일반적으로 사출성형 공정 중에는 용융 수지가 금형 캐비티를 채우는 과정을 확인할 수 없으며, 설정된 계수 값대로 공정이 이루어지는지를 확인하기 어렵다. 따라서 양품의 성형품을 생산하기 위한 성형 조건은, 시험 사출을 통한 반복적인 시행착오 방식으로 찾아내고 있으며, 특히 제품 생산 중에 불량품이 발생되면 트러블슈팅(Troubleshooting)에 많은 시간과 비용이 수반된다. 최근 산업계에서는 원가절감 및 불량 개선을 위한 기술로서, 금형 내부에 압력 센서를 설치하여 생산공정 이력을 감시하고 정보화하는 기술인 공정 모니터링 기술(Process Momitoring Technology)이 사용되고 있다. 이 기술은 금형 내부의 압력을 측정하여 사출성형품의 품질을 분석하고, 이를 정량적인 지수로 나타내어 공정관리의 효율성을 증대시키고, 최적 성형 조건 탐색 및 불량 원인 분석에도 활용되고 있다. 그러나 금형 내부 상태의 모니터링에 관한 대부분의 연구는 성형 조건 변화에 따른 캐비티(cavity) 압력 데이터를 분석하여 최적 사출조건을 도출하는 방법론, 캐비티 압력 데이터의 정량적 지수(Index)를 특성치로 정의하고 이를 제품 특성과의 상관관계 규명을 통해 공정에 적용하는 방안에 관한 연구, 공정 모니터링을 이요한 캐비티 내부 통해 이루어졌다. 또한 노즐(Nozzle)의 압력 및 온도 데이터를 이용한 공정관리 방안에 관한 연구도 수행되었지만, 공정조건 변화에 따른 노즐 및 캐비티의 압력 데이터에 대한 비교 분석 연구는 활발하지 않은 실정이다. 본 설명에서는 캐비티와 사출성형기 노즐에 압력센서를 설치하여 사출 속도(Injection Speed)와 보압(Holding Pressure)에 따른 캐비티와 노즐의 압력을 측정하여 정량적 지수를 정의하고, 이 지수와 성형품 중량에 대한 상관분석을 통하여 공정관리에 대한 적용성을 알아보았다. 또한 다단 사출성형, 보압 및 제한 사출 압력의 영향에 따른 사출 속도, 캐비티 및 노즐 압력 데이터를 분석하여 사출성형기의 공정제어 특성에 대해서 알아보았다.
실험조건 및 재료 : 실험에는 Arburg 사의 25 Ton 유압식 사출성형기(최대 사출 압력 : 1570 bar)를 사용하였다. 제품은 사각 BOX 형상(크기 : 70mm * 50mm * 20mm)이며, 재료는 LG Chemical의 ABS(grade : HF380)를 사용하였다. 성형 압력 측정을 위해서 캐비티와 사출성형기 노즐부에 Kistler 사의 압력 센서(모델명 : 6157BA, 4085A)를 설치하였으며, 사출성형기에 기본적으로 장착된 변위 센서(potentiometer)를 이용하여 사출 속도를 측정하였다. 실험은 사출 속도와 보압에 대해서 3 수준의 L9 직교 배열표를 이요한 다구찌 실험을 진행하였다. 사출성형기의 노즐부와 금형에서 측정되는 압력에 대한 효과적인 비교 분석을 위해 사출 속도와 보압을 제어 인자로 선택하였다. 그 이외 조건인 수지 온도(220℃), 금형 온도(70℃) 및 보압 시간(5 sec)은 모두 동일하게 적용하였다. 실험 중에 발생되는 오차를 제어하기 위해 모든 공정조건에 동일하게 충전율 98%에서 보압 절환(Switch-Over)이 이루어지도록 매 실험마다 조건을 설정하였다.
제어인지 및 수준
| Control factor | Level 1 | Level 2 | Level 3 | |
| A | Injection speed(cm/sec) | 16.8 | 28.0 | 39.2 |
| B | Hold pressure(bar) | 450 | 625 | 800 |
사출성형 실험. 성형 영향인자 및 상관관계 분석 : 사출 속도와 보압이 성형품 중량에 미치는 영향을 알아보기 위해서 다구찌 분석을 수행하였으며, 실험 결과에 대한 SN비 분석을 수행하였다. 보압이 중량에 대한 기여도가 더 큰 영향인자임을 확인할 수 있다. 일반적으로 사출성형공정은 다양한 외란 인자의 영향으로 공정조건이 변동될 수 있기 때문에 도출된 최적 조건을 지속적으로 유지하기 어렵다. 따라서 지속적인 공정 관리를 위해서는 성형품 품질과 가장 상관도가 높은 정량적 공정 지수를 활용한 품질관리가 필요하다. 캐비티 압력에 대해서는 최대 압력 값(PCK), 최대 압력 값까지의 적분 값(CPIK), 전체 압력 적분 값(CPIC)의 지수를 정의하였다. 노즐 압력의 경우는 수지가 노즐을 통과하는 시점에 1차 최대 압력 값이 발생되며, 노즐 압력의 경우는 수지가 노즐을 통과하는 시점에 1차 최대 압력 값이 발생되며, 이는 사출성형기 노즐 선단부에서의 수지 압축 현상에 의해서 발생되는 압력이기 때문에, 노즐 압력의 최대 압력 값(NPK)과 최대 압력 값까지의 적분 값(NPIK)은 보압 절환 전에 발생되는 최대 압력을 기준하여 지수를 정의하도록 하였다.
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