벌 시장의 요구에 맞는 자동차를 만들 수 있어야 하고 이러한 자동차에 맞는 좋은 품질의 부품들이 만들어져야 한다. 이를 위해서는 보다 많은 R&D 투자가 필요하다. 한국 자동차 산업 전체의 R&D 투자는 선진 경쟁사나 경쟁국의 R&D 투자에 비해 그 규모가 절반 혹은 2/3정도에 불과하므로 이를 대폭 늘릴 수 있는 방안이 필요하다. 이러한 R&D투자는 자동차 혹은 자동차 부품에도 필요하지만 생산제조 기술의 효율화에도 절실히 필요하다고 필자는 판단하고 있다. .


한상욱 신한대학교 기계자동차융합공학과 교수