뿌리 포커스

소성가공 산업의 현재,
기술 동향과 미래 전망

글 권혁홍 교수(대진대학교 뿌리산업연구센터장)
소성가공metal forming이란 재료에 힘을 가해 원하는 형상의 소성변형을 일으켜 제품을 만드는 가공법이다. 정확한 치수의 제품을 대량 생산할 수 있고, 가공으로 조직을 개량하고 강한 성질을 가지게 함으로써 재료의 손실을 줄이고, 깨끗한 가공 면과 균일한품질을 얻게 하는 특징을 가진다.

국내외 단조 산업 현황 및 산업 동향

국내의 소성가공 부품 생산량은 연간 26만 톤으로 전 세계 시장의 약 4%에 해당한다. 약 350개의 단조업체가 있고, 이 중 약 60%의 업체가 자동차 부품을 생산하고 있으며(90% 이상이 중소기업) 냉간단조품을 생산하는 업체는 약 10% 이하인 것으로 추산하고 있다.
2016년 뿌리산업 실태 조사에 의하면 6대 뿌리산업 전체에서 소성가공업 사업체 수는 5,909개사로 22.4%, 종사자 수는 99,617명으로 19.5%, 매출액 규모는 32,875,743백만원으로 25%의 비중을 차지한다. 소성가공 종사자 99,617명의 직무별 인력 현황을 파악해 보면 연구 개발인력 4,054명(4.1%), 기술인력 4,950(5.0%), 현장 기능인력 58,579명(58.8%), 노무인력 9,373명(9.4%)으로 구성된다.
한편 한국의 소성가공산업 수준은 85.9%로 2017년 뿌리산업 백서는 보고 있다. 일본을 최고 수준인 100%로 기준으로 할 때며, 미국은 93.9%, 유럽은 98.4%, 중국은 77.8% 수준으로 나타났다.

국내 단조 업체의 가장 큰 문제점은 전용 장비 관련 기술의 낙후로 고품위 단조품 개발에 한계를 맞고 있다는 점이다. 단조기술은 장비 의존도가 비교적 높아 전용 장비 관련 기술이 낙후된 상황에서는 기존 장비 범위를 넘어서는 공정개발이 어려워진다. 둘째로 특수기술 등 고부가가치 공정 개발 능력이 부족하며, 연구개발 기반이 열악하다. IMF 이후 해외기술 제휴로 장비의 국내 생산이 이루어지면서 사업 진입은 쉬워졌으나, 기술 도입이 되지 않고 연구개발도 활발하지 않아 고급 기술 확보에 많은 어려움을 겪고 있다.

단조 부품은 정밀 단조, 경량화, 밀폐 단조, 복합 단조 및 일체화되고 있으며, 기술개발 수준이 향상에 따라 전통적인 소성가공 공정에서 IT화·자동화로의 전환이 요구된다. 반면, 일본의 단조 업체는 산업기술 전략제품 혁신의 강화, 공정혁신의 재활성화를 도모하고 있다. 제품 혁신을 위해 산학연 연대의 강화, 국제경쟁력을 갖춘 대학의 육성, 종합적인 기술혁신 체제의 구축과 기술제도의 재구축 등에 투자를 아끼지 않으며, 공정혁신 재활성화를 위해 고급기술자 및 숙련 기능의 노하우를 디지털화하여 지식재산화하고, 정보기술을 활용한 제조 시스템의 고도화를 도모하는 등으로 IT산업을 접목하고 있다. 또, 각 지역의 독자적인 산업정책에 필요한 모범사례나 노하우 등의 정보 제공, 각 지역의 광역 연대 코디네이터, 국가 전체의 산업 경쟁력 향상에 필요한 부분에 대한 지원 등 지역 정책에도 중점을 둔다.
더불어 일본·독일 등을 포함한 단조기술 선진국은 경험에 의존하는 노동집약적 소성가공 산업에서 품질과 가격 경쟁력 향상을 위한 공정 개선과 성형 후 기계 가공을 최소화하는 준 정형near net shape가공 등을 통해 고부가가치 품질 우선 단조 산업으로의 전환을 꾀하고 있다.

소성가공 산업의 기술 현황과 동향

소성가공 산업은 크게 단조 산업, 압출과 인발가공 산업, 판재성형 산업 및 특수성형 산업 등으로 구분한다. 현재 국내 단조 산업은 고효율 중공형 샤프트 중공 단조기술, 수송기계 부품 제조를 위한 원가 절감형 냉열간 단조기술, 임계성능 향상을 위한 고강도 분말 단조기술, 에너지 절감형 국부 가열 열간 정밀 단조기술과 7㎜급 이하 마이크로 나사 미세 정밀 단조기술 개발에 주력하고 있다. 압출 및 인발가공 산업은 고강도 경량 소재 압출기술, 벌크 나노구조재료 제조를 위한 비틀림 압출 강소성기술, 다강도 전신-주조 겸용 소재 압출기술 등이, 판재성형산업은 열간 스템핑 공정을 이용한 1.5㎬급 판재성형기술, 1㎬급 나노석출 강화형 고강도 강판 제조기술, 고강도 자동차 박형 부품 제조를 위한 냉간 박육 장출 성형기술이 주요 기술이다. 특수성형 산업의 주요 기술은 점진 성형을 이용한 자동차 부품용 판재성형기술, 상용차용 고강도 알루미늄 휠 제조를 위한 열간 단조 및 유동 성형기술, 변속기용 오일펌프 샤프트 제조를 위한 냉간 압출 다단 단조 복합기술, 마이크로 포머를 이용한 고합금강 정형 정밀성형기술 등이다.
소성가공 산업의 대표 격인 단조 부품은 정밀 단조, 경량화, 밀폐 단조, 복합 단조 및 일체화되는 경향을 보이며, 이는 차체 부품, 파워 트레인 부품, 새시 모듈 부품, 엔진 부품 같은 핵심 제품에 주로 적용된다. 점진 성형, 정형 성형, 고장력강 성형 등 기술개발 수준이 향상됨에 따라 전통적인 소성가공 공정의 정보화 및 자동화 전환이 필요하다.

1970년대부터 자동차 산업 발전과 함께 시작되고 2000년대에 급격히 발전된 정밀 단조기술과 조선 경기와 풍력산업의 활황 속에 발달한 대형 자유 단조기술 모두 정부의 부품소재기술개발 육성에 대한 특별 지원으로 급성장했으나, 현재는 다소 정체기를 지나고 있다. 자동차 산업을 위주로 생산 수량과 기술력 모두 급성장한 형단조 기술은 국내 자동차 산업의 지속적인 발전에도 불구하고 성장이 둔화되고 있으며, 이를 극복하기 위해 산학연이 공동으로 신기술 개발을 추진하고 있으나 과거 성장기에 비해 많은 어려움을 겪고 있다.
국내의 소성가공 기술연구는 주로 대학 및 연구소에서 이루어진다. 대학은 주로 소성가공해석 프로그램 개발, 미세조직 및 변형연계 모델링, 유동응력 모델링, 쾌속성형, 미세성형 등 기초 연구개발에 집중하고 있으며, 연구소는 이미 개발된 다양한 소성가공기술 및 이론을 응용하여 소성가공 제품을 양산하는 기술에 관한 연구를 수행하고 있다. 또한, 연구기관을 중심으로 원천기술 특허 확보와 더불어 지속적인 산학연 과제의 발굴·수행으로 지식재산권Intellectual Property을 확보하려는 노력을 가속하는 중이다.

소성가공 산업은 소성 가공품의 고기능화, 경량화, 가격 경쟁력 및 환경 대응이라는 도전에 직면해 있다. 소성가공 제품의 고기능화를 위한 기술 방향은 무가공정밀도 제품, 소형 고강도 제품 및 복합 일체화 제품 등으로 이에 대한 개발 과제는 금형기술 개발과 열간 단조 미세결정 연구 및 복합 단조 기술개발 등이 있다. 제품 경량화는 스틸 제품을 넘어 알루미늄, 티타늄, 마그네슘 단조와 중공 단조기술로의 방향 전환을 요구하며, 이에 따라 용해부터 단조까지의 생산, 원 소재 및 단조기술 개발과 신공법 개발 등이 개발 과제다. 가격 경쟁력을 위해서는 금형 수명 연장과 설비 용량 및 공정의 간소화가 필요하며 이를 위한 신소재 개발, 최적화와 소형화 개발과 동시에 스마트 공장과 모니터링화로의 개발 과제가 필요한 시점이다. 또, 환경 대응을 위해서는 환경 유해 물질을 사용을 지양하고 소음 저감 및 소재 가열 비용을 절감하려는 기술개발이 필요하며, 신제품 개발, 소음 저감 장치 개발 및 고효율 장비 개발 과제들이 요구된다.

소성가공 업계의 도전과 해결 과제

뿌리산업은 나무의 뿌리처럼 겉으로 드러나지 않으나 최종 제품에 내재되어 제조업 경쟁력의 근간을 형성한다. 어렵고Difficult, 더럽고Dirty, 위험한Dangerous하다고 인식되었던 뿌리산업의 이미지를 자동화되고Automatic, 깨끗하고Clean, 편안한Easy ACE산업으로 변화·진흥시키기 위해 국가뿌리산업진흥센터가 뛰고 있다. 정부의 자동화·첨단화 지원사업을 통해 직접적이고 전반적인 경제 효과뿐 아니라, 6대 산업에서 공통으로 겪던 인력 문제도 개선되고 있다.

소성가공 업계도 수작업 공정의 연속공정 자동화 구축 및 친환경·저에너지·유연 생산공정 개선이 가능한 스마트 공장을 구축하여 생산성을 향상하고 작업 환경을 개선해야 한다. 스마트 팩토리smart factory 기업이라는 이미지 구축을 통해 소성가공 산업의 장기적인 기술발전과 산업 발전을 기대할 수 있으며, 자동화·첨단화에 따른 원가 절감과 공정 라인 단순화에 따른 생산 리드 타임을 줄여 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
대부분의 소성가공 업체들이 위험성 높은 작업을 수동으로 하며 인력 부족 현상을 겪고 있는데, 이는 필히 ‘자동화’를 통해 해결해야만 한다. 작업 환경이 개선되면 작업자의 작업 능률이 오르고, 단순 반복 업무에 투입했던 인력을 자동화 첨단화 설비 관련 업무에 탄력적으로 재배치하여 운영할 수 있다. 생산 현장의 자동화·첨단화가 구축된다면 직원들의 능력 개발과 정서적인 측면뿐 아니라 생산성도 향상되는 긍정적인 효과를 기대할 수 있다. 이미 여러 기업에서 스마트 팩토리로의 이미지 제고를 통해 고객사와의 신뢰감이 두터워지고 수주도 증가한 것으로 나타났다.
또한 불량률을 감소시키고, 작업 인력 대비 대량 생산이 가능해져 납품 기한을 준수할 수 있다. 작업자 능력에 따른 생산 결과 대신 자동화를 통한 정밀도 향상으로 품질 관련 불량률이 감소해 기업들의 만족도가 높아진다. 또한 획기적인 품질관리 개선으로 마지막 검사과정의 인력을 다른 곳에 배치할 수 있어 효율적인 인력 배치도 가능할 것으로 보인다.

마지막으로, 소성가공 업체는 점진적으로 난성형체, 최적화, 표준화 및 인증체계를 구축할 필요가 있다. 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 인코넬, 내열강 및 스테인리스와 같은 난성형제 가공을 최적화하려면 소재 물성 데이터 확보와 가공 프로세스 맵을 위한 유한요소 해석 적용, 피로 특성 평가 등을 포함한 CAEComputer Aided Engineering 기술 등이 매우 중요하다. 현장의 표준화를 위해 공정기술, 금형기술, 관리 계획 및 검사 기준을 정립해야 하고, 이를 통해 모듈 단위 인증, 국제기준 인증, 업체 요구 인증 등의 인증체계를 구축해야 한다.

ISSN 2586-1972 (Online) | 등록번호 등록번호
엮은이 국가뿌리산업진흥센터 | 발행처 국가뿌리산업진흥센터
발행일 | 간별 격월 | 기획·디자인 쿠움, 메드소프트
COPYRIGHTⓒ 2017 KITECH. All rights reserved