출처 야후블로그 : sky090974
첨가 자료부분이 많이 빠져 있고, 내용이 원할하지는 않지만 그런데로 참고는 할만 합니다.
<사출기초>
*성형조건을 정하는 기준
1. 성형온도 설정의 기준
[1]성형온도(수지온도)가 높게 되면
①수지의 점도가 낮게 되어 성형이 쉽게 된다.
②열에 의한 수지의 열화가 문제가 된다.
③냉각시간이 길게 되므로 싸이클 타임(CYCLE TIME)이 길다.
[2]수지온도 설정의 예 ( 재료 메이커 추천온도 160 ~ 280 ℃ 일때)
①낮은 쪽으로 설정(160 ~ 220 ℃ , 살 두께가 두꺼운 제품)
-저온성형이므로 싸이클은 짧아지며 웰드라인이 심하고, 충진부족, 플로우마크가 발생한다.
②높은 쪽으로 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 수축 량과의 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.
*속도의 설정
1.사출속도
사출속도란 사출기의 노즐에서 사출되는 수지의 속도이고, 성형재료가 단위 시간당에 금형의 케비티 내 에 충진되는 수지의 량을 말한다.
기본적으로 말하면, 사출속도를 높혀 금형의 케비티를 빠른 시간 안에 채우는 쪽이 이상적이다.
용융된 수지가 노즐을 출발해서 금형 내를 흐르게 되면, 급속하게 유동성을 잃게 되므로, 속도가 늦으면 금형 내를 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 사출속도 가 요구된다.
예를 들면, 나이론(PA), 폴리아세탈(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 웰드라인(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, 형개 행정은 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, 금형 설치시간 등이 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 펠렛(Pellet : 직경 1~3)정도의 원통형 형상으로 된 수지원료)를 성형 가능한 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 최대 구동력등에 따라 결정해야 한다.
회전속도를 높힌다는 것은 스크류가 빠른 속도로 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 배출 등 복잡한 작동을 하며, 품질에 미치는 영향과 싸이클 타임에 미치는 영향이 큰 부분이다.
용융속도는 스크류의 회전수에 거의 비례해서 증가하므로, 성형 싸이클의 견지에서는 높은 편이 좋다.
그러나, 가소화 후에 냉각시간이 연장되어 있는 경우에는, 냉각시간내에 가소화를 완료하도록 설정하여 무리한 가소화를 시키지 않는 것이 좋다.
사출량이 많아서, 가소화 후에 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.
이런 류의 수지를 고속으로 가소화하면, 수지의 자체발열(自體發熱)로 인하여 수지가 과열되는 경우가 있고, 이것이 원인이 되어 여러 가지 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.
*사출성형기
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 사출용량을 기준으로 1회 사출 가능한 최대량, 또는 1분동안 사출해야할 적정량 배합조정 (ex. 5 OZ는 1분간 약 140g)으로 나타내는 OZ와 금형의 체결력 (형체력)으로 나타내는 TON으로 나눈다.
성형기 부위별 명칭
*사출성형의 과정
1.형체 - 금형 체결 과정
2.사출 - 실린더내의 재료를 주입
3.보압 - 사출실린더 안의 압력유지
4.냉각 및 가소화 - 플라스틱 냉각 고화 다음 플라스틱 가열, 가소화
5.이형 - 금형에서 제품분리
사출 금형의 필요성
성형품에 알맞은 형상과 치수 정밀도를 유지 해야 함
성형 능률, 생산성이 높은 구조여야 함.
성형품의 2차 가공이 적어야 함.
고장이 적고 수명이 긴 금형.
제작 기간이 짧고 제작비가 싼 구조.
*사출 성형기의 분류
1.배치에 의한 분류
2.구조에 의한 분류
1.수직형
기계설치 면적이 적다.
사출시에 인서트 부품삽입이 쉽고, 안정적이다.
수지의 흐름이 균일하다
2.수평형
고속성형이 가능하며, 조작이 용이하다.
금형교환이 쉽다.
성형품의 취출이 편리하다.
보수, 점검이 편리하다.
성형재료의 공급이 편리하다.
3.플렌저식
성형기의 값이 싸다.
소형으로 고속 사출 가능.
4.플렌저 스크류식
체적이 큰 실린더 필요.
실린더1 : 수지 용융
실린더2 : 수지 사출
5.인라인 스크류식
가소화 능력 큼.
사출압이 작아도 됨.
나쁜 재료도 쉽게 성형 됨.
분해되기 쉬운 재료에 적합.
재료의 색상 바꿈이 쉬움
3.형체결 방식에 따른 분류
1.직압식
구조가 간단하여 사용 용이.
형체력 조절 용이.
보수관리 용이.
형의 개폐속도 제어가 쉬움
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
4.그 밖의 분류
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.
2.2색 성형기
2가지의 성형품을 만든다.
주로 부가가치를 높인 제품에 사용이 된다.
2개의 실린더로 구성이 됨
금형이 2회전을 하여 성형품이 완성됨
3.로터리 성형기
2개의 금형을 회전 원반상에 배치
생산성 강화
5.새로운 사출기의 성형원리
1.가스성형
질소 가스에 의한 측면 내부 압력 조절에 의한 성형법.
금형에 수지가 일정량 사출된 후, Gas가 주입된다.
성형품이 고화되면, Gas방출 후 제품을 얻는다.
2.저압사출 성형법
게이트나 런너를 통해 보압을 하는 기존의 방법과 달리
금형이 열린 상태에서 재료를 주입한 후
형체력이나 금형내의 코어를 통해 보압을 도와준다.
*사출성형의 특징
1.장점
생산성이 높음.
큰 부피의 제품 성형이 가능함.
자동화가 가능함.
제품의 별도 마루리 작업이 필요 없음.
자유로운 형상을 만들 수 있음.
성형품에 다른 재료를 인서트하여 가공할 수 있음.
수지에 보강재(유리섬유, 탄소 등)를 혼합할 수 있음.
2.단점
금형가격이 높다.
성형 사출기 및 부대 장치의 가격이 높다.
성형품의 품질을 빠르게 결정할 수 없다.
성형과정의 기본 지식을 모르면 문제를 야기시킬 수 있다.
사출성형 과정을 잘 제어할 수 없다.
⑦성형조건별 성형품에 미치는 영향
⑥냉각시간
실린더온도 , 금형온도 , 스프루 , 런너 및 성형품의 두께에 따라 크게 변한다.
충분한 냉각시간으로서 성형품의 변형을 적게 해주면 성형 사이클이 길어지고 너무 짧게하면 취출후
경시 변화에 의한 평면 밀도를 이루면서 DISTORSION 또는 WARPAGE , CRACK`G 이 발생하는 것이다.
냉각시간 설정은 수차례에 걸친 외관측정과 촌법측정으로서 결정되어야 하며
다음표는 시간과 평형밀도 (재료별로 유지되는 밀도)를 나타낸 것이다.
일반적으로 생산성만을 고려하여 (A)위치에서 성형하는 경우가 많으며 이때에 (C)위치 까지의 평형밀도를
이루기 위해 수축이 발생되어 제품에 영향을 끼치는 경우가 많으며 제품의 결함을 ` 억제하고
생산성의 평균점을 찾아내는 것이 (B)위치로서 이러한 성형조건의 설정이 제품 초기 단계에 찾아내어
표준화 해야만 한다.
⑤사출시간 조회 (82)
출시간
성형품의 형상 , 크기에 따라 차이가 있으며 완전충진과 외관강의 문제를 결정하는 요인이 된다.
두꺼운 제품에는 SINK 또는 VOID의 발생을 방지해야되며 GATE의 폭이 짧거나 작거나 하는 경우에 따라
사출압력 , 재료의 온도와 상관관계가 있다. 사출시간이 짧으면 외관상으로 WRINKLF MARK가 발생하며
VOID발생으로 인한 충격강도 저하의 요인이 될 수 있다.
④금형온도
금형온도 설정도 일반적으로 높게 설정하며 이유는 유동저항을 적게 해주는데 있으며 또한 잔류응력을 적게
해주는데 있다. 금형온도를 높여주면 광택의 효과를 얻을수 있으며 CAVITY CORE의 금형표면 온도를
일정하게 유지시켜 주는것이 이상적이며 다음은 금형온도와 WELD LINE 폭과 광택정도의 비교표이다.
금형온도를 높여주면 성형수축이 크게 발생하는 경우가 있어 재료의 특성별로 조건설정이 중요하며
외관제품은 금형온도를 높게 , 기능 및 치수가 중요한 제품은 금형온도를 낮게 해주어야 한다.
④-1) 금형의 온도관리와 냉각회로의 부적정에 따른 불량현상의 사례
『금형의 온도분포가 부적정한 경우 』
SINK MARK , 기포(VOID) , 제품의 이상변형 , 이형불량 , 백화 , SHORT MOLD
『금형의 냉각회로가 부적정한 경우 』
SINK MARK , 기포(VOID) , 제품의 변형 , 이형불량 , 백화 , SHORT MOLD FLOW MARK , WELD LINE ,
표면거칠음과 G/F표면돌출 , STRESS CRACK`G , 내부압력의 발생 , 제품의 경시 변화 등
『금형의 온도가 높은 경우 』
BURR의 발생 , 제품의 강도저하와 치수의 변화(성형수축) , 제조의 이상변형 , 가스흔적 SINK MARK ,
이형불량 , SHORT MOLD 등
『금형의 온도가 낮은 경우 』
SHORT MOLD ,WELD LINE , FLOW MARK , 광택불량 , SILVER 표면의 주름 이형불량(긁힘) , 백화 ,
STRESS CRACK`G , 내부압력의 발생 , 제품의 강도저하의 경시변화 등
④-2) 적정한 금형의 온도조건과 분포
성형시점에 있어서 금형의 적정한 온도 조건은 사용하는 재료의 종류나 GRADE에 따라 다른데
일반적으로 「표1」에 표시한 온도가 좋다. 금형의 온도와 온도 분포는 제품의 품질이나 생산성에 크게 영향을
주며 제품의 형상이나 두께에 다라 내부응력이나 수축의 UNBLANCE가 발생하여 변형 또는 CRACK ,
GRAG`G 등의 원인이 되며 특히 결정성의 재료에서는 성형시점의 결정화도를 조정하므로 중요하다.
생산성의 면에서는 금형온도가 낮은 편이 CYCLE TIME이 단축되기 때문에 유리한데 품질 보증면에서는
문제가 됩니다. 금형내의 온도분포는 최고온도 부분과 최적온도 부분의 온도차가 600ton 이하의 중,소형기에는
5℃이내, 600ton 이상의 대형기에는 10℃ 이내로 균일화되어 있지 않으면 고온 부분과 저온부분에서
수축의 UNBLANCE나 내부응력이 발생한다.
③사출압력에 따른 사출속도
일반적으로 사출속도와 압력은 PRIMARY INJECTION시에 높게 설정하여 정한다.
두꺼운 제품이 성형에 있어서는 속도를 빠륵게 하는것이 중요하다.
CAVITY내의 수지온도를 균일하게 하여야 강도, 밀도를 균일하게 할수있다.
사출압력과 속도는 CAVITY FLOW ROUTE 의 단면적에 관계가 있으며
제품설계시(금형설계) GATE위치에 유의를 해야한다.
다음도표는 사출압력과 충격강도와의 관계이다.
다음은 사출압력과 성형 수축률과의 관계로서 금형 구조상의 GATE의 SIZE에 의해
성형 수축율이 변화되는 것을 알수있다.
②성형조건의 설정
성형품의 품질저하에 영향을 주는 성형조건에 있어서는 수지온도 , 사출속도와 압력 , 균일한 냉각에 의해서
형성된다. 이러한 관계에 있어서 문제가 야기되고 있는 것이며 성형품의 형상 , 크기 사용 재료에 따라
성형성은 더욱 복잡하게 되어 각 성형품별로 표준화를 작성하지 않으면 안된다.
일반적인 방법으로는
온도를 일정하게 하고 저압 (고압) 저속 (고속)
압력을 일정하게 하고 고온 (저온) 고속 (저속)
온도를 일정하게 하고 고온 (저온) 고압 (고압)
의 순으로 조합을 이루어 사출조건을 정한다.
1) 실린더 온도
재료의 온도 , 재료 GRADE , 금형구조 , 사출성형기에 따라 차이가 있으며 제품표면에 광택을 요구 하는
성형품의 성형에는 실린더 온도를 높게 설정하면 안되며 실린더 온도를 높히면 충격강도가 높아지는 경우가
있으나 이러한 요인은 재료의 특성별로 차이가 있다.
극단적으로 온도를 높게 설정하면 재료의 열분해 , FLASH가 발생하기 쉽다.
제품 두께가 두꺼운 제품은 유동저항이 적기 때문에 실린더 온도는 재료의 유동성과 크게 영향을 미친다.
다음표는 실린더온도에서의 재료 용융온도와 광택과의 비교 관계표이다.
* CAVITY 내의 두께를 0.1 IN일때 두께의 변화량을 말함.
다음 그림은 실린더 온도와 충격 강도와의 관계이다.
①사출성형 CYCLE
사출성형기에 금형을 장착하여 성형품을 얻는 공정은
재료의 계량 → 가열용융 → 사출 → 냉각 → 취출하는 동작으로 이루어지며
이러한 각 관계에 있어서 사출성형기의 기본동작은 다음과 같다.
1) MOLD CLOSED 단계에서 형체 실린더 저속발진 → 고속발진 → 저속형체가 스무
스하게 이루어 진다.
2) 사출단계에서 NOZZLE 전진 → NOZZLE TOUCH → 스크류 전진 → 사출이 이루
어 지며
3) 냉각단계에서 사출 TIMER에 의해 냉각 LIMIT SWITCH 가 작동되며
4) 금형 OPEN되어 저속개방 → 고속후퇴 → 저속후퇴가 되어 MOLD OPEN된다.
5) 제품취출
이러한 동작의 연속 반복으로 성형품을 제조하며 사출단계에서 사출완료와 동시
에 다음의 SHOT에 필요한 재료의 계량 및 용융혼련이 이루어지며 ( SCREW회전
이 후퇴 ) 냉각이 진행되는 동작은 기계에 SETT`G된 LIMIT SWITCH에 의해서 제
어된다. 형체개시의 START에서 형개방, 제품취출이 완료되는것까지를 통상 사출
성형 CYCLE 이라고한다.
성형 CYCLE이라는 개념은 용융 가소화된 재료가 금형 CAVITY내에 사출, 냉각 고
화되어 제품이 취출될때까지의 변화하는 금형내의 재료압력과 시간, 온도를 말한
다고 할수있다.
① 은 DEAD TIME : 금형이 닫히고 PLUNGER의 전진이 시작되며 중합체 ( 가소화
된 재료 ) 가 금형과 SPRUE의 가운데 까지 흐르는 기간으로서 금형 내에는 유입
이 안된 상태
② 는 충진시간 : 가소화된 재료가 CAVITY에 FILLING 되는 TIME 으로서 금형 내에서
제품의 CAVITY에 재료가 완전히 충진된 상태를 말한다.
이때 PLUNGER 압력은 급격히 증가하는 것을 볼수 있으며
이유는 가소화된 재료가 CAVITY압력에 의해 REVERSE FLOW 를 막아주기 위해
서이다.
③ 은 압력증적시간 (GATE SEAL TIME) : 중합체가 CAVITY내에 충진될때 급속히 압
력이 발생하는 TIME
④ 는 압력유지기간 : GATE SEAL TIME과 일치하는 기간으로서 GATE부에 SEALED
역할을 해주기 위해 사출압에 의해 압축이 이루어진 CAVITY 내에 일정한 사출압
력을 유지시켜주는 시간을 말한다.
⑤ 는 배출시간 : PLUGER는 후퇴하며 GATE는 완전 패쇄하고 CAVITY내의 압력은
GATE에서 막아주며 역류방지와 고화시켜준다.
동시에 RUNNER부의 압력과 평형을 이루어 주며 압력을 저하시켜 준다.
사출PLUNGER가 후퇴하여 GATE가 폐쇄할때까지의 기간에 중합체의 온도는 저
하되고 압력은 떨어지며 GATE는 응고된다.
이러한 응고점을 SEALING POINT ( 폐쇄점 ) 이라 한다.
⑥ 은 냉각기간 : GATER가 패쇄후 냉각과 수축이 이루어 지며 압력이 떨어지는 동안 중합체의 온도가 열변형 온도이하에서 고화될 때 MOLD OPEN이 이루어 진다.
냉각기간은 성형품 두께, 온도 전도율 CYLINDER온도 (사출시 용융 재료의 온도) 열변형 온도, 금형 온도에 관계가 있다.
MOLD OPEN시에는 잔류응력이 남아 있으며 SEALING TIME 과 PLUNGER의 압력이 높으면 잔류응력은 강하게 남아 있다.