혁신적인 차량 사이드 도어 힌지용 NORGLIDE® SALC 베어링

SALC(stretched aluminum cladded)는 사이드 도어 힌지용 베어링으로 개발된 NORGLIDE^®의 최신 제품입니다.

 

우수한 내식성, 토크 안정성, 공차 완화 및 전착 도장 공정 효율 개선을 제공합니다.

 

자가 윤활, 낮은 마찰력의 PTFE와 강성 강화용 금속 내장 구조의 조합으로 개발된 SALC소재는 주로 회전 작동용 베어링(부싱)을 위해 개발되었습니다. Saint-Gobain은 차량용 도어 힌지 개발 관련 40년에 달하는 경험과 혁신을 이어오고 있으며 이 결과로 제조사들에게는 고효율의 제조성과 고객 만족도를, 차량 사용자들에게는 일상 생활 중 부식이나 기구적 품질 저하 없이 도어의 고품질 동작 성능을 제공하고 있습니다. 

베어링 자체와 힌지 주변 부품들을 보호하기 위한 내식성 사양은 언제나 개발 우선 순위에 위치하는 항목입니다. 도어 힌지의 중요한 기능인 작동 토크의 적정 수준 유지력은 이 소재의 또 다른 장점입니다. 토크가 작으면 래틀 발생 및 도어가 처지는 문제가, 너무 크면 도어 작동시 작동력이 너무 높아지는 문제가 발생합니다.

NORGLIDE^® SALC 소재의 우수한 사이징기능으로 대부분의 토크 관련 문제를 해결할 수 있습니다.  더불어 PTFE층의 우수한 가소성과 탄성은 넓은 범위의 샤프트 치수와 misalignment 조합에서도 정상 작동하도록 도와줍니다. 동시에 PTFE에 조합하는 복합물과 특수한 베어링 형상으로 전착 도장(e-painting)에서 발생하는 품질 문제를 해결할 수도 있습니다.

SALC 베어링(부싱)은 윤활유등의 부재가 필요 없으며 세계 주요 자동차 제조사에 적용되고 있습니다. NORGLIDE^®소재의 물성은 각각 고객사의 특별한 사용 요구 조건에 맞춰 조정이 가능합니다.

NORGLIDE® SALC GG Bearing	NORGLIDE® SALC GS Bearing

NORGLIDE^® SALC의 주요 사용 어플리케이션인 사이드 도어 힌지는 압연 타입과 프레스 타입으로 구분됩니다.

 

압연 힌지 금속 압연으로 제작되는 압연 힌지는 형상을 성형하고 가공하여 회전용 베어링과 샤프트를 조립해서 제작합니다.	프레스 힌지 금속을 프레스 공정으로 형상 제작하는 프레스 힌지

 

내식성과 치수 정밀도를 요구하는 압연 힌지 타입에 NORGLIDE^® SALC는 최적의 제품입니다. 또한 높은 내식성과 치수 정밀도가 필요한 광범위한 분야에 사용될 수도 있습니다. 압연 힌지는 양쪽에 플렌지가 성형된 하나의 베어링을 사용하는데 플렌지 하나는 베어링 제조사에서 성형하고 다른 하나는 힌지에 조립 후 성형됩니다. 프레스 힌지는 보통 두 개의 피봇을 가지며 하나의 플렌지만 성형된 두 개의 베어링을 사용합니다. Saint-Gobain은 이 두 힌지 타입에 사용할 수 있는 많은 종류의 베어링을 추천 드립니다. 

 

NORGLIDE^® SALC 소재 구조

해당 적용 분야의 요구 사항을 만족하기 위해 PTFE복합물과 금속 강화층을 추가할 수도 있습니다. ‘Stretched’ 금속 중간층은 사이징 성능과 내하중성을 강화합니다. 사이징 공정은 시스템의 요구 토크 수준을 맞추기 위해 베어링의 소성 변형을 이용하여 샤프트와의 이상적인 조합을 맞추는 방법으로 사이징된 베어링은 제조 공차와 misalignment를 보완합니다.

NORGLIDE^® SALC의 stretched 금속 중간층은 추가 강성을 더해주고 가소성과 사이징성능을 극대화시킵니다. NORGLIDE^® 제품들 중 더 높은 내하중성을 가지는 제품들도 있지만 SALC는 차량용 도어 힌지 사용에 충분한 강성을 가지고 있습니다. 차량 도어 요구 조건인 보통 25-35kg의 중량에 100kg 수준(도어에 사람이 올라간 수준)의 추가 하중을 더 해 시험해도 SALC제품은 변형이 없습니다. 힌지 피봇부 억지 맞춤 조건에서 SALC 내하중성은 일반적인 도어 처짐 요구 조건을 충분히 만족하는 성능을 가집니다. 내식성 강화를 위해 중간층의 금속은 aluminum cladded steel을 적용했습니다. SALC는 Stretched metal ALuminum-Cladded를 의미합니다.

NORGLIDE^® SALC 베어링은 넓은 범위의 요구 조건을 만족합니다.  NORGLIDE^® SALC GG는 Glass와 Graphite 필러를 PTFE 복합물로 사용하는 제품으로 각각의 복합물이 이와 같은 방법으로 표시됩니다. NORGLIDE^® SALC GS는 Glass와 Silicate가 포함되어 있습니다. 양산 라인에서의 구분을 위해 GS는 파란색 GG는 검은색을 가집니다.

Saint-Gobain에서는 여러분의 해당분야에 적합한 소재를 추천 드립니다.

 

내식성 강화 베어링

NORGLIDE^® 베어링은 기본적으로 고품질의 내식성을 가지는 제품들이지만 설계자들은 힌지에서 베어링과 이종 소재간 발생할 수 있는 갈바닉 부식 가능성도 검토해야 합니다. 현대 경량화 기술 발전으로 다양한 소재들의 조합이 검토되고 있습니다.

베어링 금속을 힌지 소재와 전위차가 작은 소재를 사용하면 해당 부식의 문제를 크게 감소시킬 수 있습니다. NORGLIDE^® SALC는 알루미늄으로 덮힌 철강 재질의 중간층을 사용하여 강성과 내식성 강화를 동시에 개선하였습니다. 일반적으로 아연 도금강을 사용하는 힌지와 알루미늄으로 덮힌 철강소재의 조합은 갈바닉 부식 문제를 최소화 시킬 수 있습니다. 전도성 강화용으로 사용되는 그라파이트를 silicate와 같은 비전도체 소재로 대체해도 NORGLIDE^® SALC의 성능은 우수합니다.

양산 베어링과 힌지를 이용한 Salt spray 시험을 통해 NORGLIDE^® SALC 의 효과를 검증했습니다. 아래 그림(2a, 2b)은 동 소재 메쉬의 기본 사양 부싱을 사용한 힌지의 일반적인 녹발생 형태입니다. 덧붙혀 백녹은 적녹보다 더 심각한 문제를 발생시킵니다. 8개의 시험 대상 힌지 중 6개의 힌지에서 336시간 이후에 적녹이 발생했습니다. 

Figure 2a (upper hinge)	Figure 2b (lower hinge)

염수 분무 시험 결과 – 동 메쉬 소재 부싱

 

NORGLIDE^® SALC GG의 결과는 아래 그림(3a, 3b)와 같이 실제 힌지가 사용되는 조건보다 가혹한 수 백시간 이상의 조건에서도 낮은 적녹 발생을 보여줍니다. NORGLIDE^® SALC GS는 동일 조건에서 이보다 더 나은 결과를 보여줍니다.

Figure 3a (upper hinge)	Figure 3b (lower hinge)

염수 분무 시험 결과 – NORGLIDE^® SALC GG

 

사이징, 토크, 공차 완화

도어 힌지용  NORGLIDE^®의 사이징 공정은 토크 설정의 중요 인자입니다. 도어를 열고 닫는 일정 수준의 토크는 차량 사용 기간 동안 요구 범위내에서 일정하게 유지 되어야 합니다. 차량 사용 중 도어 스탑퍼, 실링력 및 도어를 닫을 때의 공기압으로 힌지는 영향을 받고 토크 수준이 변경될 수 있습니다.

현재 자동차 OEM에서 설정하는 일반적인 토크 수준은 0Nm보다 조금 높은 수준에서 4-5Nm 아래입니다. 조립 중 토크가 과도하게 낮거나 높게 설정되면 양산 공정을 멈추는 문제까지 발생할 수 있습니다. 낮은 힘으로 사용자가 도어를 여닫을 수 있도록 새로운 차량들은 더 낮은 토크 수준을 목표로 개발하고 있습니다.

압연 힌지와 프레스 힌지 모두 사이징 공정이 가능하지만 사이징 공정을 통한 토크 조정량 효과는 베어링 접촉면이 더 큰 압연 힌지가 더 큽니다.

토크에 중요한 베어링 내경의 사이징을 위해 설계자들은 가소성과 탄성을 고려해야 합니다. 어떠한 베어링들은 사이징 공정에 사용된 핀을 제거한 후에 자체 탄성으로 인해 기존 치수로 원복 될 수도 있습니다. NORGLIDE^® SALC는 부드러운 PTFE 복합층과 stretched 금속 중간층으로 60 – 80%의 높은 높은 가소성을 가지고 있어 사이징 공정 효과를 극대화 했습니다.

여러 소재들의 사이징 공정으로 베어링 손상 없이 소재 두께 변화량을 비교해 본 결과 NORGLIDE^® SALC 는 20% 수준으로 매우 우수합니다.

샤프트의 외경을 증대하며 토크 증대량을 측정해 본 결과 일반적 구조인 금속 적층 PTFE 베어링은 샤프트 외경이 증대함에 따라 급격하게 토크가 증대하는 반면 NORGLIDE^® SALC는 점진적으로 낮은 수준을 유지하며 증대하는 것을 확인 했습니다. (Figure 4)

Figure 4. 샤프트 간섭량에 따른 토크 영향도 (NORGLIDE^® SALC, 금속 적층 PTFE 베어링)

 

사이징 공정을 검토할 때 추가로 필요한 것은 고온에서 토크가 감소하는 현상입니다. 특히 PTFE 베어링에 발생하는 현상으로 고온의 전착 도장 공정에서 토크 감소가 자주 발생합니다. 일반적인 플라스틱 부싱은 고온에서 손상되는 반면 NORGLIDE^® SALC는 260⁰C까지의 고온까지 견딜 수 있는 제품입니다. 

힌지 양산 공정에서 조립되는 샤프트 외경의 공차 영역에서 작동 토크가 일정하게 유지되어야 합니다. NORGLIDE^® Bearing의 사이징 후 PTFE복합물의 두께 및 가소성과 탄성은 제조사 부품 공차를 보완할 수 있습니다. 이는 공정 중 샤프트 불량을 줄여주고 나아가 부품 정밀도를 완화시킬 수도 있습니다. 나아가 misalignment도 보정할 수 있습니다. 이러한 기능은 프레스 힌지에 주로 사용되며 NORGLIDE^® SALC는 더 나은 공차 완화와 misalignment 보정 효과를 가집니다.

 

전착 도장(E-painting)

e-coating 혹은 e-painting 으로 불리는 전착 도장은 차량 초기 보호 코팅으로 사용되는 공정으로 도장을 위해 모든 부품에 전류를 흘려 주는 방법을 사용합니다. NORGLIDE^® SALC는 전착 도장 공정의 효율을 올리도록 설계되어 힌지부의 내식성 개선에 효과적입니다.

페인트 잔해물을 방지하기 위해 비전도성의 PTFE 복합물을 사용할 수 있지만 이 경우 베어링 양측의 부품간 전도성 확보가 필요합니다. Gap부위를 통해 전도성을 줄 수 있지만 타거나 어떤 부품은 도장이 되지 않을 수도 있습니다. NORGLIDE^® SALC 제품은 샤프트와 금속 힌지부 전도성 확보를 위해 노치 형상을 추가 할 수 있습니다. 자세한 내용은 아래와 같습니다:

a. 노칭 핀을 이용해 여러 부위를 눌러줍니다.
b. 눌린 부위는 PTFE 내경부에 돌출부로 성형 됩니다.
c. 돌출부 PTFE를 깎아 줍니다.
d. 샤프트와 금속부 사이 절연부가 감소합니다.

 

전착 도장에 유용한 전도용 노치 형상은 아래 그림에서 확인하실 수 있습니다. 샤프트와 베어링 사이가 너무 헐겁지 않은 상태로 효과적인 전도성이 유지됩니다. 자세한 정보는 저희 자료를 통해 확인 하실 수 있습니다.

Figure 6. 전착 도장 문제 해결을 위한 비전도성 PTFE복합물과 전도용 노치 형상을 이용한 베어링 형상

 

맞춤 설계

모든 Saint-Gobain 제품들과 마찬가지로 도어 힌지용 NORGLIDE^® SALC 베어링도 각각의 고객 요구 사항에 맞춰 설계되고 제작됩니다. 저희 엔지니어들은 개발 모든 단계에서 요구 사항을 맞추기 위해 고객사와 긴밀히 협력하고 있습니다.

더 자세한 내용은 저희에게 문의 바랍니다. Contact Us e-mail: makingabigdifference@saint-gobain.com.