설계도면에서 ‘기하공차 (Geometric Dimensioning and Tolerancing, GD&T)’ 는 부품의 형상, 위치, 방향 및 흔들림에 대한 허용 오차를 정의하는 기법이에요. 이는 단순한 치수공차 보다 더욱 정밀한 공차 관리가 가능하도록 하며, 부품 간 조립성과 기능성을 보장하는 데 필수적인 요소라고 할 수 있어요.
1. 기하공차 적용하는 이유
1.1. 부품의 조립성 향상
기하공차를 사용하면 부품 간 오차가 축적되는 것을 방지할 수 있어요. 예를 들어, 단순한 크기 공차만 적용할 경우 제조된 부품들이 예상보다 크거나 작아 조립이 어려울 수 있지만, 기하공차를 사용하면 부품 간 결합에 중요한 형상과 위치 관계를 유지할 수 있어요.
1.2. 제조 비용 절감
기하공차를 적절히 적용하면 불필요하게 엄격한 공차를 피할 수 있어 가공비용이 줄어들어요.
예를 들어, 매우 작은 치수공차를 설정하면 고정밀 가공이 필요해 생산비용이 증가하지만, 기하공차를 활용하면 기능에 영향을 주지 않는 한도 내에서 공차를 완화하여 가공성을 개선할 수 있어요.
1.3. 부품의 기능성 보장
부품이 설계 의도대로 작동하려면 기하학적 요소가 중요한 역할을 해요.
예를 들어, 자동차 엔진 내부 부품들은 특정한 방향성을 유지해야만 원활하게 작동할 수 있는데, 기하공차를 사용하면 이러한 요소들을 보다 명확하게 정의할 수 있어요.
1.4. 측정 및 검사 용이성
기하공차는 측정과 검사 과정을 간소화하는 데도 도움이 돼요. 예를 들어, 위치 공차(Position Tolerance)를 사용하면 좌표 측정 기기(CMM)와 같은 장비를 이용하여 보다 쉽게 부품의 정밀도를 검사할 수 있어요.
2. 기하공차의 주요 종류
기하공차에는 다양한 종류가 있으며, 대표적으로 다음과 같은 것들이 있어요.
| 기하공차 종류 | 설명 |
| 형상공차 | 평면도, 원통도, 직진도 등 형상을 유지하기 위한 공차 |
| 위치공차 | 위치, 대칭성, 동심도를 정의하는 공차 |
| 자세공차 | 평행도, 직각도, 기울기를 규정하는 공차 |
| 흔들림 공차 | 원주 흔들림, 온 흔들림과 같이 회전 부품의 흔들림을 제어하는 공차 |
이러한 공차를 적절히 사용하면 설계의 정밀도를 유지하면서도 제조 공정에서 발생할 수 있는 오차를 효과적으로 관리할 수 있어요.
3. 기하공차 활용한 실무 사례
기하공차는 다양한 산업에서 광범위하게 활용되고 있어요.
예를 들어, 아래와 같이 실무에서 활용되고 있습니다.
- 자동차 산업: 엔진 부품의 조립성을 높이고, 진동 및 소음을 줄이기 위해 기하공차를 사용해요.
- 항공우주 산업: 항공기 부품의 정밀한 결합을 위해 미세한 위치 공차와 흔들림 공차를 적용해요.
- 전자제품 제조: 스마트폰이나 반도체 부품에서 미세한 공차를 유지해야만 정확한 기능이 보장돼요.
4. 결론
설계도면에 기하공차를 넣는 것은 단순히 치수를 명확하게 정의하는 것을 넘어서, 부품의 기능성과 조립성을 보장하고 제조 비용을 최적화하는 중요한 과정이에요. 특히 정밀 제조가 요구되는 산업에서는 기하공차의 적절한 적용이 제품 품질을 결정짓는 핵심 요소라고 할 수 있어요.
5. 참고자료
- ASME Y14.5-2018 – Geometric Dimensioning and Tolerancing
- ISO 1101:2017 – Geometrical Product Specifications (GPS)
- “GD&T: Application and Interpretation” – Bruce A. Wilson