자동차리시버드라이어탱크의고장원인분석및 … · 표...

자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및

수명 평가에 의한 신뢰성 향상수명 평가에 의한 신뢰성 향상수명 평가에 의한 신뢰성 향상수명 평가에 의한 신뢰성 향상

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2007. 07. 312007. 07. 312007. 07. 312007. 07. 31

주관기관주관기관주관기관주관기관 대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 부품 소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 과제명 자동차2006 ( :ㆍ

리시버 드라이버 탱크의 고장원인분석 및 수명평가에 의한 신뢰성향상 의 최종)

보고서를 동사업 운영지침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다18 .

첨 부 최종보고서 부: 10

2007 . 7. .

주관책임자: 안 홍 규 인( )

주관기관: 대웅아이엔디 주 대표 안 홍 규 직인( ) ( )

한국부품소재산업진흥원 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

본 보고서를 자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및 수명평가에 의한 신“

뢰성향상 사업기간 과제의 최종보고서로 제출합니다”( : 2006. 8. 1.~2007. 7. 31.) .

2007. 7. .2007. 7. .2007. 7. .2007. 7. .

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명:::: 대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주대웅아이엔디 주( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자:::: 안 홍 규 대웅아이엔디안 홍 규 대웅아이엔디안 홍 규 대웅아이엔디안 홍 규 대웅아이엔디( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 장 영 수 대웅아이엔디장 영 수 대웅아이엔디장 영 수 대웅아이엔디장 영 수 대웅아이엔디( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 김 대 규 대웅아이엔디김 대 규 대웅아이엔디김 대 규 대웅아이엔디김 대 규 대웅아이엔디( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 류 지 목 대웅아이엔디류 지 목 대웅아이엔디류 지 목 대웅아이엔디류 지 목 대웅아이엔디( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 구 자 진 대웅아이엔디구 자 진 대웅아이엔디구 자 진 대웅아이엔디구 자 진 대웅아이엔디( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 이 순 웅 자동차부품연구원이 순 웅 자동차부품연구원이 순 웅 자동차부품연구원이 순 웅 자동차부품연구원( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 박 동 규 자동차부품연구원박 동 규 자동차부품연구원박 동 규 자동차부품연구원박 동 규 자동차부품연구원( )( )( )( )

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원:::: 남 택 송 자동차부품연구원남 택 송 자동차부품연구원남 택 송 자동차부품연구원남 택 송 자동차부품연구원( )( )( )( )

- 4 -

부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품 소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록ㆍㆍㆍㆍ

관리번호

사 업 명

자동차 리시버 드라이어 탱크의 고장원인분석 및 수명평가에

의한

신뢰성 향상

키 워 드 범핑방식 리시버탱크 엔드포머 타격압력식 서브쿨/ / / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

자동차에어컨의 성능및 신뢰성향상을 위한 조직사진등을 통한 영향평가-

신뢰수준 년 의( 90%, 10 /160,000km B10 수명 확보 )

각 공정별 불량 요인 분석-

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

리시버 드라이어 발생- LEAK

부 누설- Bumping

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

가 가공공정분석을 통한 최적조건설정.

압출 인발 경도 길이- , , ,

속도 압력 구조의 개선- Bumping , ,

나 금형의 형태별 유형분석. PUNCH

다 조직사진을 통한 유형분석.

신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

신뢰수준 년 의- 90%, 10 /160,000km B10 수명 보증

클레임 에서 미만으로 감소 개월 클레임 현황 적용- 6210ppm 100ppm (3 )

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

가 기술적 효과.

신뢰성평가기술 확보-

고장 분석 및 수명 산출 근거 마련-

향후 개발 아이템에 대한 설계 가이드라인 확보-

나 경제적 효과.

자동차 에어컨 부품으로 요구되는 내구성향상 기술 확보 및 시스템 개발로 인한 기업이미지 상승 기술- ,

인정 및 수출 증대 가능(Global Sourcing )

적용분야적용분야적용분야적용분야6.6.6.6.

자동차 에어컨 국내외 전차종 확대 적용-

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용2222

제 장 신뢰성평가기준 개발제 장 신뢰성평가기준 개발제 장 신뢰성평가기준 개발제 장 신뢰성평가기준 개발2222

제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목1111

제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준2222

제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준3333

제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준4444

제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선3333

제 절 고장 분석제 절 고장 분석제 절 고장 분석제 절 고장 분석1111

제 절 공정 개선제 절 공정 개선제 절 공정 개선제 절 공정 개선2222

제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가4444

제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가1111

제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론5555

제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항1111

제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과2222

제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용3333

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

- 6 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

리시버 드라이어 탱크 제품 개요리시버 드라이어 탱크 제품 개요리시버 드라이어 탱크 제품 개요리시버 드라이어 탱크 제품 개요1.1.1.1.

가 특성 및 기능.

자동차의 공조장치를 구성하고 있는 부품으로 압축기 로부터 토출되는(Compressor)

고온고압의 냉매가스는 컨덴서 를 통해 고압의 액체로 변환되어 리시버(Condenser)

드라이어로 입력된다 리시버 드라이어는 내부의 필터 및 리데이너에 의해서 수분.

과 이물질을 걸러내는 역할을 하고 있다.

나 구조.

최근 컨덴서의 성능 개선 및 냉매 저감을 목적으로 방식을Subcool condensing

채택하고 있으며 그 구조는 그림 과 같으며 본 과제에서 다루고 있는 제품인 리1-1

시버 드라이어 탱크는 방식에서 사용하는 제품이다 영역의 비율Subcool . Subcool

은 대략 정도가 적절하다15~20% .

그림 기존 타입과 타입의 컨덴서의 비교그림 기존 타입과 타입의 컨덴서의 비교그림 기존 타입과 타입의 컨덴서의 비교그림 기존 타입과 타입의 컨덴서의 비교1-1 Subcool1-1 Subcool1-1 Subcool1-1 Subcool

신뢰성향상 기술지원의 필요성신뢰성향상 기술지원의 필요성신뢰성향상 기술지원의 필요성신뢰성향상 기술지원의 필요성2.2.2.2.

기존 단조타입의 기능의 의 필드 고장률이SUBCOOL RECEIVER DRIVER 6,210

정도로 높아 품질비용이 많이 발생하고 있다 필드 고장률을 이하ppm . 100 ppm

로 낮출시 품질비용이 년에 억원 정도 절감할 수 있어 가격경쟁력 확보로 국내시1 1

장확대 및 수출증대 가능하다.

국내외 기술현황국내외 기술현황국내외 기술현황국내외 기술현황3.3.3.3.

가 국내 기술현황.

- 7 -

자동차 에어컨의 성능개선 및 냉매저감목적으로 방식을subcool type condensing

채택하므로 리시버 드라이어 탱크를 개발하였다 현재 리시버 드라이어의 가격경쟁.

력이 충분하나 출하 고장률이 높아 품질비용이 과다하여 수출에 어려움이 있다, .

나 국외 기술현황.

선진 제품의 경우 필드 고장률이 정도로 낮은 것으로 알려져 있다100ppm .

- 8 -

제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용제 절 신뢰성 향상 지원 목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1.1.1.1.

목표

구분목 표 달성방법

신뢰도보증기간내 필드고장률 이하100ppm○

년 의10 /160,000km B○ 10 수명

각 공정별 불량 원인 분석○

신뢰수준의 달성90%○

신뢰성

분석

가공공정 압출 인발 길이 경도 브레( , , , ,○

이징 온도 검토분석)

유형별 분석 자료를 토대로 신뢰성○

확보DATA

의 속도 압력 구조의 개선BUMPING , ,○

금형의 형태별 유형 분석PUNCH○

금형구조 개선 및 형태별 분DATA○

석

기업

지원

자체 신뢰성 평가를 통한 고장 원인 분○

석신뢰성 장비를 적극 활용○

자체 가능한 신뢰성 장비를 통한 해결○

방안 모색

주관기관에서 부족한 장비를 위탁○

기관에 의뢰해 동시문제 해결

와 평가 결과를 분석하여FIELD DATA○

설계 및 공정 개선

설치환경에서 발생할 수 있는 각종○

인자에 대한 분석

연계

활동

금형 공정 분석○

유효설계 입안○

기존제품의 신뢰성 평가○

평가 결과로부터 원인 분석○

금형제작○

공정별 평가 보완○

설비 금형 안정화○

개선제품의 신뢰성 평가○

공정개선 효과분석 및 보고서 작성○

지원내용지원내용지원내용지원내용2.2.2.2.

가 고장 원인 분석 및 해결 방안 제시.

가공공정 농도 세정 리시버탱크 크랙 조임 토크 브레이징 온도 컨베이어- (Flux , , , , ,

속도 등 분석을 통한 불량원인분석, cap )

신뢰성 평가를 통한 고장원인 분석-

주관기관과 위탁기관인 자동차부품연구원의 평가장비를 활용하여 신뢰성 평가-

와 평가결과를 분석하여 설계 및 공정 개선- Field Data

나 신뢰성 향상 지원 결과의 활용방안.

자체 고장원인분석 및 시험평가기술 확보로 대외 경쟁력 확보-

년 보증 시스템 확립- 10 /160,000km

수출증대 가능- (Global Sourcing )

- 9 -

사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할사업 추진체계 및 수행주체별 역할3.3.3.3.

가 사업추진체계.

- 10 -

나 수행주체별 역할.

주관기관의 역할(1)

소재불량 및 가공공정상의 가공불량 원인분석-

에서의 고장제품 수거하여 고장원인분석- Field

와 평가결과로부터 공정개선- Field Data

공정개선 제품의 시제품 제작-

위탁 참여 기관의 역할(2) ( )

주관기관의 제품 품질 평가 및 제품에 대한 이해도를 기본으로 전문적인 신뢰성-

지식과 경험이 필요한 부분을 중심으로 협력함.

기존제품의 신뢰성평가 반복가압 진동 내식성- ( , , )

개선제품의 신뢰성평가 반복가압 진동 내식성- ( , , )

표면 크랙 및 조도 측정-

표면측정 결과 및 신뢰성평가 결과로부터 고장원인분석-

설계 및 공정 개선 관련 자문- .

- 11 -

제 장 신뢰성 평가기준 개발제 장 신뢰성 평가기준 개발제 장 신뢰성 평가기준 개발제 장 신뢰성 평가기준 개발2222

제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목제 절 신뢰성 시험 항목1111

신뢰성 시험항목 선정신뢰성 시험항목 선정신뢰성 시험항목 선정신뢰성 시험항목 선정1.1.1.1.

가. FMEA

고장형태 영향분석 이란 발생 가능한(FMEA : Failure Mode and Effect Analysis)

잠재 고장 형태와 그 영향을 평가하고 고장을 예방할 수 있도록 표를 이용하여 체,

계적으로 접근하는 방법이다 년대 중반 항공우주공학인 아폴로 발사 계획에서. 1960

최초로 활용하였으며 년에 미해군에서 활용에 관한 규격으로, 1974 FMEA

를 만들어 사용하였다 그 후 년대 자동차 업계의 경영 적자MIL-STD-1629 . 1970

누적과 제조물 책임 비용에 대응하기 위하여 개념을 적극적으로 도입하면서FMEA

전 산업계에 전파되기 시작하였다.

에는 시스템 설계 공정 설비 서비스 의FMEA FMEA, FMEA, FMEA, FMEA, FMEA 5

개가 있으며 설계 는 주로 부서에서 사용되는 기법으로 다음, (Design), FMEA R&D

과 같은 용도로 사용된다.

생산을 하기 전에 제품 분석에 이용하는 것으로 제품 개발 단계에서 초기 잠재-

고장 문제를 검증하는 데 활용됨

제품 고장 형태의 모든 가능성과 복잡하게 조립된 제품의 영향을 고려하여 고장-

증가에 따른 발생 가능성을 조사함

제품 설계 요구의 평가와 대안을 설정하는 데 도움을 줌-

철저한 제품 설계의 검증 시험 계획에 대해 정보를 제공함-

설계 향상 조치에 우선순위를 제공함-

주요 부품을 기능에 따라 품질특성 항목을 도출하여 품질 항목을 선정하는- CTQ

데 도움을 줌

본 과제에서는 표 과 같이 리시버 드라이어 탱크의 설계 를 실시하였다2-1 FMEA .

- 12 -

표 리시버 드라이어 탱크의 잠재적 고장형태 및 영향 분석 설계표 리시버 드라이어 탱크의 잠재적 고장형태 및 영향 분석 설계표 리시버 드라이어 탱크의 잠재적 고장형태 및 영향 분석 설계표 리시버 드라이어 탱크의 잠재적 고장형태 및 영향 분석 설계2-1 ( FMEA)2-1 ( FMEA)2-1 ( FMEA)2-1 ( FMEA)

기 능

잠재적

고장

형태

고장의

잠재적

영향

심

각

도

고장의 잠재적

원인 발생 과정/

발

생

빈

도

고장 예방 검지/

대책

검

지

도

위

험

우

선

순

위

냉매의

저장누설

A/C

성능

저하

9 용접불량 3

기밀시험①

내압시험②

진동시험③

3 81

9 불량R/D SIZE 1수입검사①

치수검사②3 27

9 강도부족 내압( ) 1내압시험①

파열시험②3 27

9 크랙으로 누설 3기밀시험①

반복가압시험②3 81

냉매

통로누설

A/C

성능

저하

7 표면 손상R/D 3

표면조도측정①

광학 전자현미경/②

관측

염수분무시험③

4 84

7결합부 치수불

량1

기밀시험①

내압시험②

열충격시험③

4 28

7 불량TAP 2 진동시험① 3 42

내부

이물질

유입

방지

냉매

통로

막힘

A/C

성능

저하

4 오조립CAP 2 조립순서확인① 3 24

4 휠터 미조립 1 자동조립① 5 20

4 파손 2

기밀시험①

내압시험②

진동시험③

6 48

4 형상불량R/D 3 반복가압시험① 5 60

- 13 -

나. QFD(Quality Function Deployment)

제품설계나 제품기획에서 가장 선행해야 할 것은 고객의 요구 기대 사항을 파악하,

고 구현하는 체계적인 방법을 마련하는 것이다 이를 위해 해당 제품 또는 서비스.

의 고객을 정의하고 고객이 원하는 것이 무엇인지를 파악해야 할 것이다 이렇게.

파악된 고객의 요구사항을 충족시킬 수 있는 제품을 설계하고 생산하는 것이 필요

하다 이를 위한 체계적인 방법으로 개발된 것이 품질기능전개 이다 산업자원. (QFD) .

부 기술표준원 신뢰성용어 해설서에 따르면 는 다음과 같이 정의된다, QFD .

품질기능전개는 제품 구상에서부터 제품의 설계 개발을 통해 제조 유통 초기화, , , ,

마케팅 판매 서비스에 이르기까지 모든 단계에서의 고객요구를 회사 내에서의 요, ,

구로 변환하는 시스템이다.

이러한 를 단계 로 적용함으로써 신뢰성시험 항목을 도출할 수 있QFD 2 (two stage)

다 그림 과 같이 단계에서는 고장모드 메커니즘과 스트레스의 관계를 평가하. 2-1 1 ,

고 단계에서는 고장모드 메커니즘과 시험방법을 평가하여 어떤 시험을 해야 신, 2 ,

뢰성평가를 효과적으로 할 수 있는지를 결정할 수 있다.

그림 단계그림 단계그림 단계그림 단계2-1 2 QFD2-1 2 QFD2-1 2 QFD2-1 2 QFD

본 과제에서는 제품에 대한 고객의 요구 사항을 신뢰성 시험으로 전개

하여 시험 방법을 선정하고 우선 순위를 정하기 위해 를 실시하(deployment) QFD

였다 표 와 표 의 의 결과에 따라 내부부식 시험을 제외한 신뢰성 시. 2-2 2-3 QFD

험을 선정하였다.

- 14 -

표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개요구사항과 고장모드 메커니즘 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개요구사항과 고장모드 메커니즘 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개요구사항과 고장모드 메커니즘 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개요구사항과 고장모드 메커니즘 메트릭스2-2 ( / )2-2 ( / )2-2 ( / )2-2 ( / )

비 고 신뢰성에 관련된 중요도에 따라 표시함

가장 중요 점 중요 점 보통 점: (9 ), : (3 ), : (1 )◎ ○ ◇

표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개고장모드 메커니즘과 시험항목 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개고장모드 메커니즘과 시험항목 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개고장모드 메커니즘과 시험항목 메트릭스표 리시버 드라이어 탱크의 품질기능전개고장모드 메커니즘과 시험항목 메트릭스2-3 ( / )2-3 ( / )2-3 ( / )2-3 ( / )

비 고 신뢰성에 관련된 중요도에 따라 표시함

가장 중요 점 중요 점 보통 점: (9 ), : (3 ), : (1 )◎ ○ ◇

- 15 -

다 리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 평가기준.

표 리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 평가 항목 및 평가 기준표 리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 평가 항목 및 평가 기준표 리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 평가 항목 및 평가 기준표 리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 평가 항목 및 평가 기준2-42-42-42-4

시험 항목 시험 방법 판정 기준 시료수

성능

시험

기밀침수 시간 분: 5ㆍ

가압 조건 의 공기압: 3.5 MPaㆍ

기포가 발생하지 않아야 한ㆍ

다.8(1)

내압

가압 조건 의 공압 또: 6 Mpaㆍ

는 유압

시험 시간 분: 5ㆍ

시험 후 현저한 변형이나 파ㆍ

손이 없어야 하고 기밀시험을,

만족하여야 한다.

2

파열

가압 조건 의 공압 또: 10 Mpaㆍ

는 유압

시험 시간 분: 5ㆍ




2

환경

시험

진동

공진점 검출시험과 진동시험으ㆍ

로 구분하여 실시.

제 절 항의 진동시험 방법3 1ㆍ

적용




2

염수

분무

적용ASTM G85-A3 (SWAAT)ㆍ

시험시간 시간: 500ㆍ

기밀시험을 만족하여야 한ㆍ

다.2

열충격

시험 조건 고온: 140ㆍ ℃ ↔

저온 반복-40 ℃

시험 시간 회: 10ㆍ

기밀시험을 만족하여야 한ㆍ

다.2

수명시험시험 조건 : 0 4 MPaㆍ ↔

시험 시간 회: 200,000ㆍ

수명 시험 후 기밀시험을 만ㆍ

족하지 못하는 시료가 하나도

없어야 한다.

6

- 16 -

제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준제 절 기본성능 평가기준2222

리시버 드라이어 탱크의 신뢰성 시험 기준은 자동차용 공조장치의 주요 부품인 컨

덴서의 신뢰성 시험 기준을 참조하여 작성하였다 방식의 컨덴서는 리시버. Subcool

드라이어와 일체형으로 제작되기 때문에 외부 환경 조건 및 내부 압력 조건을 유사

하게 적용할 수 있기 때문이다.

기밀시험기밀시험기밀시험기밀시험1.1.1.1.

가 시험 방법.

물 속에 담근 상태에서 분간 의 공기 압력을 가하고 기포 발생을 관찰한5 3.5 MPa

다.

나 평가 기준.

기포가 발생하지 않아야 한다.

내압시험내압시험내압시험내압시험2.2.2.2.

가 시험 방법.

의 압력 유압 또는 수압 을 분간 가하여 변형 파손 등의 이상을 평가한다6 MPa ( ) 5 , .

나 평가 기준.

현저한 변형 및 파손이 없어야 하고 기밀시험을 만족하여야 한다, .

파열 시험파열 시험파열 시험파열 시험3. (BURST)3. (BURST)3. (BURST)3. (BURST)

가 시험 방법.

의 압력 유압 또는 수압 을 분간 가하여 변형 파손 등의 이상을 평가한다10 MPa ( ) 5 , .

나 평가 기준.

현저한 변형 및 파손이 없어야 하고 기밀시험을 만족하여야 한다, .

- 17 -

제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준제 절 내환경성 평가기준3333

진동시험진동시험진동시험진동시험1.1.1.1.

가 시험 방법.

시험은 공진점 검출시험과 진동 시험으로 구분하여 진행한다 차량 장착조건과 같.

은 조건으로 컨덴서를 조립하여 시험한다.

공진점 검출시험(1)

차량 장착조건과 같은 조건에서 연속하여 일정한 비율 표 에 규정된 진동 주파수1

범위를 변화시키면서 공진 주파수를 결정한다.

표 공진점 검출 시험 조건표 공진점 검출 시험 조건표 공진점 검출 시험 조건표 공진점 검출 시험 조건2-52-52-52-5

항목 조건

진동 주파수 8.3 ~ 200 Hz

주기 분이하20

진동 가속도 1 ~ 4 G

진동 방향 상하 전후 좌우, ,

진동 시험(2)

공진점 검출시험 후 차량 장착 조건과 공진 여부에 따라 다음을 평가한다.

가 공진이 없는 경우( )

표 에 규정된 조건하에서 시험 한 후 각 부품의 파손 변형 유격 등을 평가한2-6 , , ,

다.

표 공진이 없는 경우 진동 시험 조건표 공진이 없는 경우 진동 시험 조건표 공진이 없는 경우 진동 시험 조건표 공진이 없는 경우 진동 시험 조건2-62-62-62-6

항목 조건

진동 주파수 33.3 Hz

진동 가속도 4.4 G

진동 방향 및 주기

상하 : 8.0 x 105회

전후 : 3.0 x 105회

좌우 : 3.0 x 105 회

나 공진이 있는 경우( )

표 에 규정된 조건에서 시험한 후 공진이 없는 경우와 동일한 시험을 한다 각2-7 .

부품에서의 파손 변형 유격을 평가한다, , .

- 18 -

표 공진이 있는 경우 진동 시험 조건표 공진이 있는 경우 진동 시험 조건표 공진이 있는 경우 진동 시험 조건표 공진이 있는 경우 진동 시험 조건2-72-72-72-7

나 판정 기준.

현저한 변형 및 파손이 없어야 하고 기밀 시험을 만족하여야 한다, .

염수분무 시험염수분무 시험염수분무 시험염수분무 시험2.2.2.2.

시험 방법은 에 따른다 시험은 합성 해수염ASTM G85-A3 (SWAAT) . SWAAT

에 아세트산을 첨가한 염수를 이용하여 염수분무와 응축시험을(Synthetic Sea Salt)

한 사이클로 수행하는 가속부식시험법으로 알루미늄 부식시험에 가장 일반적으로

이용한다.

가 시험 방법.

시험액(1)

리더당 의 합성소금이 섞인 염용액에 리터당 의 아세트산을 추가하여 만42 g 10 ㎖

들고 염용액의 산성도 는 의 범위에 있어야 한다 산성도 측정은 원, (pH) 2.8 ~ 3.0 .

칙적으로 에 따른다KS M 0011 .

공기공급(2)

시험액을 분무하기 위하여 분무 노즐로 보내는 압착공기는 기름 및 먼지가 없고,

그 압력은 을 유지하여야 한다69 - 172 kPa .

분무실(3)

가 폭로대 온도( )

분무실내 부품을 두는 폭로대는 로 유지한다(49±1) .℃

나 공기 포화기 온도( ) (Saturator tower)

공기 포화기의 온도는 를 유지한다(57±1) .℃

다 분무( )

분무는 자유낙하를 원칙으로 하고 분무가 직접 부품에 닿지 않는 방향으로 분무 노

즐을 향하게 하여 분무의 직사를 막아야 한다.

라 분무 채취액( )

분무실 안이 부품으로 채워진 상태에서 적어도 시간 연속 운전을 한 후 채취한16 ,

분무액의 양은 각 의 수평 채취면적에 대하여 시간당 평균 로 한80 cm2 1 1~2 ㎖

다 이 때 채취한 분무액의 농도는 이어야 한다 산성도는. (4.2±1.0) % . 2.8 ~ 3.0

을 만족하여야 한다.

- 19 -

시험장치(3)

시험장치는 그림 와 같이 분무탑 방식이 있고 그림 과 같은 노즐방식이 있2-2 , 2-3

다 분무액의 농도 변화를 없애기 위하여 공급공기는 분무 방출시 의 습. 95 ~ 98%

도를 갖게 하여야 한다 그러기 위하여 공기 포화기의 온도는 로 유지하. (57±1) ℃

여야 한다.

분무실 및 시료가 외기온도의 변화에 영향을 받지 않게 하기 위하여 보온을 고려한

구조이어야 한다 배기는 강제 배기하지 않고 또 외기의 풍압이 걸리지 않는 배기. ,

처리 장치를 사용하여 하는 것이 바람직하며 장기간 운전할 수 있도록 염수보급,

탱크에는 자동 염수보급 장치를 설치하는 것이 바람직하다.

시험시간(4)

시간 실시한다500 .

나 평가 기준.

기밀 시험을 만족하여야 한다.

그림 분무탑 방식의 부식 시험 장치그림 분무탑 방식의 부식 시험 장치그림 분무탑 방식의 부식 시험 장치그림 분무탑 방식의 부식 시험 장치2-22-22-22-2

- 20 -

그림 노즐 방식의 부식 시험 장치그림 노즐 방식의 부식 시험 장치그림 노즐 방식의 부식 시험 장치그림 노즐 방식의 부식 시험 장치2-32-32-32-3

열충격 시험열충격 시험열충격 시험열충격 시험3.3.3.3.

가 시험 방법.

그림 와 같이 고온 저온 를 회 반복하는 조건으로 회 실시2-4 140 , -40 1 10℃ ℃

한다 시험후 상온 상습에 방치시켜 상온과 평형이 되게 한다. , .

그림 열충격 시험 프로파일그림 열충격 시험 프로파일그림 열충격 시험 프로파일그림 열충격 시험 프로파일2-42-42-42-4

나 평가 기준.


- 21 -

제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준제 절 수명 평가기준4444

수명평가 시험 항목 선정수명평가 시험 항목 선정수명평가 시험 항목 선정수명평가 시험 항목 선정1.1.1.1.

압축기 로부터 토출되는 고온고압의 냉매가스는 컨덴서 를(Compressor) (Condenser)

통해 고압의 액체로 변환되어 리시버 드라이어로 입력되기 때문에 고압의 환경에

놓이게 되어 압력에 의한 반복가압 시험이 필수적이다.

시험 방법시험 방법시험 방법시험 방법2.2.2.2.

의 압력으로 분당 회를 반복하여 회 이상 실시한다4 MPa 5 ~ 20 , 200 000 .

평가 기준평가 기준평가 기준평가 기준3.3.3.3.


수명평가 시험의 시험횟수 산정 근거수명평가 시험의 시험횟수 산정 근거수명평가 시험의 시험횟수 산정 근거수명평가 시험의 시험횟수 산정 근거4.4.4.4.

가 전제 조건.

자동차 부품의 경우 정비지침서 까지 표시 에 교환 또는 정비 주기가 없(100 000km )

는 부품은 자동차 수명과 동일하다고 가정하고 일반적으로 통용되고 있는 자동차,

수명에 근거하여 년 또는 를 보증하는 것으로 간주한다10 160 000km .

나 사용 조건.

수명 시험을 위한 사용 시간의 산정은 실제 차량이 주행되는 시간과 주행 중에(1)

부품이 사용되는 빈도를 고려해야 한다 차량의 운행 시간은 차량의 용도 목적 그. ,

리고 사용지 도로 환경 등 많은 변수를 포함하고 있다 이와 같은 많은 차이점 때.

문에 차량의 사용 시간은 천차만별이다 그러나 평균 주행 속도를 기준으로 하고.

각 부품의 평균 사용빈도를 고려하면 수명 기간 동안 차량의 수명을 보장하기 위한

소요시간을 산정할 수 있다.

각국의 도로 여건과 교통 흐름이 서로 상이하기 때문에 주행 평균 속도를 구하는

것은 거의 불가능하지만 유럽과 미국에서 사용하고 있는 공인연비 시험모드의 주,

행 속도 평균값을 사용하는 것은 타당성이 있다 유럽의 연비인증모드에 사용되는.

모드의 평균 속도는 이고 미국의 연비시험에 사용하는ECE-15+EUDC 33.8 km/h

모드의 평균주생 속도는 이다 또한 세계 각국의FTP-75 34.1 km/h .

에 따르면 연간 평균 차량 운행거리는DOT(Department of Transportation) 16,197

이다 따라서 년 또는 의 수명 시험을 위한 가동 시간은 다음과km . 10 160,000 km

같이 계산할 수 있다.

년 기준 시간10 ; 16,197 km/year * 10 years / (33.8 km/h) = 4,792

기준 시간160,000km : 160,000 km / (33.8 km/h) = 4,734

따라서 가동 시간은 시간으로 정하였다4,792 .

압축기의 토출 압력은 엔진 회전 속도와 냉매 온도에 따라 변화한다 한계 이상(2) .

의 고압으로 인해 시스템이 파열되는 경우에 압축기에 손상을 입거나 안전에 문제

가 발생할 수 있다 따라서 많은 시스템에서 고압해지밸브. (High Pressure Relief

를 사용하고 있다Valve) .

- 22 -

이 부품은 압축기나 고압이 걸리는 부위에 장착되는데 냉매를 사용하는 경우R-12

에는 범위에서 설정되고 냉매는 그것보다 약간 높은3,034~3,792 kPa R-134-a

범위에서 설정된다 최근에는 고압 단속 스위치를 채용해서 한계3,448~4,137 kPa .

이상의 고압이 걸리면 압축기를 단속해서 압력을 조절하는 시스템이 채용되는 추세

지만 설정 압력은 유사하게 적용되기 때문에 사용 압력의 최대 조건을 로, 4 MPa

적용하였다 실제로 사용하고 있는 압력 조건은 정도이므로 을 가속. 3 MPa 4 MPa

조건으로 적용한다.

주 “Automotive Heating and Air Conditioning”, Tom Birch, p.102

에 따르면 자동차 냉방장치용 호스는 압축기의 단속 운전에 의하여(3) RS R 0039

반복적인 압력을 받는다 냉방장치 가동 중에 압축기는 차내 온도가 설정 온도보다.

낮거나 증발기 냉매온도가 일정 온도 이하인 경우에 단속된다 압축기 클러치의 단, .

속 주기를 측정한 결과 단속 주기가 이하였다 하절기를 포함하여 년 중2.5 cpm . 1

최대 개월 동안 냉방 장치가 가동되고 압축기의 단속 운전 주기를 으로6 2.5 cpm

본다면 년 또는 동안 리시브드라이어 탱크는 다음과 같은 횟수의10 160,000 km

반복적인 압력을 받는다고 볼 수 있다.

시간 시간 회2.5 cycles / min * 60 * 4,792 * 0.5 = 359,400

내압성 유압기기의 누적손상 이론에 의한 가속 수명 조건은 압력 조건과 임펄(4)

스 사이클의 주기에 의해서 가속이 된다 규격에 따르면 누적 피로 손. SAE J 1927

상 수명 의 곡선이 금속에서의 스트레스 수명 과 유사하다- (P-N Curve) - (S-N Curve)

고 하였다 현재 를 구할 수 있는 데이터가 마련되어 있지 않으므로 동. S-N Curve

일한 알루미늄 재질을 사용하고 원통형 구조의 유압기기인 히터코어와 유사한 형태

의 스트레스 수명의 관계가 성립함을 이용하였다 의 히터코어 신뢰성- . RS R 0103

기준에 따르면 가속 계수는 다음과 같이 계산되며 값은 를 적용한다, , s -0.219 .

여기서 Pa 가속 압력=

Pa 가속 압력=

Pd 정상 압력=

Na = Pa에 의해서 파열된 반복 횟수

Nd = Pd에 의해서 파열된 반복 횟수

압력과 반복횟수에 대한 그래프에서의 기울기s = log-log

따라서 실사용 압력인 대비 에 대한 가속 계수는 이다 따라서3 MPa 4 MPa 3.72 .

앞서 계산한 실사용 압력 조건 에서의 회는 로 반복 가압 시(3 MPa) 359,400 4 MPa

험을 하여 년 동안 대략 회 회 의 반복적인 압력을10 160,000 km 100,000 (96,613 )

받는 것과 등가라고 말할 수 있다.

- 23 -

산자부 기술표준원에서 발행한 신뢰성용어 해설서에 따르면 원통형의 유압기기(5)

에 대한 형상모수 가 의 범위에 있고 대표적으로 이므로 이 값을(ß) 1.0 ~ 3.8 2.0

적용한다 따라서 와이블 분포에서 시료수가 개 합격 판정 개수가 형상 모수가. 6 , 0,

일 때 신뢰수준 로2.0 , 90% B10 수명 회를 보증하기 위한 시험시간은 다음100,000

과 같다.

여기서 tn 시험 시간:

시료수n :

합격 판정 개수C :

보증 수명B100p :

불신뢰도P : (B10 수명이면 0.1)

소비자 위험 신뢰수준 이면b : ( 90 % 0.1)

따라서 시료 개를 의 압력으로 회 반복 가압 시험하여 고장이 하나6 4 MPa 200,000

도 발생하지 않으면 신뢰수준 년 또는 의90 % 10 160,000 km B10 수명을 보증한

다.

- 24 -

제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선제 장 고장분석 및 공정개선3333

제 절 고장 분석제 절 고장 분석제 절 고장 분석제 절 고장 분석1111

기존 공법과는 달리 범핑 공법으로 제작한 제품의 경우에는 시료의 상태(Bumping)

는 그림 에서 처럼 육안 관측시에도 주름 형태의 외관불량을 확인할 수 있다3-1 .

이것은 범핑 공정에서 속도 압력 구조의 개선이 필요한 부분이며 추가(Bumping) , , ,

적인 분석과 신뢰성 시험을 통해 기존 제품과의 비교 평가가 필요하다고 본다.

그림 표면 불량 시료 사진그림 표면 불량 시료 사진그림 표면 불량 시료 사진그림 표면 불량 시료 사진3-13-13-13-1

광학현미경 분석광학현미경 분석광학현미경 분석광학현미경 분석1.1.1.1.

광학현미경은 렌즈를 이용하여 물체를 확대해서 보는 장비로 기본적으로 두 개 이

상의 렌즈와 빛을 모으는 장치로 구성되어 있다 반사경 또는 접속렌즈에 의해 모.

아진 빛은 시료를 통과하거나 반사하여 대물렌즈와 대안렌즈의 확대배율에 따라 결

정된 배율로 확대되어 우리의 망막에 영상을 맺게 된다 확대배율에 직접적으로 관.

계되는 렌즈의 분해능은 빛의 파장에 반비례 하므로 전자선에 비해 긴 파장인 빛을

사용하는 광학현미경은 최고배율에서 약 배 정도로 제한된다2000 .

주름이 확인된 부분을 이 광학현미경을 통해 배 배의 배율로 확인한 결과200 , 400

는 그림 그림 과 같다 군데군데 하얗게 보이는 부분이 움푹 패어 있는3-2, 3-3 .

부분이다 상당히 거칠게 나타나는 표면에 대한 정량적인 분석을 위해 표면 거칠기.

조도 평가를 별도로 실시하였다( ) .

- 25 -

그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진3-2 (200X)3-2 (200X)3-2 (200X)3-2 (200X)

그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진그림 전자현미경 사진3-3 (400%)3-3 (400%)3-3 (400%)3-3 (400%)

표면 거칠기 조도 평가표면 거칠기 조도 평가표면 거칠기 조도 평가표면 거칠기 조도 평가2. ( )2. ( )2. ( )2. ( )

표면거칠기는 표면 조도라고도 한다 표면 거칠기는 가공에 사용되는 공구 표면에. ,

긁힌 흠 녹 등에 의해서 생기는 것이다 주물의 표면 목재를 자른 단면 등도 넓은, . ,

뜻으로는 표면 거칠기이지만 보통 표면 거칠기라고 하면 전자를 말한다 본 과제에, .

서도 범핑 이라는 가공을 통해 제품이 만들어 지고 제품 표면의 주름이(bumping)

형성되므로 이러한 주름을 평가하는 방법으로 표면 거칠기를 적용하고자 한다.

가 표면 거칠기 값의 의미.

거칠기의 정도를 나타내는 데 있어서 표면을 그것과 직각인 평면으로 잘라서 그 단

면을 보면 어떤 곡선을 이룬다 이 곡선의 가장 낮은 곳에서 가장 높은 곳까지의.

높이를 취하여 이것을 최고값 거칠기라고 하고 로 표시한다 산술평균조도는Rmax .

그림 와 같은 조도 곡선에서 그 평균선 방향으로 기준 길이 만큼을 추출하여3-4

그 추출한 부분의 평균선 방향으로 축을 종배율 방향으로 축을 놓고 조도 곡선을x y

로 나타내었을 때y=f(x)

∣∣ 로 계산한다.

- 26 -

그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산3-4 Ra3-4 Ra3-4 Ra3-4 Ra

최대 높이는 그림 와 같이 조도 곡선에서 그 평균선 방향으로 표준 길이만큼을3-5

추출하여 그 추출한 부분의 꼭대기 선과 골짜기 선의 간격을 조도 곡선의 종배율,

방향으로 측정한 것으로 로 표시한다Ry .

그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산3-5 Ry3-5 Ry3-5 Ry3-5 Ry

또한 개소 평균 조도를 나타내는 는 조도 곡선에서 그 평균선 방향으로 표준10 Rz

길이만큼을 추출하여 이 부분의 평균선에서 종배율이의 방향으로 측정한 가장 높,

은 꼭대기에서 번째까지 꼭대기의 표고 절대값의 평균과 가장 낮은 골짜기 밑5 (Yp)

의 표고 절대값의 평균값을 의미한다(Yv) .

- 27 -

그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산그림 값 계산3-6 Rz3-6 Rz3-6 Rz3-6 Rz

나 표면 거칠기 측정 결과.

개의 시료에 대해서 정상 부위와 불량 부위 주름 발생 에 대해 표면 거칠기 값을3 ( )

측정한 결과는 표 과 같다 정상부위에 비해서 불량부위가 상대적으로 큰 값을3-1 .

가지고 있음을 확인할 수 있다.

표 표면 거칠기 측정 결과표 표면 거칠기 측정 결과표 표면 거칠기 측정 결과표 표면 거칠기 측정 결과3-13-13-13-1

- 28 -

그림 시료의 거칠기 측정 결과그림 시료의 거칠기 측정 결과그림 시료의 거칠기 측정 결과그림 시료의 거칠기 측정 결과3-7 #13-7 #13-7 #13-7 #1



평가평가평가평가3. X-Ray3. X-Ray3. X-Ray3. X-Ray

가 의 원리. X-Ray

년 독 이 차폐된 음극관을 이용한 실험을 하던 중 형광작용이1895 W.C Roentgen( )

미지의 광선에 의해 생기는 것을 확인하고 이를 라고 명명한 이래 방사선은X-Ray

꾸준히 발전되어 왔다

장비의 기본 원리를 간단히 설명하면 장비는 크게 두 부분으로 나뉘X-ray X-ray

는데 먼저 를 발생시키는 선관 그리고 물체를 투과한 를 검출하는 검X-ray X X-ray

출기로 나눌 수 있다 선관은 기본적으로 오늘날까지 뢴트겐이 여 년전에 고. X 100

안한 디자인에서 크게 벗어나지 않고 있는데 먼저 필라멘트에 전류를 통하게 하여

전자를 만들어내고 이러한 음전기를 가지고 있는 전자들이 전기적으로 양극을 띠고

있는 텅스텐과 같은 금속에 가속되어 금속표면에 충돌하는 경우 선을 만들어 내게X

된다 이러한 선관은 보통 유리관으로 밀봉되어 있고 유리관 내부를 전공으로 유. X

지하여 가속된 정자가 공기입자와 충돌하여 금속을 때리지 못하도록 방지한다.

- 29 -

이러한 발생장치는 모든 장비들에서 유사하지만 장비들을 구분X-ray X-ray X-ray

하는 것은 검출기 부분의 차이다.

나 스캐닝 결과. X-Ray

그림 과 같이 자동차부품연구원에서 보유한 표 와 같은 스펙을 갖는3-10 3-2

스캐닝 장비를 이용하여 리시버드라이어 탱크의 내부에 대한 비파괴 검사를X-Ray

실시하였다 그 결과 그림 과 같다 자동차부품연구원에서 보유한 장비의 최대. 3-11 .

확대 배율이 배 이미지 확대로 배 이기 때문에 금속 조직 내부의 문제점까200 ( 1500 )

지는 확인할 수 없지만 범핑으로 인해 기포 발생의 문제점은 발생시키지 않는 것,

을 확인할 수 있었다.

그림 자동차부품연구원에서 보유한 스캐닝 장비그림 자동차부품연구원에서 보유한 스캐닝 장비그림 자동차부품연구원에서 보유한 스캐닝 장비그림 자동차부품연구원에서 보유한 스캐닝 장비3-10 X-Ray3-10 X-Ray3-10 X-Ray3-10 X-Ray

표 스캐닝 장비 사양표 스캐닝 장비 사양표 스캐닝 장비 사양표 스캐닝 장비 사양3-2 X-Ray3-2 X-Ray3-2 X-Ray3-2 X-Ray

항목 세부 사양

Voltage range 10~225kV

Radiation current range maximum 3mA

Focal spot sizeless than 5 microns to British standard equivalent to

microns DIN standard

Filament and target open type (demountable type)

Lifetime more than 500 hours (in X-ray on time)

- 30 -

그림 부 관측 결과그림 부 관측 결과그림 부 관측 결과그림 부 관측 결과3-11 Bumping X-Ray3-11 Bumping X-Ray3-11 Bumping X-Ray3-11 Bumping X-Ray

분석분석분석분석4. FE-SEM4. FE-SEM4. FE-SEM4. FE-SEM

가 의 원리. FE-SEM

이란SEM 10-3P

이상의 진공 중에 놓여진 시료표면을 정도의 미세한 전자a 1-100nm

선으로 의 이차원 방향으로 주사하여 시료표면에서 발생하는 차전자 반사전자x-y 2 ,

투과전자 가시광 적외선 선 내부기전력등의 신호를 검출하여 음극선관 브라운, , , X , (

관 화면상에 확대화상을 표시하거나 기록하여 시료의 형태 미세구조의 관찰이나) ,

구성원소의 분포 정성 정량 등의 분석을 수행하는 장치이다 주로 금속등의 도체, , . ,

산화물 등의 반도체 고분자 재료나 세라믹 등의 절연물의 고체 분말 박막시IC, , , ,

료가 표본이 된다.

의 원리를 살펴보면 우선 전자선은 전자총부의 원통내의 음극 을 가SEM (Filament)

열하여 발생한 전자가 양극으로 가속되어진다 통상 로 가속되어진 전자. , 0.5~30kV

선은 접속 렌즈와 대물렌즈의 전자 렌즈의 작용으로 최종적으로 의 직경3~100nm

까지 미세해지며 시료표면에 조사된다 이렇게 미세해진 전자선을 전자 라고. probe

부른다 전자 는 주사 코일에 의해 전자표면상의 와 의 차원 방향으로 통. probe X Y 2 (

상의 새롭게 설정된 면적에 주사시킨다 전자 의 주사와 동기된Television) . probe

화면상에 시료로부터 발생한 신호를 각각의 신호로 변환시킨 검출기에서 검출 증,

폭하여 영상으로 보여준다 화상은 전자 의 주사면적을 작게 할수록 확대 되. probe

어진다.

이 화상을 사진으로 촬영하거나 비디오 로 기억하게 된다 전자 를 주printer . probe

사 하지 않고 시료상의 한점에 고정하여 얻어지는 선을 사용하여 조사점의 원소분X

석이 가능하다 열전자총대신에 전자총을 장착한 은. Field Emmission(FE) FE-SEM

이하의 고분해능으로 고화질의 화상을 얻을 수 있기 때문에 형상관찰에 폭넓1.5nm

게 이용되고 있다 자동차부품연구원에서 보유한 장비는 바로 이 의 일종. FE-SEM

이다.

- 31 -

나 분석 결과. FE-SEM

광학현미경 표면 거칠기 측정 스캐닝을 통해 드러나지 않은 문제점들과, , X-Ray

공정으로 인한 내부 조직의 문제점을 확인하기 주사전자현미경을 활용하Bumping

였다 먼저 절단과 표면 처리를 하지 않은 상태에서 거친 표면을 주사전자현미경으.

로 관찰하였다 배 확대한 그림 의 결과를 보면 미세크랙 혹은 주름 들은. 100 3-12 , ( )

동굴과 같은 형태를 보이고 있음을 알 수 있다 그림 은 미세크랙을 벗어난. 3-13

부위를 배 확대한 결과인데 조직들이 일정한 방향으로 흐르는 방향성을 확인할500

수 있다 이것은 공정으로 인해 알루미늄 내부 조직의 변형을 가져오고. Bumping

그 변형의 결과로 그림 에서 보이는 미세크랙이 나타나고 있음을 보여 준다3-12 .

따라서 공정에서 단번에 성형하는 것 보다 여러 차례 나누어서 성형하는Bumping

것이 표면 불량을 줄이는 방법이라고 본다.

그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배3-12 FE-SEM (1000 )3-12 FE-SEM (1000 )3-12 FE-SEM (1000 )3-12 FE-SEM (1000 )

그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배그림 관측 결과 배3-13 FE-SEM (5000 )3-13 FE-SEM (5000 )3-13 FE-SEM (5000 )3-13 FE-SEM (5000 )

- 32 -

부의 단면을 절단하고 그 절단면을 처리한 다음 관측하여 정상Bumping Grinding

부위와 비교한 사진은 그림 와 같다 표면에 검은색을 띄고 있는 점들3-14, 3-15 .

은 절단된 시료를 관측하기 좋은 시편으로 만들면서 수지계열의 경화제로 고정하고

단면에 작업을 하면서 미세한 알루미늄 조직에 수지가 채워진 것으로 파Grinding

악되었다 따라서 조직을 치밀도 측면에서 검은색 점의 분포가 적은 것이 견고하다.

고 보면 될 것이다 그림을 얼핏 보면 비슷한 상태라는 결론을 낼 수도 있지만 자. ,

세히 관찰해 보면 범핑한 제품의 단면에서 검은 점들이 크기도 크고 수직으로도 훨

씬 많은 것을 알 수 있다 즉 범핑한 제품의 경우 정상 부위보다 구조적인 견고함. ,

에서 뒤쳐지고 있다고 본다.

정상부위 범핑부위

100

배

250

배

그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배3-14 FE-SEM (100 , 250 )3-14 FE-SEM (100 , 250 )3-14 FE-SEM (100 , 250 )3-14 FE-SEM (100 , 250 )

- 33 -

정상부위 범핑부위

500

배

1000

배

그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배그림 단면 관측 결과 배 배3-15 FE-SEM (500 , 1000 )3-15 FE-SEM (500 , 1000 )3-15 FE-SEM (500 , 1000 )3-15 FE-SEM (500 , 1000 )

- 34 -

제 절 공정 개선제 절 공정 개선제 절 공정 개선제 절 공정 개선2222

단품 형상 분석단품 형상 분석단품 형상 분석단품 형상 분석1.1.1.1.

비용 절감과 공정의 단순화 제고를 위하여 당사에서는 그림 과 같이 기존 단3-16

조 공법에서 프레스 범핑 공법으로 변경하였으며 초기 제품에 대한 형상 분석 결과

는 표 과 같다3-3 .

그림 프레스 범핑 공법 적용 사례그림 프레스 범핑 공법 적용 사례그림 프레스 범핑 공법 적용 사례그림 프레스 범핑 공법 적용 사례3-163-163-163-16

표 프레스 범핑 공법에 의한 초기 제품 형상 분석결과표 프레스 범핑 공법에 의한 초기 제품 형상 분석결과표 프레스 범핑 공법에 의한 초기 제품 형상 분석결과표 프레스 범핑 공법에 의한 초기 제품 형상 분석결과3-33-33-33-3

단품형상 예상고장모드 예상발생원인 검증방법

의주름TANK 가공시crack

확관 형상PUNCH TOOLㆍ

불량TANK SET UPㆍ

절단길이불량R/D TANKㆍ

반복가압TEST

SWAAT TEST

냉매단치수미달 가공시미성형

행정거리 불균일PRESSㆍ

확관 파손PUNCHTOOLㆍ

원소재길이미달ㆍ

비어니어측정

길이TANK 전장길이불량

지그안착불량ㆍ

금형베이스와 확관멘드릴과ㆍ

의 유격

공정 능력 검증 내용공정 능력 검증 내용공정 능력 검증 내용공정 능력 검증 내용2.2.2.2.

공정 능력에 검증을 위해서 표 와 같은 가지 항목을 도출하여 평가를 실시하3-4 7

였다.

- 35 -

표 공정 능력 검증을 위한 평가 항목표 공정 능력 검증을 위한 평가 항목표 공정 능력 검증을 위한 평가 항목표 공정 능력 검증을 위한 평가 항목3-43-43-43-4

NO 측정항목 비 고

1 형상및길이별조직비교PUNCH

2 원소재경도별조직형상

3 시설비 산포Bumping strock

4 형상변경Punch

5 전 외경Bumping tank

6 후 외경Bumping tank

7 후소재두께Bumping

불량 요인 도출 매트릭스 작성불량 요인 도출 매트릭스 작성불량 요인 도출 매트릭스 작성불량 요인 도출 매트릭스 작성3.3.3.3.

표 에서 도출한 불량요인중 형상에 의한 외관 주름및 접힘이 발생하고3-5 PUNCH

후에 현상까지 발생되는 것으로 판단되며 소재의 경도 역시 냉매틱BRAZG CRACK

발생에 직접적인 원인이 될 것으로 예상되었다CRACK .

표 불량 요인 도출 매트릭스표 불량 요인 도출 매트릭스표 불량 요인 도출 매트릭스표 불량 요인 도출 매트릭스3-53-53-53-5

비 고 중요도에 따라 다음과 같이 표시함

중요 점 보통 점 경미 점: (10 ), : (5 ), : (1 )◎ ○ △

- 36 -

개선 전후 비교개선 전후 비교개선 전후 비교개선 전후 비교4.4.4.4.

항 목 개 선 前 개 선 後 비고

Punch

형상변경Punch

(‘C’ TYPE)형상변경 직각Punch (‘ ’ TYPE)

냉매틱의 두께를 로3mm→

하여 접힘발생부를 중앙Bump‘G

으로 이동시킴

작업표준STROKE : 444.8 ± 0.3

RPM : 1300 ~ 1600

STROKE : 445.6 ± 0.3

RPM : 1300 ~ 1600

소재경도73.0 ± 5 (68~78)

수준74~76(MAX )→

70.0 ± 5 (65 ~ 75)

관리 수준SPEC : 70~74 .→

CRACK

검 사검사기준 미준수.

검사 실시 및2EA/LOT CRACK

이력관리.

검사사진 매 제출CRACK LOT .→

초물관리( )

확관방법

변경

한번 펀치로 상하운동하여 냉매틱 형

성

번에 걸처 상하운동하여 냉매칙2

형성

- 37 -

제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가제 장 개선 제품의 신뢰성 평가4444

제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가제 절 기존제품 신뢰성 평가1111

개선 제품에 대한 시험을 실시하기 전에 기존 제품에 대한 신뢰성 평가를 제 장에2

서 제시한 신뢰성 시험을 수행하였다.

내압 시험내압 시험내압 시험내압 시험1.1.1.1.

개의 시료에 대해 의 압력으로 시험하고 기밀성을 확인한 결과 모든 시료2 6 MPa ,

가 시험 후 현저한 변형이나 파손이 없고 기밀시험을 만족하였다, .

그림 내압시험그림 내압시험그림 내압시험그림 내압시험4-14-14-14-1

그림 내압시험 후 기밀 시험 확인그림 내압시험 후 기밀 시험 확인그림 내압시험 후 기밀 시험 확인그림 내압시험 후 기밀 시험 확인4-24-24-24-2

파열 시험파열 시험파열 시험파열 시험2.2.2.2.


가 시험 후 현저한 변형이나 파손이 없었으나 개의 시료가 기밀 시험을 만족하지1

못하였다.

그림 과열시험그림 과열시험그림 과열시험그림 과열시험4-34-34-34-3

- 38 -

그림 파열 시험 후 기밀 시험 확인그림 파열 시험 후 기밀 시험 확인그림 파열 시험 후 기밀 시험 확인그림 파열 시험 후 기밀 시험 확인4-44-44-44-4


개의 시료에 대한 진동 시험 결과 모든 시료가 시험 후 현저한 변형이나 파손이2 ,

없고 기밀시험을 만족하였다.

상하 공진 좌우 공진 전후 공진

상하 진동 좌우 공진 전후 진동

그림 진동 시험그림 진동 시험그림 진동 시험그림 진동 시험4-54-54-54-5


개의 시료에 대한 염수분무 시험 결과 시험 후 모든 시료가 판정 기준인 기밀시2 ,

험을 만족하였다.

그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험4-64-64-64-6


개의 시료에 대한 열충격 시험 결과 개 중의 개의 시료에서 판정 기준인 기밀2 , 2 1

시험을 만족하지 못하였다 파열 시험의 결과와 같이 범핑 작업을 수행한 부위에서.

누설이 발생하고 있음을 알 수 있다.

- 39 -

그림 열충격 시험그림 열충격 시험그림 열충격 시험그림 열충격 시험4-74-74-74-7

그림 열충격 시험후 기밀 시험 확인그림 열충격 시험후 기밀 시험 확인그림 열충격 시험후 기밀 시험 확인그림 열충격 시험후 기밀 시험 확인4-84-84-84-8

수명시험수명시험수명시험수명시험5.5.5.5.

개 시료에 대해 수명 시험을 실시한 결과 형상모수를 으로 가정한 신뢰수준6 2.0

의 수명 보증 횟수인 만회를 상회하고도 고장이 발생하지 않았다 주고90% B10 20 .

장 모드 및 형상모수 확인을 위해 만회 추가하여 만회 반복가압을 수행한 이10 30

후에도 판정 기준을 만족하였는데 이것은 형상모수를 로 가정할 수도 있는 값이1.2

므로 수명 시험은 만족한다고 볼 수 있다.

그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험4-94-94-94-9

- 40 -

제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가제 절 개선제품 신뢰성 평가2222

내압 시험내압 시험내압 시험내압 시험1.1.1.1.


가 시험 후 현저한 변형이나 파손이 없고 기밀시험을 만족하였다, .

그림 내압시험그림 내압시험그림 내압시험그림 내압시험4-104-104-104-10

그림 내압시험 후 기밀시험 확인그림 내압시험 후 기밀시험 확인그림 내압시험 후 기밀시험 확인그림 내압시험 후 기밀시험 확인4-114-114-114-11

파열 시험파열 시험파열 시험파열 시험2.2.2.2.


가 시험 후 현저한 변형이나 파손이 없었고 기밀 시험도 모두 만족하였다.

그림 파열시험그림 파열시험그림 파열시험그림 파열시험4-124-124-124-12


- 41 -

개의 시료에 대한 진동 시험 결과 모든 시료가 시험 후 현저한 변형이나 파손이2 ,

없고 기밀시험을 만족하였다.

상하 공진 좌우 공진 전후 공진

상하 진동 좌우 공진 전후 진동

그림 진동 시험그림 진동 시험그림 진동 시험그림 진동 시험4-134-134-134-13


개의 시료에 대한 염수분무 시험 결과 시험 후 모든 시료가 판정 기준인 기밀시2 ,

험을 만족하였다.

그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험그림 염수분무 시험4-144-144-144-14


개의 시료에 대한 열충격 시험 결과 개 중의 개의 시료에서 판정 기준인 기밀2 , 2 1

시험을 만족하지 못하였다 파열 시험의 결과와 같이 범핑 작업을 수행한 부위에서.

누설이 발생하고 있음을 알 수 있다.

그림 열충격 시험그림 열충격 시험그림 열충격 시험그림 열충격 시험4-154-154-154-15

- 42 -

수명시험수명시험수명시험수명시험5.5.5.5.

개 시료에 대해 수명 시험을 실시한 결과 형상모수를 으로 가정한 신뢰수준6 2.0

의 수명 보증 횟수인 만회를 상회하고도 고장이 발생하지 않았다 주고90% B10 20 .

장 모드 및 형상모드 확인을 위해 만회 추가하여 만회 반복가압을 수행한 이10 30

후에도 판정 기준을 만족하였는데 이것은 형상모수를 로 가정한 값이므로 공정1.2

개선 시료에 대한 수명 시험은 만족한다고 볼 수 있다 즉 신뢰수준 의 년. , 90% 10

또는 만 의 수명을 보증할 수 있다16 km B10 .

그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험그림 수명시험4-164-164-164-16

- 43 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론5555

제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항제 절 과제추진 내용 및 개선 사항1111

과제 추진내용과제 추진내용과제 추진내용과제 추진내용1.1.1.1.

본 과제는 신규 공법을 사용한 리시버드라이어 탱크의 신뢰성을 평가하고 보증하는

것이 목표다 이를 달성하기 위하여 하기 위하여 공정 및 설계의 개선 인자 도출하.

여 개선 제품을 제작하였다 또한 선진사 제품과 동등한 수준의 신뢰성 규격을 작.

성하여 기존 제품과 비교 평가하고 당초 목표인 년 만 의 수명을 보증10 16 km B10

하였다.

과제 기간 동안 추진한 주요 업무 내용은 다음과 같다.

제품에 대한 설계 및 공정 고장형태 영향분석 실시- FMEA( )

신뢰성평가기준 개발 수명시험 방법 및 수명산정 근거 마련- ( )

가공공정의 개선인자 압출 인발 길이 경도 브레이징온도 에 대한 검토 분석- ( , , , , )

완료

범핑 속도 압력 구조 개선 완료- (Bumping) , ,

금형의 형태별 유형별 분석 완료- Punch

비파괴 분석장비 광학현미경 조도계 를 이용한 고장원인 분석- ( , X-Ray, FE-SEM, )

기존 공법 제품과의 신뢰성 비교평가-

개선 사항개선 사항개선 사항개선 사항2.2.2.2.

기존 단조 공법에서 프레스 범핑공법으로 변경에 따른 외관 형상 불량 및 신뢰성을

만족하지 못하는 제품에 대해서 다음과 같은 항목을 개선하였다.

형상 변경 직각- Punch ( C-Type -Type)→

범핑 프레스의 작업표준 변경- Stroke ( 444.8 445.6 )→

소재 경도 변경- ( 73.0±5 70.0±5)→

검사 실시 및 이력 관리- Crack

확관 방법 변경 한번 펀치 번 펀치- ( 2 )→

- 44 -

제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과제 절 추진 성과2222

수명 보증수명 보증수명 보증수명 보증1. B101. B101. B101. B10

개 시료에 대해 수명 시험을 실시한 결과 신뢰수준 의 년 또는 만 의6 , 90% 10 16 km

수명을 보증할 수 있다 수명 보증을 통해 대외적인 신뢰성 인지도가 개B10 . B10

선되어 신규판로의 개척 및 해외수출의 증가가 예상된다.

고장률 클레임 및 품질 비용 감소고장률 클레임 및 품질 비용 감소고장률 클레임 및 품질 비용 감소고장률 클레임 및 품질 비용 감소2. ( )2. ( )2. ( )2. ( )

설계 및 공정 개선으로 인해 수요기업에 대한 불량률과 품질비용의 감소 효과를 얻

었고 초기에 높았던 필드고장률이 급격하게 감소하는 효과를 거두었다, .

신규공법에 대한 신뢰성 보증신규공법에 대한 신뢰성 보증신규공법에 대한 신뢰성 보증신규공법에 대한 신뢰성 보증3.3.3.3.

가공공정의 개선인자인 압출 인발 길이 경도 브레이징 온도와 범핑 속도 압력, , , , , ,

구조를 변경한 신규 공법 제품에 대한 신뢰성을 확보하였다.

제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용제 절 향후 추진 내용3333

본 과제에서는 공정 개선에 초점을 맞추어 신뢰성 향상을 제고하였으나 제품의-

재질 및 두께에 대한 개선을 통하여 원가 절감과 신뢰성 향상을 달성할 수 있는 방

법을 모색해 볼 계획이다.

실제 대부분의 고장이 열충격을 받은 용접부위에서 발생하고 있으나 이 부분은- ,

본과제의 범위를 벗어나기 때문에 추가적인 분석을 실시하지 않았다 일반적으로.

부품과 부품을 연결하는 인터페이스와 관련된 부분에서 실제로 많은 고장이 발생하

고 있는 점을 고려해 본다면 용접 후 제품에 대한 고장원인 분석과 해결방안도 함,

께 추진해야 할 것으로 본다.

- 45 -

제 장 참고 문헌제 장 참고 문헌제 장 참고 문헌제 장 참고 문헌6666

1. Tom Birch, “Automotive Heating and Air Conditioning”, 2006, 4th edition

강기주 자동차 공업 재료2. , “ ”, 2003ㆍ

산업자원부 기술표준원 신뢰성용어 해설서3. , “ ”, 2005

안승호 양원석 오신종 민병훈 정원욱 김정구 황운석 자동차용 재료의 부4. , , , , , , , “

식과 방식”, 2005

산업자원부 기술표준원 자동차냉방장치용 호스 어셈블리5. , “RS R 0039, ”, 2006

산업자원부 기술표준원 자동차용 히터코어6. , “RS R 0103, ”, 2006

7. SAE, “SAE J 1927, Cumulative Damage Analysis for Hydraulic Hose

Assemblies”, 2001

- 46 -

- 47 -

자동차리시버드라이어탱크의고장원인분석및 … · 표...

Documents