교반식 세탁기 Agitator 부품의 변형문제 개선 연구 - 나시왕 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
사출성형공법은 플라스틱 제품의 대량생산에 가장 적합하고 복잡한 형상도 비교적 쉽게 가공이 가능하여 제조산업의 다양한 분야에서 사용된다. 사출성형공법이 갖고 있는 장점을 극대화 하기 위해서는 제품형상, 생산설비, 금형 및 주변설비 등의 요소를 최적의 상태로 설계해야 한다. 하지만 여러 현실적인 제약으로 인해 최적의 상태를 갖기는 어려운 현실이다. 이러한 문제는 사출성형품의 결함과 직접적으로 연관 되는 경우가 많다. 본 연구에서는 교반식 세탁기의 주요 부품인 ‘Agitator’ 의 Blade 구간에서 발생되는 비정상적인 살두께 분포로 인한 변형문제 개선 방안에 대하여 연구 하였다. 변형문제에 대한 기존의 연구들을 보면 냉각채널의 변화를 주어 제품의 온도분포를 균일하게 하거나, 두꺼운 부분의 살두께 분포를 균일한 조건으로 변경, 유동기구의 조정이나 리브형상을 보강하여 개선한 사례들이 있었다. 본 연구모델의 부품은 기능적 특성상 강성이 요구되고 제품이 외부에 노출되어 사용되는 부품이라 살두께를 균일하게 변경하거나 리브를 보강 하는 것은 불가능 하여 새로운 방법의 접근이 필요 하였다. 해석검증을 통하여 예상되는 변형의 수준을 확인 하였고 실제 시험사출시 유사한 경향으로 나타났다. 변형 값의 대한 수치적 차이는 있으나 변형 발생의 주된 인자로 과도한 살두께 중심 부분에서 고화되지 못한 구간의 결정화 과정의 수축 현상이 변형의 주요 인자였다. 제품의 두께 방향의 고화율을 높이기 위해 금형의 냉각구조를 2차원 형상에서 제품의 형상과 근접한 위치에 Conformal Cooling 3D 냉각구조로 변경 하여 추가 검증시 표면온도 감소의 효과는 있으나 중심부의 온도 변화는 미비하였다. 과도하게 두꺼운 플라스틱 제품의 중심부는 소재의 표면이 단열층의 역할을 하므로 금형을 냉각시켜 표면으로부터 열전달을 하는 방식으로는 한계가 있음을 확인 하였다. 또한, 후육 구간의 냉각을 위하여 시간을 길게 할 경우 금형내에서 수축하는 양이 커져서 제품을 방출에도 문제가 발생 하였다. 제품이 완전한 수축을 하기 전 방출하여 간이 보정지그를 사용시 수축에 의한 저항력으로 변형 값이 줄어듦을 확인 하였다. 자동화 생산을 위하여 사출기와 연동 할 수 있도록 보정장비를 제작 하였다. 실험결과 보정장비 사용시 변형량 개선의 주요인자는 보정량, 보정시간 임을 확인 하였다. 최종적으로 조건은 2mm, 40sec로 적용하여 변형 량을 2.35mm 에서 0.95mm로 개선하여 생산 하였다. 생산시간도 감소되어 Cycle Time을 시험사출 시간 97sec에서 89sec로 8.2% (-8sec)의 시간을 절감 하였다.
학위논문(석사)--기계공학과,2023. 2
Keywords: warpage; 금형; 변형; 사출; 후육