[논문]세척 공정 품질 향상을 위한 장비 구조 개선

남규동; 한대성; 이일환

[국내논문] 세척 공정 품질 향상을 위한 장비 구조 개선
Design Alterations of a Machine Structure for the Improved Washing Quality 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.3, 2019년, pp.88 - 92

남규동 (금오공과대학교 기계시스템공학과) , 한대성 (금오공과대학교 기계시스템공학과) , 이일환 ((주)티브이에스)

Abstract ▼ AI-Helper

Automotive industry requires high technologies to stabilize apparatuses for the EGR valve manufacturing. Vibrations of washing machine are one of the most critical factors for causing unwashed products, which are the main reasons of the defects.In this study, the structure of the washing machine was analyzed through the experiment and the computer simulation to investigate the main reasons of the vibrations, and further to alter the design for the improved stability. And the design alterations were applied to the machine to identify the effects of those alterations.The result of the study shows that design alterations of the washing machine can effectively suppress about 85% of the vibrations, and further can minimize the unwashed EGR valve.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 EGR(Exhaust gas recirculation) Valv 절삭가공 후 발생되는 Burr, Chip 등을 제거하기 위한 세척장비의 구조개선을 통한 진동억제를 목표로 한다. EGR Valve는 자동차 엔진의 배기가스를 재순환시키는 장치로써 연비를 향상시키는데 사용되고 있다.
본 연구는 EGR valve 세척 장비의 안정화를 통한 진동 억제로 가공 정도 및 품질 향상을 목표로 진행되었다. 진동 분석 실험과 Computer simulation을 통해 장비 동특성을 분석하고 진동의 주된 원인을 파악하였다.
본 연구는 세척 장비의 진동 확대에 영향을 미치는 원인을 분석하고, 그 결과를 바탕으로 장비의 진동을 억제하기 위한 안정화 설계안을 도출하여 장비 안정성을 확보하고 세척 공정의 품질을 높일 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

넷째, 장비 전체의 안정성 향상 및 고유진동수 증가를 위해 Frame의 높이를 축소하고 상부에 위치한 Panel, Opbox, Air system 등 하부로 위치 변경하였다. 1, 2, 3차의 고유진동수는 29.62, 90.98, 40.01Hz로 고유진동수가 크게 증가하였으나 1차와 2차 고유진동수가 공진역역에 포함되어 추가 설계 개선을 진행하였다.
02Hz)가 장비의 주요 가진 원인인 급수펌프의 작동속도영역(20Hz) 내에 존재하여 공진 발생으로 인해 진동이 발생하는 것을 확인하였다. 1, 2차 고유진동수에서 장비의 Mode shape은 전면부 Frame에서부터 장비 전체가 전∙후, 좌∙우로 Bending 하는 형태이고 이를 보완하는 설계안을 다음과 같이 적용하였다.
1차와 2차 고유진동수의 공진에 따라 Frame의 전/후면부에 삼각대를 적용하여 앞/뒤로 진동이 발생되는 부분의 강성을 높여 고유진동수를 증가시키는 추가 설계안을 적용하였다. 삼각대는 길이 100mm, 높이 1,400mm, 두께 60t, 4도의 각을 가지도록 설계하였다.
Fig. 9에 a와 같이 Frame을 지지하는 하부 지지대를 추가로 설치하고, b와 같이 하부 Frame의 강성을 높여주는 보강대를 추가하여 1, 2차 고유진동수를 증가시켜 급수펌프와의 공진을 회피할 수 있도록 설계 개선하였다.
강성은 구조물의 길이에 세제곱에 반비례하여 증가하므로 장비 전체의 안정성 향상 및 고유진동수 증가를 통한 공진 회피를 위해 Fig. 10과 같이 장비의 높이 축소 및 상부에 위치한 Panel, Op box, Air system 등 하부로 위치 변경하였다.
구조물이 가지는 진동 특징과 형태를 분석하기 위하여 구조물의 각각의 부위들과 전체에 대한 진동 형태를 유한요소해석의 결과를 통해 규명하여 Simulation 결과가 실험 결과와 일치하는지를 확인한다. 구현된 Simulation model은 Fig.
넷째, 장비 전체의 안정성 향상 및 고유진동수 증가를 위해 Frame의 높이를 축소하고 상부에 위치한 Panel, Opbox, Air system 등 하부로 위치 변경하였다. 1, 2, 3차의 고유진동수는 29.
다섯째, 앞/뒤로 진동이 발생되는 부분의 강성을 높이기 위해 Frame의 전/후면부에 삼각대를 적용하였다. 1, 2, 3차의 고유진동수는 32.
1차와 2차 고유진동수의 공진에 따라 Frame의 전/후면부에 삼각대를 적용하여 앞/뒤로 진동이 발생되는 부분의 강성을 높여 고유진동수를 증가시키는 추가 설계안을 적용하였다. 삼각대는 길이 100mm, 높이 1,400mm, 두께 60t, 4도의 각을 가지도록 설계하였다.
실험과 Simulation을 통해 도출된 장비의 동특성을 바탕으로 문제점을 분석하고 이를 해결할 수 있는 설계 개선안들을 도출한다. 그리고 도출된 개선안을 Simulation 모델에 적용한 후 개선안에 따른 효과를 확인하여 최적화된 설계 개선안을 확정한다[6~8].
진동 분석 실험과 Computer simulation을 통해 장비 동특성을 분석하고 진동의 주된 원인을 파악하였다. 이를 바탕으로 공진회피를 위한 설계 개선안을 설정하였으며 Computer simulation에 적용하여 설계 개선안의 효과를 검증하는 과정을 거쳐 최종 설계안을 도출하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
장비의 진동 원인 분석을 위하여 주파수분석 실험을 진행하여 구조물의 고유진동수와 진동형을 파악한다. 진동 분석 실험에서 사용된 실험 장비의 사양 및 준비 상태는 아래의 Fig.
본 연구는 EGR valve 세척 장비의 안정화를 통한 진동 억제로 가공 정도 및 품질 향상을 목표로 진행되었다. 진동 분석 실험과 Computer simulation을 통해 장비 동특성을 분석하고 진동의 주된 원인을 파악하였다. 이를 바탕으로 공진회피를 위한 설계 개선안을 설정하였으며 Computer simulation에 적용하여 설계 개선안의 효과를 검증하는 과정을 거쳐 최종 설계안을 도출하였다.

성능/효과

다섯째, 앞/뒤로 진동이 발생되는 부분의 강성을 높이기 위해 Frame의 전/후면부에 삼각대를 적용하였다. 1, 2, 3차의 고유진동수는 32.74, 42.40, 58.86Hz로 고유진동수가 증가하였으며, 1차와 2차 고유진동수의 공진도 회피하였다.
6% 상승하여 공진 구간을 완전히 벗어났으며 장비 전체적인 강성 강화로 3차 고유진동수도 상승하였다. 그 결과 장비에서 발생하는 진동이 85.1% 감소하는 것을 확인하였다.
둘째, 진동분석 결과 장비의 진동 발생 원인은 1차, 2차 고유진동수(18.51Hz, 22.02Hz)가 장비의 주요 가진 원인인 급수펌프의 작동속도영역(20Hz) 내에 존재하여 공진 발생으로 인해 진동이 발생하는 것을 확인하였다. 1, 2차 고유진동수에서 장비의 Mode shape은 전면부 Frame에서부터 장비 전체가 전∙후, 좌∙우로 Bending 하는 형태이고 이를 보완하는 설계안을 다음과 같이 적용하였다.
Table 7은 개선안 #1, #2, #3을 모두 적용한 최종 개선안의 고유진동수를 정리한 것이다. 설계 개선안 적용을 통해 공진이 문제되었던 1, 2차 고유진동수가 각각 76.9%, 92.6%, 상승하여 공진을 완전히 회피하였다.
셋째, 하부의 지지대 보강을 통해 장비 전체의 강성을 높여 1차, 2차 고유진동수를 증가시켜 급수펌프와의 공진을 회피시키려 하였으나 1, 2, 3차의 고유진동수가 19.79, 22.21, 26.54Hz로 미세하게 상승하여 여전히 공진 영역에 존재하여 지지대 보강 설계안은 적용하지 않았다.
과 같다. 실험과 Simulation의 오차는 3.0% 이하로 모델링이 실제 장비의 동특성을 잘 반영하고 있음을 알 수 있다.
앞서 장비의 동특성 분석과정에서 파악된 구조적 문제점을 개선하기 위하여 강성을 높이고 불필요한 높이를 축소하여 고유진동수를 상승시켜 급수펌프 작동속도와의 공진을 피하고 Frame의 강성을 강화한 결과 기존 장비에서 발생하는 진동을 85.1% 억제시켰다.
여섯째, 설계개선안 적용을 통해 공진이 문제되었던 1, 2차 고유진동수가 각각 76.9%, 92.6% 상승하여 공진 구간을 완전히 벗어났으며 장비 전체적인 강성 강화로 3차 고유진동수도 상승하였다. 그 결과 장비에서 발생하는 진동이 85.
첫째, 대상 장비의 주파수분석실험과 Computer simulation 결과를 비교한 결과 오차는 3.0% 이하로 Simulation이 실제 장비의 동특성을 잘 반영하고 있으며 Simulation을 통한 분석은 타당성이 있음을 확인하였다.
추가 설계 개선안을 적용한 결과 Table 6과 같이 1차 32.74Hz, 2차 42.40Hz, 3차 58.86Hz로 고유진동수가 증가하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	EGR Valve란 무엇인가?	본 논문은 EGR(Exhaust gas recirculation) Valv 절삭가공 후 발생되는 Burr, Chip 등을 제거하기 위한 세척장비의 구조개선을 통한 진동억제를 목표로 한다. EGR Valve는 자동차 엔진의 배기가스를 재순환시키는 장치로써 연비를 향상시키는데 사용되고 있다. 2021년 1월 적용될 RDE(Real drive emission) 2단계(NOx 적합성 계수 1.
	EGR Valve는 무엇으로 나뉘는가?	5)를 위해 국내 자동차 업체들의 엔진 효율성 및 연비 개선이 시급하며, 연비 개선을 위해 EGR Valve가 적용된 엔진 개발 및 생산량이 증가하고 있다. EGR Valve는 가공 공정, 세척 공정, 검사 공정으로 나뉘는데, 가공 후 발생되는 Burr, Chip 등이 세척 공정에서 제거된다. 세척 공정에서 미세척이 발생 될 경우 Burr나 Chip 등이 EGR Valve 내에서 흡착 현상이 발생하여 배기가스가 순환하는 투입/배출구가 막혀 EGR Valve가 미작동되는 중대한 불량의 원인이 된다.
	EGR Valve 공정 중 세척 공정에서 미세척의 발생 원인은 무엇인가?	세척 공정에서 미세척이 발생 될 경우 Burr나 Chip 등이 EGR Valve 내에서 흡착 현상이 발생하여 배기가스가 순환하는 투입/배출구가 막혀 EGR Valve가 미작동되는 중대한 불량의 원인이 된다. 미세척에는 여러 가지 요인들이 있으나 노즐에서 분사되는 세척액이 장비 진동에 의해 목표지점으로 도달되지 않아 정확한 세척이 이루어지지 않는 것이 주요 요인이다.

참고문헌 (12)

Han Joong Cho and Seung Hoon Ro, 1999, "Effect of Design Parameters on the Variation of Natural Frequencies of the Uniform and the Nonuniform Cantilever Beams,"Transaction of the KSME, A, Vol.23, No.4, pp.697-708.
Ro, S. H., 2013, Mechanical Vibrations with Applications, Chaosbook, pp. 22-58, 219-223.
Demeter G.Fertis, 1995, Mechanical and Structural Vibration, John Wiley & sons, Inc., New York, pp.197-241.
Seung Hoon Ro, Han Joong Cho, and Eun Hwan Choi, 2000, "Analysis of the Free Vibrations of Rectangular Plates Using Database," Transaction of the KSME, A, Vol.24, No.8, pp.1978-1990.
D.J.Inman Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1989, Vibration with Control Measurement and Stability.
W.Weaver, Jr., S.P.Timoshenko, and D.H.Young Wiley, New York, 1990, Vibration Problems.
D.J Inman, Wiley, Chichester, U.K., 2006, Vibration and Control.
Jae-Woo An, 2010, Optimum Design of a Eco-Friendly Servo Press for the Improved Pressing Accuracy, pp.13-47.
Moon-Hyung Lee, 2008, Structural Design of Universal Cylindrical Grinder for the Improved Stability, pp.2-28.
Yun-Ho Shin, 2016, Design optimization of a hydraulic press structure for the improved precision machining, pp.4-27.
Ro, S. H., and Park, Y. R., 2015, Stability Design of a Laser Cutter for the Strengthened Glass, Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 14, No. 1, pp.19-25.
Shin, H. B., and Ro, S. H., 2017, Design Alterations of a Squaring & Grinding Machine for the Solar Cell Wafer to Suppress Vibrations, Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 16, No. 3, pp.25-30.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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