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문제 정의
- 본 논문에서는 CAE와 실험계획법을 이용하여 대형사출 물의 품질과 관련된 중요 인자들의 조건을 더 나은 방향으로 제시하려 한다. 1차 실험계획을 통해 제품에 미치는 주효과 (main effects)를 평가하고, 2차 실험계획에 사용될 인자들은 선택한다.
- 성형해석이 완료한 후 결과를 분석하기 위해서는 분석에 필요한 평가값을 선정해야 한다. 본 논문에서는 금형 제작이후 제품 품질 안정화 단계에서 수행할 수 있는 생산성 향상 측면을 고려하였다. 생산성과 관련된 성형해석 결과값은 사출시간(R, fill time), 최대 사출압(Pg<, maximum injection pressure), 형체력(Cr, clamp force)등이 있다.
- 본 논문은 자동차 범퍼의 사출성형에 영향을 미치는 성형 조건 인자의 영향력을 성형해석을 통해 분석하였다. 이 과정에서 체계적이고 분석을 위해 두 가지 실험 계획법을 이용하여 실험을 설계하였다.
- 본 논문은 효율적인 사출공정을 위한 방안을 수립하는데 있다. 이를 위해 제품의 품질과 생산성에 영향을 주는 생산 과정에서의 인자들을 선정하여 그 인자의 주효과를 비교하였다.
제안 방법
- 본 논문에서 냉각수 온도, 핫 런너 온도, 냉각 시간이 특 성치에 주는 주효과에 영향력이 작아 2차 실험계획에서 제거 하기로 하였다. 그러나 냉각시간은 사이클 타임에 중요한 영향을 미치는 요소이므로 성형해석을 통해 최적의 시간을 선 정하였다. 수지 냉각으로 게이트가 제품 취출 온도에 도달하 면 더 이상의 냉각이 필요하지 않으므로 보압이후 그 시간까 지를 냉각시간으로 정하면 될 것이다.
- 1차 실험계획을 통해 제품에 미치는 주효과 (main effects)를 평가하고, 2차 실험계획에 사용될 인자들은 선택한다. 그리고 2차 실험계획은 현장에서 금형 온도차의 변동으로 인해 발생하는 문제를 다구찌 기법의 강건 설계를 통해 현재에 가장 적적한 조건을 선정하였다.
- 그리고 대형 사출물인 자동차 범퍼를 사용함으로써 양산 과정에서 대형사출물에 대한 CAE와 실험계획법의 적절한 적용 예를 제시하였다. 인자의 영향도 평가와 최적설계를 통해 현재 생산되고 있는 조건보다 최적조건을 제시하였다.
- 사출시간은 사이클 타임과 밀접한 관련이 있는 부분이어서 특성치로 선정 하였다. 그리고 최대 사출압과 최대 형체력은 사출기에 관련된 전형적인 생산성 평가 항목으로 낮게 유지하면서 최적의 사출을 수행 한다면 성형성과 생산성 측면을 모두 끌어올릴 수 있는 요소들이므로 특성치로 선정하였다.
- 첫 번째로 요인배치법의 하나인 부분요인법을 이용하여 생산성과 품질에 복합적인 영향을 주는 여러 사출성형 인자 들의 영향도와 각 인자들의 교호작용을 평가하였다. 두 번째로 다구찌 방법을 이용하여 양산과정에서 제품 트러블 요인 중에 하나인 금형 온도차에 대해 영향력을 적게 하는 강건 설계를 실시하였다.
- 본 논문에서 냉각수 온도, 핫 런너 온도, 냉각 시간이 특 성치에 주는 주효과에 영향력이 작아 2차 실험계획에서 제거 하기로 하였다. 그러나 냉각시간은 사이클 타임에 중요한 영향을 미치는 요소이므로 성형해석을 통해 최적의 시간을 선 정하였다.
- 부분 요인법은 반복횟수를 m, 부분화 정도를 q라 했을 때 실험횟수는 Nfactionai=m(nl)k-q 이며(3), 분석도 IV이상의 실험을 위해 총 32회의 실험을 실시하였다. 실험 계획된 조건배 치로 성형해석을 실시하였고, 그 중 3번째 실험에서 미성형 (short shot)이 발생한 것 이외에는 모든 조건에서 무리 없이 성형해석이 수행되었다.
- Table 3은 현장에서 사용하는 사출기의 사양을 나타낸 것이다. 사출기는 최대 형체력(Clamp force)과 형체기구 구조를 기준으로 분류하는데, 실험에 사용한 사출기는 최대 형체 력이 3, 500ton이며, 2 Plate식의 형체기구를 사용한다.
- 생산성과 관련된 성형해석 결과값은 사출시간(R, fill time), 최대 사출압(Pg<, maximum injection pressure), 형체력(Cr, clamp force)등이 있다. 사출시간은 사이클 타임과 밀접한 관련이 있는 부분이어서 특성치로 선정 하였다. 그리고 최대 사출압과 최대 형체력은 사출기에 관련된 전형적인 생산성 평가 항목으로 낮게 유지하면서 최적의 사출을 수행 한다면 성형성과 생산성 측면을 모두 끌어올릴 수 있는 요소들이므로 특성치로 선정하였다.
- , D2, E3, F3, 이이고, b)에서는 Al, Bl, Cl, DI, E2, F2, G3이고, c)에서는 Al, B2, Cl, D2, E3, F3, G3이다. 선택된 최적조건을 이용하여 다시 성형해석을 하였다.
- 부분 요인법은 반복횟수를 m, 부분화 정도를 q라 했을 때 실험횟수는 Nfactionai=m(nl)k-q 이며(3), 분석도 IV이상의 실험을 위해 총 32회의 실험을 실시하였다. 실험 계획된 조건배 치로 성형해석을 실시하였고, 그 중 3번째 실험에서 미성형 (short shot)이 발생한 것 이외에는 모든 조건에서 무리 없이 성형해석이 수행되었다.
- 온도에 관련된 요인들을 평가하기 위한 특성치는 온도에 영향을 많이 받아 제품의 치수정밀도나 변형에 영향을 주는 부분을 평가하기 위해 제품의 수축률(Sr, shrinkage)을 선정 하였다. 수축률은 수지, 금형, 냉각수, 러너 온도의 영향을 평가하는 중요 기준이 된다.
- 본 논문은 자동차 범퍼의 사출성형에 영향을 미치는 성형 조건 인자의 영향력을 성형해석을 통해 분석하였다. 이 과정에서 체계적이고 분석을 위해 두 가지 실험 계획법을 이용하여 실험을 설계하였다.
- 이 두 가지 실험계획에 의한 성형해석을 통해 제품에 영향을 미치는 주요인자를 선정하고, 잡음인자에 대한 강건 설계 를 동시에 할 수 있었다. 이것은 각 실험계획법이 가지고 있는 장 .
- 인자의 영향도 평가와 최적설계를 통해 현재 생산되고 있는 조건보다 최적조건을 제시하였다. 이 조건은 CAE와 실험계획을 통해 산출하였고, CAE검증과 현 장검증 시사출을 실시하였다. 그 결과로 성형 해석을 통해 냉각시간을 기존보다 5초 단축하여 사이클 타임을 줄였고, 사출압과 수축률이 80.
- 본 논문은 효율적인 사출공정을 위한 방안을 수립하는데 있다. 이를 위해 제품의 품질과 생산성에 영향을 주는 생산 과정에서의 인자들을 선정하여 그 인자의 주효과를 비교하였다. Table 4는 1차 실험계획에 선정된 인자로, 앞에서 제시한 특성치에 영향을 미치면서 사출성형에서 조절이 가능한 대부분의 요인들이다.
- 잡음 인자인 금형 온도차를 5℃와 8℃의 2수준으 로 설정하여 총36회의 성형해석을 실시하였다. 이를 평가하기위한 특성치로는 제품에 미치는 온도와 압력에 영향을 평가할 수 있고 금형온도차의 영향을 평가할 수 있는 수축률 (&)과 성형성을 평가할 수 있는 최대 사출압(Pmax)으로 선정 하였다.
- 수축률은 수지, 금형, 냉각수, 러너 온도의 영향을 평가하는 중요 기준이 된다. 이상의 4개의 특성치를 기준으로 영향력 있는 인자를 선정하여 주효과(main effect)를 평가하였다.
- 그리고 대형 사출물인 자동차 범퍼를 사용함으로써 양산 과정에서 대형사출물에 대한 CAE와 실험계획법의 적절한 적용 예를 제시하였다. 인자의 영향도 평가와 최적설계를 통해 현재 생산되고 있는 조건보다 최적조건을 제시하였다. 이 조건은 CAE와 실험계획을 통해 산출하였고, CAE검증과 현 장검증 시사출을 실시하였다.
- 온도 분포에 따라 수축률이 불균일하여 제품 변형이 발생하는데 금형 온도차의 변화가 그것에 영향을 미치기 때문이다. 잡음 인자인 금형 온도차를 5℃와 8℃의 2수준으 로 설정하여 총36회의 성형해석을 실시하였다. 이를 평가하기위한 특성치로는 제품에 미치는 온도와 압력에 영향을 평가할 수 있고 금형온도차의 영향을 평가할 수 있는 수축률 (&)과 성형성을 평가할 수 있는 최대 사출압(Pmax)으로 선정 하였다.
- 첫 번째로 요인배치법의 하나인 부분요인법을 이용하여 생산성과 품질에 복합적인 영향을 주는 여러 사출성형 인자 들의 영향도와 각 인자들의 교호작용을 평가하였다. 두 번째로 다구찌 방법을 이용하여 양산과정에서 제품 트러블 요인 중에 하나인 금형 온도차에 대해 영향력을 적게 하는 강건 설계를 실시하였다.
대상 데이터
- 2차 실험계획은 다구찌 기법 (taguchi's method)을 이용하여 설계하였고 인자는 총 8개이 고 그 중 1개의 인자는 에러(error)로 선정하였다. 8개의 인 자로 다구찌 기법에서 가장 많이 쓰고 있는 직교배열표 Li8(2xJ)를 사용했고也 이 경우 실험 회수는 18회 이며 2수 준 인자1개와 3수준 인자 7개로 결정된다.
- 성형해석과 시험사출에 사용된 수지는 HE-362P(Honam Petro- chemical Company)이다. 열가소성수지로 내마모, 내 오일, 내약품성이 우수하며 특성은 Table l 과 같다.
- Table 5는 각 인자들의 수준수와 각 수준에 따른 값들을 보여주고 있다. 잡음인자는 현재 생산에서 주위 환경요소에 영향을 많이 받는 요소인 금형온도차로 선정했다. 현재 생산 공정중에 오전과 오후에 금형의 온도를 변경해주고 있고 그 온도는 고정측과 가동측이 각각 다르다.
이론/모형
- 1차 실험계획에서 주효과의 영향도를 평가하여 2차 실험 계획의 인자들을 선정했다. 2차 실험계획은 다구찌 기법 (taguchi's method)을 이용하여 설계하였고 인자는 총 8개이 고 그 중 1개의 인자는 에러(error)로 선정하였다. 8개의 인 자로 다구찌 기법에서 가장 많이 쓰고 있는 직교배열표 Li8(2xJ)를 사용했고也 이 경우 실험 회수는 18회 이며 2수 준 인자1개와 3수준 인자 7개로 결정된다.
- 이 특성치는 다구찌 기법의 Sign이-TcnNoise 비를 사용해 품질 특성을 분석하였다. 두 특성치 모두 작을 수록 좋은 계수치 망소 특성을 가지므로 SN비 공식은
성능/효과
- 37로 a)의 경우보다 2배 정도 걸렸다. c)의 경우는 최대 사출압과 수축률이 8O.3OMPa, 3.88%로 가장 적절하였으며, 현재 조건 보다 우수한 결과를 나타냈다.
- 이 조건은 CAE와 실험계획을 통해 산출하였고, CAE검증과 현 장검증 시사출을 실시하였다. 그 결과로 성형 해석을 통해 냉각시간을 기존보다 5초 단축하여 사이클 타임을 줄였고, 사출압과 수축률이 80.30MPa, 3.88%로 현재조건보다 우수 함을 알 수 있었고 더불어 현장적용에 가능성을 제시하였다.
- 그림에서 볼 수 있듯이 수축률 SN의 경우 F, E, G, B 인자 순으로 영향을 미치고, 최대 사출압 SN2 의 경우 G, C, B, D 인자 순으로 영향을 미친다. 그리고 두 SN비의 합은 F, E, C, G 인자 순으로 영향력을 가지는 것으로 나타났다. 이런 결과는 Table 6에서 확연히 알 수 있다.
- 수축률에 관련된 인자들의 주효과는 역시 보압시간, 보압 압력, 수지온도가 가장 큰 것으로 나타났다. 특히 보압 압력이 높을수록 강력하게 압축하여 수지 수축량을 보충해주며 수지가 충분히 고화할 때까지 보압을 해주는 것이 수축률을 최소화하는 역할을 하는 것으로 보인다.
- 전체적으로 주효과의 영향을 평가하면 수지온도가 특성치에 가장 큰 영향을 주고 사출위礼 사출속도, V/P 절환, 보압 시간, 보압압력이 각각의 특성치에 영향력이 있는 것으로 판단된다. 그 이외에 인자는 특성치에 따라 약간에 경향 차이를 보일뿐 전 특성치에 대해서 영향력이 적은 것으로 나타났다.
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