1. 조립 및 2차 가공 가이드

ASSEMBLY/SECONDARY OPERATION GUIDE



〔1〕조립 방법

(ASSEMBLY TECHNIQUES)

프라스틱 제품의 조립은 다음과 같은 여러 가지 조립방법을 이용하여 조립된다.

기계적 조립(MECHANICAL ASSEMBLY)―셀프 탭핑 스크류, 볼트·인서트(성형용 인서트, 팽창 인서트, 초음파 인서트, 고주파 인서트, 나선 코일 인서트, 열인서트), 리벳, 보스 캡, 초음파 접착(초음파 용착, 초음파 스테이킹, 초음파 스웨이징), 진동 용착, 스핀 용착, 가열 봉합 및 간섭에 의한 강제 조립

화학적 조립(CHEMICAL ASSEMBLY)―접착제 접착 및 용제 접착

1. 셀프 탭핑 스크류

(SELF-TAPPING SCREWS)

노릴 및 렉산은 크리이프 응력 완화 특성이 우수하기 때문에 셀프 탭핑후의 강도 유지율이 대단히 높고, 장시간 사용시에도 나사의 풀림이나 빠지는 등의 문제가 없다.

크랙이나 크레이징을 피하기 위하여 제품설계와 나사 선택시에 다음과 같은 주의 사항을 고려하여야 한다.

1) 나사는 JIS 2종을 사용 할 것(표 1참조)

2) 보스의 내경은 나사의 유효 직경과 같게 하고 접촉율은 50%로 할 것

3) 접촉길이는 나사 직경의 2.5배로 할 것


4) 보스의 바닥에는 반드시 R을 설치할 것


5) 노릴 및 렉산은 기름, 그리이스, 화학 약품 등에 의한 환경적 영향을 받으므로 이들과의 접촉을 피하여야 한다.


그림 1에 노릴 및 렉산의 보스 내경과 인발 강도와의 관계가 나와 있다. 또한 표 2에 노릴 및 렉산의 추천가공 조건이 표시되어 있다.


표 2. 추천되는 가공조건

※접촉길이가 M2.6과 M3.0＝8mm일 때이고 M4＝10mm일 때의 결과치임.


2. 인서트 (INSERTS)


2-1 성형용 인서트 (MOLDED-IN INSERTS)

노릴 및 렉산에서는 제품 사양에 내열 사이클 시험이 있는 성형품에는 성형용 인서트의 사용이 추천되지 않는다.

유리 섬유가 보강된 노릴 및 렉산의 경우는 물성이 높고 열팽창이 적어 문제점은 적으나 열응력을 최소로 하기 위하여 다음 사항을 고려하여야 한다.


1) 그림 2와 같이 무늬나 요철이 없는 인서트 형상을 사용 할 것


2) 인발 강도를 얻기 위하여는 그림 2에서와 같은 간단한 형상의 그루브를 사용 할 것


3) 인서트는 세척을 하여 사용 할 것


4) 인서트는 80∼100℃정도로 가열 한 후 사용 할 것


5) 인서트 주위의 제품 두께는 알미늄 인서트 사용시 인서트 반경의 0.8배 이상, 황동 인서트 사용시 인서트 반경의 0.9배 이상, 철 인서트 사용시 인서트 반경의 0.9배 이상으로 할 것


6) 인서트 롤렛은 응력 집중을 피하기 위하여 피치가 넓은 것을 사용 할 것


2-2 팽창 인서트 (EXPANSION INSERTS)

팽창 인서트는 일종의 냉간 가공으로 초음파 인서트처럼 높은 강도는 얻지 못하나 아주 간단히 인서트 작업을 할 수 있다.


그러나 다음 사항을 주의하여야 한다.


1) 보스 외경은 인서트 직경의 2.5배 이상으로 할 것


2) 보스 내경은 인서트 직경과 같게 할 것


표 3. 노릴 및 렉산의 팽창 인서트 성능

* 재질강도상 이 결과치 이상 보유하고 있음.


2-3 초음파 인서트 (ULTRASONIC INSERTION)

초음파 인서트는 경제적으로 빨리 작업 할 수 있는 방법으로 정확한 설계와 작업 방법에 따라 작업을 하면 다른 인서트 작업 방법에 비하여 높은 인발력과 높은 토르크 저항을 얻을 수 있고 잔유응력이 적게 된다.


표 4. 노릴 및 렉산의 추천되는 구멍설계

표 5. 노릴 및 렉산의 초음파 인서트 가공조건과 인서트 성능

* 사용기:브란손 용착기 J-32 600W 압력:4.2kg/㎠


2-4 고주파 인서트

(INDUCTION HEATING INSERTION)

고주파 유도 가열은 가열 코일 안에 금속을 넣고 이 가열 코일이 200KHz∼5MHz의 고주파를 흘리면 금속에 자속 및 유도 전류가 발생하고 표피 효과에 의하여 금속 표면층에 집중 되면 과전류 손실 및 자기 손실이 생겨 금속이 발열한다.

이 원리를 인서트에 이용한 것이 고주파 인서트로서 인서트 자체를 수지의 용융 온도까지 가열하여 삽입한다.


고주파 유도 가열의 특징은 다음과 같다.


1) 20초 정도에 삽입 할 수 있다.


2) 여러 개소에 인서트 삽입이 가능하다.


3) 제품의 치구와 가열 코일의 위치가 정확히 맞아야 한다.


4) 인서팅시의 압력은 3∼4kg/㎠으로 작업한다.


5) 높은 인발 강도를 얻을 수 있다.

노릴 및 렉산의 경우 인서트의 외경과 보스 내경사이의 간섭량은 0.75∼0.25mm가 추천된다.

노릴 및 렉산의 추천되는 가열 온도는 260∼320℃이나 노릴 SE100의 경우는 230∼260℃로 가열 한 후 작업한다.


표 6. 노릴의 고주파 인서트 성능

직경 12.5?×20mm 길이

2-5 나선 코일 인서트 (HELICAL COIL INSERTS)

나선 코일 인서트는 금속의 나선 코일을 삽입하는 방법으로서 나사부의 전단 강도가 증가되고 나사산 형성이 실패하는 경우가 적다.

또한 잔유응력이 적고 계속적인 반복사용이 가능한 체결 방법이다.


2-6 열 인서트 (HEAT INSERTION)

열 인서트는 크고, 각기 다른 형상의 금형으로 만든 제품에 삽입하는데 좋은 방법으로 고주파 인서트나 초음파 인서트와 같이 잔유응력이 적고 압입이나 성형용 인서트보다 성능이 우수하다.


열 인서트의 특징은 다음과 같다.


1) 인서트 강도가 높다.


2) 인서트 부근의 잔유응력이 적다.


3) 성형 사이클 타임이 빠르다.


4) 가공 기계의 값이 싸다.


5) 같은 종류의 다른 인서트 방법에 비해 소음이 없다.


6) 다른 방법으로는 삽입할 수 없는 형상의 인서트나 큰 인서트도 삽입이 가능하다.


그림 6에 전형적인 열 인서팅기의 구조도와 노릴 및 헥산의 열 인서트 성능이 표시되어 있다.


노릴 및 렉산의 열 인서트 성능

가공온도 노릴731J/렉산1×1 300℃

노릴 GFN2J/렉산3412 320℃

* 넛트의 윗부분이 파괴


인서트의 크기에 따라 다르나 보통 2∼7초 정도에 자동적으로 인서팅 된다.

인서팅 되는 부위의 제품부 구멍은 성형 가공이나 드릴 가공으로 한다.

인서트의 가열 온도는 260∼320℃정도가 적당하다.


3. 리벳 (RIVETS)

리벳팅은 생산성 및 신뢰성이 있는 간단하고 경제적인 체결 방법이다.

노릴 및 렉산의 조립시에 리벳팅을 할 경우 응력발생이 적게 되도록 설계 및 가공 조건을 설정하여야 한다.


리벳팅시의 주의 사항은 다음과 같다.


1) 리벳의 직경은 생크(SHANK) 직경의 2.5∼3배로 한다.


2) 왓샤등을 사용하여 국부응력을 피하여야 한다.


3) 압축응력은 140kg/㎠ 이하에서 조절한다.


4) 펀치 구멍 보다는 드릴 구멍이 바람직하다.


5) 훼스트너(FASTENER)의 틈새(CLEARANCE)는 0.25mm 정도로 한다.


4. 보스 캡 (BOSS CAP)

보스 캡은 캡 형상의 금속 링(RING)을 공압 실린더나 프레스로 보스위에 압착하는 방법으로 탭핑(TAPPING) 나사 등의 팽창력에 대하여 보스를 강화하는 설계방법이다.

보스 캡은 보스의 강도를 증가 시켜 주지는 않지만 나사를 똑바로 삽입하는데 필요한 초기 구동 토오크(TORQUE)를 증가 시켜 인서트 삽입시에 보스의 나사 홈이 망가지는 가능성을 적게 해 준다.

보스 캡을 사용한 경우의 셀프 탭핑 스크류의 토오크는 40∼100% 정도 증가 한다.

또한 보스 캡은 보스의 열팽창도 제한해 준다.


보스 캡 사용시의 주의 사항은 다음과 같다.


1) 보스 캡을 보스위에 정확히 조립한다.


2) 나사의 길이는 나사 직경의 1.25∼1.75배 정도로 한다.


노릴 및 렉산의 보스캡 사용시 체결토르크

5. 초음파 접착

(ULTRASONIC BONDING)


5-1 초음파 용착 (ULTRASONIC WELDING)

일반적으로 초음파 용착성은 각기 그 재료가 가지고 있는 용융온도, 탄성율, 충격저항, 마찰계수, 열전도성 등에 따라 다르나, 노릴 및 렉산은 일반수지와 같은 방법에 의한 초음파 용착이 가능하다.

그러나 용융 온도가 비교적 높기 때문에 높은 에너지가 필요하다.

또한 충분한 용착 강도를 얻기 위하여 용착시간, 압력, 냉각시간, 진폭, 용착부 및 치구 설계 등의 설정을 잘하여야 한다.

표 7에 전단 접합(SHEAR JOINT) 및 돌기부 접합(BUTT JOINT)의 초음파 용착 접합표가 있고 그림 10에 노릴의 진폭에 따른 초음파 용착 강도가 나와 있다.


설계상의 주의 사항은 다음과 같다.


1) 용착산(ENERGY DIRECTOR)을 설치한다.


2) 혼(HORN)은 용착산이 있는 쪽에 설치한다.


3) 초음파의 전달거리는 가능한 한 짧게 한다.


4) 서로 다른 재료로 만든 제품을 용착 시킬 경우 용융 온도가 높은 쪽의 제품이나 경질의 제품 쪽에 용착산을 설치한다.


5) 기본적으로 용착면은 동일 평면상에 설치한다.


용착시의 주의 사항은 다음과 같다.


1) 용착부에 균일 하중이 가해지도록 치구 및 혼을 설정한다.

2) 용착시간 및 압력을 필요이상으로 작동시키지 말아야 한다.(용융수지의 분해 및 내부응력이 발생할 가능성이 있다)

3)용착부에는 이형제, 방청유, 그리스 등이 부착되지 않도록 한다.


표 7. 전단 접합시 초음파 용착 접합표

돌기부 접합(BUTT JOINT)시 초음파 용착 접합표

5-2 초음파 스테이킹 (ULTRASONIC STAKING)

초음파 스테이킹은 그림 11에서와 같이 원형의 돌출(STUD)부를 용융시켜 플라스틱과 금속을 기계적으로 고정하는 방법으로, 가공시간이 짧고 외관이 양호하며 강도도 높다. 전기, 전자 부품 및 자동차 부품 등의 기재 접합이 이용되고 있다.


5-3 초음파 스웨이징 (ULTRASONIC SWAGING)

초음파 스웨이징은 그림 12에서와 같이 제품의 벽부위를 용융시켜 플라스틱과 금속을 고정하는 방법으로 주로 계기류와 같은 케이스(CASE)에 사용되며 가공시간이 짧고 외관이 양호하다.


6. 진동 용착 (VIBRATION WELDING)

진동 용착은 일종의 마찰 압착 용착법으로 용착 될 두 개의 플라스틱 제품에 압력을 가하여 용착면에 수mm의 횡진동을 주므로서 발열 용융시키는 용착방법이다. 통상 주파수가 100Hz∼120Hz인 진동과 압력이 용착면에 가하여져 용착이 된다. 일반적으로 진폭이 1∼4mm 용착시간이 1∼5초 유지시간이 1∼2초 정도의 조건으로 작업한다.

그림 13에서와 같이 고정용 부품(STATIONARY ELEMENT) 및 치구로서 제품을 정확히 고정한 후 진동자(VIBRATION ELEMENT)의 양쪽에 위치한 전자석(ELECTRO MAGNET)으로부터 좌우 180°위상차의 진동이 상부 성형품에 작용한다.

표 8에 진동 용착의 적합성 및 용착 강도가 나와 있다.


진동 용착의 이점은 다음과 같다.


1) 대형 제품의 용착이 가능하다.


2) 불규칙한 형상에 적합하다.


3) 여러개의 용착이 가능하다.


4) 소비 전력이 적다.


5) 강하게 용착이 된다.


6) 유리 섬유 보강 그레이드 및 결정성 수지에 유리하다.


7) 기밀성이 높은 제품을 만들 수 있다.


용착부 설계시 주의 사항은 다음과 같다.


1) 최저 용착에 필요한 폭은 전체 진폭의 약 0.6배가 필요하다.

2) 접촉면의 정밀도는 될 수 있는 한 좋게 한다.

3) 바리(FLASH)가 허용되지 않을 경우는 골(TRAP)을 설치한다.


표 8. 진동용착의 적합표

주*:재질파괴

→:위쪽은 용착강도 단위:kg/㎡

→:아래쪽은 용착적합성 여부를 표시한다.

○:적합

△:부분적으로 적합

×:적합하지 않음


7. 간섭에 의한 강제 조립 (PRESS FIT)

간섭에 의한 강제 조립은 보스 구멍, 코아 구멍 또는 원통에 쓰이는 조립방법으로 재료의 응력 풀림 및 크리이프 특성을 이용한 조립 방법이다.

그러므로 재료의 특성 및 허용 응력치를 잘 검토한 후 이용하여야 한다.

노릴 및 렉산은 탄성율, 포아송의 비, 실용응력이 명확하기 때문에 재료 역학적 분석이 용이하고 장시간 후의 유지력도 좋아 초기의 목적을 충분히 얻을 수 있다.

직경 간섭량은 다음 공식과 같다.

여기서

:보스내경

:보스외경

D:간섭량

S:실용응력

E:굴곡 탄성율

:포아송의 비

(노릴731일 때 0.38이고 GFN2일 때 0.40임

렉산1×1일 때 0.38이고 3412일 때 0.40임)

직경 간섭량을 쉽게 구하기 위하여는 그림 15를 참조할 것

(주) 간섭에 의한 강제 조립은 기구상 큰 응력을 작용 시키므로 치수 정밀도에 충분한 주의를 하여야 한다.

또한 웰드부의 강도가 문제되므로 성형시에는 금형온도를 충분히 올려야 한다.


8. 접착제 접착 (ADHESIVE BONDING)

접착제 선정시 접착할 프라스틱과의 친화성, 작업조건 및 접착할 프라스틱에의 영향 등을 잘 검토 한 후에 접착제 자체의 물성도 고려하여 선택하여야 한다.


8-1 접착제 접착의 장점


1) 금속이나 비금속 등의 서로 다른 재료와의 접착이 가능하다.


2) 얇은 제품이나 다른 부품에의 접착이 가능하다.


3) 접착부가 액체에 대하여 밀봉성을 갖는다.


4) 일반적으로 진동에 강하다.


5) 접착부 설계가 간단하다.


6) 후작업이 없다.


8-2 접착제 접착의 단점


1) 용제 접착과의 비교시 비용이 높다.


2) 접착제에 따라서는 긴 경화시간이 필요한 것도 있다.


3) 용제 접착과의 비교시 일반적으로 작업성이 나쁘다.


4) 사용 가능 시간이 짧다.


8-3 접착시의 주의 사항


1) 표면처리를 한다.


통상적으로 접착 표면에 부착되어 있는 기름, 그리스, 먼지 등을 깨끗한 걸레로 닦거나, 이소 프로필 알콜(IPA)등의 알콜류로서 닦아야 한다. 그러나 보다 강한 접착이 필요한 경우는 샌드 페이퍼(SAND PAPER)로 샌딩(SANDING)을 하거나 크롬산 혼합액으로 표면처리를 하는 것이 필요하다.


2) 접착제 중의 용제에 프라스틱 재료가 영향을 받지 않도록 주의하여야 한다.


노릴수지는 케톤류 할로겐화 탄화수소 등의 영향을 받기 쉽기 때문에 그 계통의 접착제를 사용시는 미리 조사(시험)를 하여야 한다.


3) 경화시 온도를 올려야 할 경우는 온도를 그 수지의 열변형 온도 근처까지 올리지 말아야 한다.


노릴수지의 경우 열변형 온도가 90∼150℃ 정도로서 그레이드에 따라 각각 다르므로 각 그레이드의 열변형 온도를 충분히 고려하여 경화온도와 시간을 설정하는 것이 필요하다.

일반적으로 각 그레이드의 열변형 온도보다 20℃ 낮은 온도를 최대온도로 한다.


8-4 접착제의 종류


1) 합성 고무계 접착제

① 클로로 프렌(CHLOROPRENE)계 접착제

일반적으로 내후성, 내노화성, 내알카리성, 내산성등이 우수하나 가소제에 대한 저항이 약하기 때문에 연질 P.V.C등에의 접착에는 바람직하지 않다.

노릴 수지에 대하여 인장 전단 강도는 그리 높지 않고 함유되는 용제중에는 악 영향을 주는 것도 있음을 충분히 고려하여야 한다.


② 니트릴(NITRILIC) 고무계 접착제

일반적으로 내유성, 내가소성, 내열성, 내수성이 우수하고 연질 P.V.C등에의 접착도 가능하다.

노릴 수지에 대하여 인장 전단 강도는 그다지 높지 않고 함유되는 용제중에는 악영향을 주는 것도 있음을 충분히 고려하여야 한다.


2) 우레탄(URETHANE)계 접착제

투명한 접착부를 얻는데 적합하고, 인장강도, 굴곡 강도, 내열성이 우수하다. 물이나 공기중의 습기에 반응이 민감하여 접착력 저하를 일으키는 경우가 있음을 주의하여야 한다.


3) 에폭시(EPOXIES)계 접착제

일반적으로 내약품성, 인장전단강도, 내열성, 내산성, 내알카리성, 전기적특성이 우수하다.

비틀림 충격에는 그다지 강하지 않으나 휘발성의 물이나 용제를 함유하지 않아 틈새에 충전하여도 균열이 생기지 않는 특징을 가지고 있다.

그러나 두 액체의 혼합에 의한 사용가능 시간의 제한을 받는 결점이 있다.

노릴 수지의 경우 어느 정도의 고온까지도 사용 가능하고 금속과의 접착송도 뛰어나다.


4) 시아노아크릴레이트(CYANOACRYLATE)계 접착제

작업성이 좋은 순간접착제로서 표면이 평탄 할수록 접착이 잘된다. 인장 전단 강도가 강하나 박리 강도는 그다지 강하지 못하다.

표면에 미량의 수분이 촉매로 작용하여 경화가 되지 않고 수분이 너무 많으면 접착이 되지 않는다. 또한 진동이나 반복하중이 작용하는 용도에의 사용은 적합하지 않다. 노릴 수지의 경우 인장시 전단 강도가 높고 작업성도 좋다.


5) 실리콘(SILICONE)접착제

내열성, 내한성, 내수성, 내약품성이 우수하고 특히 내후성이 한층 더 좋다.

또한 사용 가능한 온도 범위가 넓고 재료를 오염시키는 일이 거의 없다.

인장 강도는 낮으나 굴곡강도는 우수하다.


6) 제2세대 아크릴계 접착제

내산성, 내알카리성, 내열성, 내약품성이 우수하고 기름면과의 접착이 가능하다.

또한 2액성이나 계량이나 혼합을 필요로 하지 않고 두 액을 피접착제에 바르기 때문에 사용가능 시간의 제한을 받지 않는다.

특징은 상온에서 몇분안에 경화되고 체적 수축은 거의 하지 않는다.


9. 용제 접착(SOLVENT BONDING)

접착하고자 화는 프라스틱을 용해하는 용제로 접착면을 용해시켜서 접착시키는 방법으로 경우에 따라서 용제중에 소량의 접착할 프라스틱 재료를 용해시켜 시멘트형 접착제(DOPE CEMENT)를 만들어 사용하는 수도 있다.


9-1 용제 접착의 장점


1) 접착법으로서 간단하고 빠르다.


2) 접착제 등에 비하여 값이 싸다.


3) 높은 전단 강도를 얻게 된다.


4) 접착제 접착보다 충격에 강하다.


5) 수증기에 오래동안 쐬어도 물성의 저하가 적다.


6) 응력에 의한 미세 크렉 발생 (STRESS CRAZING)의 위험이 적다.


9-2 용제 접착의 단점


1) 접착면의 밀봉성이 약간 떨어진다.


2) 고충격이 걸리는 곳에는 사용하지 못한다.


3) 고온에서의 높은 접착력은 기대할 수 없다.


9-3 접착 방법


1) 표면 처리를 한다.

용제 접착의 경우 접착면에 부착되어 있는 어일, 그리이스, 먼지 등을 깨끗이 걸레로 닦거나 이소프로필알콜(IPA)등의 알콜류로 닦아 내는 정도면 충분하다.


2) 접합부는 될 수 있는 한 빨리 가압한다.

접착압력은 접착부의 형상에 따라 다르지만 노릴의 경우 5∼15kg/㎠ 정도의 압력이면 충분하다.

재료가 변형되거나 접착부에서 용제가 밀려나올 정도로 높게 하지 말 것


3) 접착부의 가압시간은 1분 정도이지만 접착부의 설계나 접착 면적에 따라 결정하여야 한다.


4) 경화시간은 일반적으로 23℃에서 72시간 또는 100℃에서 2시간 정도가 필요하다.


9-4 시멘트형 접착제 (DOPE CEMENT)

용제에 수지를 첨가하여 증발속도 및 점도를 조절하므로서 작업성의 불균일을 개선할 수 있다.

첨가하는 수지는 5∼15% 정도가 적당하다.


9-5 용제와 그 특징


1) 디클로로메탄 (DICHLOROMETHANE)

증발속도가 대단히 빠르고 트리클로로에탄(TRICHLOROETHANE)과의 혼합 용제를 만들때에도 사용된다.

증발속도^※가 147이고 독성^※※이 500PPM이다.



Cℓ

｜

H ― C ―Cℓ 디클로로메탄

｜

H


2) 디클로로에탄 (DICHLOROETHANE)

증발속도가 느리고 긴제품의 접합에 적당하다. 증방속도^※가 79이고 독성^※※은 50PPM이다.


1.1 디클로로에탄 1.2 디클로로에탄

H H H H

｜ ｜ ｜ ｜

H ― C ― C ― Cℓ H ― C ― C ― H

｜ ｜ ｜ ｜

H Cℓ Cℓ Cℓ


3) 트리클로로에틸렌 (TRICHLOROETHYLENE)

증발속도는 비교적 느리고 다른 용제의 증발속도를 지연시키는데에도 사용할 수 있다.

증발속도^※는 84이고 독성^※※은 100PPM이다.


Cℓ Cℓ

｜ ｜ 트리클로로에틸렌

Cℓ ― C〓C ― H


4) 메틸렌클로로라이드(METHYLENE CHLORIDE)＋트리클로로에틸렌(TRICHLORO-

ETHYLENE)＝85:15

증발속도를 조절하기 위하여 이와 같은 혼합용제가 사용되는 경우도 있다.

더욱이 증발속도가 빠른 메틸렌콜로라이드에 트리클로로에틸렌을 혼합하므로서 증발속도의 지연을 가능하게 한다.

증발속도^※는 133이고 독성^※※은 100PPM이다.

그림 24, 25, 26에 각 용제의 인장 전단 강도가 나와 있다.

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