설계점검사항
신제품 개발 및 기존  제품 개발의 목적은 기술적으로 우수한 제품을 경제적인 비용으로 생산하는 것이다. 여기에서는 주로 재료 선정, 적절한 생산 공정의 선택, 강도 계산 및 성형 설계에 대하여 다루기로 한다.

품질이 좋으면서 상업성이 있는 성형은 이상의 모든 설계 단계를 충분히 고려하고 각 단계를 체계적으로 철저히 수행할 때에만 가능하게 된다. 보통은 설계 단계에서 기능적 측면에서만 해결책을 찾으려 하는데, 실상은 재료와 생산 공정이 적절해야만 플라스틱 부품의 기능성과 효율성을 얻을 수 있는 것이다.

플라스틱의 물성은 불변적인 것이 아니다.
플라스틱의 물성은 사용 환경, 생산 공정, 성형 설계 및 작동 조건의 영향을 받는다.(그림1),플라스틱의 물성은 실험실 조건에서 시홈을 통하여 측정한다. 매우 깨끗이 세정한 금형에서 최적의 조건으로 제작한 시험용 바(bar)를 정밀한 표준 조건 하에서 시험하는 것이다. 그러나, 실제로 플라스틱 부품은 이와 같은 조건에서 생산하지 않으며 사용 조건도 표준 조건과 거리가 있다. 따라서, 플라스틱 제품 생산 설계 시에는 정확한 요건 및 경계 조건을 면밀하게 분석, 조사해야 한다. 이때 설계 점검 사항을 이용하면 된다.(그림2).


그림.1

간이제품 제작
시장성 있는 부품 개발을 위해서는 시험 및 변경을 위한 간이제품이 있어야 한다. 간이제품 제작시 방법은 본격 생산 방법과 전체적으로 유사해야 한다. 즉 사출 성형 제품의 간이제품은 역시 사출 성형으로 제작해야 하는 것이다. 금형이 없을 때에는 기계 가공으로 시험 부품을 제작해야 할 때도 있다. 그러나, 이 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

- 사출 성형 부품의 접합라인(weld line)에 의한 효과를 알 수가 없다.
- 기계 가공에 의해 생긴 홈 때문에 사출 성형 부품에 비해 특성이 현저하게 떨어질 수 있다.
- 결정성이 높아지기 때문에 압출 바 및 시트의 강도와 강성이 사출 성형 부품의 경우보다 클 수 있다.
- 유리섬유의 배향에 의한 효과를 알 수가 없다.
 

A.일반사항

1.부품의 기능
2.변경 및 통합 가능성(가능성 증가)

B.사용조건

1.스트레스, 유형, 지속시간, 정도
- 정적, 동적
- 단기, 장기, 간헐적
- 최대 및 최소값
2.사용온도
- 최대 및 최소값
- 노출 지속시간
3.사용환경
- 공기, 수분, 습도
- 화학약품
- 자외선

C.설계요건

1.허용오차
2.최대허용 성형 부품 변형
3.조립-분해
4.사양 및 승인
- 공식 규정
- 회사의 내부 지침
5. 표면 품질

D.시험조건

플라스틱 부품의 성능 측정 및 품질 평가를 위한 모든 시험 방법을 명시해야 한다.

E.비용 효율성

1.기존부품 조립의 시스템 비용 및 부품 비용
2.생산량

F.기타

1.환경규제
2.안전요소
3.기타 부품의 기능, 사용조건, 기계적 및 환경적 스트레스, 오용에 대비하여 부품이 견뎌내야 하는 상황등에 대한 추가정보

그림.2
 


그림.3

압출 재료로 기계 가공한 전등 스위치 스프링 원형은180,000 사이클의 스트레스에도 피로를 보이지 않았다. 반면, 사출 성형한 동일 부품은 80,000 스트레스 사이클에서 피로로 인해 파손되었다. 이것은 결정 구조의 차이 때문이다.(그림3)

간이금형
간이금형 제작시에는 기존의 압력 다이 캐스트 금형이나, 기계 가공이 용이하고 알루미늄, 황동 등의 값싼 재료로 만든 간이금형을 사용한다. 그러나, 이와 같은 금형이 없으면 온도, 압력 등의 중요한 사출 성형 변수를 재현할 수 없다는 것을 기억하고 또한, 간이금형의 냉각 특성에 따라 수축성 및 휨성도 달라진다. 경화 처리강으로 제작한 예비 생산 금형을 사용하는 것이 좋다, 이러한 예비 생산 금형에는 단일 캐비티 금형과, 다중 캐비티 금형 내의 단일 금형 캐비티가 있다.

플라스틱 설계 시험
강도 분석 및 유동 분석과 같은 최근의 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 이용하여 상당히 이른 초기에 설계 및 가공상의 약점을 찾아낼 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법으로 최종 제품의 품질과 실제 사용 조건에서의 제품 특성을 100% 보장한다는 것은 불가능하며, 실제 사용 조건 하에서 원형 시험을 수행하여야 한다. 특히 고기능 및 고품질 요건을 충족해야 하는 공업용 부품 생산시에 이와 같은 시험은 필수 불가결하다.

실제 사용 조건에서 실험하는 것이 용이하지 않는 경우, 모의 사용 환경에서 시험을 수행할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 시험에서는 모의 환경을 실제 환경과 얼마나 근사하게 시뮬레이션할 수 있는가가 매우 중요하다.

기계적 스트레스나 열에 의한 장기간의 특성을 평가하는 시험은 실행이 불가능하거나 비용이 너무 많이 든다. 한편, 장기간의 특성을 보다 짧은 시간에 가혹한 조건하에서 시험하여 예측하고자 하는 경우에는 매우 세심한 주의를 기울여야 한다. 장기간의 스트레스를 받은 경우의 플라스틱 특성과 짧은 시간에 가혹한 스트레스를 받은 플라스틱 특성은 완전히 다를 수도 있기 때문이다.

플라스틱의 혁신
현재 여러 공업  분야에서 플라스틱이 다양하게 이용되고 있으며, 미래는 플라스틱의 시대라고 해도 과언이 아닐 것이다. 수지의 재료 특성을 효과적으로 이용한다면, 상업적, 기능적으로 더 우수한 다기능 부품의 생산이 가능해질 것이다.

오늘날 제품 설계에는 점점 더 복잡한 모양과 재료가 요구되고 있다. 플라스틱은 현재, 그리고 앞으로 더욱 이런 요구에 부응 하는 해결책이 될 것이다. 그러나, 플라스틱을 각 분야에 적용할 때에는 세심한 주의가 필요하다. 원재료(수지) 제조업자들은 이 부분에 대해 광범위한 경험을 가지고 있으며, 이들의 경험을 실제적인 플라스틱 설계에 도입하는 작업이 필요할 것이다.
 

플라스틱 부품 설계 규칙

재료의 축척을 피함

벽 두께를 균일하게 할 것

벽 두께는 필요한 한 도내에서 가능한 얇게 할 것

벽 두께가 너무 두꺼울 때 리브를 사용할 것

반경을 넉넉히 할 것

평평한 부위를 피할 것

허용오차를 필요이상으로 정밀하게 하지 말 것

다 기능 부품을 설계할 것

경제적인 조립기술을 활용할 것

가장 두꺼운 면에 게이트를 설치할 것

      재료를 바꾸게 되면 반드시 설계를 다시 하여야 한다

편집 : 이엔지폴리머