세탁기 외통(Tub outer) 사출조건에 따른 변형 최소화에 대한 연구 - 허정만 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
전자동 세탁기의 외통(Tub outer)은 세탁기의 외부 구조물 중 하나로, 세탁기의 드럼을 둘러싸고 있다. 외통은 세탁기 내부와 외부를 분리하는 역할을 하며, 세탁기가 동작할 때 발생하는 진동과 충격을 흡수하여 세탁기의 안정성을 높인다. 외통은 내구성이 높은 결정성 플라스틱 PP(Polypropylene)로 만들어 지며, 소재는 노후나 부식에도 강하며, 세탁기 내부에서 발생하는 고온과 습도에도 견딜 수 있다. 외통은 개발 과정에서 변형, 내구성, 디자인, 냄새 등 다양한 요소를 고려하여야 하며, 그 중에서 외통의 변형은 품질문제가 발생시 즉각적인 대응과 현상 분석이 쉽지 않고, 제조하는 사출성형 공정에서는 다양한 변수가 영향을 미치기 때문에 다양한 조건 중에서 가장 변형에 영향을 주는 조건을 찾아 변형을 최소화할 필요가 있다. 실험계획법 중의 하나인 다구찌 기법을 사용하여 사출성형 공정에서 변형에 영향을 줄 수 있는 8대 실험 변수를 선정하였고, 직교배열표 L18(2^1×3^7) 실험계획법을 세워서 사출성형 공정에서 변형에 가장 영향을 줄 수 있는 영향 인자를 선정하였으며, 그에 대한 실험 연구를 진행하였다. 변형에 가장 영향을 주는 주요 인자는 냉각시간으로 제품의 표면 온도를 측정한 후 제품의 변형 정도를 확인한 결과 제품의 표면온도 불균일이 가장 영향을 많이 끼치는 것을 확인하였으며, 금형의 냉각구조 개선, 냉각 분배관 증대, 3차원 3D 냉각을 통해 표면온도를 균일화하였고, 수지온도는 노즐 및 계량부(H1)가 전단발열에 의해 설정온도 보다 실제온도가 15℃정도 높아서 이를 감안한 최적의 온도를 찾았다. 그리고 온도변화는 잔류응력과 변형에 밀접한 관련이 있어 추가적인 실험으로 열팽창과 잔류응력, 열응력과 변형, 잔류응력과 변형의 상호작용을 최소화하기 위해서 형외가열 장치를 만들어 외통을 사출성형 후 형외가열을 함으로써 잔류응력을 최소화하였으며, 이를 통해 외통의 전장 치수와 흔들림의 치수 변화가 최소화됨을 실험을 통해 확인하였다. 사출조건 최적화를 통한 실험결과는 기존 대비 표면온도가 6.4 ~ 11℃ 정도 낮아 지면서 온도 불균일 및 핫스팟(Hot spot) 구간이 최소화되었고, 최대 변형량은1.4 ~ 2.3mm정도 줄었으며, 측정 보스 간에 최대 높이 편차도 실험 전 대비 50% 정도 줄어, 온도 불균일 현상이 개선됨을 확인하였다. 이를 통한 사이클 타임 단축은 실험 전 대비 93.2sec에서 78.5sec로 14.7sec 정도 단축되면서 생산성이 약 13.7% 향상되었다. 본 실험 연구를 통한 변형의 개선은 제품의 품질 안정화를 가져왔으며, 이는 비용 절감과 경쟁력 강화에 도움을 주었다.
학위논문(석사)--기계공학과,2023. 8
Keywords: 변형 최소화; 사출조건; 석사; 세탁기; 아주대학교