공학박사 윤 천 한
사출금형설계
사출성형 개요
(1) 사출 성명의 원리와 공정
사출 성형은 플라스틱 원료를 가공하는 중요한 성형 공법 중의 하나로서，사용되는 원료는 열가소성과 열경화성으로 구분
사출 성형은 1872년에 John과 Isaiah Hyatt에 의해서 셀 룰로오스 원료를 성형하기 위해서 처음으로 고안
근대적 사출 성형은 1930년대 후반에 발달하였고, 제2차
3.1 사출성형의 특성
사출 성형에 의해서 가공된 플라스틱 제품들이 우리의 생활 주변에 밀접하게 관계되어 있음.
더 나아가서는 최첨단 산업의 필수적인 부품으로도 이 용되고 있고 이것은 용도에 따라서 적용 범위가 무한하 다는 것을 의미
3.1 사출성형의 특성
사출 성형의 사이클 공정 동안에 시간이 경과됨에 따 라 열교환기로서의 특성을 갖고 있는 금형 내에서 일어 나는 용융 원료의 온도와 내부 압력의 형상은 그림 3.1 처럼 나 타낼 수 있다.
이와 같이 금형으로 플라스틱 제품을 연속적으로 생 산하는 반복되는 공정은 다음 5단계로 구분 : 가소화(계
1) 가소화 : 펠릿이나 분말 상태로 된 플라스틱 원료는 중력에 의해서 호퍼를 통하여 회전하고 있는 스크류 의 후부 날개 부분으로 이송되고，스크류가 회전하 면서 후퇴하는 동안 실린더의 선단 부분으로 이송
원료가 실린더의 선단 부분으로 이송되는 동안 딱딱한 상태의 원료는 실린더를 에워싸고 있는 밴드 히터로부 터 전도된 열과 원료에 작용되는 전단력에 의해서 발생 되는 마찰열에 의해 글라스 전이 온도 이상으로 되면서 연화된 후 용융 상태로 상이 바뀌게 되는 것을 가소화 (可塑化 , plasticization, 재료에 소성을 부여하여 유동 하기 쉽게 하는 것)
플라스틱은 빠른 속도로 많은 양의 제품을 생산하는 데 적합한 소재이다
이 플라스틱이 기존의 전통적인 소재를 대체하게 된 이유 중 중요한 이유인데, 가공방법 또한 많은 방 법들이 개발되어있다. 플라스틱 소재가 갖고 있는 특징에 따라 가능한 가공 방법에 대해서는 표2에 정 리하였다. 표에 표기된 가공방법 각각에 관해서 이 해를 돕기 위해서 하나하나 설명을 다음과 같이 한
플라스틱 가공법
플라스틱 형태 가공법 중 가장 다양한 분야에 보편적으로 사용되는 방식
열가소성 플라스틱을 높은 온도로 녹여 고압으로 형(mold)에 밀어 넣고 난 뒤 냉각시켜 형태를 만들어 내는 방식으로 대량생산에 적합
복잡한 형상의 제작도 형(mold) 제작이 가능하다면 어떤 형태이든 생산이 가능한 방법이며, 정밀성이 높다. 다만 생산에 필요한 사출기 및 형(mold)의 제작 가격이 다른 가공법에 비해 높은 편이며, 디자인 단계에서부터 설계자, 금형 제작자 및 사출전문가의 도움이 필요한 가공법
1. 사출가공
열경화성 수지 같은 플라스틱 재료를 예열하여 형(mold) 에 넣고 금형을 서서히 닫으며 압력을 가하여 형태를 만 드는 가공법
넓으면서 좋은 품질의 표면을 요구하는 제품에 사용되 며 유리 섬유 등으로 강화시킨 제품에도 사용되는 공법
2. 압축성형
전통적인 유리병 제조 방법을 플라스틱 소재에 맞게 고쳐 대량 생산이 가능하도록 기계화 한 가공방식
병과 같은 형태의 제품을 제작할 때 주로 쓰인다. 최종 생산품의 형태와 유사한 중간 과정의 제품을 사출과 같 은 방법으로 제작한 뒤, 여기에 뜨거운 공기를 불어 넣 어 형(mold)안에서 부풀어 오르게 하여 형태를 만드는
3. 블로우몰딩 (blowmolding)
미리 측정된 양의 플라스틱 분말을 형(mold)에 넣고 가 열하면서 여러 방향으로 회전을 시켜 형(mold)의 벽에 균 일하게 붙이면서 냉각시켜 형태를 만드는 방법
내부가 비어있는 중공(中空) 제품 중 크기가 큰 제품을 만드는 방법으로 생활에서 쉽게 볼 수 있는 다양한 플라 스틱 제품 중 크고 속이 비어있는 제품이 이 방법의 성형 을 통해 제작
4. 회전성형
폴리스티렌 입자(bead)에 탄소가스를 주입한 후 뜨거 운 증기로 부풀려 형(mold)의 모습대로 형태를 만드는 가공법
결과물 체적의 98%정도가 공기이고 2% 정도만이 수지 로 구성되는 경제적인 형태 제작 가공법
5. 발포성형
플라스틱 판에 열을 가한 후 형(mold) 위에 밀착이 되 도록 판과 형 사이에 진공 상태를 만들어 형태를 만드는 가공법
주로 일회용 용기나 포장용 용기 제작에 사용
6. Thermoforming
열을 통해 녹은 플라스틱을 원하는 형태의 단면을 가 지고 있는 압출 다이(die)를 통과시켜 성형하는 가공법
이 성형법은 길이 방향으로 단면 모양이 일정한 제품 을 성형하기에 적합
7. 압출가공
반응사출성형이라고도 부르는 성형법
액상의 두 성분이 반응하여 경화시키는 방법을 통해 제품의 형태를 만들어 냄
자동차의 범퍼와 같은 대형 부품을 만들어 내기 적합 한 가공법
8. RIM(Reaction Injection Molding)성형
2) 충진 : 사출은 크게 충진과 보압 단계로 나뉨
스크류의 후부 부분에 부착된 유압 실린더의 힘으로 스크류가 앞으로 전진.
스크류가 전진하는 동안 실린더의 선단 부분에 있는 용융된 원료는 금형의 캐비티 내부로 신속히 흘러 들 어가 캐비티를 충진시키는 것
3) 보압 : 용융 원료로 금형이 충진되면서，금형 내부의 압력은 급격히 증가되고 성형된 제품은 표 면부터 냉각 되기 시작
냉각이 되면서 수축이 발생하고，수축으로 줄어든 체 적을 보상하기 위해서 스크류가 앞으로 더 전진
4) 냉각 : 충진과 보압이 끝난 뒤 게이트는 응고하게 된다.
게이트가 응고되면 용융 수지는 캐비티 내부로 더 이상 흘러 들어가지 못하게 되다.
국부적인 냉각비의 차이 때문에 자체 내에서 2차적 유동 이 발생하기도
이 결과로 나타나는 현상이 제품 표면의 싱크마크이며，
게이트가 굳어진 뒤，스크류는 다음 충진을 위해서 회전하면서 뒤로 후퇴하게 되는데 이것을 계량
5) 이형: 성형된 제품이 변형 온도 이하로 충분히 냉 각된 뒤 금형이 열리면서 제품이 금형으로부터 빠져 나오게 되는데 이것을 이형
1) 형체력을 구하는 방법 : 형체력(clamping force)이란 사출 성형 공정 때 금형에 가해지는 사출력에 의해서 금형이 밀려는 것을 방지하기 위해서 금형을 닫아 주는 힘
형체력은 사출력 보다는 항상 커야
사출력은 성형품의 투영 면적과 금형 내부의 수지 압력(사출 압력)으로써 구함
