[첨단 헬로티]
와키야마 타카시 (脇山 高志) ㈜플라몰精工
1. 왜 순간정지가 자주 일어나는가
플라스틱 성형가공을 시작한 이후 아래와 같은 의문을 가지고 있었다.
① 성형기에 금형을 장착한 후 정지하지 않고 계속 양품을 생산할 수는 없을까.
② 왜 작업자는 짧은 간격으로 제품의 치수나 외관을 체크해야 하는가.
③ 왜 성형가공 부문과 금형 부문에서 서로 커뮤니케이션이 잘 되지 않는 것일까.
현재 성형기의 성능은 30년 전과 비교하면 정말 놀라운 진화를 이루었다. 그러나 지금도 여전히 성형 조건을 자주 조정하고 있다. 대표적인 품질 불량인 쇼트, 버, 웰드라인, 가스스 버닝, 휨․변형 등은 전혀 없어지지 않는다. 성형 개시 때에는 좋아도 조금 지나면 불량품이 발생된다. 그 때마다 생산을 멈추고 충전압을 조정하고 있다. 이것이 ‘순간정지’이다.
2. 순간정지를 없앨 수는 없는가
순간정지를 없애서 무정지로 생산 종료를 맞이할 수 없을까. 필자가 주목한 것은 ‘금형을 분해해 모든 부품을 청소했을 때’와 ‘금형을 분해하지 않고 표면만을 청소했을 때’는 분명히 다르다는 것이다. 금형을 완전히 분해해 모든 부품을 청소했을 때는 금형 제작 초기의 성형 조건으로 비교적 긴 시간 양품을 얻을 수 있었지만, 금형을 분해하지 않고 표면만 청소했을 때는 단시간에 품질 불량이 발생했다. 이 차이는 무엇일까.
금형을 분해해 청소한 경우와 분해하지 않고 청소한 경우의 배기 능력 차이는 ‘벤트의 안쪽 릴리프의 청소가 잘 되어 있지 않은 것’이었다. 벤트의 안쪽 릴리프부에 많은 진이 쌓이면, 표면에서는제거할 수 없다. 안쪽 릴리프의 진을 완전히 제거하지 않으면 배기가 방해를 받는다.
배기 벤트가 막히는 일이 없으면, 내압의 상승은 일어나지 않는다. 이와 같이 할 수 있다면, 언제까지나 무정지 성형이 지속할 수 있다. 단 제품이 금형에서 낙하하지 않거나, 어떠한 이상을 감지해 기계가 정지하거나 하는 경우가 있으므로 물리적으로 효과적인 대책을 생각할 필요가 있다.
3. 가스는 어디에서 빼는 것이 효과적인가
가스는 실린더 내에서 수지가 용융할 때에 발생해, 용융되면 노즐의 끝단으로 진행해 간다. 최근에는 내열성이나 내약품성 등을 위해 수지에 여러 가지 것이 배합되어 가스 발생이 증가하고 있다. 순간정지가 일어났을 때에는 성형 조건을 조정하는데, 그 때는 실린더 내에서 체류 시간이 길어지므로 가스가 많이 발생해 노즐의 끝단에 쌓인다. 그대로 금형에 사출하면 바로 벤트가 막힌다. 효과적인 가스빼기 방법은 ‘스프루-바로 아래’와 ‘러너-엔드’에 가스빼기를 설치하는 것이다(그림 1). 게이트 앞의 스프루․러너에서 가스를 많이 제거함으로써 제품부의 벤트 막힘을 경감할 수 있다.
4. 제품 형상부의 에어벤트로 무정지 성형
스프루·러너 내에서 가스를 빼고 게이트를 통과해도 제품 형상부의 배기가 부족하면 내압 상승이 일어나, 곧바로 품질 불량으로 연결된다. 내압 상승을 방지하기 위해서는 ‘생산 수량을 만족시킬 수 있는 에어벤트’를 최종 충전 부근에 설치하는 것이 효과적이다(그림 2).
주사기의 끝을 손가락으로 막고, 한쪽 편 손가락으로 플런저를 계속 눌러도 바닥부까지 누를 수 없다. 억제하는 힘을 약하게 하면 조금씩 빠져 간다. 끝의 손가락을 떼어내면, 매우 가벼운 힘으로 쉽게 바닥까지 누를 수 있다. 금형 배기도 마찬가지다.
금형의 내압은 벤트가 막혀가면서 점차 상승한다. 벤트의 면적이 크면 클수록 긴 시간 내압 상승을 막을 수 있다. 필요한 생산 수까지 내압을 유지할 수 있는 벤트를 설치하는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 필요한 시간 순간정지가 발생하지 않고, 무정지 성형이 가능해진다.
5. 무정지 성형은 금형 설계부터
금형 설계 시점에서 무정지 성형을 진지하게 의식해 설계하고 있는 예는 의외로 드물다. ‘금형이 완성되면, 성형 조건의 결정은 시제작의 성형 담당자에게 맡기고 있다’는 것이 이유인데, 금형 설계자와 동일하게 무정지 성형을 의식해 시제작하고 있는 사람도 정말로 드물다. 성형 부문과 금형 부문과의 커뮤니케이션 부족이 순간정지를 없애지 못하고 있다.
시제작 담당자는 첫 회의 금형 검사 시제작에서 충전이 곤란했을 때에 벤트를 늘리도록 NG 부위의 수정 시에 금형 부문에 요청한다. 2회쩨의 시제작에서는 벤트가 증가하므로 쉽게 충전할 수 있다. 당연히 충전압을 내려 성형한다. 전회의 성형 조건과 충전압이 달라져 있으면 치수에 차이가 생겨 첫 회의 금형 검사에서 OK 부위가 NG가 되어 버리는 것은 종종 경험하고 있다고 생각한다. 그 결과 ‘시제작’과 ‘수정’ 횟수가 늘어나, 합격할 때까지의 일정이 길어지는 것이다.
‘시제작할 때마다 성형 조건을 바꾼다’는 것이 쓸데 없는 작업을 늘리고 있다. ‘시제작부터 양산까지 완전히 동일한 성형 조건으로 한다’는 것으로, ‘금형 수정’도 ‘성형 양산’도 원할하게 시작할 수 있다. 가스를 제거하기 위해 ‘가스 벤트를 스프루 바로 아래와 러너 엔드’에 설치하는 것이 매우 효과적이다.
다음으로 생산 수량에 따라 ‘최종 충전 부위에 에어번트’를 설치한다. 성형 조건은 양산 중의 금형으로부터 보다 생산성이 높은 금형을 선택해 참고로 한다(그림 3).
동사에서는 독자적인 결정법을 하고 있다. 참고로 우선 형체압은 일반적인 계산방법 값의 40% 이하로 설정한다. 다음으로 파팅면에 버가 나오지 않는 충전압으로 성형한다. 미충전이 된 경우에는 벤트를 추가해 충전시킨다. 금형 검사는 충전을 확인한 후에 실시한다.
금형 검사 후에 금형의 NG 부위를 수정하고, 수정 후에는 첫 회(금형 검사)과 완전히 동일한 조건으로 2회째의 시제작을 한다. 수정값 대로 금형이 수정되어 있으면 2회째의 수정으로 합격된다. 결과적으로 저압 성형이 되므로 양산으로 넘어간 후에도 처음부터 원활하게 생산을 계속할 수 있다. 성형 조건은 365일 고정할 수 있다. 동사에서는 공장 견학회를 연 6회, 홀수 월에 개최하고 있으며, 여기에 참가하면 자신의 눈으로 보고 확인할 수 있다.
6. 맺음말
성형가공에 요구되는 것은, 좋은 것을 필요한 만큼 트러블 없이 생산할 수 있는 것이다. 거기에는 성형 조건을 금형 제작 전부터 정해 둔다. ‘내압 상승을 막는 것이 최선의 대책’이다. 동사에 있어서는 금형 부문과 성형 부문의 대립은 없다. 계획 수보다 품질 불량이 발생하면, 어디에 얼 만큼의 벤트를 설치하는지 뿐이다. 두 부문이 함께 생각하고 결과는 연대 책임으로 하면, 무정지 성형의 노하우를 반드시 얻을 수 있을 것이다.
와키야마 타카시 : 대표이사
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