[논문]고효율 사출성형기의 에너지 절감 및 성형 재현성 연구

황철진; 김종선; 정철; 안희정; 허영무; 김종덕; 윤경환

doi:10.5228/kspp.2008.17.8.662

문제 정의

성형기이다. 본 논문에서의 실험은 이러한고효율 하이브리드 사출성형기의 개발을 목적으로 에너지 절감과 성형 재현성 연구에 중점을두었다. 또한 기존의 유압식 사출성형기와 비교하기 위해 고효율 하이브리드 사출성형기와 동일한 사양(llOton)의 유압식 사출성형기((주)선우중공업, MMCU110)를 이용하여 전력 측정 실험을 수행하였고, 동일한 사출성형조건으로 사출 성형된 성형품의 무게 측정을 통하여 고효율 하이브리드 사출성형기의 성형 재현성 확인 실험을 수행하였다.

제안 방법

본 논문에서의 실험은 이러한고효율 하이브리드 사출성형기의 개발을 목적으로 에너지 절감과 성형 재현성 연구에 중점을두었다. 또한 기존의 유압식 사출성형기와 비교하기 위해 고효율 하이브리드 사출성형기와 동일한 사양(llOton)의 유압식 사출성형기((주)선우중공업, MMCU110)를 이용하여 전력 측정 실험을 수행하였고, 동일한 사출성형조건으로 사출 성형된 성형품의 무게 측정을 통하여 고효율 하이브리드 사출성형기의 성형 재현성 확인 실험을 수행하였다.
쿠션은 사출이 종료된 이후 스크류의 위치 허용구간으로, 보압의 전달에 있어 중요한 요소로 작용한다. 매 싸이클(cycle)마다 쿠션위치가 일정하다는 것은 보압을 일정하게 줄 수 있다는 것을 의미하며 사출성형기의 위치 조절 성능을 알 수 있는 기본적인 요소이므로, 사출성형기의 성형 재현성 평가를 위한 기준으로 사용하였다.
본 실험에서는 고효율 하이브리드 사출성형기의에너지 절감 확인과 성형 재현성을 확인하기 위하여 하이브리드 사출성형기와 동일한 사양(110 ton) 의 유압식 사출성형기를 이용하여 동일한 성형조건, 동일한 전력 측정 방법으로 실험하였고, 그 결과들을 비교하여 아래와 같은 결론을 얻게 되었다.
본 실험은 고효율 하이브리드 사출성형기((주)선우중공업)의 에너지 절감 확인을 위해 실제 사출성형품의 양산공정과 같은 사출 성형 과정으로성형 실험하면서 전력측정을 통한 소비 전력 특성을 파악하고, 동일한 형체력(llOton)의 유압식사출성형기(주)선우중공업, MMCH₁₁0) 와 도광판형태의 사각판 금형을 이용하여 동일한 성형조건으로 성형하였으며, 동일한 전력 측정방법으로 전력 측정 실험을 수행하였다.
사줄 성 형된 성 형품의 불량(미성형 : short shot, 수축: shrinkage, 휨: warpage, 흐름자국: flow mark등) 확인을 위해 육안식별평가를 수행하였으며, 성 형품의 사진을 Fig. 8 에 나타내었다.
성형 재현성의 평가는 두 부분으로 나누어서수행하였다.
4(c)에 성형품의 크기를 나타내었다. 전력소모량 측정은 위 에서 설명 한 성 형 조건으로 두 시간 동안 성형하면서 분당 전력소모량과 누적 전력소모량을 측정하였고, Fig. 5에 측정 개략도를 나타내었다.
첫째는 cushion(이하 쿠션) 위치 데이터 분석을 통한 사출성형기 자체의 성형 재현성 평가이다. 쿠션은 사출이 종료된 이후 스크류의 위치 허용구간으로, 보압의 전달에 있어 중요한 요소로 작용한다.

대상 데이터

본 논문에서 사용한 고효율 사출성형기는 기존유압식 사출성형기의 구동부에 “회전수 조절형 사출 성형기 유압장치[5]”를 응용한 하이브리드 사출성형 기((주)선우중공업)이다. 기존 유압식 사출성형기의 구동부는 3상 유도 전동기(l, 200RPM)와정토출 유압펌프를 사용하며, 형개.
본 논문의 실험에서 사용한 고효율 하이브리드 사출성형기((주)선우중공업)는 기존의 유압식사출성형기의 구동부에 “회전수 조절형 사출 성형 기 유압장치 [5]”를 응용한 하이 브리 드 타입 의사출 성형기이다. 본 논문에서의 실험은 이러한고효율 하이브리드 사출성형기의 개발을 목적으로 에너지 절감과 성형 재현성 연구에 중점을두었다.
재현성 평가이다. 성형 재현성 평가에 사용한 성형품은 성형 실험 시 성형조건의 안정화 후(성형시작 30분 후의 무작위 추출한 30개)의 것이다.

성능/효과

(1) 고효율 하이브리드 사출성형기의 경우 유압식 사출성형기와는 달리 구동부의 유압장치를 가변피스톤펌프로 채택하여 소비전력량이 유압식 사출성형기에 비해서 현저하게 감소하는 결과(약 62% 절감)를 얻게 되었다.
(2) 고효율 하이브리드 사출성형기의 성형 재현성은 성형품의 무게 측정을 통하여 각각의 평균과 표준편차를 비교한 결과 유압식 사출성형기의 성형재현성과 동일한 수준이라는 결과를 얻게 되었다.
6(a)와 Fig. 6(b)를 비교해 보면, 고효율 하이브리드 사출성형기의 경우, 유압장치의 구동부에서 사출이나 형폐를 위한 동작 등 실제로 유압이사용되는 공정에서만 서보모터에 의해 경사진판의 각 조절로 유압을 형성하고, 제어하는 특징때문에 모터를 켜놓더라도 실제 사출이 진행되지 않으면 전력이소비되지 않는 것을 확인할 수있었고, 일반 유압식 사출성형기(주)선우중공업, MMCH₁₁0)의 경우 구동모터의 전원을 켜놓기만하더라도 전력이 소비되는 특성을 확인할 수 있었다.
유량의 조절은 경사판의 각을 조절하며, 경사판의 각은 발생되는 압력의 크기를 결정한다. 특호], 고속의 회전수에서는 유량의 증가로 경사판이 수직에 가까워지며, 수직에 가까워진 경사판에 의해 피스톤의 왕복 운동 시 압축비가 줄어들게 되어 저압이 발생하게 되고, 저속의 회전수에서는 유량의 감소로 경사판의 각이 Fig. 3의 그림에서처럼 작아지게 되고, 작아진 경사판의 각에 의해피스톤의 왕복 운동 시 압축비가 커지게 되어 고압이 발생된다. 즉, 사출성형기의 구동 특성(고속저압, 저속고압 동작)을 구현하기에 적절한 동작이다.
Table 1은 사출 성형 실험을 수행하는 동안 측정된 전체 전력소모량의 적산 값을 나타내는 결과이다. 하이브리드 사출성형기는3, 654Wh, 유압식 사출성형기는 9, 508Wh 가 소모되는 것으로 측정되었으며, 유압식 사출성형기의 전력소모량을 100%로 하였을때, 하이브리드 사출성형기의 전력소모량은 38.4% 수준으로 유압식사출성형기에 비해 하이브리드 사출성형기의 뛰어난 에너지 절감효과(약 62% 절감)를 확인할 수 있는 결과를 얻게 되었다.

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