청소기 먼지통 경량화를 통한 생산성 향상 - 함승규 (The Graduate School, Ajou University, 2021)
플라스틱산업에서 경량화를 통한 사출 생산성 향상은 오랫동안 연구해오던 분야 중 하나이다. 경량화는 중량감소에 의한 원재료비의 절감, 사출성형시 냉각시간 감소에 의한 사이클타임 단축, 생산속도 향상으로 인하여 인력 및 설비를 효율적으로 운영할 수 있다. 청소기 부품 중에 “먼지통(Dust bin)”은 고광택(PC, 투명) 외관 제품이어서 게이트 위치 선정이 제한적이다. 투영면적에 비해 측면이 높아서 유동거리가 길고 성형조건 설정과 품질 관리가 까다롭다. 두꺼운 살두께로 인하여 사이클타임이 길고 생산성이 떨어지므로 경량화를 통한 생산성 향상이 필요하다. 경량화는 제품의 기능과 목적에 적합한 최소 두께의 제품을 개발하는 것이다. 테스트를 위하여 청소기 부품인 먼지통 금형을 제작하였다. 제품 살두께는 0.8mm로 금형을 제작하고 제품 두께를 증가하면서 테스트를 진행하였다. 제품 두께가 얇으면 중량이 감소하여 경량화의 목적에 부합되지만 제품의 강도, 변형, 파손 등 품질에 영향을 줄 수 있다. 품질수준에 미달되는 제품은 사출 성형성이 확보되어도 사용할 수 없다. 본 건의 경우 실험을 통하여 양산 가능한 최소 제품 두께는 1.4mm로 확인되었다. 사출성형, 기구신뢰성, 외관품질 등을 모두 만족하는 최소 두께인 것이다. 제품의 성형성은 자동화 설비에 의해 연속으로 생산이 가능한 두께를 선정하였다. 제품의 강도는 실제로 세트를 구성하여 고온/고습, 내한낙하, 충돌 테스트 등 기구 신뢰성 항목을 모두 통과하는 기준으로 테스트 하였고 외관 품질 또한 외관 품질관리 기준으로 평가하였다. 실험용 금형을 제작하여 두께를 증가하면서 사출성형 테스트를 진행하였고 해석을 통하여 결과를 분석하였으며 결과는 다음과 같다. 1)사출성형 해석을 통하여 적정한 금형구조, 사출기 사양을 알아냈다. 성형 불균형 부위에서 코어 변형(Core Shift)이 크게 나타나므로 두께 편차를 줄여서 유동 정체를 해소하는 것으로 코어 변형을 줄일 수 있었다. 2)두께1.2mm이상에서 항복응력이 극한강도 보다 작으므로 파손이 발생하지 않음을 기구강도 해석을 통하여 확인하였다. 이는 실제 실물 테스트에서 유사한 결과를 얻었다. 그러나, 안정적인 생산성과 내구성 유지를 위하여 안전율을 고려하여 1.4mm로 최종 두께를 결정하였다. 실험 데이터를 축적하고 노하우를 쌓는다면 해석의 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. 3)경량화를 위하여 400mm/s 이상의 고속 사출기를 도입하였고 충격강도와 유동성을 동시에 만족하는 레진을 개발하여 부품의 신뢰성을 만족시켰다. 4)제품 중량 300g(66%, 534g →234g)절감, 사이클타임 28.7초(43%, 66초 → 37.3초) 단축하였다. 결과적으로 테스트 금형에 의한 시험 사출을 통하여 최소 두께 1.4mm의 먼지통으로 제품 성능 및 외관품질을 만족하고 연속 양산이 가능하였다.
학위논문(석사)--아주대학교 공학대학원 :기계공학과,2021. 2
Keywords: 경량화; 논문; 아주대학교