<343520C1A4C7F6BCAE2DBBE7C3E2BCBAC7FCB1E2C0C720C1A6BEEEB9E6BDC4BFA12E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<343520C1A4C7F6BCAE2DBBE7C3E2BCBAC7FCB1E2C0C720C1A6BEEEB9E6BDC4BFA12E687770>"

이진 승
6 years ago
Views:

1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 17, No. 4 pp , ISSN / eissn 사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 정현석 1*, 유중학 2 1 한국엔겔기계 ( 주 ), 2 한국기슬교육대학교메카트로닉스공학부 Injection Unit Precision Inspection according to Control Method of Injection Molding Machine Hyun-Suk Jung 1*, Joong-Hak Yoo 2 1 Engel Machinery Korea Limitied 2 School of Mechatronics Engineering, Korea University of Technology and Education 요약본연구는사출성형기의제어방법에따른정밀검사에대한연구를수행하였다. 실험을통하여, 유압사출성형기와전동식사출성형기의스크루스트로크, 보압, 용융수지온도에대하여정밀도에미치는영향을조사하였다. 또한, 실험에서얻어진데이터편차에대한가설테스트를수행하였다. 연구를통하여스크루스트로크, 용융수지온도, 보압순으로편차가크게발생하는것을알수있었다. 유압식사출성형기가전동식사출성형기에비해제품간의산포가크게발생하는것을확인하였다. 또한통계프로그램인미니탭을활용하여스크루스트로크, 용융수지온도, 보압에대한가설을설립한후 P값을확인하여스크루스트로크, 용융수지온도는귀무가설 (H 0) 을채택하였으며, 보압은상호차이가발생한대립가설 (H 1) 을채택하였다. Abstract A study of a precision test according to the control method of an injection molding machine was carried out. The effects of the screw stroke, holding pressure, melt temperature on both the hydraulic and electric injection molding machine were examined. In addition, hypothesis testing was performed to determine the deviation of the data obtained in the experiments. The conclusions obtained in this study were as follows. Significant deviations in the screw stroke, melt temperature and holding pressure occurred in that order. The hydraulic type showed significantly more variation between the products compared to the electric type. In addition, using a mini tab from the statistics program, a hypothesis was proposed and the P value of the injection stroke, holding pressure, melting temperature injection stroke and melting temperature had adopted a null hypothesis (H 0). The holding pressure, which showed mutual differences, adopted an alternative hypothesis (H 1). Keywords : Electric injection molding machine, Hydraulic injection molding machine, Holding pressure, Melt temperature, Screw stroke 1. 서론플라스틱사출성형기시장은전방산업인가전, 전자부품, 컴퓨터, 휴대폰, 자동차등의수요에따라성장을같이하며, 향후에는 IT산업, 차세대이동통신, 항공산업등고정밀성형품의신규수요증가로안정적인성장을 보일것으로전망된다. 플라스틱산업의가장큰변화는비철화에편승하여가볍고내구성, 내열성, 내화학성이뛰어난플라스틱성형품에대한활용이점차증가하고있는추세이다. 플라스틱성형품의품질을보증하기위한사출성형관리항목으로는금형온도, 수지물성, 사출압력, 용융수지온도, 보압등이있다. 2015년사출성형 * Corresponding Author : Hyun-Suk Jung(Engel Machinery Korea Limited.) Tel: junghs@engel.co.kr Received February 1, 2016 Accepted April 7, 2016 Revised March 9, 2016 Published April 30,

사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 기시장규모는 [1] 국내제조업체인 LS엠트론, 우진플라임, 동신유압및 FUNUC, SODIC, JSW, SUMITTOMO, ENGEL, KRAUSS MAFFEI 등에서생산하는유압식및전동식사출성형기는약 10조억원이상으로추산된다.

사출성형기정밀도검사에대한연구사례를살펴보면, Jung과 Yoo[2-5] 는유압식사출성형기의사출측기능부에대한실험적연구를통하여 screw stroke, 사출압력, 사출온도에대한정밀도검사평가방법을수립하였고성능을향상하기위한실험및개선안을제안하였다.

2 사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 기시장규모는 [1] 국내제조업체인 LS엠트론, 우진플라임, 동신유압및 FUNUC, SODIC, JSW, SUMITTOMO, ENGEL, KRAUSS MAFFEI 등에서생산하는유압식및전동식사출성형기는약 10조억원이상으로추산된다. 사출성형기는형체및사출측각동작부분에유압비례밸브에의한유량및유속을제어하는유압식사출성형기와 AC 서보모터의회전수를직선운동으로변환하여각동작부분을제어하는전동식사출성형기로구분한다. 일반적으로유압식사출성형기는자동차범퍼, 포장용파렛트, TV 프레임등형체력을많이필요로하는대형제품사출성형에사용되며, 전동식사출성형기는핸드폰렌즈, 컨넥터등정밀하면서소형인제품을성형할때주로사용된다. 사출성형기정밀도검사에대한연구사례를살펴보면, Jung과 Yoo[2-5] 는유압식사출성형기의사출측기능부에대한실험적연구를통하여 screw stroke, 사출압력, 사출온도에대한정밀도검사평가방법을수립하였고성능을향상하기위한실험및개선안을제안하였다. 사출성형공정시사출온도, 사출속도에따른사출성형품표면의젯팅결함에대한현상의이론적해석과기초실험에관한연구는 Lyu와 Choi[6] 등이 ASTM규격에따른형상을제작하여금형내캐비티와게이트치수와의결과를비교하였다. Lee와 Han[7] 은플라스틱인장시편의기계적특성에영향을주는사출성형조건의변화및측정이가능한, 인장시편용금형을설계, 제작하여사출성형조건의변화에따른사출성형실험을수행하였으며, 각각의성형과정에서발생되는금형내온도와압력데이터를획득하여상호비교하였다. 본연구에서는엔겔사의유압식과전동식사출성형기의스크루스트로크, 보압, 용융수지온도에대한정밀도검사를통하여성형품에미치는영향을조사하였다. 또한사출성형기의제어방식에따라성형품에미치는영향을통계적기법으로확인하고자한다. 하여원활한유량을보완하고, 압력부족시에는압력제어밸브로보정이가능한원리이다. 유압식에채택된폐쇄회로 (closed loop) 제어방식은사출성형시재현성이뛰어나고정밀성형품성형에주로사용된다. 전동식사출성형기는형체기구에 AC 서보모터, 타이밍벨트, 볼스크루등을매개로이동형판을움직여서형체력을발생시킨다. 각동작은 NC 프로그램에의하여제어되기때문에스트로크및속도의전환점이정밀하게설정되어주로정밀성형에사용된다. Fig. 2와같이사출성형기의중요기능부에계측기를장착하였다. 인젝션스크루스트로크에대한평가를위하여버니어캘리퍼스를사출램에고정한후 0 200mm 구간에대하여 20mm 간격으로위치정밀도를측정하였다. 정밀압력계 (PT600, Wika Co.) 를이용하여제품사출성형시필요한보압을 100bar로설정한후 10회반복성평가를실시하였다. Fig. 1. Operating principle of hydraulic injection molding machine 2. 실험장치및검사방법 본실험은엔겔사의유압식사출성형기 (VC 330/110, Engel Co.) 와전동식사출성형기 (E-MAX 330/100, Engel Co.) 를평가대상으로선정하였다. Fig. 1은유압식사출성형기의개략도이다. 사출성형시속도가 +, - 발생시그림에표시된화살표의사판센서가자동감지 Fig. 2. Experimental device set-up 415

3 한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 2016 Table 1. Injection molding conditions Mold temperature( ) Melt temperature( ) (280, 285, 290, 295) Coolant temperature( ) 90 Coolant time(sec) 15 Packing time(sec) 8 Packing pressure(mpa) 50 Fig. 3. Injection molding parts 용융수지온도평가에사용된계측장비는 k 타입열전대센서가장착된정밀온도계 (QE1008, Fluke Co.) 를사용하였다. 가열실린더벽주위에구멍을뚫고삽입되어있는 J 타입열전대를접촉시켜공급부, 압축부, 계량부의 3군데를측정하여비교분석하였다. 또한본실험에서는폴리아미드 (PA66, Dupont Co.) GF30 수지를사용하여 Fig. 3과같이성형된터미널하우징을이용하여재현성실험을실시하였으며, 수지제조업체에서추천하는성형온도 를실험조건으로설정하였다. 제품은 1회사출성형시좌우로제품 2개가동시에사출되는캐비티구조이며, 핫러너금형을사용하였다. 이수지는 구간에서용융되므로사출온도에대한평가기준을 300 로선정하였다. 장비설치가완료되면온도측정기의사출온도를 300 로조정한뒤각각의열전대를온도측정기감지부에동시에삽입하였다. 1분간격으로 10회측정하여시간변화에따른온도변화를확인하였다. 본연구에서사용된수지의성형조건은 Table 1에나타내었다. 3. 결과및고찰 Fig. 4는인젝션스크루스트로크정밀도검사를위하여버니어캘리퍼스를사출램에고정한후 0 200mm 구간을 20mm 간격으로측정한결과를나타내며, 실험을통하여유압식은 20mm 구간에서 0.09mm, 160mm 구간에서는 -0.11mm의편차가발생되어, 0.2mm의치수편차가발생하여, 0.1% 의위치정밀도오차가발생하였다. 전동식은 mm 구간에서 0.02mm의치수편차가발생하여, 0.01% 의위치정밀도오차가발생하였다. 그러므로인젝션스크루스트로크위치정밀도평가를통하여유압식이전동식보다정밀제어가낮은수준임을확인할수있다. 여기에서관리공차는평가구간을기준으로 0.5% 의공차를적용하였으며, ±0.4mm를상하관리구간으로설정하였다. Fig. 5는유압식과전동식사출성형기에서각각보압을 100bar로작용시켰을때, 나타나는보압에대하여 1 분간격으로 10회반복평가를통한측정결과이다. 평가시관리공차는해당보압을기준으로 0.5% 의공차를적용하였다. 그러므로 bar 구간을관리구간으로설정하였으며, 실험을통하여보압의크기는유압식에서 bar의편차가발생되어, 0.1% 의차이를나타내었다. 전동식은 bar의편차가발생하여, 0.2% 의차이가확인되었다. 이값은모두허용공차구간내에존재하는것으로나타났다. 그러나이실험을통하여보압이얼마만큼의크기로정확하게캐비티에전달되는지를알아볼수있다. 보압의크기는공차범위내에존재하지만압력전달측면에서전동식보다유압식이우위에있음을알수있다. Fig. 6은용융수지온도 300 를설정하였을때, 계량부, 압축부, 공급부에서의온도변화를유압식과전동식에대하여측정한결과이다. 실험을통하여유압식은 로서, 0.1% 의편차가발생하였다. 전동식은 로서, 약 0.17% 의편차가발생됨을알수있다. 본실험시적용한용융수지온도에대한관리공차는제조회사에서추천하는 ±2 를적용하였다. 따라서제어방식에따른용융수지온도의변화는공차범위내에존재함을알수있지만, 전동식사출성형기가용융수지온도변화에대한민감도가높지만유압식이안정적이라고볼수있다. 또한제어방식이다른유압식과전동식사출성형기의중요인자에대하여얻은실험데이터를통계적기법 [8-9] 으로분석하기위하여통계프로그램인미니탭을이용하여 Table 2와같이가설조건을설립하였다. 416

4 사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 Fig. 4. Experiment result of screw stroke at 0 200mm Fig. 5. Experiment result of holding pressure at 100bar Fig. 6. Experiment result of temperature at 300 Table 2. Hypothesis testing of flow step flow 1 Establish null hypothesis(h 0) and alternative hypothesis(h 1) 2 Level of significance make a choice( :5%) 3 Calculate of sample statistics 4 Calculate of verification statistics value(p) 5 Reach a verdict about a null hypothesis Fig. 7은 Fig. 4에나타낸실린더스크루스트로크정밀도검사시발생한편차에대하여데이터간의정규성관계검증을실시하였다. P값이 0.577로 P α(0.05) 이므로신뢰구간 95% 수준내에서산포변화에따라유의수준차가작으며, 각집단간의차가발생하지않는귀무가설 (H 0) 이성립되었다. 이것은인젝션스크루스트로크가성형품의품질에미치는영향이적은인자임을의미한다. Fig. 8은 Fig. 5에나타낸보압 100 bar에서실시한정밀도측정시발생한편차를이용하여데이터간의정규성관계에대한검증을실시하였다. P값이 0에근접한상태로 P α(0.05) 이므로신뢰구간 95% 수준내에서유의수준의차가크며, 각집단간의차이가발생하였다. 따라서검증을통하여보압작용에따른변동량에는차이가없다는귀무가설 (H 0) 을기각하고, 집단간차이가발생하는대립가설 (H 1) 이성립되었다. 이것은보압이성형품의품질에미치는영향이크다는것을의미한다. Fig. 9는 Fig. 6에나타낸용융수지온도 300 에서의데이터값에대한통계적기법을적용한결과, P값이 0.613으로 P α(0.05) 이므로신뢰구간 95% 수준내에서산포변화에따라유의수준의차가작으며, 각집단간의차이가발생하지않는것으로판단되어귀무가설 (H 0) 을채택하였다. 이것은용융수지온도가성형품의품질에미치는영향이적은인자임을의미한다. Fig. 10은유압제어방식사출성형기에의해성형된터미널하우징성형품의재현성실험결과로서, x-bar R 관리도를이용하여제품무게평균값과산포의크기로나타내었다. 터미널하우징성형품의무게평균은 22.59g, 최대값은 22.61g, 최소값은 22.58g이다. 샘플수량 20개, 사출성형시 0.03g의무게차이가발생하였으며, 평균값기준으로 0.13% 의산포가발생한것을확인하였다. 전동식사출성형기에의해성형된터미널하우징성형품은 Fig. 11에나타낸것과같이무게평균이 22.59g, 최대값은 22.60g, 최소값은 22.58g이다. 여기에서 0.02g의무게차이가발생하는것을알수있으며, 평균값을기준으로 0.09% 의산포가발생하였다. 유압식이전동식보다사출성형품의무게에대한산포가 0.04% 더크게발생하였다. 이것은정밀사출성형에서유압식보다전동식사출성형기가적합하다는것을통계기법을활용하여과학적으로검증할수있음을의미한다. 417

한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 2016 Fig. 7. Screw stroke experiment result of ANOVA Fig. 11. Weight measurement results(electric) 4. 결론 Fig. 8.

Melt temperature experiment result of ANOVA 본연구는제어방식이다른유압식과전동식사출성형기의사출부의중요기능부에대한정밀도검사및성형품의무게를통계적기법을적용하여영향의정도를분석하였으며, 연구를통하여다음과같은결론을얻었다.

2) 통계적기법을적용하여스크루스트로크와용융수지온도는제어방식에따른영향이적음을알수있었고, 보압은성형품간의차이가발생하여대립가설이성립되었다. 3) 사출성형품무게측정결과유압식은평균 0.13% 의산포가발생하였으며, 전동식은평균 0.09% 의산포가나타났다.

5 한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 2016 Fig. 7. Screw stroke experiment result of ANOVA Fig. 11. Weight measurement results(electric) 4. 결론 Fig. 8. Holding pressure Experiment result of ANOVA Fig. 9. Melt temperature experiment result of ANOVA 본연구는제어방식이다른유압식과전동식사출성형기의사출부의중요기능부에대한정밀도검사및성형품의무게를통계적기법을적용하여영향의정도를분석하였으며, 연구를통하여다음과같은결론을얻었다. 1) 사출성형기및성형품에대한평가결과, 스크루스트로크는전동식이정밀하게제어되었고, 보압은캐비티전달측면에서유압식이우위를보였으며, 유압식이용융수지온도변화에대한민감도는떨어지지만안정적임을확인할수있었다. 2) 통계적기법을적용하여스크루스트로크와용융수지온도는제어방식에따른영향이적음을알수있었고, 보압은성형품간의차이가발생하여대립가설이성립되었다. 3) 사출성형품무게측정결과유압식은평균 0.13% 의산포가발생하였으며, 전동식은평균 0.09% 의산포가나타났다. 따라서유압식이전동제어방식보다제품간의산포가크게발생하는것을알수있었다. References Fig. 10. Weight measurement results(hydraulic) [1] Global Information Premium Market Research Report: Global Injection molding machine market : [2] H. S. Jung, and J. H. Yoo, "An Experimental Study on Credibility Test of Hydraulic Injection Molding Machine", Journal of the Korean Society for Precision Engineering Autumn Conference., pp. 471~

사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 October, 2010. [3] H. S. Jung, and J. H. Yoo, "Tie bar Elongation Test of Toggle type Injection Molding Machine", Journal of the KSMTE., Vol.21, No.4 pp. 672-676, January, 2013.

S. Jung, and J. H. Yoo, An Experimental Study on the Measurement Performance of Injection molding machine, Journal of the KSMTE Spring Conference., pp. 134-135, May, 2011. [6] S. W. Kim, and J. H. Park,, M.

6 사출성형기의제어방식에따른사출장치정밀도검사 October, [3] H. S. Jung, and J. H. Yoo, "Tie bar Elongation Test of Toggle type Injection Molding Machine", Journal of the KSMTE., Vol.21, No.4 pp , January, [4] H. S. Jung, and J.H. Yoo, Uncertainty Evaluation for the Determination of Injection Temperature in Injection Molding Machine, Journal of the KSDME Summer Conference., pp. 8-12, June, [5] H. S. Jung, and J. H. Yoo, An Experimental Study on the Measurement Performance of Injection molding machine, Journal of the KSMTE Spring Conference., pp , May, [6] S. W. Kim, and J. H. Park,, M. Y. Lyu, Y. J. Jin, and D. Kim, Variation of Temperature and Pressure in the Cavity for Operational Conditional of Injection Molding, Proceedings of the JTMP autumn annual meeting, pp , September, [7] D. M. Lee, B. K. Han, and S. H, Lee, Injection Mold with Cavity Pressure/Temperature Sensors for Standard Tensile Test Specimen, Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol.24 No.11, pp , November, [8] B. K. Choi, and D. G. Lee, A Study on the Process Capability Analysis of MIM Product, Journal of the Korea Society of Machine Tool Engineers, Vol. 19, No. 1, pp. 57~64, January, [9] H. S. Jung, and J. H. Yoo, Mold Opening Stroke according to Injection Speed Proceedings of the International Conference of Manufacturing Technology Engineers, pp. 254, October, 유중학 (Joong-Hak Yoo) [ 정회원 ] < 관심분야 > 사출성형및금형, 절삭가공 1986 년 2 월 : 단국대학교대학원기계공학과 ( 공학석사 ) 1995 년 8 월 : 단국대학교대학원기계공학과 ( 공학박사 ) 1992 년 1 월 ~ 현재 : 한국기술교육대학교메카트로닉스공학부교수 정현석 (Hyun-Suk Jung) [ 정회원 ] 2008 년 2 월 : 한국기술교육대학교산업기술공학과 ( 공학석사 ) 2013 년 8 월 : 한국기술교육대학교메카트로닉스공학 ( 공학박사 ) 1995 년 5 월 ~ 2001 년 2 월 : 대우자동차기술연구소주임연구원 2002 년 1 월 ~ 현재 : 한국엔겔기계 ( 주 ) 품질경영팀부장 < 관심분야 > 사출성형및금형, 정밀측정 419

Microsoft Word _ _ 정현석

Microsoft Word _ _ 정현석 한국정밀공학회지제 31 권 2 호 pp. 165-170 J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 31, No. 2, pp. 165-170 ISSN 1225-9071(Print), ISSN 2287-8769(Online) February 2014 / 165 http://dx.doi.org/10.7736/kspe.2014.31.2.165 형체력에따른사출성형기플렉스링크의특성분석