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제목 규격에 맞는 합격품 생산 준비 확인 방법
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/03/02 13:33

규격에 맞는 합격품 생산 준비 확인 방법

사출기와 가공 및 금형이 정상궤도에 올라 합격품을 만들어 내고 있음을 언제 알 수 있을까? 이는 간단한 질문이지만 그 답은 그리 간단하지가 않다. 가공 실행 후 합격품 생산을 시작할 수 있을 만큼 안정화됐는지 여부는 6가지 핵심 측정값(metrics)에 초점을 맞추어 결정하는 것이 좋다.

 

사출성형에 영향을 미치는 수백 가지 변수들을 고려해야 한다(필자 역시 그렇게 하고 있다). 용융온도, 스크류 설계, 체크밸브 설계, 재현성, 사출속도, 쿠션량 재현성 등 공정 변수를 생각해야 한다. 그 다음에는 압력, 속도, 일관성, 마모 등에 대한 보정 같은 기계적 문제도 고려해야 한다.

여기에 마모, 냉각수 라인 배선, 유동 일관성, 온도 변동 등 금형 관련 변수 또한 추가돼야 한다. 이 모든 것을 감안하면, 언제 생산 지시에 적합한 성형품의 수거를 개시하는 것이 좋은지 판단하기 쉽지 않다.

아마 최신 컴퓨터 기반 사출기는 가공작업자 또는 품질제어 기술자로 하여금 이 변수들 가운데 상당수를 훨씬 쉽게 관찰할 수 있도록 해줄 것이다. 하지만 이 부분과 관련해 도대체 그 중 몇 가지 변수를 기준으로 선택해야 할 것이며, 또 그 변수의 허용 오차 범위를 어떻게 판단해야 할 것인가? 일부 변수를 조절하다 보면 이내 또 다른 변수가 궤도를 벗어나는 경우가 허다하다. 이 변수의 설정에 따라 불량 성형품이 나올 수도 있고, 가공 자체를 중단해야 할 수도 있다.

어느 쪽이든, 가공작업자는 해결해야 할 또 다른 문제에 직면하게 된다. 사출기 또는 제어장치를 조절하면 될 것 같지만, 여기서도 어떤 변수를 조절해야 할까? 작업자가 이제 문제가 해결됐다고 안도하며 자리를 뜨는 순간 또 다른 변수가 허용 오차 범위를 벗어나고 이것이 또 다른 돌발상황을 초래하기도 한다.

어떤 작업들은 재시동하기에 특히 번거롭다는 점, 그리고 장비 시동 시 발생하는 새로 해줘야 하는 작업이 있을 수 있고, 심지어는 사출기에 걸린 성형품을 도구로 파내야 하는 경우도 있다는 점을 고려해야 한다. 짜증을 내면서 성형품을 긁어내다가 잘못해서 금형을 긁어 상처를 내는 큰 사고가 일어날 수도 있다.

독자들 가운데는 간혹 상황을 과장하고 있다고 생각하는 분들이 있을 수 있다. 하지만 사출 현장에 가서 몇 시간동안 작업자 한 사람이 얼마나 여러 대의 사출기를 돌봐야 하는지를 살펴보면 알 수 있다.

생각해 보자. 시간과 수지 원료를 실컷 사용했는데, 불량품만 나오고, 생산은 제대로 돌아가지 않고, 작업자는 포기 일보직전의 상황이라면, 대체 품질관리 담당자나 가공작업자가 어떻게 가공 상의 문제를 처리할 수 있겠는가? 게다가 엄청나게 많은 변수들이 존재한다.

 

제대로 된 성형품을 만들어 내라는 압박은 엄청난 반면 그를 위해 어떻게 해야 하는지가 분명치 않다. 

 

말할 필요 없이 이는 복잡한 문제이고, 또 품질관리 부서나 가공작업자들 모두가 제품생산이 이루어지도록 해야 하는 압박을 받는다. 사실, 이런 일은 많은 성형공장이 작업자들을 충분히 구하기 어려운 이유 중 하나이기도 하다. 제대로 된 성형품을 만들어 내라는 압박은 엄청난 반면 그를 위해 어떻게 해야 하는지가 분명치 않다.

이 모든 것을 그럼 어떻게 해결할 수 있을까? 가공을 실행해서 합격품 생산을 시작할 수 있을 만큼 안정화되었는지 여부를 6가지 핵심 측정값(metrics)에 초점을 맞추어 결정할 것을 제안한다. 여러 해에 걸친 현장 경험에서 이 전략은 시간의 95% 성공률을 입증했다.

 

1. 충전 시간(Fill Time)

충전 시간은 일정해야 한다. 대부분의 작업에 대해 ±0.04초 이상의 변동을 보이지 않아야 한다. 충전 시간은 롯트에 상관없이, 사출기에 상관없이, 겨울이든 여름이든 동일해야 한다. 충전 시간은 변동이 있으면 안 된다. 충전 시간을 일정하게 유지하기 위해서는

(공정에 필요한 수준보다 높은 압력) 델타 P에 사출기를 설정하고, 동시에 사출기에 부하 보정이 이루어져야 한다.

충전 시간이 일정치 않다면, 사출기를 손봐야 한다. 같은 금형을 다른 사출기에서 사용하는 경우라도, 사출기 설정 가이드에 나와 있는 속도에 대해서 신경 쓰지 말고, 동일한 1단계의 숏을 위한 충전 시간 목표치에 맞는 속도를 사용하면 된다. 충전 시간은 3~5회 숏 후에 안정화를 보인다. 만일 그렇지 않다면 무엇인가 잘못된 것이다. 그럴 때는 무엇이 잘못되었는지 찾아내야 한다. 절대적으로 필요한 경우가 아니면 사출 프로파일을 조정하지 말라. 대부분의 경우 이는 필요치 않다. 

 

2. 변동 압력(Pressure at Transfer)

이것은 1단계에서 2단계로(충전에서 패킹 및 보압으로) 전환 시의 압력이다. 장비를 가동하기 시작하면 이 수치는 한 동안 상승 또는 하락의 움직임을 보일 것이다. 얼마나 오랫동안인지는 잘라 말하기 어렵다. 성형품과 원료로 사용되는 수지 그리고 금형에 따라 달라진다. 시간이 약간 흐른 뒤에는 이 수치가 일정 범위 안에서만 오르내리게 된다. 즉, 지속적인 상승 또는 하락을 보이지 않는다.

하지만 늘 그 수치가 일정치는 않다. 그렇다면 허용 가능한 범위는 어느 정도일까? 이 또한 만들고자 하는 성형품마다 다르다. 변동 범위를 찾으려면, 공정 개발 및 후속 공정에서 데이터를 수집해야 한다.

20~40회의 사출 숏 후에도 변동압력 수치가 지속적 상승 또는 하락을 보인다면, 그 이유를 찾아봐야 한다. 바로 생산에 들어가거나 DOE(실험계획법)를 계속해서는 안 된다. 변동 압력 자체는 롯트와 색상에 따라 변화를 보일 수 있지만 이 범위가 달라져서는 안 된다. 유압 압력이 아닌 플라스틱 압력을 기준으로 보자면, 동일한 노즐 팁을 사용하는 경우 사출기가 달라도 이 값은 같아야 한다. 

 

3. 쿠션량(Cushion)

구체적으로, 여기서 말하는 것은 최소 쿠션량이 아닌 보압 종료 지점의 쿠션량이다. 이 값은 안정을 유지해야 한다. 필자의 기준으로는 ±1~1.5mm 범위를 유지해야 한다. 만일 그렇지 못하다면 체크밸브를 교체해야 한다. “캐슬(castle)” 형의 체크 링에 곡면이 들어간 밸브를 사용하는 것을 권한다.

4. 스크류 복구 시간

(Screw Recovery Time)

이 값은 더 많은 매 숏 마다 ±2% 넘게 달라지지 않아야 한다. 만일 그 이상의 변동을 보일 경우에는 스크류를 점검하고, 피드스롯이 PID 온도 제어가 제대로 되고 있는지 그리고 가공하는 수지에 적합한 온도로 설정됐는지 확인해야 한다. 

 

5. 사이클타임(Cycle Time)

사이클타임 또한 일정해야 한다. 사이클타임이 작업자에 따라 달라지는 것을 막기 위해 사출기에 전체 사이클 타이머를 장착하는 것도 방법이다. 이 장치는 사이클타임을 설정해 놓으면 작업자가 그에 맞추어 공정을 진행하기 위해 필요한 조처를 취할 수 있도록 한다.

작업자가 사출기 도어를 닫아도 사이클 타이머에 정해 놓은 시간이 될 때까지 변동이 없다가, 시간이 돼야 금형이 닫힌다. 게이트 동결이 필요한 작업의 ±1~1.5% 범위에서 사이클타임 변동을 허용할 수 있다. 만일 2단계 또는 패킹 및 보압 단계의 종료 지점에서도 게이트 동결이 없는 공정을 실행하는 경우라면, 사이클타임 변동이 없도록 해야 한다. 사이클타임이 바뀌면 다른 성형품이 될 수 있다.

 

6. 성형품의 온도(Part Temperature)

적외선 건(성형품의 한 지점 선택) 또는 성형품 전체를 적외선 카메라로 측정한다. 가공이 시작되면 성형품 온도는 일정한 방향으로 변화한다. 성형품 온도의 이런 변화가 멈추면 공정이 안정화됐다는 것을 알 수 있다. 성형품 온도는 변동 압력과 거의 같은 시간 안에 안정화를 보인다. 이를 통해 금형 온도와 용융온도의 일관성을 확인할 수 있다. 허용 가능한 변동 폭은 ±~5°C까지다.

위의 그래프는 5개의 다른 롯트의 수지로 공정을 개발하는 과정에서 만나게 되는 가공 상의 어려움을 보여준다. 롯트마다 약간씩 다르지만, 충전시간을 동일하게 유지하기 위해 사출기에서 사출압력 조정을 통해 자동으로 보정작업을 수행했다.

여기서 제기돼야 하는 질문은, 과연 그 보정의 결과로 나온 성형품들이 규격에 맞는 합격품들인가 이다. 본 사례의 경우, 모든 롯트에서 생산된 성형품들은 민감한 의료용 부품이 요구하는 규격에 맞았다. 규격에 맞는 합격품을 생산할 수 있는 초기 압력 범위를 이로부터 확보할 수 있다. 이 범위는 추가적인 생산 데이터를 얻어 감에 따라 달라질 수 있다.

요약을 해보자면 초기 가공 개발 과정중 위에서 언급한 6가지 측정값을 계량하는 데 상당한 노력이 필요하겠지만, 이는 안정적인 생산 가공확립을 위해 가치가 있다. 이로써 생산 가동 시작이 훨씬 용이해지고 보다 완건해질 뿐 아니라, 가공에서 불안정성을 보이는 경우 무엇이 잘못됐는지에 대한 단서를 찾기 쉽다.

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