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제목 ‘동일한’ 성형품 가공에 필수적인 기록작업
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2018/10/04 11:58

 

 

 

플라스틱 파라미터를 기록한 사출기와 금형의 설정내역 문서를 반드시 작성하고, 다른 사출기에서 같은 금형을 사용하는 경우 이를 활용하라. 기본 정보를 제대로 기록해 놓으면 제대로 된 성형품을 숏마다 공정마다 변함없이 생산해낼 수 있다.

 
사출성형은 가장 복잡한 제조공정의 하나다. 사출업계에서는 매번의 공정마다, 특히 다른 성형기를 사용해 ‘동일한’ 성형품 생산을 위해 성형작업 조건을 설정하는 일에 누구나 골머리를 앓는다. ‘동일하다’는 것이 무엇을 의미하는가는 성형제품에 따라 달라질 수 있지만, 필요한 것이 무엇이든 간에, 최종 목표는 공정 가동시마다, 그리고 매년, 심지어 다른 사출기를 사용하는 경우에도 동일한 성형품을 만들어내는 것이다.

 

그 역사가 80년이나 되는 산업인 만큼, 이 목표를 달성하고자 하는 방법은 매우 다양할 뿐 아니라, 이 주제를 건드리는 것은 마치 판도라의 상자를 여는 것과도 비슷하다. 모두가 동의하는 최상의 방법은 존재하지 않는다. 하지만 그런 해결책이 절실하게 필요한 것도 사실이다.

 

왜냐하면 그런 방법이 있다면 세계 시장에서 훨씬 더 높은 경쟁력을 가지게 될 것이기 때문이다. 플라스틱업계 내에서 성공 여부는 어쩌면 그 방법을 찾아낼 수 있는가에 달려있을지도 모른다. 그럼 대체 어디서 시작해야 할까? 성공적인 플라스틱 제품 생산에는 다섯 가지 구성요소가 제대로 이루어져야 한다. 성형품의 설계, 수지 선정과 취급, 금형 설계와 제작, 가공공정, 테스트가 그것이다.

 

이들 각 구성요소에는 수백 가지의 세부사항이 존재하며, 이 수많은 세부 사항을 적절하게 결합하는 데는 훈련과 능력을 갖춘 여러 사람의 노력이 필요하다. 한 사람이 이 모든 것을 다 해낼 수 없다.

 

대부분의 공장에는 이 구성요소 가운데 두어 가지 분야에 능력을 보유한 인력이 있을 것이다. 이 인력들을 그들이 전문성을 가진 분야에 적절하게 활용하라. 동시에 적당한 전문인력이 없거나 새로운 분야에 대해서는 외부에서 믿을만한 인재를 찾아보라. 금형의 실제 제작에 들어가기에 앞서 모든 당사자가 참석하는 회의를 반드시 갖도록하라고 제안한다.

 

그런 사전회의에 시간을 쓰는 사례는 찾아보기 힘든 것이 현실이지만, 값비싼 강철을 깎아 금형을 만든 뒤보다는 그 전에 문제를 찾아낸다면 시간과 돈을 절약할 수 있다. 그뿐 아니라, 모든 관련 당사자가 참석해야 제대로 해결할 수 있는 예상치 못한 긴급한 문제들이 마지막 순간에 늘 발생한다.

 

따라서 이런 회의는 전체 공정을 튼튼한 기반 위에서 시작하는 것이 도움이 된다. 그리고 성공적인 생산공정을 계속 유지하기 위한 공정 기록작업이필요하다.

 

여기서 중요한 점은 성형품 가공공정 그 자체, 그리고 양질의 성형품이 나오고 있는 공정의 세부조건을 기록으로남겨야 한다. 그래야 공정 가동 시마다, 심지어 다른 사출기에서도 변함없이 양품을 똑같이 생산할 수 있다. 공정 기록 작업은 대개 ‘사출기/금형 설정 내역 문서(Machine/Mold Setup Sheet)’라고 부르는 형태로 이루어진다.

 

보기에는 별 복잡한 것 없는 간단한 작업 같지만, 막상 사출성형품 가공 현장을 가보면 저마다 제각기 다른 형식으로 이 설정내역서를 만들어 쓰고 있음을 보게 된다. 더 고약하게도 한 공장 안에서도 사출기와 금형마다 다른 설정내역서 서식을 사용하는 경우도 빈번하다.

 

뿐만 아니라, 놀랍게도, 같은 사출기에서 같은 제품을 성형하는 데도 작업자가 바뀌면 가공조건이 다른 경우까지 허다하다. 나이가 지긋한 경험 많은 작업자들은 필시 공정조건 설정내역서에 쓰인 것보다 자기 방식이 더 낫다고 고집을 부릴 것이다. 또 자기가 좋아하는 방식으로 공정을 ‘조절’하는 작업자들도 있다. 이것이 바로 사출성형업 계의 해묵은 현실이다.

 

이런 현실은 과학적 성형이 현장작업자들 사이에 제대로 뿌리내리지 못하고 있음을 잘 보여준다. 공정조건 설정내역 문서는 금형당 하나만 사용해야 한다. 사출기마다 하나씩이 아니다. 기록해야 하는 내용은 플라스틱 관련변수, 즉 파라미터다.

 

사출기 관련 파라미터가 아니다. 그리고 이 파라미터를 해당 금형이 들어가는 모든 적용가능한 사출기에서 사용하는 것이다. 그것이 어떻게 가능하냐고 되묻고 싶은 독자들이 적지 않을 것이다.

 

최근 필자가 경험한 사례를 하나 들어보면 플라스틱 가공조건 정보만을 기반으로 해 32캐비티짜리 핫러너 금형용으로 개발된 어떤 공정이 있다고 가정했을 때 6년 동안 사용된 해당 금형이 다른 지역의 공장으로 보내졌다. 다시 말해, 다른 사출기와 작업자에게로 넘겨진 것이다.

 

가공조건 설정내역 문서를 달라는 새로운 작업자의 요청에 문서를 이메일로 전달했다. 새로운 작업자는 기록된 플라스틱 정보에 맞춰 가공조건을 설정했다. 그쪽의 새 작업자가 물었다. “6년 동안 아무 문제 없이 양품만 나왔다니요. 대체 비법이 무업니까?”

 

비법 같은 것은 없다! 적절하게 보정된 사출기로 과학적 방법을 통해 공정을 진행했을 뿐이다. 금형용 설정내역서는 가공의 실제 과정에 요구되는 플라스틱 수지의 양, 압력, 온도 등에 관한 상세한 정보를 제공해준다.

 

동일한 플라스틱 가공조건들이 사출기에서뿐 아니라 금형 냉각 과정에서도 얻어진다. 이는 사출기, 금형, 수지가공 등의 관련 기본정보를 제대로 기록해 놓으면, 제대로 된 성형품을 숏마다, 공정마다, 모든 사출기에서 변함없이 생산해낼 수 있음을 보여준다.

 

중요한 점은 ‘동일한’ 성형품을 얻고자 하면 이들 가공상의 기본적인 조건 또한 합리적인 오차범위 내에서 동일한 수준으로 제어되고 측정돼야 한다는 것이다. 이렇게 하려면 가공 작업자간 공정조건을 설정할 때 문서상에 기록되어 있는 가공조건(파라미터)을 얻을 수 있는 가공 설정값을 찾아 입력해야 한다.

 

사출기마다 기계에 입력해야 하는 설정값은 달라질 수 있지만(예를 들어, 유압은 사출기마다 다르기 때문이다), 그 결과로 달성해야 하는 실제 필요한 플라스틱 압력은 변함이 없다. 그렇다면 어떤 공정변수들을 재현해야 할까?

 
칼럼에서 모든 변수를 전부 언급하기는 어렵지만, 반드시 동일하게 재현해야 할 여섯 가지가 있다. 작업자가 바뀔 때마다 누군가가 책임을 지고 작업장 안에서 작동중인 모든 사출기를 돌아다니면서 이 여섯 가지 가공조건들을 기록하도록 지시해 각 작업조가 만들어내는 성형품에 재현성과 책임성을 부여하는 방안을 필자는 제안하고 싶다.

 

1. 충전시간: 이는 대부분의 작업에서 ±0.04초 범위 이내다. 그렇다고 해서 작업자가 사출기 컨트롤러, 즉 제어 장치에 같은 사출속도의 mm/sec 혹은 in./sec를 입력하는 것은 아니다. 입방 센티미터(체적)를 사용한다 해도 컨트롤러 입력값은 달라지게 된다. 사출기는 유압식이든 전동식이든 작동 공정마다 다른 결과를 낼 수 있기 때문이다.

 

사출기는 기계적 구성품 및 전자적 구성품들로 이루어져 있으며, 이들 부품은 역류방지 체크밸브의 경우와 같이 마모되어 성능이 달라지기도 한다. 따라서 정해진 중량, 사이즈, 충전시간을 얻는 데 필요한 1단계 충전 속도를 내기 위해 컨트롤러에 입력해줘야 하는 사출속도 입력값은 달라질 수 있다.

 

2. 이동 플라스틱 압력: 이는 수지 주입 중에 발생하는 피크 압력일 수도 있고, 아닐 수도 있다. 하지만 이는 작동과 사출기와 상관없이 동일해야 한다. 이를 위해서는 같은 종류와 사이즈의 노즐팁을 사용해야 한다. 압력강화라는 관점에서 보자면 노즐은 금형과 떼어놓고 생각할 수 없는 일부이다.

 

3. 쿠션(cushion): 이는 모든 사출기에서 같을 필요는 없지만, 숏마다 일정해야 한다. 필자는 1mm 미만으로 편차를 줄이는 것을 권한다. 필자가 말하는 쿠션이란 2(보압)단계를 마친 뒤의 스크류 위치다. 최소 스크류 위치를 말하는 것이 아니다. 쿠션이라는 말은 사출기 제조 브랜드에 따라 두 가지 다른 의미로 사용되기도 한다.

 

4. 동일한 플라스틱 배압 시의 스크류의 원위치 회복시간 또는 가소화시간: 이는 사출기 설정 rpm 값을 말하는 것이 아니라 일정한 가소화시간으로, 이를 동일하게 재현하기 위해서는 rpm 입력값을 조정해줘야 한다. 원주 스크류 플라이트 속도(circumferential screw flight velocity)를 재현하는 것이 논리적이지만, 용융수지 온도를 동일하게 만드는 데는 가소화 시간을 똑같이 재현하는 것이 더 효과적이다.

 

5. 사이클타임: 완전충전, 즉 패킹 타임, 그리고 냉각시간.

 

6. 이형 직전 및 직후에 촬영한 성형품 전체의 적외선 온도 사진 이미지가 동일하게 재현돼야 한다.

 

이것 말고도 중요한 다른 가공조건들이 있을까? 당연히 있다. 이를테면, 더욱 용융수지 온도 같은 것 역시 동일하게 재현해야 하는 중요한 변수다. 하지만 생산 사이클을 중단하고 수지 온도를 측정하는 것도 매우 번거로운 작업일 뿐 아니라 사이클을 방해하지 않고 유지하는 것도 공정 일관성을 위해 중요하다.

 

그 외에도 냉각 관련 가공조건뿐 아니라 다른 여러 가지 가공조건들이 있지만, 제한된 지면상 다른 기회를 통해서 다룰 수밖에 없다. 위에서 언급한 6가지 가공조건은 출발점으로 충분하다. 하지만 절대 잊어서는 안 된다. 이 가공조건들은 공정에서 발생하는 결과이지, 사출기 제어장치에 설정해주는 설정값이 아니다.

 

끝으로 요점을 정리하자면 문제없이 작동하고 적절하게 보정된 사출기를 사용해 공정상의 실제 수지의 양, 시간온도, 압력을 동일하게 재현하라. 까다로운 작업처럼 들릴 수도 있지만, 공정마다 예기치 못한 알 수 없는 문제와 씨름할 수도 있다. 하지만 성형작업이 예측 가능한 과학적 작업이 아니라 교묘한 기술로 믿고 작업하는 것보다는 간단한 일이다.

 

 

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18186   체류 시간을 계산하는 실용적 방법 플라스틱코리아