[논문]자동차 현가장치용 Rubber Bushing 부품의 신뢰성 향상

정원; 권영호; 윤신일; 조현종

자동차 현가장치용 Rubber Bushing 부품의 신뢰성 향상 원문보기

정원 (대구대학교 산업시스템공학과) , 권영호 (에나인더스트리) , 윤신일 (에나인더스트리) , 조현종 (에나인더스트리)

차량의 충격과 진동을 완화하고 링크의 조정역할을 하는 Rubber Bushing제품의 내구성이 약하게 되면 Control arm에서의 이탈사고나 차량의 떨림, 소음으로 인한 고객 불만이 발생하게 된다. 따라서, 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 Rubber Bushing에 대한 내구성, 정특성, 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구의 목적은 Rubber Bushing을 개발하는데 있어서 종전의 재료설계, 형상설계 및 공정설계에 대한 분석을 행하고, 실험계획법(DOE)을 활용하여 가장 적은 샘플의 시험으로 최적의 설계요소를 찾아내는 방법을 연구하는데 있다. Bushing의 품질특성이 재료, 형상 및 공정에서 어떠한 조건을 가질 때 특성치가 가장 높은 바람직한 반응을 얻을 수 있는 가를 연구하여 최적반응 조건을 결정하고자 한다.

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문제 정의

본 연구의 목적은 자동차 Rubber Bushing 제품을 개발하는데 있어서 종전의 재료설계, 형상설계 및 공정설계에 대한 분석을 행하고, 실험 계획 법(Design of Experiment)을 활용하여 가장 적은 샘플의 시험으로 최적의 설계요소를 찾아내는 방법을 개발하는데 있다. 설계단계에서의 실험계획 법 활용기술은 중소기 업 에서 제품개발기간에 시험 데이터 분석에 대한 표준화를 이루는데 도움이 되며, 결과적으로 부품의 품질특성을 개선하고, 개발기간은 단축할 수 있게 될 것이다.

가설 설정

·많은 표본이 더 좋은 신뢰 도를 얻을 수 있지만 와이블 분석 은 많은 표본을 필요로 하지 않는다.
·컴포넌트를 고장날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정보를 제공하고, 따라서 시정조치 활동이 필요하다.

제안 방법

. 품질특성은 내구성에 대한 망대특성이며 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적정한 상호관계를 고려하여야 하므로 별도의 실험을 행하였다.
10으로 정하였다. MINITAB을 활용하여 내구성이 가장 높은 최적의 설계 및 공정조건을 구하였다.
각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에 관해서는 내부파이프 (Inner pipe) 구배각도를 1.5~2.5로 하고 외부파이프(Outer pipe)의 접착부분을 13mm~ 15mm로 하였으며, 외경의 크기는 Φ27~Φ27.8로 유지하였다.
공정설계는 가류시간(고무가 포함하고 있는 황의 90%가 Polymerder로 변환되는 시점 TC90)을 240~600sec 로 하였다. 가류 온도는 150~180C 로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형표면온도는 항상 확인하였다.
재료설계에 적용되는 실험 계획은 혼합물(Mixture)에 관한 실험 계획으로서 몇 개 성분의 혼합물에 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석하여, 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다. 원료를 배합할 때에 들어가는 성분이 k개의 종류가 있고, 이들을 어떤 비율로 배합하는 것이 가장 좋은가를 찾는다.

대상 데이터

실험을 위하여와 같은 혼합물성분의 한계를 입력한 결과 여섯가지 성분에 대하여 총 32회의 실험점이 생성되었다.

데이터처리

. 결과를 정리하여 ANOVA Table을 만들고, 유의수준은 인자의 수에 비하여 실험 횟수가 많지 않으므로 a =0.10으로 정하였다. MINITAB을 활용하여 내구성이 가장 높은 최적의 설계 및 공정조건을 구하였다.

이론/모형

. 시험Data 분석을 위한 각 요인 변동의 계산은 L16(215)형 직교배열표(Orthogonal Design) 에 대한 계산표를 사용하였다.
혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법, 심플렉스 중심배열법, 심플렉스 선별계획법 등을 주로 적용한다[4]. 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 심플렉스 선별계획법(Extreme vertice design)을 적용하였다.

성능/효과

·신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 와이블 타점으로 표현되고, 빠르게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그래프로 확인할 수 있다.
<그림 4>는<표 9>의 고장시간 데이터를 입력하여 얻은 Weibull 성장곡선이다. 프로토타입 1 과 프로토타입2의 B10수명은 대략 3,000cycle4 4, 000cycle 정도이며, 척도모수는 125, 500cycle과 183, 473cycle로 나타나 50%정도의 향상을 이룬 것을 알 수 있다. 부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때, 와이블 분석을 사용하여 신뢰성 성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다[1].

후속연구

본 연구는 아직 데이터에 대한 검증과 분석이 진행 중에 있으며, 특히 Bushing 부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고, 정특성과 동특성을 일정수준으로 동시에 유지하도록 고려하여야 함으로 이 부분에 대한 실험의 설계가 추가적으로 요구된다. 본 실험이 완성되어 개발에 대한 표준화를 이루게 되면, 실험결과의 분석이 요인, 수준, 샘플수에 따라 통계적으로 근거 있는 해석이 되며, 부품의 품질특성인 내구성, 정특성, 동특성을 개선하고, 개발기간은 단축할 수 있게 될 것이다.

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