KAP 업종별기술세미나 13년 11월 #01

1. The
World
B e s t !!!
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2013.11
자동차 부품산업 진흥재단
전문위원
조 영 택

2. 사출산업 구조의 특징
제품 제조업체
금형업체
☞ 영세한 기업적 구조
☞ 가격과 품질에서 경쟁력 부족
☞ 고급인력 채용에 어려움
☞ 신기술 습득 부족
성형업체
사출산업 구조의 특징
제품 설계,조립
☞공정관리 기술개발 비용의 지불
주체가 불분명한 상황
☞공정결함에 대한 원인분석 능력이
낮고 책임 분담 구조가 부재한 상황
☞단순 임가공업 수준
☞고급인력 채용에 어려움
☞공정기술 관리능력 부재
원재료업체

3. 플라스틱 사출성형 기술동향
20%
금형상태
70%
(Mold Condition)
단품용도파악
Resin특성고려
생산성참고
기구설계
수지결정
성형조건
(Injection Control)
良品의
3요소 10%
유동해석 (CAE)
금형 내압 예측
웰드라인 예측
금형설계/제작
사출기여건
(Machine Condition)
금형 내압측정
금형 온도관리/센서
(키슬러, Futaba)
표준 성형조건설정
생산직후공정검사
도금,도장 적용유무
사출성형
(자동/수동)
단품검사
(후가공)

4. 성형기술과 공정기술
수지
기술
설계
기술
성형
기술
☞소요 기술이 모두 직렬로 배열되어 연쇄적으로 영향을 주어
최종적으로 제품 품질로 귀결됨
☞한 과정에서 발생하는 문제점은 모두 품질에 영향을 줄 수 있음
☞ 모든 일련된 공정에 균형을 맞춘 기술이 제품의 균일성을 유지한다
수
지
공정
기술
금
형
공
정
기
술
금형
기술
설
계
기
술
기
술
기
술
공정
기술
사
출
성
형
기
☞ 제품이 설계된 의도대로 제조되는데 장애가 되는 요소를
극복하는데 필요한 생산기술
☞ 품질을 높이고 생산성을 향상시키기 위해 필요한 생산기술
사출
성형기

5. 사출성형 주요문제점 및 개선방향
구 분
문
제
점
개 선 방 향
예상효과
불량품
▷ 같은 유형의 연속(3가지)
▶ 원인 추적조사, 해결
지 식
▷ 구전으로 배운 지식
▶ 실험과 체계적인 교육
설 비
▷ 불량은 설비 미비탓
▶ 설비의 최대활용 (80%해결)
원재료
▷ 수분관리 미흡
▶ 수분관리 및 건조
은조,은점,플로우개선
성형기
▷ 온도관리 미흡
▷ 기계특성 이해부족
▶ 작동유온도, 쿠션설정
▶ 사출압과 계량압의 활용
성형조건의 향상,유지
▷ 온도 분포 불일정
-열전도율에 대한 무지
▶ 상,하측 별도관리
▶ 온수기,칠러,온조기를 활용
▶ 금형수정
▷ 금형강 선택의 미신중
▶ 수지의 특성에 따른 선택
금형수명연장(열처리)
▷ 런너,게이트 밸런스 무지
▶ 스프루,런너,게이트 수정
Cycle Time단축
불량개선
개 발
▷ 유동분석의 미실시
▶ 수지,금형강별 유동해석필연
인 재
▷ 급여기준 인선
-기술력부족
▶ 인사고과의 기준변경
금 형
해결/재발방지역점
수평전개기대
필요장비 구매가능
불량개선
Cycle Time단축
실패비용절감
인재양성

6. 생산성 향상
1 사출성형의 신 공정 기술 사례
2 금형온도 센서 설치 및 조절장치
3 제품두께에 의한 냉각시간
4
5
실린더 스크류 체크링 관리
금형교환 방법

7. 1
사출성형의 신 공정 기술 사례
1
RUNNER GATE 및 실바리 자동제거
일반 성형기에 자동화 시스템 적용 생산성 향상
2
일반 성형기 개조에 의한 하이브리드
성형기( 복합식:전동식+유압식)적용 에너지 절감
3
Tandem Mould 적용에 의한 Cycle Time 단축에 의해
생산성 향상
4
급열 급냉에 방식 의해 No-Weld 성형에 의한
불량율 저감(자동차용 부품에는 미 적용 상태임)

8. 일반 성형기에 자동화 시스템 적용(성형기)
◆ 화염처리에 의해 실 바리작업
자동화
◆ 수작업에 의해 게이트 제거 방식
(Robot 개조)
◆ 화염처리 장치 설치 실 바리가 있는 부분
로보트 이동에 의해 실바리 제거
◆ 레이저 가공에 의해 게이트 제거

9. 하이브리드 사출기 시스템 적용
유압모터
서보모터 +
스쿠루 펌프
서보 드라이브
■ 서보모터 하이브리드 시스템 이란?
[힘이 쎈 유압의 장점 + 정밀 제어가
가능한 전동의 장점]
- 사출 성능은 전동식으로 하고
- 형체 성능은 유압식으로 하는방식

10. 유압식 vs 전동식 vs 하이브리드 성능 비교
에너지절감
저속제어
유압식
소음
10
8
6
4
2
0
하이브리드
내구성
에너지절감
10
가격
저속제어
재현성
압력
4
2
소음
에너지절감
전동식
소음
10
8
6
4
2
0
내구성
6
보전관리
저속제어
8
0
가격
내구성
가격
재현성
압력
보전관리
재현성
압력
보전관리
 유압식 에너지낭비개선효과 - 유압식 대비 전기소모량 40~75% 절감
 전동식 대비 고압유지성능, 유지비용, 초기투자비 문제개선 - 전동식 대비 초기투자비 50%
저렴

11. 하이브리드 시스템 설치업체 전력비 절감 현황
금액 ; 백만원
유압식
하이브리드
절 감 효 과
업체명
사출기
(TON)
C社
3000
154
83
102
55
52
28
34%
C社
2200
78.3
42
40.8
22
37.5
20
48%
A社
1600
70.6
40
42.3
24
28.3
16
40%
I社
850
41.6
24
15.0
9
26.6
15
64%
전력량 전기요금 전력량 전기요금 전력량 전기요금
절감율
(Khw)
/年
(Khw)
/年
(Khw)
/年
비고

12. 유압식 vs 하이브리드 전력 소비율 비교
■ 서보모터 하이브리드 시스템의 절전기술
- 보압공정은 서보펌프의 회전수를 대폭저하
➜ 출력 낭비 줄임
- 냉각공정은 드라이브시스템의 출력이 거의 제로 ➜ 에너지 불필요

13. Tandem Mould 적용(금형)
◆ 지난 3년간 45~3000톤
금형까지 300 여건의
양산 적용
◆동급 사출기에서 기존
금형 대비 시간당 생산량
2배 증가
◆상이한 중량의 부품을
금형 한 벌에서 동시 생산
◆플라스틱 부품 사출 원가
최대 40%까지 절감
기존 사이클타임 30초
냉각
계량
형개
취출
형체
형개
사출
Tandem 사이클타임 15초
보압
취출
형체
계량
냉각
사출
보압

14. Tandem Mould 적용(금형)
 각 파팅면 별로 독립적인 공정조건 제어가 가능
 별도 부가장치 없이 일반 사출기 구조 이용 가능
 금형 내 Support Bar 설치로 센터 블록 처짐 방지
 전동/하이브리드 사출기는 프로그램 교체 만으로 사용 가능
 기존 사출기에 측면 사출 장치 추가
 이중 사출 부품 원가 절감 구현
 상이한 소재의 부품 동시 생산 가능
Tandem 이중 사출 개념도

15. 웰드라인 개선(설비 보강)
웰드라인 개선의 필요성, 가능성
[필요성]
1. 환경문제 : 웰드라인을 감추기 위한 후가공-특히 도장(塗裝)-에
의한 공해문제 발생 :작업자 작업강도가 높음(사포질)
2. 고품질 경쟁 : 경쟁업체와의 품질우위 경쟁에서 살아남기 위해
3. 소비자의 요구 : 국제화 시대에 따라 높아진 소비자의 눈높이
[가능성]
: 성형재료, 금형강재, 금형제작 , 금형가공설비,
사출성형 부대설비(핫런너, 금형온도 측정, 금형온도 조절기)의 발전
금형온도를 열 변형온도 이상으로 급속 가열하여 고분자
수지를 충진하고 급속 냉각함으로써 고광택과 높은
표면경도를 실현

16. PRH&C 위치도

17. PRH&C 적용 효과(SEM 사진 분석 결과)
일반사출 성형시Weld line
PRH&C 공법 적용시 Weld line
PRH&C 공법을 적용한 경우 부식면은 훨씬 촘촘하며, 광택면은 반사율이 높아서
진하게 나타남.

18. 웰드라인 개선(금형.설비)
1) 금형냉각 : 캐비티 표면에서 일정한 거리 에 냉각라인 가공
금형(Cavity)
캐비티 분할면
냉각회로 상세
2) 금형온도-2 (금형내부에 설치된 온도센서에 의해 측정된 금형온도)
스팀온도
금형온도

19. 참조 : 전사성 부족 - 성형품(Blow) 표면결함 제거작업
샌딩 작업

20. 참조 : 웰드라인의 개선이 필요한 성형품
GATE

21. 참조 : 웰드라인의 개선이 필요한 성형품
확대 사진
PRH&C 사출
PRH&C 미적용으로 광
택이 전혀 없고 뿌연 상
태임
일반 사출
Weld line
개선 전
개선 후

22. 2
금형 온도센서 설치 및 조절장치
1
금형온도에 의한 수지의 유동성, 성형조건변화 및
제품에 끼치는 영향
2
금형내 온도 온도센서 삽입 방법 및 냉각라인 설정
3
금형 온도 조절 장치

23. 금형온도와 수지의 흐름
유동 층
Cavity
Core
고화 층

24. 사출 성형의 조건 변화 상관관계
생산성
Cycle time
환경온도
냉수, 실내스케일
금형
온도
사출압력
사출, 보합
수지가열온도
#1,2,3,4,5

25. 금형 온도가 제품에 끼치는 영향
수축
표면
웰드라인
금형온도
휨/변형
충진
기계적성질
1) 금형 표면온도의 균일한 분포가 필수적이다
2) 금형설계에서 세심하게 검토되어야 함
3) 실제로 눈에 보이지 않아 어려움이 있음

26. 금형 온도 게이지 설치(기존방법)
금형 온도계
(금형 온도의 가시관리 가능)
금형 (제품에 중앙부분)에 센서를 삽입후 직접 확인(1개소)

27. 금형 다수 온도게이지 설치(향후 전개)
부위별로 온도 편 차(휨,변형)
2cavity(동일한제품관리)
B
A
CAVITY 2번
구 분
금형
표면
온도
LH
RH
A부
B부
편차
적합성
가동측
87
144
57
X
고정측
57
61
4
O
가동측
98
150
52
X
고정측
58
64
6
O
종합
X
X
금형의 CAVITY수 와 제품의 크기에 따라 금형내 삽입되는 센서는 다수 필요(제품 품질)

28. 센서 위치 선정 및 장착
센서 위치 선정 및 장착

29. 온도센서에 의한 금형온도 추이도
센서가 연결되어 온도의 산포 콘트롤
상원판에 연결된 온도센서
온도센서
금형온도 최고점과 최저점 관리
금형개발(TRIAL)시 확인 필요

30. 냉각라인에 따른 온도변화도
1) 금형 표면온도의 균일한 분포가 필수적이다
2) 금형설계에서 세심하게 검토되어야 함
3) 실제로 눈에 보이지 않아 어려움이 있음

31. CM A/E 금형온도 측정 DATA (사례1)
단위 : ℃
금형 측정 포인트
1
2
구분
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
수정
전
28
51
62
37
61
66
39
51
56
수정
후
48
47
48
52
53
49
48
47
48
수정
전
60
62
55
66
66
50
55
57
58
수정후
49
48
48
52
53
50
49
48
48
수정
전
60
62
62
65
66
50
58
57
58
수정후
3
①
49
48
48
53
52
49
49
48
48
上 금형
4
7
5
8
6
9
下 금형
(1번)
下 금형
(2번)
금형 요구 온도
45℃~50℃
현상
현 냉각LINE 상태에서 칠러,금형온도 조절기로
요구 온도 가능

32. CM A/E 냉각 LINE 수정내용
냉각 LINE 변경 전
냉각 LINE 변경 후
OUT
OUT
IN
변경 후
변경전
OUT
냉각
흐름도
IN
IN
OUT
IN
구분
특기 사항
▶냉각line 각 1개소 (in,out) →下 금형 동일 냉각 방식
▶칠러에서 냉각line 직수연결 → (칠러온:7℃~10℃)
▶ 냉각 line 각 3개소(in,out)→上,下금형 별 냉각방식
▶ 금형 온도 조절기(예열기)에서 냉각 line 연결
→ (칠러온도 20℃ ,금형온도 조절기 30℃)

33. 온도 불균형(사례2)
1
46℃
46→70℃
60℃
2
106→63℃
50℃
70℃
3
106℃
60℃
52℃
50→70℃
문
제
점
· 미성형,웰드라인 발생
-금형온도 불균일( 2 라인
미사용)
· Hook부 후변형(도장후 건조시)
- 전수검사(휠 장착시험)
개
선
내
용
60℃
52→70℃
· 금형온도 조정 및 금형온도 안정
- 미성형 ,웰드라인 불량 없음
· Hook부 후변형(도장) 감소
- 샘플링 검사로 전환

34. 잔류응력 검사(사례3)
빙초산 시험결과 - 1
빙초산 시험
1. 변형이 큰 부분(내부변형) → Crack 현상
2.변형이 적은 부분(표면변형) → 백화 현상
잔류응력부
균열발생
금형온도 부적합
금형온도 적합

35. 금형온도 조절 장치
◆ 벤치마킹 회사 :일본 ㈜ 마쓰이.레이겐
불량감소 및 CYCLE TIME 단축

36. 3
제품두께에 의한 냉각시간
※필요한 DATA (원재료 메이커사에 요청
해야 할 자료도 있음)
. 냉각시간의 계산(이론)
t2
Q = π2 α ln
Q : 냉각에 필요한 최소시간
(Tx – Tm)
π/4
(Tc – Tm)
Tc : 수지의 사출온도
Tm : 금형온도 , Tx : 제품 희망온도
α : 수지의 열 방산율 =(R/β*Cp)
Ex) 살 두께:1.6mm 재질:PP 성형 품을
냉각하는데 소요되는 시간은 ?
T : 살두께
조건:수지의 용융온도: 240℃, 금형온도:20 ℃
-4
열 변형온도(성형품을 꺼낼때 온도:고화온도):100℃
PP의 열전도율=3.3x10 cal/Sec cm ℃
밀도=0.9g/cm
비열=0.46
Cp : 수지비열
R : 수지의 열 전도율 (cal/㎝/㎠/℃)
β : 수지의 비중 (g/㎠)
-4
-4
수지의 열 방산률 α =(R/β*Cp)= (3.3x10/0.9*0.46) =7.971*10
-4
Q = 0.16² /( π *7.971*10 ) *1n π/4 *(100-20)/(240-20)
=6.4Sec
2

37. 에어크리너 커버 개선사례(1)
(수정 전)
1차(수정 후)
CORE 신작
1.광택 2. 중량: 616g. C/T: 70초 1.무광택 2.중량: 635g 3. C/T: 85초
3.0
6.5
1.5
▶ 문제점
제품의 살두께에 대비보강 RIB
폭 및 길이과다에 따른SINK
MARK 현상 발생
(RIB 및 살두게 수정으로 중량 감소)
수정 전 보다 61g 감소
신작내용
▶ 문제점
- 제품의 살 두께 보강에 의한 COST 상승
-SINK MARK는 수정전보다 양호하나
만족할 수준이 아님 (한시적 생산)
설계표준

38. 에어크리너 커버 개선사례(2)
현
원
상
- 중량 증가에 의한 원가손실 및 과도한
사출시간에 따른 생산성 저하 발생
- SINK MARK 현상 해결을 위한 제품 두께 증대 및
냉각LINE 불구합에 따른 과도한 사출시간 발생
구분
SPEC
ACT
증감
제품중량
658 g
675 g
+ 17 g
사출시간
65초
87초
+ 22초
- 년간 손실금액
▶ 제품중량 : 3,400,000/년
▶ 사출시간 : 12,000,000/년
(년간 200,000대 생산 기준)
개선효과
조치사항
- CORE 신작 및 냉각LINE 재설정
금형 착수일 : 2006년1월3일
금형 완료일 : 2006년2월2일
금형 TRY : 2006년2월3일
TRY 결과 : 설계 SPEC에 만족함
▶ 투비비 : 5,000,000
인
구분
변경전
변경후
증감
제품중량
675 g
638 g
- 37 g
사출시간
87초
63초
- 24초

39. 4
스크류 실린더 체크링 관리
생산1부
6호기 스크류 ,실린더 교환 전, 후
생산율36%증가
2000
1500
1679
1233
교환전
650톤
1초당 단가 5.6원
절감C/T X 초당단가 X 월 생산수량
일 절감액:52 X 5.6 X 446 = 129,875
월절감액:129,875 X 22 = 2,857,250
연간 절감액:
2,857,250 X 12 = 34,287,000
1000
교환후
500
0
불량 손실비용
월:52,015 X 22 = 1,144,330
년간: 1,144,330 X 12 = 13,731,960
생산수량
ITEM기준: MD-FAN (426g)
생산수량
(EA)
불량수량
(EA)
발생중량
(g)
손실수량
(EA)
손실중량
(g)
손실비용
(원)
원재료 단가
(PA66)
교환전
12/1~31
1,233
40
17,040
37
15,762
52,015
3,300
교환후
1/18~
1,679
5
(초기불량)
2130
0
0
0
3,300
생산성 저하 및 제품 정도 유지 안됨

40. 5
금형 교환 방법
금형예열
◆ 이동식 금형 예열대,금형내 열전대 설치,경광등 설치

41. 5
금형 교환 방법
금형 교환
◆ 2인/1조 금형교환(10분 이내)

42. 감사합니다.