플라스틱 사출성형 효율화관리

2015. 10. 13 ~ 15

자동차부품산업진흥재단자동차부품산업진흥재단

전문위원 전문위원 조 영택조 영택

『『君臣有義君臣有義』』

군신유의군신유의

군주와 신하의 관계는 의리에 군주와 신하의 관계는 의리에

바탕을 두어야 한다바탕을 두어야 한다 ..

신신 (( 우리회사우리회사 )) 은 군은 군 (( 고객 사고객 사 )) 에게 에게

충성을 다하고 충성을 다하고

군군 (( 고객사고객사 )) 은 신은 신 (( 우리회사우리회사 )) 을 신뢰한을 신뢰한

다다 ..

Contents원 재 료 부 분

금형 부 분

설비 부 분

1. 관리운영 [3 단계 서식관리 ] 3 . 원재료 생성공정에 따른 불량사례 2. 원재료관리의 오해 4. 흡수성 수지와 비흡수성 수지

원재료 관리 (1-1)

원재료라 함은 성형에 사용되는 신재와 분쇄재를 통칭한다 .

1. 관리운영 1) 원재료 관리대장 ; 재료의 입 , 출고 기록관리 ( 자금적관리자금적관리 /구매 ) 2) 원재료 수불대장 ; 사용시의 필요량을 인수받아 호기별 사용량을

배분하고 통제 및 기록 ( 양적관리양적관리 /생관 ) 3) 원재료 사용통계대장 ; 호기별 사용량 대비 생산량에 대한

세부내역 [ 수량 , 무게 ] 을 기록 ( 질적관리질적관리 /생산 )

원재료 관리 (1-2)

if원재료관리가 불충실할 때 나타나는 오해원재료관리가 불충실할 때 나타나는 오해 !!!!

① 불량율은 낮은데 , 수지 LOSS 량이 많다 ?② 계산상으로는 흑자인데 , 월말결산은 적자 ?③ 기계가동율은 높은데 , 매출액은 낮다 ?④ 같은 기계 , 같은 금형 , 같은 조건 , 같은 사람 인데 왠 (?) 불량품 !!

정확한 자료를 확보하기 위한 행보 1) 작업시 짜낸양과 런너 , 스프루 그리고 불량품 ( 예열불량 , 초물불량 ) 과 양품의 분리 . 2) 모든 수량 ( 양품제외 /적색박스 ) 의 제품별 기록관리는 분쇄실의 작업일지에 기록 . 3) 분쇄할 수 없는 것은 무게를 계량하여 제품무게 ( 런너 , 스프루포함 ) 로 수량화 .

▣ 원재료 생성 공정 개요

F/Bag

SILO

Feeder

Extruder Cooling bath

Pelletizer

Vibrator

Additive ModifierColorant

검사 및 출하

Mixer

Blend hopper

Drying hopper

▲ ▲ Weighing system

Packing machine

Raw Materials

검사 이송 저장 계량 배합 저장 압출 냉각 절단 선별 이송 저장 계량 포장 검사

원재료 관리 (1-3)

일반적으로 수지의 흐름성이 낮아지면 제품 성형시 에어트랩 ( 기공 ) 발생율이 높아 지는데 기존 대비 다소 낮아 성형시 에어가 미쳐 빠져 나가지 못했음 .

원재료 관리 (1-3)

1. 생산시 제품 흐름성 (MI) 검사 및 관리 강화

- 기존 Lot 당 1 회 검사에서 2 회로 검사 강화하 여 흐름성 저하분 출고 가능성을 차단 . 1-1. 사용 원재료 흐름성 기준 상향 조정

- 기존 사용 원재료 MI 기준 : >15

- 개선분 사용 원재료 MI 기준 : >20 : 개선 생산분 납품 후 업체 양호 판단시

개선 소재로 대응 .

▣ 검사 공정

★ 투과율 SPEC 치 대비하여 최대 최소 0,6 % 편차 발생 육안으로 변색 확인가능 측정결과 합격이라고 하나 관리 기준 재조정 필요 투과율 편차 1.0⇒ 0.5

◈ 원재료 칼라 이색 발생

NG 판정특징 : 흰색이 강함LOT : K15F14AB

OK 판정특징 : 누런색을 띔 LOT : K15F14I

▣ 배합 공정

원재료 관리 (1-3)

압출기 Gas 빼기 장치 (Gas Vent-Up) 이물질

제거 미흡으로 인한 내부 가스 잔류 → 압출기 내부

잔존 Gas 재료에 함유 되어 Pallet 결정 내부 Gas 층 ( 기공 ) 형성

◈ TL 사이드 몰딩 전면부 기포 불량 발생

ED164 단면 ED164 옆면 ED164 절단면

원재료 확인 결과 재료 내부 기공 확인

▣ 압출 공정

공장내부 진공탱크

공장외부 진공탱크

압출기

원재료 관리 (1-3)

YNS5000_ºÐĨYNS5000_Pellet

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

%T

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)

IR 분석 결과-Pellet 과 분진에 대해 , IR PEAK 확인 결과 동일 제품으로 확인 됨-Pellet 이 Cutting 되는 과정에서 미세 분진이 발생되어 제품 Hopper 에서 솜사탕처럼 뭉침 현상 발생된 경우로 , 타 오염물질에 의해 발생되지 않음

◈ 원재료 분진 발생

원재료 관리 (1-3)▣ 절단 이송 공정

Pelletizer

Drying hopper

▲ ▲ Weighing system

Packing machine

Cutter 지름

1. Cutter 교체 주기 단축 : 1 회 /200톤 → 1 회 /150톤2. Cutter 연마 한도 기준 변경 : 194mm → 196mm (Cutter 지름 )기존에는 Cutter 지름 194mm까지는 연마 후 재사용하였으나 ,196mm 로 연마 한도 관리를 통해 발생 분진 /분칩 발생 억제(Cutter A급 지름 : 200mm)→연마가 거듭될 수록 Cutter 날의 예리함이 떨어져 상대적으로 분진발생이 많음 .→ 즉 실행Ⅲ. 개선 대책 – Pelletizer Cutter 관리Cutter 지름

1.Pelletizer Cutter 관리 강화 – Cutter 교체 주기 단축 , 연마 한도 기준 변경

2. 건조 Hopper 관리 – 분진 /분칩 발생을 최소화 목적

→ 건조 Hopper 하부에 Air 를 인입시켜 분진 /분칩을 Dust Collector 로 배출 시킴

원재료 관리 (1-3)

▣ 저장 공정

원재료 관리 (1-3)

◈ PP 원재료에 PA66 펠렛혼입

미용융 수지

•PP 에 PA66 펠렛 혼입으로 성형 시 게이트 막힘 및 제품 표면에 미용융 수지 잔존

품종교체 시 초물관리 미흡 - PA66 ->PP 로 교체 시 초 관리 미흡으로 압출기내 체류된 PA66 이 PP 에 일 혼입됨

표면에 미용융 수지 잔존

원재료 관리 (1-4)

플라스틱의 수분 흡수

비 흡수성 수지

PE; PP; PS ...

흡수성 수지

PA; PC; PET

표면 수분

내부 침투내부 침투

수분이 내부에 잘 침투하지 못함

원재료의 분자구조 사이에 물 분자가 배열함

PA는 흡수성 고분자로 수분율이 물성 및 치수안정성에 큰 영향을 미친다 .

▣ 흡수성수지와 비 흡수성수지 혼동

▶ 플라스틱 원재료에 대한 지식부족으로 불량생산을 가중

원재료 관리 (1-4)

▶ PC, PVC 등은 실린더의 온도가 과열되거나 , 용융된 상태에서 장시간

체류 , 보관 할 경우에는 열분해를 하여 물성이 변하게 된다 . - 보유하고 있는 호퍼의 크기가 크거나 , 소량생산으로 호퍼에 체류

하는 시간이 길어질 때 에는 체크밸브가 없는 스쿠류를 사용해야 한다

(PC 는 Ester 결합 : 열이 가해지면 함유되어 있는 수분이 가수분해 유발 )

▶ POM 은 실린더 온도가 220℃ 이상이거나 , 체류시간의 과다로 인할 때

포름알데히드로 분해하면서 색상을 검게 탈색되므로 불량이 양산되지

않도록 유의해야 한다 .

◈ 실린더온도에 민감한 수지

- O - C - O

- C -CH3

CH3

- O - - C - O - O

- O - C - O

- C -CH3

CH3

- C -CH3

CH3

- O -

에스테르기

금형 관리 (2-1)

금형온도

휨 / 변형충진

기계적성질

수축

표면웰드라인

1) 금형 표면온도의 균일한 분포가 필수적이다2) 금형설계에서 세심하게 검토되어야 함3) 실제로 눈에 보이지 않아 어려움이 있음

▣ 금형 온도가 제품에 끼치는 영향

▣ 사출 성형의 조건 변화 상관관계사출 성형의 조건 변화 상관관계

생산성Cycle time

수지가열온도#1,2,3,4,5

환경온도냉수 , 실내스케일

사출압력사출 , 보합

금형온도

금형 관리 (2-1)

▣ 금형온도 편차 ( F/PROOF 장치의 문제점 )

금형 관리 (2-2)

고정측

이동측

금형 온도 편차

？

▣ 금형온도 센서 기준 설정

금형 관리 (2-3)

▣ 금형 심도에 따른 온도 변화도

금형 관리 (2-3)

ⓓ

0℃

20℃

50℃

80℃

100℃

110℃

ⓔ

ⓐⓑ

초기예열 (Preheating Stage)

10 분(min)

생산시간 (Cycle time)

시간(Time)

ⓐ 사출시간 (Injection Time) ⓑ 냉각시간 (Cooling Time) ⓒ 생산시간 (Cycle Time) ⓓ 금형표면온도 변화 폭ⓔ 제품 취출점 (Ejection Point)

금형온도 관리점

ⓒ

① 금형면 온도

② 5mm 내부온도

③ 10mm 내부온도

④ 15mm 내부온도

⑤ 20mm 내부온도

⑥ 25mm 내부온도

⑦ 30mm 내부온도

⑧ 금형온도 관리점 (Auto Master)⑨ 35mm 내부온도

⑩ 40mm 내부온도

⑪ 45mm 내부온도

1. 상기의 도표와 같이 금형온도 조절기로 금형 온도 관리 점 금형 온도 관리 점 50˚C 50˚C 를 관리하고 있는 상태를 나타낸 것이다 .

2. 금형내부의 온도는 표면 온도 , 내부로 5mm 간격 위치별로 온도변화를 실험한 결과이다 .

▣ FOOL PROOF 장치 연계

금형 관리 (2-4)

▣ 금형온도 : 금형표면온도 최고점 최하점 금형표면온도 최고점 최하점 55℃ ℃ 이하 관리이하 관리

▣ 작동유 관리 : SPEC: 38℃∼42℃ SPEC: 38℃∼42℃ 예열시간 : 105 분( 조건표 : 60 분 )

*불안정구간: 75 분

금형온도 안정구간

온도

시간

▣ 냉각수 온도관리 : : 냉각수 냉각수 IN / OUT IN / OUT 온도 편차 온도 편차 2∼3℃2∼3℃ 관리관리

< 웰드불량 >

< 사포작업 >

오디오 부품 중 고광택 도장부품의 웰드 라인 및 표면조도 거침에 따른 불량률 상승 불량률 개선을 위한 후처리 ( 사포작업 ) 진행으로 인원추가 및 사포작업에 따른 2 차 불량 유발 ( 이물 , 긁힘등 )

ER-MOLD 적용하여 표면거칠기 ( 조도 ) 가 개선된 금형을 제작하여 불량율 개선 인원 소인화 및 2 차 불량 예방

금형 관리 (2-5)

급열급냉 ( 증기 )

금형온도를 열 변형온도 이상으로 급속 가열하여 고분자 수지를 충진하고

급속 냉각함으로써 고광택과 높은 표면경도를 실현

1) 금형냉각 : 캐비티 표면에서 일정한 거리 에 냉각라인 가공

2) 금형온도 ( 금형내부에 설치된 온도센서에 의해 측정된 금형온도 )

금형 관리 (2-5)

제품 외곽면에 카트리지 - 히터를 삽입하여 불균일 고화층 제거함으로서 웰드라인을 없애고 , 고광택 코어재질을 적용하여 표면거칠기 ( 조도 ) 가 개선된다

금형 관리 (2-5)

시스템비교

구 분 ER MOLD H & C (Steam) 비 고

Heating Heater Steam

Cooling Water Chiller Water 일반 냉각수 사용

구동 설비

Controller 유 유

보일러 무 유

배관 무 유

Chiller 무 유 C/T 단축 ( 적용가능 )

금형 관리 (2-5)

▣ 사출 주변장치 냉각수 스케일사출 주변장치 냉각수 스케일 //슬러지 발생부위 슬러지 발생부위

호퍼블럭금형냉각회로

오일쿨러 ( 유압식 )

냉각수배관

쿨링타워 집수조

냉각탑루버

온수기펌프

온수기히타

◈ ◈ 사출 냉각수 관리현황 사출 냉각수 관리현황

☞ ☞ 사출 생산시 냉각수 수질로 인한 품질 저해요인사출 생산시 냉각수 수질로 인한 품질 저해요인 (( 스케일스케일 //슬러지슬러지 //미생물미생물 )) 을 을 개선하기개선하기

위하여 냉각수에 약품처리를 하고 있음위하여 냉각수에 약품처리를 하고 있음 .. ☞ ☞ 주기적으로 냉각수 관련 주변장치 스케일 및 슬러지 제거작업을 실시하고 있음주기적으로 냉각수 관련 주변장치 스케일 및 슬러지 제거작업을 실시하고 있음 .. ☞ ☞ 수질개선 신공법인 세라믹볼수질개선 신공법인 세라믹볼 데모장비를 설치하여 데모장비를 설치하여 22 개월간개월간 유효성 검증을 실시함유효성 검증을 실시함 ..

설비 관리 (3-1)

설비 관리▣ ▣ 세라믹볼의 수질정화 원리세라믹볼의 수질정화 원리

물물 (( 水水 ))++

차염소산나트륨차염소산나트륨 (NaClO)(NaClO)++

금속산화물금속산화물 (( 세라믹세라믹 -- 볼볼 ))

세세라라믹믹촉촉매매수수

◈ ◈ OHOH 라디칼라디칼 ☞☞최강의 산화력최강의 산화력

◈ ◈ 슈퍼옥사이드이온슈퍼옥사이드이온 ☞ ☞ 활성산소 활성산소 (( 산화력을 촉진시산화력을 촉진시킴킴 ))

스케일제거스케일제거 ,,

슬러지제거슬러지제거 ,,

탈취탈취 ,, 제균제균

◈ ◈ 세라믹볼 이란 세라믹볼 이란 ??

◇ ◇ 토후쿠 대학기술로 만들어진토후쿠 대학기술로 만들어진 1818종 산화금속 종 산화금속 혼합 후혼합 후 16001600도에서 소결한 볼 도에서 소결한 볼 (( 특허 특허 5151 건 등록건 등록 ))

◇ ◇ 일본 내 일본 내 10001000 개소 이상 설치 후 수질관리 운영 중개소 이상 설치 후 수질관리 운영 중

설비 관리

급 수급 수수돗물수돗물지하수지하수자연수자연수

차염소산나트륨차염소산나트륨(( 주기적 보충주기적 보충 ))

세라믹 볼( 영구적 )

쿨링타워 저 수 조

▣ 세라믹세라믹 -- 볼 설치방법볼 설치방법

설비 관리개선내용 물탱크에 세라믹볼과 차염소산 투입후 냉각수 화학 반응

개 선 전 (~ 2015년 7월 13 일 ) 개 선 후 (2015년 8월 21 일 )

물탱크에 세라믹 볼

과 차염소산 투입

부표

세라믹 볼

2 차 : 냉각수 수질이정화되어 거품이 줄어듬

.

11 차차 :: 화학반응화학반응 ((거품발생거품발생 ))

11 차차 :: 화학반응화학반응 ((거품발생거품발생 )

냉각탑 집수조 주변에 슬러지가

퇴적 되어 있음

냉각탑 집수조 주변에 퇴적된 슬러지가 제거됨 .

16일

경과

개선내용 쿨링타워 집수조의 슬러지 제거

설비 관리

15 일경과

루버 내부에 이물이 퇴적되어 있음

루버 내부에 이물이 점차제거 되어 감

바이오 필름과 붉은 녹이

부착되어 있음

바이오 필름과 붉은 녹이 점차제거 되고

있음

18일

경과

15일

경과

개선내용 냉각탑 루버의 스케일 및 슬러지 제거

개선내용 온수기 히타의 스케일 및 슬러지 제거

설비 관리

개선내용개선내용

개선내용개선내용

슬러지가다량으로 붙어있음

슬러지와녹이 점차 제거 되고 있음

슬러지가다량으로 붙어있음

슬러지는 제거되고 , 찌꺼기는

제거 안됨 .

40일

경과

40일

경과

개선내용 작동유 오일쿨러 커버의 스케일 및 슬러지 제거

개선내용 작동유 오일쿨러 커버의 스케일 및 슬러지 제거

설비 관리

제균제균 (( 除菌除菌 ))레지오넬라 레지오넬라 &&

미생물제거미생물제거

품질향상품질향상저비용저비용

수질개선수질개선스케일 스케일 &&슬러지제거슬러지제거

효 과효 과 ◆◆ 스케일 및 슬러지 제거스케일 및 슬러지 제거 ,, 제균제균

◇ ◇ 품질산포예방품질산포예방 (( 냉각수온도유냉각수온도유지지 )) ◇ ◇ 직접 비용절감직접 비용절감 (( 세정제세정제 ,, 정수정수기기 )) ◇ ◇ 장비수명 연장장비수명 연장 (( 열화열화 ,, 고장고장 )) ◇ ◇ 주변장치 청소시간 단축주변장치 청소시간 단축

용 도용 도 ◆◆ 사출냉각수 수질개선사출냉각수 수질개선

◇ ◇ 수돗물수돗물 (( 공업용수공업용수 ))

◇ ◇ 지하수지하수 (( 석회수석회수 )) ◇ ◇ 자연수자연수 (( 빗물빗물 ,, 담수담수 )) ◇ ◇ 오염수오염수 (( 오 폐수오 폐수 ))

▣ 용도 및 적용효과용도 및 적용효과

▣ 로봇 융복합 기능

설비 관리 (3-2)

*중량 허용 범위 설정*눈으로 보는 관리*실시간 데이터 모니터링*양불 판정 및 분리 배출

*온도 허용 범위 설정*눈으로 보는 관리*실시간 데이터 모니터링*양불 판정 및 분리 배출

*정전기 제거력 95% 이상*표면이 응고 되기전 제전을 통한 먼지 부착 최소화

대표 기능

설비 관리 (3-2)

융복합 시뮬레이션 융복합 동영상

설비 관리 (3-2)

금형내 비젼카메라에 의한 금형 /제품 이상 검사 /선별 (1mm 이내 ) 가능

• 금형 보호 : 금형 에젝터 핀 또는 코어 및 인서트 이상 판단등을 통한 금형 사고 방지

• 미성형 감지 : 제품 미성형 자동 식별하여 불량 판단

• 데이터 추적 기능 : 매 싸이클 검사한 데이터 추적 관리 가능

• 불량 자동 선별로 불량품 혼입 방지

▣ 추가 기능 - (1) 금형 /제품 비젼 검사 기능 ( 개발중 )

설비 관리 (3-2) ▣ 추가 기능 - (2) 원격 모니터링 /점검 기능

• 생산 상황 실시간 관리 가능

• 취출 이상시 실시간 이상 여부 확인 가능

• 신속한 문제 해결 가능

• 생산 현황 및 제품 중량 , 온도 데이터 이력 조회 가능

• 모바일 , 휴대폰에서 생산 /불량 상황을 모니터링• 불량 및 에러발생 문자 알림 기능

설비 관리 (3-2)

타사 로봇에 독립 컨트롤러를 장착하여 동일한 융복합 기능이 구현 가능 메이커 : 유도 , 유신 , 위트만 , 엥겔 등 어느 로봇에나 장착 가능

Wittman (중국 ) Yushin (슬로바키아 ) Yudo (슬로바키아 )

자동차 부품 (15-06-15)전자제품 (15-07-10) 자동차 부품 15-06-24)

타사용 장치 설치 사례

▶ 일을 단순하게 만들어라일을 단순하게 만들어라 ! !

▶ 변화를 두려워하지 마라변화를 두려워하지 마라 !!

▶ 좋은 생각을 가지고 있는 직원들의 마음껏 일할좋은 생각을 가지고 있는 직원들의 마음껏 일할

수 있는 환경을 베풀어주라 수 있는 환경을 베풀어주라

▶ 직원에 대한 과감한 투자는 설비보강보다

더 큰 효율을 가진다

▶ 생각을 존중하고생각을 존중하고 , , 실행에 옮겨라 실행에 옮겨라

전문위원의 제안전문위원의 제안