기계가공 부품 설계를 위한 아노다이징 고려사항: 치수 변화, 공차, 마스킹 포인트

기계가공 알루미늄 부품에 아노다이징을 더할 때 설계자가 한 번쯤은 겪는 장면이 있습니다. 도면대로 잘 가공해서 아노다이징까지 끝냈는데, 조립해 보니 끼워 맞는 부위가 안 들어가거나 너무 헐겁거나, 나사가 뻑뻑해서 깨져 버리는 상황 말입니다.

 

그때 가공 쪽과 표면처리 쪽이 서로를 쳐다보면서 “누가 기준을 잘못 잡았나”를 따지는 일이 생기곤 하죠.

사실 이런 문제는 아노다이징의 특성을 설계 단계에서 어느 정도만 반영해 줘도 상당 부분 피할 수 있습니다.

 

이번 글에서는 가공 부품 설계자가 꼭 알고 있어야 할 포인트만 골라서 정리해 보겠습니다.

 

아노다이징은 ‘코팅’이 아니라 ‘두께를 가진 구조’다

먼저 관점을 하나 바꿔야 합니다.
페인트나 일부 도장은 “겉에 얇게 올린다”는 느낌에 가깝지만, 아노다이징은 피막이 실제로 두께를 가지고 성장합니다.
피막은 바깥으로만 자라는 것이 아니라 모재 안쪽으로도 파고들기 때문에, 치수 관점에서 보면 이렇게 이해하면 편합니다.

• 피막 두께의 일부는 안쪽으로
• 나머지는 바깥으로
• 그 합이 도면에 적힌 “피막 두께”

예를 들어 20μm 피막이라고 하면, 대략 10μm 정도는 모재를 깎아 먹고, 10μm 정도는 바깥으로 튀어나오는 셈입니다.
이 비율은 합금과 조건에 따라 달라질 수 있지만, “피막이 생긴 만큼 외경이 늘어난다”는 사실은 변하지 않습니다.

슬라이딩 부품, 끼워 맞춤, 정밀 홀, 샤프트 설계에서는 이 부분을 숫자 수준에서 반드시 고려해야 합니다.

 

치수 설계에서 자주 하는 실수

자주 등장하는 실수를 유형별로 나눠 보면 대략 이런 패턴이 많습니다.

• “경질 아노다이징”이라고만 적어놓고 두께를 안 쓰는 경우
• 도면 치수를 가공 기준으로 생각하고, 피막 두께는 아예 따로 계산하지 않는 경우
• 끼워 맞춤 부위만 따로 생각하고 그 주변 공차나 평면도 그대로 두는 경우
• 나사, 키홈, 스플라인 같은 민감한 부분까지 전부 동일 피막 두께를 기대하는 경우

이런 도면을 그대로 들고 아노다이징에 보내면 각 업체는 자기 경험에 기대서 “대충 이 정도면 되겠지” 하고 조건을 잡습니다.
결과가 마음에 들 수도 있지만, 다른 공정 라인으로 옮기거나 조건이 조금만 바뀌면 바로 문제로 돌아오곤 합니다.

 

끼워 맞춤(Fit) 부위 설계: 얼마를 빼 줄 것인가

핵심은 간단합니다.
피막 두께가 T일 때, 경계면 쌍방에 피막이 형성된다면 실제로는 치수가 2T만큼 줄어드는 효과가 납니다.

예를 들어 이런 상황을 생각해 볼 수 있습니다.

• 샤프트 외경: 설계상 10.00mm
• 하우징 내경: 설계상 10.02mm
• 양쪽 모두 15μm 내추럴 아노다이징 예정

아노다이징 후에 치수를 대략적으로 계산해 보면,

• 샤프트는 바깥으로 약 7~8μm 정도 커지고
• 하우징 홀은 안쪽으로 약 7~8μm 정도 줄어듭니다

둘을 합치면 유효 간극이 0.02mm에서 0에 가깝게 줄어들거나 심하면 음수가 될 수도 있습니다.
결국 끼워 넣을 수 없는 부품이 되는 거죠.

그래서 설계 단계에서 선택지는 두 가지쯤입니다.

• 아노다이징 후 치수를 기준으로 하고, 가공 치수를 피막 두께를 고려해 미리 조정해 두기
• 아예 끼워 맞춤 부위를 마스킹해서 피막을 받지 않게 설계하기

어느 쪽이든 “아노다이징을 할 것인지 말 것인지”는 도면이 그려질 때 이미 결정되어 있어야지, 나중에 처리 단계에서 땜질로 해결할 수 있는 문제는 아닙니다.

 

공차(허용오차)의 관점에서 봐야 할 것들

공차를 잡을 때도 아노다이징을 염두에 두지 않으면 애매한 도면이 나오기 쉽습니다.
대표적인 질문은 이런 것들입니다.

• 치수 공차가 피막 전 기준인지, 후 기준인지
• 피막 두께 자체의 분포를 어느 정도로 볼 것인지

실제 공정에서 피막 두께는 탱크 위치, 전류 분포, 부품 형상에 따라 일정 수준 편차가 생깁니다.
예를 들어 목표를 20μm로 잡았다고 해도 17~23μm 정도 범위를 보는 것이 현실에 가깝습니다.

따라서 정밀 부품일수록 이런 식으로 표현해 주는 편이 좋습니다.

• “아노다이징 후 치수 기준, 10.00 ± 0.01mm”
• “피막 두께 15~20μm, 실측 두께는 참고용”

이렇게 적혀 있으면, 가공 쪽과 표면처리 쪽 모두 “어디에 맞춰야 하는지”를 이해할 수 있습니다.
반대로 아무 설명 없이 치수만 적혀 있으면 각자 다른 기준을 떠올리게 됩니다.

 

마스킹이 필요한 포인트는 설계자가 먼저 지정해 줘야 한다

마스킹은 피막이 형성되면 안 되는 부분을 코팅, 테이프, 플러그로 가려서 전해액과 전류가 닿지 않도록 하는 작업입니다.
보통 다음과 같은 위치는 마스킹 후보에 오릅니다.

• 나사산(탭, 볼트 체결부)
• 접지점, 전기 도통이 필요한 면
• 접착 예정 부분
• 초정밀 끼워 맞춤 부위(베어링 하우징 등)
• 유체가 흐르는 정밀 구멍, 밸브 시트

설계자가 아무 말도 안 하면, 처리 업체는 대개 “전체 아노다이징”을 기본으로 받아들입니다.
그래서 나중에 “여기 나사산은 왜 이렇게 타이트하죠?”, “여기만 피막이 없으면 좋았을 텐데요”라는 얘기가 뒤늦게 나옵니다.

도면에 간단히라도 이런 식으로 표시해 둘 수 있습니다.

• “표시된 나사 구간 마스킹, 피막 없음”
• “이 면은 도통 필요, 아노다이징 제외”

마스킹은 추가 비용과 작업 공수가 들어가기 때문에, 정말 필요한 곳과 굳이 필요 없는 곳을 구분해 지정하는 것이 좋습니다.

 

구멍, 모서리, 홈: 형상별로 다른 반응

형상에 따라서도 피막의 형성 속도와 두께 분포가 달라집니다.
몇 가지 대표적인 사례만 보면 이렇습니다.

• 날카로운 모서리
  • 전류가 집중되기 쉬워 피막이 과도하게 자라거나 깨지기 쉽습니다.
  • 설계 단계에서 모서리를 약간 라운드 처리해 두면 피막의 균일도와 내구성이 크게 좋아집니다.
• 깊은 블라인드 홀
  • 하단부까지 전해액이 충분히 순환되지 않거나 기포가 갇혀 피막이 얇게 형성될 수 있습니다.
  • 실질적으로 필요한 깊이와 공정 가능 깊이를 맞추어야 합니다.
• 좁은 슬롯, 아주 얇은 리브
  • 전류 분포가 안정적이지 않고, 처리 중에 변형·손상 위험이 큽니다.
  • 특히 경질 아노다이징처럼 조건이 빡빡한 공정에서는 사전에 처리 가능 여부를 꼭 확인해야 합니다.

이런 부분은 설계자가 모든 수치를 외워야 한다기보다, “형상이 극단적”이라고 느껴지는 경우 미리 처리 업체와 상의해 보는 습관이 중요합니다.

 

표면 거칠기와 전처리: 아노다이징이 모든 걸 덮어주지 않는다

아노다이징을 하면 표면이 매끄러워질 거라고 착각하기 쉽습니다.
실제로는 가공 상태와 전처리 방식이 그대로 드러납니다.

• 선반 자국, 공구 흔적이 명확한 면은 피막 후에도 결이 보입니다.
• 연마, 브러싱, 샌드블라스트 등 어떤 전처리를 했냐에 따라 완전히 다른 질감이 됩니다.

설계 단계에서는 표면 거칠기 요구 사항을 다음과 함께 생각하는 게 좋습니다.

• 아노다이징 전 가공 단계에서 어느 정도 거칠기까지 맞출 것인지
• 장식성이 중요한 면과 기능만 중요한 면을 구분해 서로 다른 요구를 줄 것인지

예를 들어 외부에서 보이는 부분은 브러싱 후 내추럴 아노다이징, 내부 기능 면은 단순 가공 후 기본 아노다이징처럼 역할에 맞게 나누는 식입니다.

 

정리해 두면 쓸 데가 많은 체크 포인트

마지막으로 설계자가 아노다이징을 염두에 두고 도면을 그릴 때, 스스로 던져볼 만한 질문을 몇 가지로 묶어 보겠습니다.

• 이 부품은 아노다이징 후 치수를 기준으로 할 것인가, 가공 치수를 기준으로 할 것인가
• 피막 두께 범위를 대략 어디까지로 생각하고 있는가
• 끼워 맞춤 부위의 간극, 공차는 피막을 고려했는가
• 나사, 접지, 접착 구간 중 피막이 있으면 곤란한 곳은 어디인가
• 외관이 중요한 면과 그렇지 않은 면을 구분해 요구를 다르게 줄 수 있는가

이 질문에 답을 미리 정리해 두고 도면에 반영하면, 제작과 표면처리 단계에서 불필요한 실랑이가 훨씬 줄어듭니다.
아노다이징은 “나중에 표면만 예쁘게 만들어주는 코팅”이 아니라, 처음 설계부터 끼워 넣어야 하는 하나의 공정이기 때문입니다.

 

 

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