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제목 플래시와 샷 부족 사이를 오가는 악순환을 피하려면
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/07/31 10:38

플래시와 샷 부족 사이를 오가는 악순환을 피하려면

사출성형에서 가장 흔히 발생하는 불량들은 서로 정반대 상황을 갖고 있다. 다시 말해, 플래시와 샷 부족 사이에서 최적의 가공방법을 찾는 것은 늘 사출성형 업체들에게는 쉽지 않은 일이다. 이 문제를 바로잡으려다 이것이 곧 다른 문제를 초래하고 마는 상황이 발생할 수 있다.

 

오늘날의 사출성형은 기술이 눈부시게 발전하고 있어 사출성형 업체들은 매우 복잡한 성형품을 고도의 품질과 정밀성으로 생산할 수 있는 여러 가지 도구를 활용하고 있다. 하지만 이러한 기술적 발전에도 불구하고 사출성형 업체가 해결하지 않으면 안 되는 골칫거리 두 가지가 여전히 존재한다.

사출성형 업계에서 여러 해 동안 일해오면서 필자는 여러 가지 산업 분야의 아주 다양한 사출성형 공장을 방문해 볼 수 있었다. 현장의 업계 관계자들이 불량품 발생의 가장 주된 원인으로 이구동성으로 지목하는 것이 바로 플래시(flash)와 샷 부족(short shots)이다. 이 두 가지는 사출성형에서 압도적으로 빈번하게 발생하는 불량이다. 그 이유는 많은 경우 이 두 가지 불량이 서로 정반대되는 상황이기 때문이다.

샷 부족을 해결하기 위해 우리가 통상 취하는 조처들은 많은 경우 플래시 발생의 원인이 될 수도 있으며, 반대로도 마찬가지다. 그런 조처들은 공정이나 금형에 변화를 주거나 또는 그 두 가지를 결합함으로써 취해진다.

사출기에서 아무 문제 없이 정상적으로 성형품이 나오다가 갑자기 샷 부족 성형품이 나오기 시작한다면, 그 공정은 무언가 변화가 발생한 것이므로, 어떤 변화가 있었는지 찾아내 문제를 해결해야 한다.

예를 들어, 샷 부족은 금형의 벤팅이 충분치 못한 것이 원인이 되어 발생할 수도 있다. 이때는 샷 부족 해결을 위해 금형 벤트의 개수나 깊이를 늘려주어야 한다. 하지만 이렇게 하면 과도한 플래시가 발생하는 결과를 초래할 수 있다.

플래시가 발생하면 이번에는 이 새로운 문제를 해결하기 위해 원료의 점도를 높이게 되고 가공 조건을 바꾸는 조처를 하게 된다. 이때 용융수지 온도를 낮추면, 이는 다시 사출압력 증가로 이어진다. 이렇게 상승한 압력은 델타 P, 즉 가공에서 실제로 사용하는 최대 압력과 가공에 필요한 최대 압력 간의 차이를 증가시키게 되고 압력은 사출기에서 구현할 수 있는 최대 사출압력을 초과하게 된다. 이는 짐작하다시피 압력 부족으로 인한 산발적인 샷 부족 발생을 낳는다. 그리하여, 모든것이 원점으로 되돌아오고 만다.

우리가 생각하듯, 플래시와 샷 부족은 미세한 차이로 나눠질 수 있다. 그리고 이런 사실로 우리의 가공 윈도우가 크게 좁아질 수 있다. 가공업체의 입장에서는 가공상 일어날 수 있는 통상적인 변화가 이 두 가지 불량 중 한 쪽을 초래하는 결과로 이어지지 않도록, 그 양쪽에서 충분히 멀리 떨어진 안전한 중간 지대를 찾는 것이 목표라 할 수 있다.

 

플래시의 근본 원인

플래시(하얗게 나타나는 흠집)는 여러 가지 원인으로 발생할 수 있지만, 가장 흔한 두 가지는 과도한 캐비티 압력과 금형 손상이다. 만일 캐비티 압력이 사용 중인 사출기가 제공하는 형체력 수준을 넘어서면 성형품에 플래시가 발생할 수  있다.

캐비티 압력이 형체력보다 크면 금형이 물리적으로 개방되어, 플라스틱 수지가 캐비티를 이루고 있는 강철 틈을 빠져나갈 수 있게 된다. 과도한 캐비티 압력 조성은 게이트가 막혀 캐비티들 중 일부가 충전되지 않고 있는 상황을 비롯해 그 자체로 여러 가지 원인이 있을 수 있다. 금형 손상 또한 파팅라인의 씰링 불량을 초래해 플라스틱이 캐비티를 이루는 강철을 빠져나갈 수 있도록 만든다.

 

샷부족(위)을 “고치려는” 시도가 플래시(아래)로 이어지기도 하고, 또 그 반대의 경우도 발생한다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 최적화된 프로세스로 시작해 최초의 문제-샷 부족이든 플래시든-근본 원인을 찾아서 그 문제를 해결하는 것이다.

샷 부족 발생의 이유

샷 부족은 대개 용융수지 부족으로 인해 완전한 모양을 갖추지 못한, 충전이 덜 된 성형품이 된다. 싱크 마크와 패킹 불량(압축 불량)을 보이는 성형품도 샷 부족과 관련이 있거나 샷 부족이 시작되고 있음을 나타내는 것일 수 있다. 샷 부족은 여러 가지 이유로 인해 발생할 수 있으며, 이를 해결하기에 앞서 그 근본 원인을 찾아내는 것이 중요하다.

흔한 원인 중 하나는 수지가 캐비티로 유입되는 것을 방해하는 가스의 배출을 막는 부적절한 벤팅, 또는 스크류 상의 역류방지 밸브가 제대로 닫히지 않아 수지 주입 단계에서 수지가 뒤로 역류하는 상황 등을 들 수 있다. 문제를 바로잡기 위해서는 그 이유를 이해하는 것이 먼저다.

 

근본 원인을 찾아내어 악순환 고리를 벗어나라

샷 부족과 플래시 양쪽 다 더 근본적인 문제를 보여주는 증상에 불과함을 잊지 말아야 한다. 증상이 나타나면 그것을 고치기에 앞서 그 증상을 일으키는 원인이 무엇인지를 이해해야 한다. 예를 들어, 샷 부족이 갑자기 나타날 때 그 근본 원인을 이해하지 못하고 샷 크기만 무턱대고 늘리면 플래시가 발생할 수 있다.

만일 샷 부족이 역류방지 밸브에 이물질이 유입되어 수지 주입 중에도 밸브가 닫히지 못하도록 막아서 발생한 것이라면, 이 이물질이 밸브에서 빠져나오기 전까지 샷 크기를 늘려주면 샷 부족이 사라질 수도 있다.

하지만 이 이물질이 역류방지 밸브에서 빠져나와 밸브가 정상적으로 닫히기 시작하면, 늘려준 샷 크기가 캐비티 내 압력이 형체력을 넘어서도록 만들어 금형에 플래시를 초래할 수 있다.

보압을 줄여 문제가 없는 것처럼 보이는 성형품을 몇 차례 만들었다고 해서, 그 공정이 통상적으로 있을 수 있는 공정 중의 변화를 수용할 수 있을 만큼 완전하다는 의미는 아니다. 필자의 경험상 플래시와 샷 부족은 위에서 설명한 반복되는 악순환의 고리로 빠져들기 가장 쉬운 주요 문제 중 하나다. 즉, 당면한 불량에 반응해 같은 사출기 내에서 자꾸 공정상의 변화를 시도하는 것을 말한다.

이를테면 이런 식이다. 샷 부족을 발견한 장비 기술자가 가공 기술자에게 이 문제를 알린다. 그렇지 않아도 여러 가지 일로 바쁜 이 기술자는 문제의 사출기로 와서 그 현상의 근본 원인을 조사해보지도 않고 보압을 올려놓는다. 그리고는 샷만 보고 샷 부족이 사라졌는지 확인한 뒤 작업자에게 패킹해도 좋다고 한다.

여기서 필자가 명확히 지적하고자 하는 것은 이미 확립된 가공에 변경을 가하는 것은 문제 해결을 위한 최후의 수단이 되어야 한다는 점이다. 사출기에서 아무 문제 없이 정상적으로 성형품이 나오다가 갑자기 샷 부족 성형품이 나오기 시작한다면, 그 가공에 무언가 변화가 발생한 것이므로, 어떤 변화가 있었는지를 찾아내어 문제를 해결해야 한다.

그렇지만, 분주하게 돌아가는 현장에서 모두 정신없이 바쁘기 때문에 얼른 손쉬운 변경을 가한 다음 다른 일을 처리해야 한다는 압박을 받게 된다. 가공상에 변화를 가하기에 앞서 항상 근본 원인을 찾아내어 그 문제를 해결해야 하지만 상황이 늘 그렇게 돌아가지는 않는 것이 현실이다.

이제 다시 위의 예로 돌아가 보자. 시간이 조금 흐르자 성형품에 플래시가 나타나기 시작하는 것을 작업자가 발견한다. 그렇다. 샷 부족을 보이던 사출기에서 이제는 플래시가 생기는 것이다. 

샷 부족을 일으키는 원인이 무엇이었든 간에 산발적이고, 보압을 늘려준 것이 이제 금형 플래시를 일으키고 있는 것으로 드러난다. 작업자는 다른 기술자에게 이 상황을 알린다. 이 기술자는 누군가 보압을 올려서 플래시가 발생했음을 듣고 당연히 보압을 다시 낮춘다. 이제 더 플래시가 생기지 않는다.

문제는 해결됐다. 그다음엔 어떻게하면 될까? 샷 부족을 초래한 산발적 문제가 다시 발생해서, 샷 부족이 또 발생하고 작업자는 샷 부족 문제 해결을 위해 또다시 누군가에게 도움을 구한다. 이런 식의 악순환은 몇 시간이고 계속될 수 있다. 가공을 맡은 작업자의 경험과 숙련도에 따라, 전체 가공 윈도우의 크기에 따라 그리고 실제 근본 원인이 무엇인가에 따라 더 오랫동안 이어질 수 있다.

성형기술자 입장에서 이 같은 악순환을 생각해 보면 무언가 단단히 잘못되어 돌아가고 있다는 느낌을 받게 된다. 필자 역시 똑같은 상황을 여러 차례 경험했다. 현장 경험이 많지 않던 시절 작업자들이 교대로 동일한 악순환을 반복하곤 하던 기억이 있다.

나 역시 다른 작업자들보다 딱히 더 아는 것도 없었고 엉성하게 설계된 금형이 장착된 12대의 낡은 사출기 책임자로, 여기저기서 터지는 문제를 그저 땜질 처방으로 해결하느라 진땀을 뺐다. 이 같은 경우들은 어느 정도 우리가 스스로 자처한 상황이지만, 자칫하면 프로젝트 자체를 완전히 그르칠 수 있다. 특히 동시에 여러 문제를 두서없이 해결하려다 보면 그럴 가능성이 아주 높다.   

플래시와 샷 부족 문제 해결에서 가장 먼저 해야 할 일은 진짜 문제가 무엇인지 찾아내는 것이다. 이 두 가지 문제는 정반대의 현상이기 때문에, 최적화된 공정 조건에서 둘 중에 어떤 불량이 나타나는지 아는 것이 중요하다.

예를 들어, 지금 눈에 띄게 나타나는 증상은 샷 부족이지만, 궁극적으로 해결해야 할 문제는 플래시일 수도 있다. 플래시가 발생하면 가공 중에 일어날 수 있는 통상적인 변화를 보정해줄 수 있는 최적화된 설정값으로 보압을 올릴 수 없도록 만들 수도 있다. 이는 샷 부족을 낳게 된다. 따라서 우리가 진짜로 해결해야 할 문제는 눈에 보이게 드러나는 샷 부족이 아니라 최적 가공 설정값에서 발생하는 플래시이다.

위의 예는 가공 개발 과정에서 반드시 기억해야하는 중요한 사항이다. 보압을 줄여 문제없어 보이는 성형품을 몇 차례 만들었다고 해서, 그 공정이 통상적으로 있을 수 있는 가공 중의 변화를 수용할 수 있을 만큼 완전하다는 의미는 아니다. 정상적인 가공 범위 안에서 있을 수 있는 변화가 불량으로 이어지는 것을 방지할 수 있는 가공을 개발하면, 문제 해결이 훨씬 단순해질 뿐 아니라 그로 해서 가공 기술자들의 문제 해결을 위한 결정이 쉬워진다.

플래시와 샷 부족 사이에서 최적의 가공방법을 찾는 것은 늘 사출성형 업체들에는 쉽지 않은 일이다. 또한 이 두 가지 불량은 앞으로도 대부분의 성형업체에서 스크랩 발생의 가장 빈번한 이유가 될 것으로 보인다. 하지만 문제 해결을 위한 접근 방법에 따라 이러한 불량 악순환을 반복하게 될지 아니면 불량을 해결할 수 있을지가 달라진다.

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