Invar 가공 공차: 업체가 유지할 수 있는 수준과 그 비용

작성 Invar Machining editorial team· 수정일 2026년 9월 26일

부품이 Invar라는 이유만으로 모든 형상을 ±0.005 mm로 공차 지정하는 도면은 대개 필요 이상의 비용이 들고, 모든 형상을 느슨하게 두는 도면은 Invar를 쓰는 목적 자체를 달성하지 못하는 부품이 될 위험이 있습니다. Invar 36을 꾸준히 가공하는 업체는 안정적인 부품에서 ±0.01 ~ ±0.025 mm를 일상적으로 유지하며, 몇몇 형상에서는 추가 작업으로 더 엄격하게 갑니다. 어떤 형상이 그 노력을 받을 가치가 있는지, 그리고 도면에 어떻게 적을지를 아는 것이 차이를 만듭니다.

어떤 공차가 현실적인가

황삭, 응력 제거, 정삭을 거친 잘 가공된 Invar 36이나 Super Invar 부품이라면, 업체는 대개 중요 형상에 ±0.01 ~ ±0.025 mm를 견적합니다. 특정 형상, 특히 안정화 사이클을 거친 경우 더 엄격한 공차도 가능하지만 비용과 검사 시간이 늘어납니다. 얇은 단면과 시트에 자주 쓰이는 Alloy 42와 Kovar는 대개 약 ±0.025 mm로 더 보수적으로 공차를 잡는데, 절삭 공정보다 지그와 평면도가 달성 가능한 정밀도를 더 좌우하기 때문입니다.

아래 표는 Invar 36의 형상별 전형적인 달성 가능 값과, 그 값을 얻기 위해 업체가 추가해야 하는 작업을 보여줍니다. 이는 전형적인 수치일 뿐 규격이 아닙니다. 귀사의 형상에서는 업체의 견적이 실제 기준입니다.

형상 종류	전형적으로 달성 가능한 공차	필요한 작업	전형적인 비용 영향
전체 길이/폭, 일반	±0.05 ~ ±0.1 mm	단일 셋업, 일반적인 작업	기준선
구멍 지름, 리밍 또는 보링	±0.01 ~ ±0.02 mm	응력 제거 후 정삭 패스	소폭 증가
기준점 대비 구멍 위치	±0.01 ~ ±0.025 mm	한 셋업에서 정삭, CMM 확인	중간 증가
100 mm 미만 장착면의 평면도	0.005 ~ 0.01 mm	응력 제거 후 정삭 스킴, 안정화, 20 °C CMM	중간 증가
300 mm 이상 면의 평면도	0.01 ~ 0.03 mm	전체 순서, 저응력 지그, 부품별 CMM	큰 증가
두 면 사이의 평행도	0.01 ~ 0.02 mm	두 면 모두 응력 제거 후 정삭, 가능하면 같은 셋업	중간 증가
2 mm 미만 얇은 벽 두께	±0.025 ~ ±0.05 mm	진공 또는 저압 지그, 교대 절삭	큰 증가, 스크랩 위험
작은 형상, 추가 패스	±0.005 mm	추가 패스, 안정화, 부품별 CMM, 스크랩 여유	±0.025 mm 항목의 2 ~ 3배

얇은 벽 부품, 깊은 포켓, 지그 고정점에서 먼 형상은 합금과 무관하게 짧고 잘 지지된 보스보다 느슨한 공차를 갖습니다. 같은 표의 비용 측면은 Invar 36 부품이 비싼 이유에 있습니다.

20 °C 검사와 ISO 1

Invar의 존재 목적은 온도에 따라 크기가 거의 변하지 않는 것이지만, “거의 변하지 않는다”는 “전혀 변하지 않는다”는 뜻이 아닙니다. ISO 1은 형상 규격의 표준 기준 온도를 20 °C로 정하는데, 이는 도면의 모든 치수가 기본적으로 20 °C에서의 치수라는 뜻입니다. 작업장 바닥에서 24 °C로 측정된 부품은 작지만 실제로 그만큼 늘어난 상태입니다. Invar 부품 자체에서는 이 팽창이 매우 작지만, CMM 스케일, 스틸 지그, 알루미늄으로 된 맞물리는 부품에서는 그렇지 않으며, 몇 마이크론 단위로 공차를 잡은 형상에서는 그 차이가 공차 전체와 같을 수 있습니다.

구매자가 챙겨야 할 세 가지는 다음과 같습니다.

• 안정화 시간을 요청하세요. 정밀 Invar 검사 보고서에는 측정 온도와 측정 전에 부품이 실내에 머문 시간이 적혀 있어야 합니다. 몇 킬로그램짜리 부품이라면 몇 시간 정도가 전형적입니다.
• CMM이 어디 있는지 물어보세요. 20 °C 부근으로 온도가 관리된 방에 있는 CMM은 귀사의 입고 검사와 비교 가능한 수치를 줍니다. 작업장 바닥의 CMM은 엄격한 형상에서 그렇지 않습니다.
• 자체 검사가 다른 곳에서 이루어진다면 알려주세요. 부품이 다른 환경으로 배송되어 그곳에서 측정된다면, 보고서에 온도가 있어야 두 수치를 맞춰볼 수 있습니다.

좋은 보고서가 어떤 모습이어야 하는지는 Invar CMM 검사 보고서에 있습니다. 안정화, 기준 온도 등 관련 용어의 정의는 용어집에 있습니다.

Invar에서 중요한 GD&T 항목

대부분의 도면에서 ASME Y14.5를 따르는 기하학적 공차는 Invar 부품에서 특히 더 신경 써야 하는 부분입니다. 세 가지 항목이 Invar 가공 부품의 응력 제거에서 다루는 응력 제거 순서와 직접 연결됩니다.

• 평면도, 장착면이나 기준면에서. 부품의 형태는 로 사이클 중 조금씩 변하므로, 의미 있는 수준의 평면도는 응력 제거 후 정삭 스킴으로 만들어야 하고 부품이 안정된 후 검증해야 합니다. 황삭 후에 측정한 평면도는 최종 인도 부품에 대해 아무것도 알려주지 않습니다.
• 위치, 위치 결정 구멍과 다월 홀에서. 기준면을 먼저 마감한 상태에서, 응력 제거 후 한 셋업에서 모든 구멍을 정삭하여 위치를 유지합니다. 도면의 기준면 구성이 업체의 지그 고정 방식과 일치하는지 확인해 달라고 요청하세요.
• 기준면 사이의 평행도와 직각도. 두 면을 같은 셋업에서 마감할 수 있을 때 비용이 가장 낮습니다. 두 기준면을 서로 다른 셋업으로 강제하는 도면은 비용이 더 들고 정밀도는 낮아집니다.

피해야 할 두 가지가 있습니다. 아무것도 맞물리지 않는 외부 표면에 엄격한 프로파일 공차를 넣지 마세요. “모든 표면 평면도 0.005 이내”처럼 개별 항목 대신 일반 노트를 쓰지 마세요. 그러면 업체는 모든 면에 그 수치대로 가격을 매기거나 무시하게 되는데, 둘 다 좋지 않습니다. 형상, 기준, 수치를 명시적으로 표기하세요.

가장 엄격한 공차가 필요한 형상

엄격한 Invar 공차를 정당화하는 형상은 정렬, 맞춤, 광학 경로 길이를 좌우하는 형상입니다.

• 광학 부품, 센서, 지그의 위치를 정하는 장착면
• 다월, 베어링, 키네마틱 요소를 위치시키는 구멍 지름과 위치
• 후속 조립에 사용되는 기준면의 평면도
• 부품이 Invar인 이유가 되는, 두 장착 형상 사이의 간격

맞춤이나 기능에 영향을 주지 않는 형상, 예를 들어 외곽 프로파일, 맞물리지 않는 엣지, 릴리프 컷은 ±0.1 mm 같은 표준 가공 공차로도 부품 성능에 영향이 없습니다. 소재가 Invar라는 이유만으로 이런 형상을 엄격하게 공차 지정하면 기능적 이점 없이 검사 시간만 늘어납니다.

예시: 온도 범위를 CTE로 환산하기

공차와 소재 선택은 같은 결정을 두 관점에서 본 것입니다. 두 개의 프로브를 위치시키는 가상의 250 mm 계측 지그를 예로 들어 봅시다. 두 프로브의 간격은 총 0.004 mm 안에 유지되어야 하고, 실험실은 20 ± 5 °C로 유지됩니다. 설계자는 예산을 나눕니다: 열적 팽창에 0.002 mm, 가공과 조립에 0.002 mm.

열적 부분이 소재가 가져야 할 CTE를 결정합니다.

필요 CTE = 허용 팽창량 / (길이 × 온도 변화) = 0.002 mm / (250 mm × 5 °C) = 1.6 ppm/°C

아래 표는 전형적인 소재들이 이 기준에 어떻게 부합하는지 보여줍니다. CTE 값은 상온에서의 전형적인 핸드북 값이며, 재질증명서가 실제 기준입니다.

소재	전형적 CTE, ppm/°C	250 mm, 5 °C에서의 팽창	0.002 mm 예산에 부합
6061 알루미늄	23	0.029 mm	아니요
316 스테인리스	16	0.020 mm	아니요
티타늄	8.6	0.011 mm	아니요
Kovar	5.2	0.0065 mm	아니요
Invar 36, 어닐링	1.2 ~ 1.6	0.0015 ~ 0.0020 mm	예, 한계 수준
Super Invar	0.3 ~ 0.6	0.0004 ~ 0.0008 mm	예, 여유 있음

어닐링된 Invar 36은 범위 상단에서 거의 여유 없이 예산에 부합합니다. 이는 도면에 두 가지 결과를 남깁니다. 첫째, 간격에 대한 0.002 mm의 가공 예산은 실제로 존재하며, 응력 제거 후 마감하고 20 °C에서 측정하는 두 프로브 구멍의 위치 공차로 명시해야 합니다. 둘째, 응력 제거는 선택 사항이 아닙니다. 실효 CTE가 더 높은 냉간 가공 표면이라면 열적 팽창이 예산을 넘어설 수 있기 때문입니다. 실험실 범위가 20 ± 10 °C로 넓어지면 필요한 CTE는 0.8 ppm/°C로 낮아지고, 지그는 Super Invar로 옮겨야 하거나 예산 자체를 바꿔야 합니다. 이 트레이드오프는 Invar 36으로 부족할 때에서, 온도 의존성 자체는 Invar 36 CTE와 온도에서 다룹니다.

조립체의 공차 누적

Invar 부품이 다른 소재의 하우징이나 브래킷과 맞물릴 때는, 개별 부품의 공차만이 아니라 CTE 불일치까지 조립체 전체의 공차 누적에 반영해야 합니다. Invar 부품 하나에 엄격한 위치 공차를 주더라도, 맞물리는 알루미늄 부품이 23 ppm/°C로 팽창한다면 온도 범위 전체에서 정렬이 보장되지 않습니다. 100 mm의 볼트 패턴과 10 °C의 변화에서 알루미늄은 0.023 mm 움직이는 반면 Invar는 약 0.0014 mm만 움직이므로, 조인트는 약 0.02 mm의 상대 운동을 허용해야 하며 그렇지 않으면 볼트가 Invar 부품에 하중을 걸어 휘게 만듭니다. 이는 설계 단계의 결정이지만 업체와 일찍 논의할 가치가 있습니다. Invar 부품에서 어떤 형상이 가장 엄격한 관리가 필요한지, 슬롯 홀이나 플렉셔가 더 나은 답인지가 이에 따라 달라지기 때문입니다. 이 불일치는 장기 치수 안정성과도 관련이 있는데, 하중을 받는 조인트는 크리프가 발생하기 때문입니다.

도면 공차 지정을 위한 실무적 접근

1. 맞춤, 정렬, 광학 성능을 좌우하는 두세 형상을 파악하고 그곳만 엄격하게 공차를 지정하세요.
2. 나머지는 ±0.1 mm 같은 일반 가공 공차로 두세요.
3. 엄격한 요구사항은 일반 노트가 아니라 기준을 포함한 GD&T 항목으로 표기하세요.
4. 공차가 약 ±0.02 mm 미만이라면 도면이나 RFQ에 측정 온도(안정화 후 20 °C)를 명시하세요.
5. 황삭과 정삭 사이에 응력 제거를 지정하여, 부품이 움직임을 멈춘 후에 엄격한 형상을 가공하도록 하세요.
6. 도면을 확정하기 전에 업체에 귀사의 구체적인 형상에서 무엇을 유지할 수 있는지 물어보세요. Invar 경험이 있는 업체는 종종 도면상으로는 눈에 띄지 않는, 유지하기 어려운 형상을 짚어줍니다.

RFQ에 적어야 할 내용

같은 도면을 견적하는 두 업체라도 한쪽은 모든 형상에 표준 공차를 가정하고 다른 쪽은 모든 치수를 중요하다고 가정하면 매우 다른 숫자가 나올 수 있습니다. RFQ에 다음을 포함하세요.

• 합금과 규격, 예를 들어 ASTM F1684에 따른 Invar 36
• 중요 형상, 그 공차, 기준 구성
• 나머지 전체에 대한 일반 공차
• 열처리: 황삭과 정삭 사이의 응력 제거, 또는 전체 안정화
• 검사 온도와 중요 형상에 대한 부품별 보고서 필요 여부
• 사용 온도 범위, 업체가 공차와 합금이 서로 맞는지 확인할 수 있도록

이 항목들을 표시하여 RFQ 양식으로 도면을 보내주세요. 도면을 확정하기 전에, 귀사의 형상에서 그 공차가 현실적인지와 가격에 무엇을 더할지 알려줄 수 있는 업체와 매칭해 드립니다.

자주 묻는 질문

참고 자료

• ASTM F1684, Standard Specification for Iron-Nickel and Iron-Nickel-Cobalt Alloys for Low Thermal Expansion Applications
• Wikipedia, Thermal expansion

이 가이드의 수치는 참고용으로 제시된 전형적인 핸드북 값입니다. 실제 판단은 해당 열처리 로트의 재질증명서와 귀사 형상에 대한 업체의 견적을 기준으로 하시기 바랍니다.

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