[스크랩] 사출성형이란?

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[스크랩] 사출성형이란?

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사출성형이란?

 

RESIN(플라스틱)에 열을 가하여 가소화 시켜서 유압으로 용융수지를 틀(금형)에 쏘아 넣어 제품을 만들어 내는 것을 말한다.

사출성형에는 여러가지 복합적인 관련설비를 필요로 하지만 그중에서도 특히 사출성형기, 금형, 사용원료가 구비되어야 한다. 이 세가지 요소의 특성들이 조화를 이루었을때 사출성형이 가능하게 되며, 목적에 부합되는 제품을 생산할 수 있다.

 

①사출성형기

 

사출성형기는 사출부와 형체부로 나누어 진다.

사출부는 RESIN(플라스틱)을 넣어 건조를 시키는 호퍼와 RESIN을 고온에서 용융시키는(가소화 하는) 실린더부로 이루어졌으며 Heater온도와 사출압, 사출속도, 보압, 계량등으로 성형품의 조건을 맞추는 중요한 역활을 한다. 형체부는 금형을 달아서 금형을 열고(형개) 닫는(형폐) 부위로 이루어져 있으며 형체거리와 형체압에 따라 성형품의 parting부위 불량이 발생할 수 있다.

사출성형기는 크게 직압식과 터글식으로 구분되며 이 둘을 조합한 형태도 있다. 직압식과 터글식의 구분은 사출성형기의 형체부(금형을 고정시켜 형개,형폐시키는 부위)가 실린더형이면 직압식, X자형이면 터글식으로 구분된다.

사출성형기의 용량도 2가지로 나눌수 있는데 사출
용량을 기준으로
1
회 사출 가능한 최대량,
또는
1
분동안 사출해야할 적정량
(배합조정
ex. 5 OZ는 1분간 약 140g
)으로
나타내는
OZ
와 금형의 체결력(형체력)으로
나타내는
TON으로 나눈다.

 

 
   ②성형조건을 정하는 기준
 
1. 성형온도 설정의 기준
  [1] 성형온도(수지온도)가 높게 되면
    ① 수지의 점도가 낮게되어 성형이 쉽게 된다.
    ② 열에의한 수지의 열화가 문제가 된다.
    ③ 냉각시간이 길게되므로 싸이클 타임(CYCLE TIME)이 길다.
  [2] 수지온도 설정의 예 ( 재료 메이커 추천온도 160 ~ 280 ℃ 일때)
    ① 낮은쪽으로 설정(160 ~ 220 ℃ , 살두께가 두꺼운 제품)
         - 저온성형이므로 싸이클은 짧아지며 웰드라인이 심하고,
           충진부족, 플로우마크가 발생한다.
    ② 높은쪽으로 설정(220 ~ 280 ℃ , 살두께가 얇은 제품)
         - 고온성형이므로 싸이클은 길어지며 수축이 크고, 플래쉬
            발생 및 블랙스트릭이 발생한다.
   
 
2. 각 조건과 수지의 유동거리와의 관계
  [1] 용융수지의 온도가 높아질수록
  [2] 사출압력이 증가할수록
  [3] 금형온도가 증가할수록
  [4] 사출속도가 증가할수록
    ... 수지의 유동거리가 증가한다.
   
 
3. 각 조건과 수축량과의 관계
  [1] 멜트 인덱스(M.I)가 커지면 수축이 커진다.
  [2] 수지온도가 커지면 수축이 커진다.
  [3] 금형온도가 커지면 수축이 커진다.
  [4] 제품두께가 클수록 수축이 커진다.
  [5] 사출압력이 높을수록 수축이 작아진다.
  [6] 게이트 단면적이 클수록 수축이 작아진다.

 

 
   ③속도의 설정
 
1. 사출속도
  사출속도란 사출기의 노즐에서 사출되는 수지의 속도이고, 성형재료가 단위시간당에 금형의 케비티내에 충진되는 수지의 량을 말한다.

기본적으로 말하면, 사출속도를 높혀 금형의 케비티를 빠른시간안에 채우는 쪽이 이상적이다. 용융된 수지가 노즐을 출발해서 금형내를 흐르게 되면, 급속하게 유동성을 잃게 되므로, 속도가 늦으면 금형내를 잘 흐르지 못하므로 좋은 성형품을 얻지 못하기 때문이다.

사출속도의 설정에는 수지의 종류, 성형품의 형상을 고려해야 한다. 특히, 온도의 변화에 대하여 용융수지의 점도가 민감하게 변하는 수지에 대해서는 특별히 높은 사출속도가 요구된다. 예를 들면, 나이론(PA), 폴리아세(POM)과 같이 결정성 수지에서는 용융온도 영역이 상당히 좁기 때문에, 사출속도를 늦추면 용융점도가 단시간에 급속히 저하되므로, 금형의 케비티를 완전히 채우지 못하는 미성형(충진부족:Short shot), 플로우마크(Flow marks), 심한 웰드라(Weld line), 표면광택의 불량등의 원인이 된다.

반대로, 염화비닐과 같이 열 안정성이 나쁜
수지는 사출속도를 빠르게 하면,
수지의 유동저항에 의해 가열되고,
이것에 의해 블랙스트릭(
Black streaks
)등의
불량원인으로 되는 일이 있으므로,
사출속도를 낮추어 설정하는 쪽이 좋다.

또, 일반적으로 얇은 제품은 두꺼운 제품에 비해 사출속도를 빠르게 하는 것은, 유동성의 저하를 최소한으로 막는 결과가 되므로 좋다.

   
 
2. 형체, 형개의 속도
  형체, 형개행정은 일반적으로 다음과 같은 동작순서를 반복한다.
  형체 : 저속형체 → 고속형체 → 저속 강력형체 → 노즐터치
  형개 : 저속 강력형개 → 고속형개 → 저속형개 → 정지 → 에젝팅
 


사출성형기에는 형체장치를 크게 구분하면 직압식과 토글식의 두가지가 있다. 이 형체방식의 차이에 따라 조정방식이 다르다.

금형개폐에 소비되는 시간은 성형작업에 있어서 간접시간(실제로 제품이 생산되는 시간을 직접시간이라고 할 때, 생산품이 나오지 않는 시간을 간접시간이라고 한다. 여기에는 기계의 고장시간, 휴식시간, 금형설치시간등이 포함된다.)이므로, 사출시간이나 냉각시간과 같이 절대적인 것은 아니다. 그러므로 싸이클 단축을 위해서도 그 시간을 짧게 해야 한다. 결국 형체속도, 형개속도를 빨리하는 것이 바람직하다. 그러나, 너무 빠르면 복잡한 슬라이드 기구나 회전기구등의 특수한 구조를 갖춘 금형이나, 성형품의 형상에 따라서는 금형의 손상이라든가, 제품성형의 크레이징(Crazing)이나 크랙킹(Cracking)발생의 원인으로 되므로 극단적인 고속운동은 피해야 한다.

   
 
3. 스크류의 회전속도
  사출 실린더내의 스크류가 회전하면서, 고체상태의 원재료 펠레 (Pellet : 직경 1~3)정도의 원통형 형상으로 된 수지원료)를 성형가능한 용융상태의 유동체로 만드는 것을 스크류의 회전이라고 한다. 이 스크류 회전속도는 수지의 가소화능력(可塑化能力)을 좌우하는 중요한 요소이다. 그 때문에 회전수의 설정에 있어서는 용융속도, 수지의 열적성질, 스크류 구동모터의 최대구동력등에 따라 결정해야 한다. 회전속도를 높힌다는 것은 스크류가 빠른속도로 회전하는 것이고, 속도를 낮추는 것은 스크류가 느린 속도로 회전하는 것이다.

사출성형에 있어 가장 이해하기 어렵고 또한, 사출성형의 가장 핵심적인 부분이 실린더와 스크류 및 스크류의 회전에 의해서, 수지가 고체상태에서 유동체로 변화되는 과정이다. 이것에 대해서는 기계적인 디자인, 실린더의 가열, 수지의 용융, 배압 뿐만 아니고 사출시 수지의 배출등 복잡한 작동을 하며, 품질에 미치는 영향과 싸이클 타임에 미치는 영향이 큰 부분이다.

  용융속도는 스크류의 회전수에 거의 비례해서 증가하므로, 성형싸이클의 견지에서는 높은 편이 좋다. 그러나, 가소화 후에 냉각시간이 연장되어 있는 경우에는, 냉각시간내에 가소화를 완료하도록 설정하여
무리한 가소화를 시키지 않는 것이 좋다.
사출량이 많아서,
가소화후에 곧바로 금형이
열리는 경우는, 가소화 시간을
단축하는 것이 전체 싸이클 타임과
직결되므로, 최대한 고속으로 스크류를 회전시킨다.

또, 수지의 열적성질(熱的性質)을 고려하면, 열 안정성이 부족한 수지의 경우는, 낮은 회전수로 가소화를 시키는 것이 좋다. 이런류의 수지를 고속으로 가소화하면, 수지의 자체발열(自體發熱)로 인하여 수지가 과열되는 경우가 있고, 이것이 원인이 되어 여러가지 성형불량이 발생한다.

수지의 물성을 향상시키기 위하여, 수지에 유리섬유나 이스베스트 등의 휠러(filler)를 첨가한 소위 강화플라스틱의 경우는, 스크류회전을 너무 고속으로 하면 수지와 강화재가 분리되어 물성의 저하가 오므로 주의해야 한다.

최근에는 스크류의 회전공정 즉, 가소화 공정에 배압(背壓)을 높혀, 수지에 전단열을 발생시켜 주므로 수지의 균일용융과 가스벤팅을 시키는 방법도 응용되고 있으며, 이 경우에는 실린더온도는 낮게 설정하는 것이 좋다.

 

 
   ④불량현상
 
-. 사출성형에 처음 접하시는 분들을 위하여 사출성형시 발생되는
불량명과 불량현상을 알아 보도록 하겠습니다.


 
1.
미성형(충전부족 shot short) : 성형품의 일부가 부족되는 현상.
2.
바리(flush) : 성형품에 여분의 수지가 붙는 현상.
3.
싱크마크(sink mark) : 성형품의 표면에 발생하는 오목 현상.
4.
웰드라인(weld line) : 용융수지가 금형내를 분기해서 흐르다가 합류한 부분에
                              생기는 가는 선.
5.
태움(black spots) : 금형내의 공기가 압축되어서 고온으로 되어,
                                   그 열로 수지가 되는현상.
6.
플로우마크(flow mark) : 성형재료의 유동궤적을 나타내는 줄무니가 생기는 현상.
7.
광택불량 : 성형품의 표면이 수지 원래의 광택과 다르고 층상에 유백색의 막이 덮힘.
8.
실버스트리크(silver streak) : 성형품의 표면 또는 표면 가까이에 수지의 흐름 방향으로
                                          발생하는 매우 가는 선의 다발.
9.
흑줄(black streak) : 성형품의 내부에 검은 줄 모양으로 되어 나타나는 현상.
10.
제팅(jetting) : 게이트에서 캐비티에 분사된 수지가 끈 모양의 형태로 고화해서
                     성형품의 표면에 꾸불꾸불한 모양으로 나타나는 현상.
11.
크레이징과 크랙(crazing & crack) : 성형품 표면에 가는 선 모양의 금이 가거나 균열하는 것.
12.
이형불량 : 금형에서 성형품이 떨어지기 어려운 현상.
13.
표층박리 : 성형품이 운모 모양의 얇은 층으로 되어서 벗겨지는 현상.

 

 

1.사출성형의 정의
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1872년 John과 Isiah Hyatt 형제가 Celluloid를 금형에 처음 사용한 것이 시작이 되어 현재는
사출 성
형기에서 플라스틱 수지(열 경화성 수지, 열 가소성 수지)를 용융 시켜 금형의 틀 안으로 넣어
용융수지를 고화 시켜 만드는 것.

 

2.성형기 부위별 명칭
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3.사출성형원리 순서도
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금형닫힘

금형조임

노즐텃치

사    출

 

 

 

 

 

 

 

보    압

냉    각

금형열림

제품분리

 

 

 

 

 

 

 

가 소 화

 

노즐후퇴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.사출성형의 과정
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4-1.형체 - 금형 체결 과정

4-2.사출 - 실린더내의 재료를 주입

 4-3.보압 - 사출실린더 안의 압력유지

4-4.냉각 및 가소화 - 플라스틱 냉각 고화 다음 플라스틱 가열, 가소화

4-5.이형 - 금형에서 제품분리

5.새로운 성형원리
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5-1.가스성형 - 질소 가스에 의한 측면 내부 압력 조절에 의한 성형법.
                 금형에 수지가 일정량 사출된 후, Gas가 주입된다.
                 성형품이 고화되면, Gas방출후 제품을 얻는다.

5-2.저압사출 성형법 - 게이트나 런너를 통해 보압을 하는 기존의 방법과 달리 금형이 열린 상태에서
                재료를 주입한 후 형체력이나 금형내의 코어를 통해 보압을 도와준다.

6-1.배치에 의한 분류도

6-2.구조에 의한 분류

6-2-1.수직형  기계설치 면적이 적다.
            사출시에 인서트 부품삽입이 쉽고, 안정적이다.
            수지의 흐름이 균일하다

6-2-2.수평형  고속성형이 가능하며, 조작이 용이하다.
            금형교환이 쉽다
            성형품의 취출이 편리하다.
            보수, 점검이 편리하다.
            성형재료의 공급이 편리하다.

6-2-3.플렌저식 성형기의 값이 싸다.
              소형으로 고속 사출 가능.

6-2-4.플렌저 스크류식 체적이 큰 실린더 필요
                        실린더1 : 수지 용융
                        실린더2 : 수지 사출
6-2-5.인라인 스크류식 가소화 능력 큼
                         사출압이 작아도 됨
                         나쁜 재료도 쉽게 성형 됨
                         분해되기 쉬운 재료에 적합
                         재료의 색상 바꿈이 쉬움

6-3.형체결방식에 따른 분류

6-3-1.직압식 구조가 간단하여 사용 용이
           형체력 조절 용이
           보수관리 용이
           형의 개폐속도 제어가 쉬움

6-3-2.토글식  동력원을 토글기구에 의해 확대
            형 개폐시간 단축 용이
            형체결력이 좋아 플래시 발생 적음
            형체결 스트로크를 늘리기 어려움
            마모 때문에 기계 정도 틀리기 쉬움

 

7.그 밖의 성형기
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7-1.복합 성형기  수직 성형기와 수평 성형기의 장점만을 살린 성형기
                   설치면적이 적다
.
                   
인서트 부품의 삽입이 쉽고 안정됨
.
                   
고속 성형이 가능하며, 조작이 편리함
.
                   
보수, 점검이 편리하다
.
                   성형재료의 공급이 편리하다.

7-2.2색 성형기   2가지의 성형품을 만든다.
                  주로 부가가치를 높인 제품에 사용이 된다.
                   2개의 실린더로 구성이 됨
                   금형이 2회전을 하여 성형품이 완성됨

7-3.로터리 성형기  2개의 금형을 회전 원반상에 배치
                      생산성 강화

 

8.사출성형의 특징
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8-1.장점

생산성이 높음.
부피의 제품 성형이 가능함
.
자동화가 가능함
.
제품의 별도 마루리 작업이 필요 없음
.
자유로운 형상을 만들 있음
.
성형품에 다른 재료를 인서트하여 가공할 있음
.
수지에 보강재(유리섬유, 탄소 ) 혼합할 있음.

8-2.단점

금형가격이 높다.
성형 사출기 부대 장치의 가격이 높다.
성형품의 품질을 빠르게 결정할 없다.
성형과정의 기본 지식을 모르면 문제를 야기시킬 있다.
사출성형 과정을 제어할 없다.

 

9.사출금형의 필요조건
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성형품에 알맞은 형상과 치수 정밀도를 유지 해야함
성형 능률, 생산성이 높은 구조 함.
성형품의 2차 가공이 적어야 함.
고장이 적고 수명이 긴 금형.
제작 기간이 짧고 제작비가 싼 구조.

 

10.문제점 개선
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불량

현상

원인

대책

Silver streak
성형품 표면에 수지의 흐름 방향으로 생기는 가는 선
Pellet중의 수분
수지의 과열분해
Pellet 건조
Air shot로 용융 수지의
발포 상태 를 본다.
Sink mark
표면에 부분적으로 발생하는 오목현상
고화시 수축이 보압에 의해 충분히 보완되지 않음
보압 시간을 길게 한다.
flash
틈새에 용융된 수지가 흘러들어가 생기는 불필요한 부분.
형체력 부족
고압의 사출압
고속의 사출속도
형체력 증가
사출압,보압 낮춤
사출속도 낮춤
Flow mark
충전되면서 유동 궤적이 생기는 현상
게이트를 중심으로 동심원으로 생성
냉각된 부분에 용융수지가 다시 밀려 들어오며 생김
gate를 넓히고 사출속도 감속
Gate위치 변경
수지 및 금형온도 높임
태움
성형품의 일 부분이 검게 타는것
수지의 과열 또는 체류시간이 길다.
Pellet에 들어간 공기가 빠져 나가지 못함
실린더노즐의 체류부의 점검
소용량 성형기 사용
배압을 높여 hopper 로 기체 방출
Void
성형품 내부에 생기는 빈 공간
진공포
기포
사출압이 낮다.
냉각의 불균일
급냉하지 않는다.
온도를 낮춰 압력을
높힘.
Short shot
성형품 일부가 성형되지 않는 현상
금형 온도,수지온도의 저온.
유동성이 나쁘다.
게이트 밸런스 불량
실린더 온도 증가
사출속도 증가
스프루,러너 게이트
증가.
Weld line
수지가 합류하는 곳에 생기는 가는 선
수지의 흐름 불량
수지중에 수분, 휘발
유가 포함.
수지 온도 증가.
수지를 충분히 건조.
에어벤트를 설치.

 

출처 : 라이트블루의 홈
글쓴이 : 라이트블루 원글보기
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