동특성 다구찌 기법을 통한 Cu합금 와이어의 스폿용접 품질향상 연구
저자
발행사항
수원: 경기대학교 대학원, 2018
학위논문사항
학위논문(박사)-- 경기대학교 대학원: 산업경영공학과 2018. 2
발행연도
2018
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
경기도
기타서명
A Study on the Improvement of Spot Welding Quality of Wire Cu Alloy by Taguchi Method for Dynamic Characteristics
형태사항
ⅷ, 76 p.: 삽도; 26 cm.
일반주기명
지도교수:장태우. 유춘번
참고문헌 : p. 72-73
소장기관
기업은 글로벌 경쟁 시대를 맞아 고품질 고신뢰성의 제품 및 서비스 품질을 확보하지 않고는 시장경쟁력을 가질 수 없게 되었다. 과거에 비해서 월등한 품질수준을 갖추지 않고서는 세계적 경쟁에서 밀려날 수밖에 없다. 최근 자동차 시트는 고급차 중심이 아닌 1600cc 정도의 소형급에서도 기존의 수동식으로 이동되던 시트가 전동 이동방식으로 전환되고 있다.
전동방식의 핵심 모듈은 DC Motor 및 브러쉬 카드 어셈블리(Brush Card Ass'y)이다. 이러한 전동방식의 시트는 중․대형급 차량에서 소형급 차량까지 수요가 늘어나고 있지만, 브러쉬 카드 어셈블리(Brush Card Ass'y)를 생산할 시 기존에는 납땜(Pb Soldering)공법을 적용하면 여러 부품과 공정으로 인해 생산성 저하 및 원가 증대가 발생된다. 또한 차량 중량으로 인한 연비문제와 납땜의 유해물질 발생 등으로 인해 환경문제가 대두되어서 새로운 공법이 필요하게 된 것이다. 이에 대응하기 위해서 브러쉬 카드 어셈블리(Brush Card Ass'y)에 스폿용접(Spot Welding) 공법이 필요하게 된 것이다. 따라서 브러쉬 카드 어셈블리(Brush Card Ass'y) 선경에 따른 용접강도에 영향을 주는 설계변수를 신호인자, 제어인자, 잡음인자를 구분하여 내측 외측으로 나누어 배치하고 직교배열표을 사용하여 SPOT용접 품질향상을 도모하는데 기여하고자 한다.
본 연구에서는 와이어 Cu 합금의 스폿용접의 용접강도에 영향을 줄 수 있는 인자를 팁 교환주기(G), 팁 드레싱(F), 용접 시간(B), 가압력(C), 팁 각도(A), 상승 시간(D), 전류(H)로 선정하였다. 리드 선경에 따른 용접강도를 파악하기 위하여 각각 0.4Φ, 0.65Φ, 0.8Φ 선경에 대한 동특성 다구찌모형을 사용하였다. 용접강도 평가방법은 리드 선경별로 초물 5개 실험, 중물 5개 실험, 종물 5개 실험하여 리드 선경이 0.4Φ 에서는 용접강도 5 ㎏f/㎠ 이상이며, 선경 0.65Φ에서는 용접강도 6 ㎏f/㎠ 이상이고, 선경이 0.8Φ에서는 용접강도 8 ㎏f/㎠ 이상을 실무적 기준으로 하였다. 이에 대한 최적용접 작업조건을 구하기 위하여 다음과 같은 절차에 따라 분석 하였다. 1단계로 S/N 비를 적용하여 산포중심으로 최적수준을 선정하고, 2단계로 목표치에 맞게 기울기를 조정하는 방법으로 최적 용접 작업조건을 찾고자 하였다.
이 단계에 따라 산포(S/N비)에 영향을 주는 요인중심으로 최적 수준조합을 선정하고 목표규격에 맞게 D(상승시간) 인자의 수준 값을 이용하여 기울기()로 수준을 조정 할 수 있다. 따라서 최적조합 수준 선정은 1단계로 산포에 영향을 주는 인자(S/N비 값이 큰 것)의 수준을 선정하면 이고, 2단계로 목표치가 3개이므로 회귀계수(기울기)로 목표 값에 맞게 조정할 수 있다. 그런데 D(상승시간)인자는 D0 수준이 회귀계수(기울기)값이 커서 용접강도가 클 수 있으나, 산포를 고려하여 D1 수준 값을 선정해도 용접강도에 대한 목표 값을 충족하므로 최적수준으로 결정하여도 좋다고 판단하였다. 실무적으로는 리드 선경이 0.4Φ에서는 용접강도 5 ㎏f/㎠ 이상, 선경 0.65Φ에서는 용접강도 6 ㎏f/㎠ 이상, 선경이 0.8Φ에서는 용접강도 8 ㎏f/㎠ 이상이므로 이를 충족하고 남음이 있다. 따라서 최적 수준조합을 로 결정하였다.
또한 실제 용접에 실무적으로 본 연구에서 도출한 최적조건에 맞추어 실무적으로 적용하기 위하여 허용차 설계를 하였다. 파라미터 설계에서 실험요인에 대한 최적수준을 설정하고 인자별 설정된 최적수준 하에서 현장에 적용할 때는 인자별 최적수준에 따른 허용공차를 설정하여 표준화 할 필요가 있다. 따라서 유의한 인자의 수준을 2수준 또는 3수준으로 선정하여 허용차 설계 주요인자의 최적수준을 중심값(m)으로 하여 3수준 실험을 실시하고 전통적인 ANOVA 법으로 분석 후 유의한 요인을 순 변동과 기여률을 구하여 인자의 허용차를 축소 조정 하였다.
마지막으로, 제조회사의 브러시 카드 어셈블리의 스폿용접 공정에서 유효성 확인이 이루어졌으며 S/N비 분석 결과와 일치함이 입증되었다. 한편 본 연구의 결과는 용접 조건을 표준화하여 적용함으로서 고객이 요구하는 품질 수준을 보증 할 수 있을 것으로 기대된다.
In the era of global competition, most of companies can not have market competitiveness without securing high quality and reliable products and service quality. Without a superior quality level compared to the past, it is inevitable that it will be out of global competition. In recent years, automobile seats have been shifted to the electric moving mode, instead of the center of a luxury automobile.
The core module of motorized type is DC Motor and Brush Card Assembly. This type of motorized seat is increasing in demand from mid-sized and large-sized vehicles to small-sized vehicles. However, manufacturing brush-card assemblies(solder pads) take productivity and cost increase. In addition, due to fuel consumption, vehicle weight and the generation of toxic substances in soldering, environmental problems have arisen and new methods have become necessary. In order to cope with this problem, a spot welding process is required for the brush card assembly. Therefore, the design parameter influencing the welding strength according to the lead wire diameter of the brush card assembly is divided into the inner side and the outer side in orthogonal array table by distinguishing the signal factor, the control factor and the noise factor.
In this study, factors influencing the weld strength of spot welding of lead wire Cu alloys were investigated in terms of tip replacement cycle (G), tip dressing (F), welding time (B), pressing force (C) Rise time (D), and current (H). To determine the welding strength according to the lead wire diameter, we used the Taguchi model of dynamic charateristics for 0.4 cm, 0.65 cm, and 0.8 cm wire diameter, respectively. The welding strength was evaluated as intial, middle, and final tests for lead wire diameter, and the welding strength was 5 ㎏f/㎠ at lead wire diameter of 0.4 cm, ㎏f/㎠, 6 ㎏f/㎠ at lead wire diameter of 0.65 cm, 0.8 cm of wire diameter, welding strength of 8 ㎏f/㎠. The optimal welding conditions were analyzed by the following procedure. We applied the SN ratio in the first step and selected the optimum level as the center of scattering. In the second step, we tried to find the optimal welding conditions by adjusting the slope to the target value.
According to this step, the optimum level combination can be selected based on factors affecting the SN ratio, and the level can be adjusted to the slope (β) using the level value of D (rise time) factor according to the target specification. Therefore, the optimal combination level is selected by selecting the level of the factor that affects dispersion (SN ratio value) in the first step, and the target value is 3 in the second step. Therefore, the regression coefficient (slope) have. However, the D (rise time) factor is determined to be the optimum level because the D0 level has a large regression coefficient (slope) value and therefore the welding strength may be large. In practice, when the lead wire diameter is 0.4 cm, the welding strength is more than 5 kgf/㎠, the wire diameter is more than 6 ㎏f/㎠ at the wire diameter 0.65 cm, and the welding strength is 8 ㎏f/㎠ at the wire diameter of 0.8 cm. have. Therefore, the optimal level combination was determined.
In addition, the tolerance design was applied for practical application in accordance with the optimum conditions derived from this study. It is necessary to set the tolerance according to the optimal level for each factor and standardize it when the optimum level of the experimental factors is set in the parameter design and applied to the field under the optimum level set by the factor. Therefore, by selecting 2 or 3 levels of significance factor, 3 level experiment is performed with the optimal level of tolerance designing factor as the center value (m) and analyzed by traditional ANOVA
Finally, validation has been performed in the spot welding process of the manufacturer's brush card assembly and it has been proven that this is consistent with the S/N ratio analysis result. The results of this study are expected to be able to guarantee the quality level required by customers by standardizing the welding conditions.
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