스푸루, 런너 및 게이트의 설계
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스푸루, 런너 및 게이트는 사출성형에서 유동 주입 시스템의 구성 요소로서 대단히 중요한 역할을 한다. 특히 런너 및 게이트의 형태 및 치수는 성형품의 외관, 물성, 치수정밀도, 성형사이클 등에 직접적으로 영향을 끼친다. 용융된 사출원재료는 사출기의 노즐(nozzle)로부터 사출되어 금형의 스프루를 거쳐 스프루에서 분기된 런너를 지나 게이트를 통과하여 제품형상인 케비티에 충진된다. 충진되는 과정의 상태를 살펴보면 사출용액이 스프루, 런너 및 게이트를 통과하는 동안 마찰에 의하여 압력이 저하되면서 금형의 캐비티에 충진된다. 이와 동시에 용융된 수지는 런너 및 제한된 좁은 게이트를 통과하면서 마찰에의해 열이 발생하여 일시적으로 수지온도가 상승되어 캐비티에 주입된다. 이 런너와 게이트는 성형성, 내부변형, 성형품의 품질에 큰 영향을 미치는 중요한 역할을 하고 있으므로 설계시에 성형품의 형상, 크기, 수지의 특성 등을 감안하여 치수를 조정한다.
그림4.1 제품과 스프루, 런너, 게이트와의 관계
4. 1 스프루(sprue) System
스프루는 금형의 입구에 위치하여 사출기 노즐의 구멍으로부터 사출된 용융된 수지를 런너에 보내는 역할을 하고 있다. 일반적인 형상은 그림과 같이 외형은 스프루부싱이 되고 내부구멍형상이 스프루 역할을 한다. 이 스프루부싱은 고정측 설치판 및 형판에 조립된다. 스프루부싱은 성형 압력을 받으므로 사출압력이 클 경우 스프루부싱을 단으로 가공한 다음, 로케이트링으로 위에서 누른 상태로 조립하여 스프루부싱이 이탈되지 않도록 한다. 한편 내부는 스프루부싱 R부에서 테이퍼로 되어 있는데 이 테이퍼는 클수록 스프루의 빼내기가 용이해진다.
그림 4. 2 스푸르부싱과 스프루, 런너와의 관계
4. 1. 1 노즐(Nozzle)과 스프루, 스프루 부싱과의 관계
1. 스프루 및 노즐의 결합형태
1. 스프루와 사출기 노즐의 관계는 사출기 노즐에서 사출된 용액을 스프루를 통하여 런너, 또는 제품에 직접 전달하여 주기 때문에 스프루의 구멍이 사출기의 노즐구멍보다 커야 한다. 그렇지 않으면 사출용액이 금형의 외부로 흘러 나올 가능성이 크기 때문이다.
2. 사출기의 노즐구멍과 스프루의 구멍의 중심이 잘 맞아야 한다. 이것도 1.항과 같은 이유이다.
3. 노즐의 R보다 스프루부싱에 완전하게 밀착되어 사출용액이 외부로 분출되는 것을 막을 수 있다.
4. 스프루부싱은 계속적으로 고온의 사출기노즐과 밀착되어 있고 반복적으로 접촉되기 때문에 열처리를 하여 내마모성을 높이는 것이 좋다.
2. 스프루, 스프루부싱 및 노즐의 치수 결정
스프루부싱을 설계할 때 중요한 것은 다음과 같다.
1. 스프루부싱의 R은 사출기 노즐 선단보다 정도 크게 하는 것이 바람직하고 2. 입구 직경은 사출기 nozzle 구멍 직경보다 정도 크게하며 3. 스프루의 길이는 금형의 고정측 두께와 관련이 있으나 가능한 짧게 하는 것이 바람직하다. 4. 사출기의 스프루위 R 및 구멍직경은 작업하려고 하는 사출성형기의 제원을 참고로 하여 적용한다. 5. 스프루의 Taper는 최소 2〬를 하되 길이에 EK라 가감한다. 6. 다이렉트 게이트타입의 경우 스프루의 치수 및 형태가 바로 다이렉트 게이트 치수 및 형태이다.
그림 4. 3 사출기노즐과 스프루, 스프루부싱과의 관계
7. 스프루 부위는 사출용액의 원활한 유동을 위해 표면부위를 래핑을 하는 것이 좋다. 이때 래핑방향은 수지의 흐르는 방향으로 하여야 한다. 8. 스프루부싱의 재료는 SM50C, STC5~STC7, SCM4 등을 사용하며 열처리할 경우의 경도는 HRC40 이상으로 한다.
3. 스프루 록크핀
사출후 금형이 열릴 때 스프루가 제품과 함께 가동측에 붙은 상태로, 고정측에서 확실하게 이탈되도록 하기 위하여 스프루 끝부분에 스프루 록크핀을 설치한다. 이 스프루록크핀이 스프루를 끌어 당기므로서 스프루가 스프루 부싱으로부터 쉽게 빠질 수가 있다. 스프루록크핀이 스프루를 쉽게 끌어 당기게 하기 위해서는 스프루록크핀에 칼퀴형상을 하거나, 고정측 형판에 언더컷을 주어 스프루를 잡아 당기게끔 한다. 스프루록크핀의 상단에 모인 재료는 콜드 스러그웰 열할을 겸하다.
그림 4. 4 스프루 록크핀의 형상과 기능
4. 런너 록크핀
런너록크핀 역시 핀포인트 게이트 등에서 런너를 끌어당겨 성형품과 게이트를 분리시키는 역할을 한다. 그림은 록크핀의 여러 가지 선단의 모양을 나타낸 것으로 성형품의 형상이나 사용수지의 종류에 따라 모양이 선택되지만 단이 지거나 라운드 형상을 많이 사용한다.
그림 4.5 런너 록크핀의 형상
4. 2 런 너
성형 능률과 성형품의 품질을 크게 좌우하는 것은 런너와 게이트이다. 이들은 금형설계의 중요사항으로 취급되어야 하며 성형품을 설계할 때에도 사전에 충분히 검토할 필요가 있다.
4. 2. 1 런너와 게이트의 선택시 고려사항
1. 성형품수
캐비티수 2개 이상일 때에는 다이렉트 게이트룰 사용할 수 없다.
2. 성형품의 기능 및 외관
성형품의 표면에 게이트의 절단 자리가 남아서 성형품의 기능이나 외관에 손상이 있을 때 문제가 없는 곳으로 게이트 위치를 변경한다.
3. 성형 재료
성형성이 나쁜 재료인 경우 런너와 게이트에 따라 성형품의 기능이나 외관에 더 큰 영향을 주므로 성형 재료에 알맞은 런너 및 게이트를 선정한다.
4. 후가공
후가공은 성형품의 외관, 기능 및 코스트에 영향을 주므로 가능한 후가공이 필요없는 게이트를 선정
5. 성형품의 잔류응력에 의한 변형
게이트 주변에 잔류응력의 집중에 의하여 뒤틀림이 생길 때 게이트 종류 및 수를 변화시키므로 변형을 방지할 수 있다.
6. 성형품의 형상, 치수에 의한 제한
평면적이 큰 성형품인 경우 게이트 수를 증가시키므로 성형이 가능하게 된다.
7. 생산성
성형 싸이클을 고려하여 런너, 게이트를 선정해야 한다.
4. 2. 2 런너 설계 기준
1. 캐비티 수의 배열에 따른다. 2. 런너는 될 수 있는 데로 가늘게 하고, 단면형상은 진원에 가까운 형상으로 하며, 유동저항을 적게 하므로서 냉각이 잘 되지 않도록 한다. 3. 굵게 하면 런너에 수지량이 증가하므로 런너 고화시간이 길어져 성형 사이클이 늘어나므로 설계시 단면 형상, 크기, 레이아웃에 절대 유의해야 한다. 4. 런너는 압력전달면에서는 최대 면적으로 해야 하고, 열전도면에서는 외주가 최소가 되어야 한다. 즉 압력 손실은 최대한 적게 하고 열은 외부에 최대한 적게 뺏기는 구조로 되어야 한다. 5. 게이트와 런너의 중심은 유동온도와 압력유지를 위하여 일직선상에 있도록 해야 한다. 6. 2매 구성 금형에서 파팅이 평면일 때는 원형 런너를 사용하고, 그 이외의 3매 구성 금형이나 파팅이 복잡한 형태일 때는 사다리꼴 또는 반원형을 사용한다. 7. 런너 가공은 원형, 6각형에서는 형판의 양면에 새기고 사다리꼴 반원형에서는 한쪽면에 설치한다.
4. 2. 3 런너의 치수
성형품의 체적과 살두께, 주 런너, 스츠루에서 캐비티까지의 거리, 런너의 냉각, 금형제작용 커터의 범위, 사용수지에 대한 검토를 해야한다.
1. 런너의 굵기는 성형품의 살두께보다 굵게 한다. 2.런너의 길이가 길어지면 유동저항이 커지므로 이를 고려한다. 3. 런너의 단면적이 성형 사이클을 좌우하는 것이어서는 안된다. 4. 일반적인 수지의 경우 런너 크기를 ∅9.5 이하로 하되 경질 PVC, PMMA에서는 ∅13 정도까지 할수 있다. 5. 살두께 2.5 이하, 중량 7 이하의 성품의 경우 원형 런너지름의 경험식은 다음과 같다.
D:런너의 지름(), W:성형품 중량(), L:런너의 길이()
6. 다음에 일반적으로 적용되는 런너지름에 대한 사용 Table을 예시한다.
표 4.1 성평품 중량과 런너지름 표 4.2 성형품 투영면적과 런너지름
4. 2. 4 런너의 단면형상
런너의 종류 및 단면 형상은 그림과 같이 여러종류가 있다. 런너는 압력전달면에서는 최대 단면적이고 열전도면에서는 원둘레가 최소로 되어야 한다. 원둘레에 대한 단면적의 비가 런너의 효율을 나타낸다. 그림은 런너 단면형상(그림 4. 6)과 런너 단면형상에 의한 효율이다(그림 4. 7)
그림 4. 6 런너의 단면형상
그림 4. 7 런너의 단면형상에 의한 효율
4. 2. 5 실제 Runner의 치수 및 용도
1. 원형 Runner
수지의 유동성이 가장 좋으나 분할면을 경계로 양측에 R로 가공하여야 함으로 가공시간이 길다. 그러므로 흐름성이 매우좋지 안은 수지 또는 형상일 경우 사용한다.
그림 4. 8 1)
2. U자형 Runner
한 WHraus만 가공하는 형상으로는 유동성이 가장 좋으나 가공 깊이가 효율에 비해 너므 깊어 가공시간이 비교적 길다.
그림 4. 8 2)
표 4. 3 각종 수지의 Runner 직경
4. 2. 4 런너의 단면형상
런너의 종류 및 단면 형상은 그림과 같이 여러 종류가 있다. 런너는 압력전달면에서는 최대 단면적이고, 열전도면에서는 원둘레가 최소로 되어애 한다. 원둘레에 대한 단면적의 비가 런너이 효율을 나타낸다. 그림은 런너 단면형상(그림 4. 6)과 런너 단면형상에 의한 효율이다(그림 4. 7)
그림 4. 6 런너 단면형상
3. 사다리꼴 Runner
한 쪽면만 가공하는 형상으로 가공시간이 가장 짧아 일반적으로 가장 널리 사용하나 유동성이 조금 떨어지는 단점이 있다.
그림 4. 8 3)
4. 변형 Runner
U자형 Runner의 깊이를 최소로 줄이면서 효율을 극대화시킨 형상으로 U자형 Runner에 비해 가공시간이 짧고 사다리꼴 Runner에 비해 유동성이 좋다
그림 4. 8 4)
4. 2. 6 Runner Type에 따른 단면적 및 효율(표 4. 4)
A:단면적 L: 형상의 둘레길이
4. 2. 7 런너 레이아웃 설계
다수개 빼기 금형에서 성형품 배치와의 관계는 성형품 형상, 게이트 수, 플레이트의 구성 및 게이트 형식에 따라 좌우되므로 런너 레이아웃 설계시 다음 사항을 고려해야한다. 1. 압력손실과 유동수지 온도저하를 막기 위하여 런너의 길이와 수는 가장 적어지는 유동선으로 해야한다.
그림 4. 9 런너의 단면적 및 효율
2. 런너 시스템은 유동배뷴을 고려해서 균형이 되도록한다. 3. 런너 밸런스와 게이트 밸런스를 조화있게 해야 한다. 4.런너 끝에는 런너 통과 중에 식은 수지가 캐비티로 흐르지 않도록 하기 위한 콜드 슬러그 웰을 설치해야 한다. 5. 캐비티 배열을 크게 분류하면 직선 배열, H형 배열, 원형 배열 등이 있다.(a) 직선 배열 (b) H형 배열 (c) 원형 배열 (d) S자형 (e) 토너먼트형 (f) 반곡형
각 배열 특징은
1. 런너의 길이를 고려하면 직선배열이 가장 짧고 원형배열이 가장 길다. 그러나 런너의 균형면으로 보면 4캐비티까지의 H형 배열과 원형배열이 열적 및 유동 측면에서 안정성과 균일성이 있다. 2. 정밀성형을 위해서는 원형배열이 가장바람직하다. 따라서 원형제품은 가공상의 문제가 없으므로 원형배열이 좋다. 3. 각형 제품은 토너멘트 배열이나 직선배열 또는 H자 배열을 쓰는 것이 좋다. 4. 유동성이 안 좋은 아크릴 제품 등은 마찰에 의한 성형수지의 온도상승효과를 얻기 위해 S자 배열을 선택하는 것이 좋다. 5. 참고로 원형과 S자 배열을 적용한 캡 제품을 예시한다.
그림 4. 11 S자 배열 그림 4. 12 원형 배열
4. 2. 8 런너, 게이트의 밸런스
다수게 빼기 금형에서는 모든 캐비티가 균일하게 충진되도록 런너 및 게이트밸런스를 취하여야 한다. 이는 다수개 빼기 성형시에 발생하기 쉬운 플로우 마크, 싱크 마크, 쇼트, 치수 정밀도 오차 및 중량의 불량 등을 해결할 수 있다.
1. 각 캐비티의 충진상탸를 균일하게 하는 방법
(1) 스프루로부터 각 캐비티까지의 재료 유동거리를 같게 한다. (2) 스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 런너의 굵기를 조정하는 방법 (3)스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 게이트의 치수(폭, 깊이)를 조정하는 방법
일반적으로 (1), (3)을 채용하고 특수한 경우에는 (2) 또는 (2)와 (3)을 병용하는 방법을 채용한다.
2. B. G. V (Balanced Gate Value)의 계산
다수개 빼기의 경우 각 캐비티에 작용하는 B. G. V의 값이 일정하게 되도록 게이트의 치수를 정하는 방법
: 런너의 길이 : 게이트의 길이 : 런너의 단면적 :게이트의 단면적
B. G. V 는 게이트를 통과하는 재료의 질량에 비례한다.
【계산 예】
그림에서 각 캐비티까지 런너 단면은 일정한 것으로 하고 런너직경은 6, 게이트의 랜드 길이를 1.5로 한다.
로 하면 이므로 게이트의 단면적 이다. 일반적으로 게이트의 폭과 깊이의 비가 3:1이므로 깊이를 로 하면 폭 ・ 가 된다. EL리서 게이트 단면적 와의 관계는
∴ ≒(게이트 깊이) ∴ ≒ (게이트의 폭)
지금 그림에 표시된 캐비티를 Gate의 크기별로 구분하면
A그룹 : No2. 2A, 4, 4A
B그룹 : No3. 3A, 5, 5A
C그룹 : No1. 1A
으로 나눌 수 있다.
위의 계산치수를 A그룹 캐비티용 게이트에 적용하고 이 치수를 참조하여 다른 게이트치수를 계산하면 A그룹의 게이트 단면적 , 스프루에서 캐비티까지의 런너길이 , 랜드길이 가 된다.
그리고 조건에서 C그룹의 과 B그룹의 을 구하여 각 게이트의 치수를 결정한다.
≒ ∙ ≒
≒ ∙
따라서 바란싱된 게이트의 치수는 다음과 같다.
A그룹 : No2. 2A, 4, 4A의 게이트 치수는 높이 0.81mm 폭 2.43mm 랜드 1.5mm
B그룹 : No3. 3A, 5, 5A의 게이트 치수는 높이 0.91mm 폭 2.73mm 랜드 1.5mm
C그룹 : No1. 1A의 게이트 치수는 높이 0.66mm 폭 1.98mm 랜드 1.5mm
3. 게이트 바란싱전과 후의 비교
그림 4.15 게이트 바란싱이 된 경우
게이트 바란싱이 안 된 경우 게이트 중앙은 성형이 되나 외각으로 갈수록 미성형이 되고 게이트 바란스가 된 것은 전체의 성형품이 완전하게 성형이 되어있다.
4. 3 게이트
게이트는 용융수지가 런너를 지나 제품형상인 캐비티로 충진될 수 있게 런너의 끝에 위치한 캐비티의 입구이다. 캐비트의 위치, 형상, 치수는 성형품의 외관이나 성형 성형 및 치수 정밀도에 큰 영향을 준다. 즉 게이트는 단지 성형품의 형상만으로 결정하는 것이 아니고 캐비티 내의 용융수지의 유동방향, 웰드라인의 생성위치 등을 생각하여 결정하는 데, 게이트가 클 경우는 충진성은 좋으나 게이트에 머무는 시간이 길고, 또 게이트 가공의 마무리작업이 복잡하다. 그러나 작은 게이트는 그 반대이다.
한편, 게이트의 형상, 치수, 위치 등의 결정은 사용수지와 성형품의 형상 및 제품의
요구사항 등을 감안하여 결정하되 응력집중을 최소로 하고 유동방향에 의한 변형이 가장 적은 타입으로는 선택하는 것을 기본으로 한다.
그림 4. 16 게이트
4. 3. 1 게이트의 목적과 역할
1. 충진되는 용융수지의 유동방향과 수지량을 제어함과 동시에 제품형성이 완전히 이루어지고, 취출하는데 지장이 없을 정도로 충분히 고화상태가 될 때까지의 캐 비티내로 용융수지를 계속 충진시키고 런너측으로의 역류를 막는다. 이것은 캐비 티내 압력보존 및 수축조절을 위해 런너와 제품사이의 차단역활을 하는 기능을 수반한다.
2. 여러 개 캐비티(Multi Cavity)의 경우는 각 캐비티의 게이트 치수 크기를 조정하 여 캐비티의 충진균형을 잡을 수 있게 한다. 즉 게이트를 균형있게 설계하므로서 압력분배가 균등하게 되도록 한다.
3. 스프루와 런너를 통과하면서 냉각된 수지는 좁은 게이트를 유동하면서 마찰열을 흡수한다. 이 열에 의하여 용융수지 온도를 상승시켜 플로우 마크(flow mark), 웰드라인(weld line)을 감소시킨다.
4. 런너와 성형품의 절단이 용이하고 깨끗하게 마무리 작업을 할 수 있다.
5. 성형수지의 특성을 고려하여 품질과 생산성 확보를 위한 적정성형 시간을 제공하 여야 한다.
4. 3. 2 게이트 설계시 고려해야 할 일반적인 사항
게이트에 영향을 끼치는 인자는 게이트의 형식, 성형품상의 위치, 크기, 개수 등이 있는데 이 인자의 결정은
1. 성형품의 외관 및 기능
2. 수지의 특성즉 유동성, 수축률,
3. 치수정밀도, 성형품의 변형 및 사출성형후의 여러 가지 트러블 발생원인
4. 성형품의 크기 및 후가공여부 등을 고려하여 선정하여야 한다.
4. 3. 3 게이트 위치
1. 게이트의 위치설정요령
게이트의 위치에 따라 성형품의 외관 및 치수품질이 결정되므로 게이트의 위치를 결정할 때는 사용수지의 특성, 성형품의 외관 및 치수정밀도 등을 충분히 고려하여 게이트의 위치를 결정하여야 한다. 특히 게이트가 설치된 장소에는 성형 후 게이트를 절단할 적에 게이트 자국이 성형품에 흔적으로 남게 되어 외관상 보기 흉하게 된다. 그러나 이러한 것을 너무 고려하여 게이트 위치를 선정하다보면 충진성에 문제가 되어 치수정밀도, 변형, 미성형에 의한 불량 등이 발생하게 되어 현저한 생산성의 저하가 발생된다. 따라서 이러한 점을 고려하여 다음과 같은 요령에 의해 게이트 위치를 선정한다.
1. 성형품의 살두께가 가장 두꺼운 부분에 설치하는 것을 원칙으로 한다. 얇은 곳 에 게이트를 설치할 경우 그곳이 먼저 고화되어 수축에 의한 수치용액을 보충 할 수 없기 때문에 싱크 마크 또는 공동(cavitation)현상을 일으키게 되므로 특 히 높은 치수 정밀도의 성형 등에서는 반드시 두꺼운 부분에 설치한다.
2. 각 캐비티의 말단까지 동시에 충진될 수 있는 위치를 선택한다.
3. 상품의 가치를 생각하여 잘 보이지 않는 위치를 선택하는 것이 좋으나, 여의치 않을 경우 게이트의 흠집이 최소화되는 게이트를 선정하여 적용한다.
4. 런너와 쉽게 절단되어 자유낙하할 수 있는 위치를 선택한다.
5. 큰 휨 하중 또는 충격하중이 작용하는 위치는 가능한 피한다. 게이트 부근은 일 반적으로 가장 강도가 약하기 때문에 잔류변형이나 응력이 발생하지 않는 위치 를 선택한다.
6. 2차 마무리작업이 필요없는 위치를 선택한다.
7. 그림과 같이 원통형 제품의 측면에 사이드 게이트 설치하면 게이트의 반대쪽에 웰드라인이 발생한다. 이때 제품의 윗 표면에 다이렉트 게이트를 설치하면 용 융수지가 균일하게 유동되어 웰드라인이 발생하지 않는다. 그 대신 외관의 게 이트 흠집은 감수하여야 한다. 따라서 이러한 점을 게이트의 위치 선정시 감안 하여 결정하여야 한다.
(a) 웰드라인 발생 (b) 웰드라인 발생 안함
그림 4. 17 게이트의 형상 및 위치에 따른 제품의 외관 품질
8. 그림 4. 18에서 성형품의 형상이 만년필 뚜겅이나 긴사각상자 일 경우 사이트 사이드 게이트로 금형을 설계할 경우 수지의 사출압력에 의하여 코어가 휘어서 코어와 캐비티 사이의 두께가 왼쪽과 오른쪽이 틀려져 두께가 차이가 나거나 심 할 경우는 같은 방법을 택한다. 이렇게 게이트의 형상을 개선해도 제작시 코어 와 캐비티사이의 두께가 일정하지 않고 차이가 났을 경우에는 위의 성형트러블 을 완전히 개선할 수가 없기 때문에 정밀하게 금형제작을 해야 한다.
(a) 핀 두께 발생 (b) 양호
그림 4. 18 게이트의 위치에 의한 제품의 품질
9. 공기 또는 수지의 휘발분 등의 가스가 정체되기 쉬운 방향으로 유동은 피한다. 가스의 정체를 방지하기 위하여 에어밴트(Air Vent)를 설치한다.
10. 제팅현상이 발생하지 않는 위치에 설치한다. 캐비티의 빈공간을 향해 사출이 되게끔 게이트의 위치를 설치하면 용융수지의 유동이 리본(Ribbon)현상으로 분출되는 제팅이 되어 성형품의 외관 및 강도(Strength)가 현저하게 떨어진다. 이것을 방지하기 위하여는 수지의 흐름을 순조롭게 하기 위하여 코어 또는 캐 비티의 벽을 향하여 용융수지가 흐를 수 있는 위치에 게이트를 설치한다(그림 4. 19). 제 5편 성형불량과 원인란을 참조 바람.
11. 성형품의 중심 부근에 설치한다. 이것은 수지의 유동성 및 성형품의 강도를 생각 할 때 가장 이상적이다. 이경우는 다이렉트게이트를 적용하거나, 3단금형 을 사용하여 핀포인트 게이트를 사용하여야 한다.
(a) 제팅현상 (b) 제팅현상 미발생
2. 게이트위치설정과 성형품과의 관계 실예
1. 긴평판의 경우 게이트의 위치에 따라 성형품의 변형관계가 다르게 나타난다.
그림 4. 20 게이트의 위치와 배향 및 변형
2. 게이트의 위치에 따른 변형
(1) 작사각형제품(그림 4. 21)
(2) H 형 제품(그림 4. 22)
(3) 원형제품(그림 4. 23)
그림 4. 21
3. 기타 변형
(1) 냉각의 온도차에 의한 변형(그림 4. 24)
4. 금형의 온도차에 의한 변형(그림 4. 25)
그림 - 4.22
그림 - 4.23
그림 - 4.24
그림 - 4.25
4.3.4 게이트의 크기
게이트의 크기 결정은 용융수지의 사출시간,사출속도,수지 특성 등 여러 가지를 고려하지만 일반적으로 다음 사항을 참고한다.
1. 사출시간은 크게 충진시간과 게이트를 머무는 시간으로 나눌 수 있다. 충진시간은 게이트가 클수록 유리하다. 즉 게이트가 클수록 충진이 좋고 사출률을 증가시킬수 있기 때문에 고속 성형이 가능하고, 수지의 물성, 성형품의 외관, 치수 등 성형 사이클면에서 고품질의 제품을 성형 할 수 있다.
한편, 게이트에 머무는 시간은 캐비티 내로부터 충진되는 용융수지의 역류를 방지하기 위하여 게이트에 있는 수지가 고화할 때까지는 최소한의 시간을 유지하여야 한다. 따라서 게이트에 머무는 실제 시간을 생각하면 단면적이 작은 게이트쪽이 성형사이클면에서 유리하다고 할 수 있다. 그러나 지나치게 작으면 수지의 유동저항이 커지고 이 때문에 무리하게 사출속도를 증가시키면 게이트부가 재가열 즉, 마찰열에 의해서 수지가 타버리거나 제팅(jetting) 현상을 일으킨다.
2. 잔류응력 변형 및 휨에 대해서는 게이트가 작은 것이 유리하다. 게이트 지름이 성형품 살두께보다 작으면 성형품 단면적 중앙부가 고화하기 전에 게이트 내의 수지가 먼저 고화하게 된다. 이 냉각과정 중에는 외부로부터 어떠한 응력도 작용하지 않는 상태에서 자유롭게 고화하므로 과응력, 충진 변형에 의한 균열에 의한 균열 및 휨 등이 감소된다. 반대로, 게이트의 단면적이 크면 수지가 고화할 때 외부 압력과 유동 압력에 의하여 게이트 부근은 마지막까지 수지 유동이 정지하지 않으므로 응력의 과다, 충진 변형, 분자배향에 의한 변형이 크기 때문에 성형품이 취약으로 된다.
3. 고도의 치수정밀도 및 수축보정을 위하고 싱크 마크, 공동 현상을 방지하기 위해서는 단면적이 큰 게이트가 유리하다. 작은 게이트가 유리한 점도 있으나 실제로는 성형품 살두께의 균일성 또는 이것에 가까운 성형품이 아니면 적용되지않는다.
그 이유는 사출 변형으로서 반드시 발생하는 수축은 살두께가 균일하지 못하면 수축량 역시 균일하지 못하게 되므로 얇은 부분이 고화할 때는 아직 고온인 두꺼운 부분의 단면 중앙 부근을 잡아당기기 때문이다. 이때 표면이 고화되어 있으면 공동이 되고, 아직 고화되어 있지 않으면 싱크 마크로 나타낸다. 치수 정밀도 역시 이수축량 차이를 최소로 하는데 있다.
이들의 대책으로는 냉각속도를 균일하게 하는 방법도 있으나 가장 간단한 방법은 성형 조건에 의해서 수축 현상이 발생하였기 때문에 캐비티 내의 체적 감소량을 보충하여 주는 것이다. 수정된 성형 조건으로는 쿠션(cushion)량을 많게 하고 사출압력을 높혀 보압(holding pressure)시간을 길게 하는 것이다. 결국, 게이트크기는 게이트가 작으면 빨리 고화하기 때문에 수축량 보충이 불가능하게 되고, 크게 하면 할수록 싱크 마크, 공동 및 치수 정밀도에는 더 효과적이라 할 수 있다.
☞게이트의 고화(Gate Seal):게이트부는 캐비티부보다 두께가 얇기 때문에 캐비티부의 중앙부가 굳기 전에 게이트부가 먼저 굳어지는 현상을 말한다.
4. 마무리작업을 생각하면 작은 게이트가 유리하다. 그러나 자동화할 때는 자동 게이트절단 및 런너레스(runnerless) 금형에서는 작게 하지만 성형품을 이젝터 핀 등을 사용하여 강제로 밀어내거나 마무리작업을 2차 가공에서 하고 스프루, 런너 및 게이트를 별도의 장치로 자동낙하시킬 경우는 안전한 작업을 위하여 큰 게이트를 선정할 수 있다.
☞런너 및 게이트의 압력 손실:금형내에 유입된 수지는 스프루 및 런너를 통과하는 사이에 처음의 압력은 점점 감소한다. 압력감소의 원인으로는 수지의 점성저항 또는 유동방향의 변화 등에 의한 에너지의 득실을 생각할 수 있다. 수지가 런너 내부를 유동할 때의 런너외벽의 속도는 O(Zero)의 경계층을 형성한다. 이 경계층은 곧 열을 외부에 전달하여 온도는 내려간다. 이 상태로 인하여 핫트런너에 비하여 콜드런너의 압력 손실이 크다.
비제한게이트는 압력손실은 적으나 제한게이트의 특성을 갖고 있지 않으므로 잔류응력에 의한 변형이나 강도저하의 문제가 있다. 제한게이트는 런너를 통한 수지가 여기서 정지되므로 수지의 점성저항에 의하여 큰 압력강하를 나타낸다. 압력강하에 의한 에너지 손실은 열로 전환되어 수지의 가열에 사용된다. 캐비티 내에서는 살두께가 작을수록 압력손실이 크다.
4.3.5 게이트 수
게이트의 설치 개수는 수지의 유동성(L/t), 충진성(t/s) 및 성형제품의 변형 등을 감안하여 결정하여야 한다.
1. 캐비티에 충진조건을 양호하게 하는 것은 수지의 유동성의 영향이 크므로 프라스틱 재료메이커의 카탈로그(catalogue) 또는 경험 수치에 의하여 게이트의 수를 결정하여야 한다.
2. 살두께의 불균일, 기하학적으로 대칭이 아닌 것 등은 사출압력, 냉각에 의한 수축 및 사용수지의 분자배향성 등에 의해 변형이 발생한다. 이 변형을 적게 하기 위해서는 사출압력과 사출온도의 강하를 방지하고 수축차에 의한 영향을 적게 하는데 있다. 어떠한 경우에도 한 개의 게이트보다 여러 개 게이트(multiful gate)가 유리하다.
3. 기어(gear)와 같이 중심에 구멍이 있는 원형 성형품일 경우는 중심을 벗어난 위치에 게이트를 설치해야 하므로 수지의 유동방향과 직각방향의 수축률에 큰 차이가 있을 때는 진원도를 얻기가 대단히 어렵다.
4.3.6 게이트의 분류
일반적으로 게이트는 제한 게이트와 비제한 게이트로 분류하며, 각각의 특성은 다음과 같다.
1. 비제한 게이트(unrestrition gate)
다이렉트 게이트(direct gate) 또는 스프루 게이트(sprue gate)라는 것으로 극히 일반적으로 사용하고 있으면, 이 게이트의 특성은 다음과 같다.
1.스프루의 고화시간이 길어지므로 성형 사이클 시간이 연장될 수 있다.
2.압력손실이 적어 사출조건을 설정하기가 편하다.
3.성형후 성형품과 게이트의 절단을 위한 2차 가공이 필요하다. 따라서 상품의 외관이 중요시 되는 곳은 사용이 곤란한 경우가 있다.
4.잔류응력에 의해 게이트부 주위에 균열이 방생할 우려가 있다.
5.금형 구조가 비교적 간단하고 고장이 적다.
2. 제한 게이트(restrction gate)
게이트에서의 충진량을 조절하고 게이트 내의 수지가 신속히 고화할 수 있도록 게이트의 단변적을 제한한 것을 말하며 다음과 같은 특성이 있다.
1.게이트 부근의 잔류응력 및 변형을 감소시킬 수 있다.
2.성형품의 변형 균열, 뒤틀림 및 휨을 감소시킬 수 있다.
3.게이트의 고화시간이 짧으므로 성형 사이클을 단축시킬 수 있다.
4.성형한 다음 2차 가공이 필요 없거나 간단히 할 수 있으므로 상품 가치가 증가한다.
5.수지가 게이트를 통과할 때 저항열에 의한 온도상승으로 유동성이 개선된다.
6.게이트 통과시 수지의 압력손실이 크다. 압력손실이 크면 용융수지의 유동성이 나빠지고 캐비티내에서 냉각 또는 고화를 일으켜 완전한 충진이 어렵기 때문에 많은 사출압력이 요구된다. 따라서 이를 최소화하기 위해서 게이트의 랜드부를 짧게 한다.
4.3.7 게이트의 단면현상
게이트의 단변형상이 직사각형의 경우 다른 게이트에 비해 게이트 배런스를 취하기가 비교적 용이하다. 게이트의 깊이는 중간 정도의 선형품일 때 0.8~1.2가 바람직하다. 중간정도의 성형품을 기준으로 하여 소형일 경우는 깊이를 더 적게 할 수 있으나 깊이가 얕을수록 게이트를 통과할 때 압력손실이 더욱 커지게 된다. 대형 성형품일 때는 충진시간을 단축시키기 위하여 더욱 깊이가 깊은 치수의 게이트가 바람직하다. 게이트 폭은 런너의 중심선을 기준하여 대칭으로 하되, 1.5~5 정도에서 게이트의 깊이를 감안하여 결정한다. 중심선을 기준한 이유는 런너의 중심에서는 표면층보다 용융수지의 온도가 높고 유동성이 크기 때문이다.
그림 - 4.26 게이트의 단면형상
그림 4.17은 런너와 게이트의 가공상태를 나타내는 것으로 단면형상은 (a)와 같은 형상이 바람직하고 (b)와 같이 천천히 좁아지는 형상은 용융수지의 냉각이 빠르기 때문에 압력손실이 크게 된다.
그림 - 4.27 런너와 게이트의 접속형태
4.3.8 게이트 종류 및 특성
1. 다이렉트 게이트(direct gate)
다이렉트 게이트는 1 캐비티(One cavity) 금형에 적용되는 게이트로서 일명 스프루 게이트(sprue gate)라고도 한다(그림 - 4.28 참조).
그림 - 4.28 다이렉트 게이트
(1) 특징
1. 성형이 쉬우나 게이트가 성형품의 표면에 설치되므로 성형 후 게이트절단을 위한 후가공이 필요하며, 후가공 후에도 게이트의 자국이 남는 결점이 있다(그림 - 4.29 참조).
그림 - 4.29 다이렉트 게이트 적용제품 그림 - 4.30 성형품의 뒤틀림
2. 사출기의 프린저 압력이 직접 캐비티에 전해져 사출압력손실이 적다.
3. 성형성이 좋아 모든 수지에 적용이 가능하며, 대형제품의 경우에 특히 많이 사용된다.
4. 스프루의 고화시간이 길므로 사이클시간이 길어진다.
5. 유동성이 좋은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 수지를 사용하여 얇고 넓은 성형품을 성형할 때는 성형 후 뒤틀림 또는 휨이 발생한다(그림 - 4.30 참조).
6. 적용수지 : PE, PP, PC, PS, PA, AS, ABS, Acryl
(2) 형상 및 치수
다이렉트 게이트를 사용할 때에는 게이트의 반대면에 그림의 B와 같이 성형품 두께의 t/2 정도로 콜드 슬러그 웰(cold slug well)을 가공설치하여 주므로서 스프루를 통과하면서 표면과 접촉하면서 냉각된 수지가 캐비티 안으로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 스프루 길이 A는 가능한 짧게 한다. 4.1장 스프루시스템에서도 언급했듯이 스프루 입구의 지름은 일반적으로 노즐 구멍 지름보다 0.5~1.0 정도 크게 한다. 또, 스프루의 테이퍼값은 4〬를 최대로 하는데, 점도가 높은 수지에서는 약간 크게 하고 낮은 점도일 때는 약간 작게 한다. 여기에 다이렉트게이트 형상과 일반적으로 사용되는 치수를 표 4.5 및 그림 - 4.31 에 예시한다.
표 4.5 다이렉트 게이트 치수
그림 - 4.31 다이렉트 게이트 형상
2. 표준 Gate
사출성형시 가장 일반적으로 사용하는 방법으로서 성형품의 측면에서 직사각형또는 반원형의 게이트를 통하여 사출용액을 주입하는 방식으로 사이드 게이트(side gate)라고도 한다. 특히 소형에서 중형에 이르기까지 멀티 캐비티(Multi Cavity) 성형품에 많이 사용되고 있다.
(1) 특징
1. 게이트 밸런스할 때 수정이 용이하다.
2. 단면형상이 간단하므로 기계가공이 쉽고, 치수를 정밀하게 가공할 수 있다.
3. 게이트 흔적이 측면에 남는다.
4. 성형품과 런너의 분리는 도구를 사용하지 않고 간단하게 할 수 있으나 역시 외관에 게이트 자국이 미소하게나마 남기 때문에 외간이 중요할 경우 게이트 흔적을 제거하기 위해 약간의 후가공이 필요하다.
5. 다아렉트게이트에 비해 압력손실이 크므로 사출압력이 더 요구된다.
6. 수지의 충진이 비교적 용이하다.
7. 수지의 유동이 멎은 후 곧 게이트가 고화하여 램이 전진하고 있는 시간이 단축되어 전체 사이클시간이 단축된다.
8. 적용수지 : PE, PP, PC, PS, PA, AS, ABS, Acryl
(2) 형상 및 치수
게이트의 치수는 경험에 의해 일반적으로 정하거나 경험식에 의해 계산을 한 다음 실제 현장에서 사용되고 있는 시추의 범위내에서 치수를 조정하여 설계한다.
a) 형상-형상 A와 형상 B 타입 중 제품의 형상에 따라 선택하여 사용한다.
b) 일반적인 치수 선택방법
1. 게이트 직경 또는 깊이치수는 성형품 두께의 1/2~ 1/3로 한다.
2. 게이트의 랜드의 길이치수는 적을수록 좋지만 게이트의 직경 또는 깊이치수와 동일하게 한다.
3. 게이트의 폭은 깊이의 3배로 한다.
c) 경험식에 의한 설계방법은 다음과 같다.
1. 게이트 깊이 ✕
: 성형품의 살두께 , : 게이트의 깊이 , : 사용수지의 상수
2. 게이트의 폭 W: 게이트 폭
3. L : 일반적으로 1.5~2.5, A : 성형품의 외측의 표면적(ⁿ)
대형, 형상 복잡 2.0~3.0
표 4.5 수지상수
그림 - 4.32 사이드 게이트 형상
(3) 일반적으로 사용되는 게이트 치수의 범위
a)항 및 b)항에서 계산된 치수와 아래에 예시된 치수를 감안하여 적정한 치수를 선택한다.
표 4.7 일반적으로 사용되는 표준게이트의 치수의 범위
그림 - 4.33 언터 게이트의 예
d) 사이트 게이트의 실제 금형형상과 금형에서 성형된 제품을 예시한다.
그림 - 4.34 A 사이드 게이트 금형 그림 - 4.34 B 실제 성형된 제품
3. 오버랩 게이트(overlap gate)
성형품에 플로우 마크(flow mark)가 발생하는 것을 방지하기 위하여 표준게이트의 대용으로 사용되어 성형품의 측면이 아니고 평면부에 설치한 게이트로서 언더게이트와 같은 개념이다.
(1) 특징
표면에 게이트가 설치되기 때문에 사이트 게이트보다 게이트 마무리 처리에 주의가 요구된다. 적용재료는 표준게이트와 동일하다.
(2) 형상 및 치수
게이트의 높이 폭의 설계치수는 표준 게이트와 같고 랜드(land) 부 길이(₁)와 평면부에 겹쳐지는 길이(₂)는 다음과 같이 결정한다(그림 -4.35 참조).
그림 - 4.35 오버랩 게이트 형상 및 치수
4. 팬 게이트(fan gate)
부채꼴로 된 게이트방식으로서 면적이 비교적 큰 평판상의 성형품에 적당한 형식으로 성형품에 기포나 플로우 마크가 발생할 우려가 있는 경우에 사용된다. 성형품이 면적이 크고 얇으므로 매끄럽고 균일하게 충진할 필요가 있을때 적합한 게이트이다.
(1) 특징
1. 경질 PVC 이외의 범용 수지도 성형이 가능하다. ABS 및 POM 등이 많이 사용된다.
2. 게이트 부근의 결함을 최소로 하는데 가장 효과가 있는 게이트이다.
3. 게이트 절단을 위한 후가공이 필요하며 절단이 힘든다.
4. 게이트의 흔적이 측면에 남는다.
5. 박판상의 성형품에 적합하다. 두꺼운 제품의 경우도 사이드게이트에서 보다 효과적으로 성형할 수도 있다.
(2) 형상 및 치수
1. 랜드 길이 L은 표준 게이트보다 약간 길게 하지만 6 전후로 한다. B형의 경우는 랜드부의 길이가 중앙(Center)과 가장자리가 틀리다. 따라서 압력손실이 발생하여 충진되는 속도가 다를 수 있기 때문에 게이트의 양 끝면을 더 깊게 하여 균일한 충진이 되도록 하는 것이 좋다.
2. 폭 W는 아래와 같이 표준 게이트와 같은 방법으로 구하되 35 정도까지 사용 가능하다.
성형품 외측의 표면적(), 수지 상수
∙ 게이트 깊이, 재료두께
∙/ 캐비티 입구부의 깊이, 런너의 직경
그림 - 4.36 Fan gate 의 형상과 치수
3. 게이트의 단면적은 런너의 단면적보다 커지지 않도록 하며, 런너에 연결되는 부분은 런너의 지름과 같게 한다.
5. 필름 게이트(film gate)
성형품에 평행하게 런너를 설치하고 성형품에 근접한 거리에서는 두께가 얇게 게 이트를 설치한 방식으로서 플래시 게이트(flash gate) 또는 슬리트 게이트(slit gate)라고도 한다.
(1) 특징
1. 뒤틀림이 최소화되어야하는 납작한 제품, 면적이 크고 두께가 얇은 제품에 적용한 다.
2. 경질 PVC 이외의 범용 수지의 성형이 가능하다. ABS 및 POM 등이 많이 사용된 다.
3. 아크릴 수지 등의 평판형 성형품이나 잔류응력, 변형등을 최소한도로 할 때 효과 적이다.
4. 필림게이트형상의 게이트 절단공정이 필요하다.
5. 성형품에 기포 또는 플로우 마크가 발생할 경우 게이트의 폭을 크게 하여 개선할 수 있다.
(2) 게이트의 치수 및 형상
게이트의 깊이 랜드 정도를 표준으로 하고 있다.
그림 - 4. 37 필름 게이트의 형상과 치수 그림 - 4.38 실제 적용제품
그림 - 4. 39 필름 게이트와 팬 게이트의 비교
6. 링 게이트(ring gate)
비교적 가늘고 긴 파이프 형상같은 성형품을 성형하기 위하여 원통형의 성형품 외곽주위에 원주상의 런너를 설치하고. 런너의 끝에 얇은 게이트를 성형품 원주 부위 전체에 설치하여 사출원재료가 균일하게 캐비티 내로 흘러 들어 갈 수 있게 한 것이 링게이트이다.
(1) 특징
1. 원통형의 원주부위전체 360〬방향으로 설치된 게이트를 통하여 균일하게 동시에 충진되므로 웰드라인이 잘생기지 않는다.
2. 표준게이트를 사용할 때보다 사출압력에 의한 코어 핀(core pin)의 휨이 방지되어 균일한 살두께의 성형품이 생산된다.
3. 디스크게이트(disk gate)는 원통형 내측에 게이트를 설치하는데 비하여 링 게이트 는 원통형 외측에 설치하고, 런너 주입구의 반대측에 오버 플로우(over flow) 부 를 설치하여 균형을 잡아주는 것이 일반적이다.
4. 다이렉트 게이트처럼 압력손실이 적다.
5. 디스크 게이트보다 게이트 제거가 힘들다.
6. ABS 및 POM 등이 많이 사용된다.
(2) 형상 및 치수
게이트의 깊이, 성형품의 살두께, 수지상수
랜드 길이
그림 - 4.40 링 게이트 형상
그림 - 4.41 링게이트를 이용한 성형제품
7. 디스크 게이트(disk gate)
제품의 중앙에 스프루경보다 큰 구멍이 있는 경우에 한해서 적용되는 게이트방식 으로 원통형 성형품의 내측 360〬 둘레에 게이트를 설치하여 사용한다. 일명 다이 어프램 게이트(diaphragm gate) 라고도 한다.
(1) 특징
1. 원판상이거나 접시형의 환상제품으로 중앙에 구멍이 있는 제품에 적용 가능하다.
2. 웰드라인이 잘생기지 않는다.
3. 멀티 캐비티(Multi Cavity) 금형에 부적합하다.
4. 경질PVC 외의 모든 수지에 적용 가능하다. PS, PA, AS, ABS 등이 많이 사용된 다.
5. 게이트 제거에 치구가 필요하다.
(2) 형상 및 치수
a) 형상 - 형상 (a)가 일반적인 디스크 게이트 방식이며 형상(b)는 제품의 내경에 게이트 자국이 있어서는 안 될 경우에 표준게이트의 언더게이트 방식으로 설계한 형상을 나타낸다.
그림 - 4.42 디스크 게이트
그림 - 4.43 디스크 게이트의 치수
b) 치수 -
게이트 깊이
게이트 랜드
오버랩 길이
수지상수, 성형품의 살두께
8. 터브 게이트(tab gate)
터브 게이트는 오버 랩 게이트(over lap gate)의 변형으로 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC) 등과 같이 성형 온도의 폭이 좁고, 열안정성과 유동성이 나 쁘며 용융점도가 높은 수지에 많이 사용된다.
이 게이트의 원리는 용융된수지를 직접 캐비티에 주입하지 않고 터브(tab)라고 하 는 단면적과 평면적이 비교적 큰 주입구로 1차 충진된다. 터브를 채운 수지는 더 욱 가소화되어 원활한 유동으로 캐비티에 충진된다. 따라서 잔류응력이나 변형이 없고 투명도가 우수한 성형품이 성형된다.
(1) 특징
1. 터브 게이트는 용융수지의 흐름을 조절하여 캐비티 내에서 수지의 충진을 원활하 게 하면서 성형품의 결점을 보완한다.
2. 게이트주변의 수축에 의한 싱크 마크를 터브에 해결할 수 있으므로, 사출압력에 의한 과충진, 냉각 수축 변형 등이 발생하지 않는다.
3. 일반 게이트의 1/2 사출압력으로 성형할 수 있으며, 게이트 부근에서의 잔류응력 및 변형을 감소시키기 때문에 살두께가 두꺼운 부분에 설치한다.
4. 런너에 대하여 직각으로 설치하는 것이 보통이고, 얇은 부분에 설치하면 플로우 마크나 웰드라인을 일으키기 때문에 살두께가 두꺼운 부분에 설치한다.
5. 적용수지 : PC, POM, AS, ABS, Acryl, PVC
그림 - 4.44 터브 게이트의 구조 A 구조 B
(2) 형상 및 치수
a) 게이트의 형상 및 치수 - 게이트의 형상은 직사각형을 많이 사용하며 게이트의 치수는 표준게이트 설계공식을 이용하되, 마찰열을 발생시킬 수 있도록 표준게이트보다 약간 작은 것이 바람직하다.
b) 터브의 치수
터브의 폭, 런너지름
터브의 깊이
1/2 터브의 길이
그림 - 4.45 터브게이트의 치수
c) 터브의 위치 - 성형품 외측에서 150가 좋으며 성형품이 넓을 경우 Multi-tab Gate를 사용한다. 이때 터브간거리는 300 정도로 한다.
그림 - 4.46 터브의 위치
9. 핀 포인트 게이트(pin point gate)
3단방식의 게이트로서 성형품의 중앙에 게이트를 설치할 때 사용되는 게이트이 다. 성형의 용이성 및 정밀도를 위해 여러 개의 게이트를 성형품의 표면에 설치 할 때 많이 사용된다.
(1) 특징
1. 게이트의 단면적이 적으므로 유동성이 좋은 재료를 사용하는 것이 좋다.
일반적인 적용수지 : PE, PP, PC, PS, PA, ABS, Acryl .
2. 큰성형품의 경우 여러 곳에 게이트를 설치할 수 있으므로 게이트 부근의 잔류응 력 및 변형이 적다.
3. 게이트의 위치의 선택이 비교적 제한을 받지 않으며 자유롭게 설치할 수 있다.
4. 3단금형의 형 열림 작동에 성형품으로부터 게이트의 절단이 자동으로 되어 성형 품과 런너를 별개로 하여 배출시킬 수 있다. 또한 게이트가 작기 때문에 게이트 제거후 다듬질 공정을 생략할 수 있다.
5. 게이트가 빨리 굳어지기 때문에 계속적인 가압이 어려워 제품의 수푹이 심하게 날 수 있다.
6. 게이트의 단면적이 적어 사축압력 손실이 크다.
7. 런너를 별도로 이젝팅시키기 때문에 금형의 스트로크가 길어진다.
(2) 구조와 형상
핀포인트게이트의 구조는 다음과 같다.
그림 - 4.47 핀포인트 게이트의 구조 그림 - 4.48 다점 핀포인트 게이트 구조
(3) 치수
a) 일반적으로 사용되는 핀포인트 게이트의 설계치수
1. 런너가 교차하는 부분의 R은 둥글게 하여 수지의 저항이 적도록 한다.
2. 게이트의 지름 수지의 상수, 캐비티의 표면적
3. 랜드길이 , 성형품의 살두께 함수(표 - 4.8)
(적용범위 )
그림 - 4.49 일반적인 핀포인트 게이트의 치수
b) 핀포인트 설계방식의 적용예 - 핀포인트 방식은 용도 및 제작의 용이성에 따라 회사에 따라 독자적으로 핀포인트 형상을 규격화하여 실제 설계에 적용하고 있다. 여기에 현장에서 적용되고 핀포인트의 형상에 대해 설명하였다.
그림 - 4.50 핀포인트 설계방식의 적용예
(4) 실제 핀포인트게이트로 성형한 제품을 예로 든다.
그림 - 4.51 (a) 핀포인트 게이트의 사용예(도면)
그림 - 4.51 (b) 핀포인트 게이트의 사용예(제품)
그림 - 4.52 다점 핀포인트 게이트의 사용예
10. 서브마린 게이트(submarine gate)
게이트가 런너로부터 경사지게 터널식으로 뚫려 제품의 측면에 설치되는 형식의 게이트로서 일명 터널 게이트(tunnel gate) 라고도 한다. 2단금형구조에 적용되 나 금형이 열릴 때는 3단금형 핀포인트 게이트처럼 게이트부가 자동적으로 절단 되기 때문에 2차가공이 생략된다.
(1) 특징
1. 성형품 표면에 게이트 자국이 남지 않고 측면 또는 이면에 설치할 수 있으므로 외관이 중요시될 때 많이 사용된다.
2. 게이트의 가공이 어렵다. 게이트의 원형절단면에 의해 제품과 게이트가 절단되므 로 원주면이 칼날처럼 날카롭지 않으면 제품이 분리될 때 전단면이 깨끗하지 않 게 된다.
3. 사출유동길이가 길어 압력손실이 크므로 사출기의 사출압력을 크게 해야 한다.
4. 적용수지 : PS, PA, POM, ABS 등이 많이 사용된다.
(2) 형상 및 치수
a) 일반적인 게이트의 형상 및 치수
1. 파아팅라인과 게이트 입구의 경사각은 25~45〬로 한다.
2. 터널부분의 테이퍼는 15~25〬 정도로 한다.
3. 랜드길이 은 가능한 한 짧게 한다. 일반적으로 0.8~1.2한다.
4. 런너와 제품과의 거리 는 2~3 정도록 한다.
5. 직경 식을 적용하되 2.0~2.5 정도로 한다.
b) 제품의 형상 및 가공의 용이성 및 회사의 특성에 따라 게이트의 형상을 약간씩 변경하여 사용하는 경우가 많이 있으며 여기에 방식을 설명한다.
그림 - 4.53 서브마린게이트의 치수
그림 4.54 (a) 서브마린 게이트
(3) 설치장소 및 방법
1. 게이트를 고정측 또는 가동측에 설치할 수 있다.
2. 성형품표면에 직접 설치하는 방법(그림 4.53, 그림 4.54 참조)
3. 게이트가 위치해야 할 곳에 이젝터핀을 설치하여 이젝터핀에 2차 런너를 설치하 고, 그부위에 서브마린 게이트를 설치한다. 그리고 2차런너의 끝부분을 성형품의 바닥면에 접속시켜 이경로를 통해 사출용액이 충진되도록하는 방법(그림 4.55 A,B 참조).
4. 게이트를 설치하기 위하여 제품에 살을 붙혀 적용하는 방법등이 있다(그림 4.55 C 참조).
그림 - 4.55 A, B 이젝터핀을 이용한 서브마린게이트 적용방식
그림 - 4.55 C 살을 붙혀 이용한 서브마린게이트 적용방식
5. 서브마린 게이트를 실제 적용한 예를 다음에 예시한다.
그림 - 4.56 턴넬게이트의 실제 적용예