사출 성형 Cylinder 금형

Content 1. 사출성형의 개요 2. 수지의 종류 및 특성 3. 사출기의 구조 4. 사출기의 종류 5. 사출 성형의 공정 6. 사출 Trouble Shooting

사출성형의 개요 사출성형이란 플라스틱 소재를 이용하여 열을 가하여 녹인 용융된 재료가 정해진 틀로 주입되어 일정한 시간을 거치면서 원하는 형상의 제품을 얻는 생산방식 - 고 부가가치의 상품개발에 있어 원하는 형상을 쉽게 형상화 하는 과정에서 타 재료에 비해 플라스틱을 이용한 사출성형방식이 절대적으로 유리 - 대량생산 유리함 사출성형을 하기 전에 확인 사항 ① 성형품에 사용되는 수지의 기본특성 ② 대상 금형의 구조와 특성 ③ 성형기의 특성

2.수지(RESIN)의 종류 및 특성 “일반적으로 열이나 압력을 가했을 경우 용융되어 유동성을 가지는 물질, 이라고 한다. - Plastic은 크게 열가소성 수지와 열경화성 수지로 나뉜다. * 열가소성 수지 : 열을 가해 완성된 제품을 만든 뒤에, 다시 열이나 압력을 가하여 다른 모양의 제품을 만들 수 있는 종류의 수지 ex) 폴리에틸렌 수지(PE), 폴리스티렌 수지(PS), 폴리염화비닐 수지(PVC), 폴리프로필렌 수지(PP), 아크릴 수지(PMMA), 폴리아미드 수지(PA)등 * 열경화성 수지 : 열을 가해 완성된 제품을 만든 뒤에, 다시 열이나 압력을 가하여 다른 모양의 제품을 만들 수 없는 종류의 수지 ex) 페놀수지(PF, UF, MF), 아미노수지, 에폭시수지 등

1-1 ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) 1) 인장강도, 충격강도가 높다. 2) 유 백색으로 반투명이고 착색이 쉬우며, 색상이 아름답다. 3) 광택이 좋고 치수 안전성이 우수하므로 외장 제품에 많이 사용된다. 4) 전기 절연성은 좋으나 고주파 절연성은 약하다. 5) 기계 가공성이 좋다. 6) 산, 알칼리, 탄화 수소물, 오일과 지방에 강하다. 7) 인쇄, 접착성이 좋다. 8) 사출 시 일반적인 조건 9) 성형 수축률은 0.3~0.8% 정도이다. (일반적으로 소형은 0.4%, 대형은 0.5~0.6% ) 10) 잔류응력의 측정은 빙초산에 1~2분 담그고 나서 말리고, 백화의 유무를 보고 판단한다.

1-2 PA (PolyAmide, Nylon) 1) 마찰계수가 적고, 내마모성이 좋으며, 자기 윤활성이 좋은 결정성 수지로 갈백색 수지이다. 2) 인장강도, 충격강도가 상당히 강하고 내열성이 좋고 자기 소화성이 있다. 3) 전기 절연성이 좋다. 4) 착색이 쉽다. 5) 오일, 가솔린, 벤젠, 알칼리, 솔벤트, 물에 강하다. 내유성이 극히 좋다. 6) 오존, 옥화수소산, 황산, 과산화물에 약하다. 7) 성형 후 대기 중에서 흡습 하면 충격 강도가 향상된다. 8) 내후성이 좋고 가연성이며 거품을 일으키며 탄다. 9) 사출 시 일반적인 조건 10) 성형 수축률은 0.6~2.0%로 성형품의 두께에 따라 다르다. 11) 용도 i) 기계용품 : 톱니바퀴, 캠, 스핀들, 유압호스, 오일 캡, 오일레벨 게이지 등… … ii) 전기제품 : 커넥터, 전동기, 하우징, 케이블타이 등… … iii) 일 용 품 : 완구, 구두밑창, 헬멧, 어망 등

1-3 PC (Poly Carbonate) 1) 자연색에서는 투명으로 약간 갈색을 띄고 있다. 2) 인장강도, 벤딩 강도, 충격 강도 등 기계적 강도가 강하다. 3) 내열성이 높고(열 변형온도 135 ~ 140) 또 내한성(-100까지 견딘다)이 우수하다. 4) 내전압, 고주파 특성이 뛰어나다.(26 ~32㎸/㎜) 5) 자기 소화성이 있다. 6) 오일, 약산, 알코올에 강하다 7) 강산, 알칼리, 벤젠에 강하다. 8) 내후성이 뛰어나다. 9) 치수 안정성이 좋다. 10) 접착, 인쇄가 가능하다. 11) 글라스 화이바(유리질 섬유)나 카본 섬유를 혼입하여 강화형으로 가능하며 이때의 물성변화는 ☞ 기계적 성질 - 탄성률 3배, 압축강도 2.0 ~ 2.5배 향상됨(30% 보강시) ☞ 열적 성질 - 열 팽창률은 약 1/3, 하중 연소 온도에서는 약 15가 높다. ☞ 치수 안정성- 성형 수축률은 0.1% ~ 0.4% 로 적게 한다. (일반적으로 0.3%~0.4%)

12) 용융점도가 상당히 높아 성형유동성이 상당히 나쁘므로, 실린더 온도와 사출압력을 높게 해야 한다. 13) 흡습성이 있으므로 100~120에서 5~8시간 예비 건조가 필요하며, 흡수율이 0.02% 이하일 때 경도 및 충격강도가 가장 좋다. 14) 수지 온도는 260 ~ 300℃ 정도이고 금형 온도는 80 ~ 120정도가 좋다. 15) 얇은 살 두께의 제품을 사출 시는 사출 속도를 빠르게 하고, 좋은 표면을 얻으려면 사출 속도를 느리게 한다. 16) 기계를 정지시킬 때는 건조재료의 온도가 110이하로 되지 않도록 관리해야 한다.(호퍼 드라이어의 사용) 17) 성형 작업이 완료되면 실린더내의 수지를 짜내고 열 안전성이 좋은 수지 즉, PE나 PS로 교환한다. 18) 직경이 최대 살 두께의 60 ~ 70%인 GATE를 사용해야 하며 최소 GATE 직경은 1.2㎜ 정도이다. 19) 균일한 살 두께의 소형 제품에서는 핀 포인트 GATE를 사용한다. 20) 일반적인 사출 조건 21) 용도 i) 기계응용 : 카메라 바디, 시계케이스 부품, 자동차 부품, 렌즈류, 모터 커버, 헬멧 등… … ii) 전기응용 : TV, VTR부품, 단자판, 커넥터 등……

1-4 PS (Poly Styrene) 1) 플라스틱 중에서 표준이 되는 수지로 경질이며 광택이 좋고 무색 투명하다. 2) 비결정성 수지이고 성형품은 잘 부서지나 성형성은 좋다. 3) 열 안전성이 좋은 수지로 300 이상으로 실린더 온도를 상승시켜도 열 분해의 염려는 없다. 4) 범용 폴리스티렌과 내 충격성 폴리스티렌을 임의의 비율로 혼합 사용해서, 필요한 물성을 맞출 수 있다. 5) 전기 절연성이 좋고 착색이 쉬우며 아름다운 색조를 낼 수 있다. 6) 벤젠, 가솔린, 솔벤트에 약하다. 7) 태양 광선, 자외선을 받으면 열화하기 쉽다. 8) 무색, 무취, 무독이다. 9) 인쇄성, 접착성이 좋다. 10) 일반적인 사출조건 11) 성형 수축률은 일반적으로 0.6%이다. 12) 용도 i) 일 용 품 : 포장 용기, 완구, 사무 용품, 카세트 테이프용 케이스 등… … ii) 전기용품 : 고주파 절연 홀 등… …

1-5 PP (Poly Propylene) 1)전체적인 물성은 폴리에틸렌과 유사하다. 2) 다른 수지에 비해서 비중이 적어 (0.9 ~ 0.91) 물에 뜬다. 3) 인장강도, 경도는 결정화도가 높으면 크게 되고, 충격강도는 반대로 떨어지는 경향이 있다. 4) 기본 색상은 반투명이다. 5) 폴리에틸렌(PE)보다 다소 가벼우며 내열성도 좋다. 낮은 온도에서는 잘 부서진다 6) 힌지성(Hinge:경첩처럼 접었다 펼쳤다 하는 데 견디는 성질)이 7) 전기적 특성이 우수하며 무해하다. 8) 착색하기 쉽다. 9) 산, 알칼리, 염수, 알코올, 가솔린, 오일에 강하다. 10) 스트레스 크래킹 특성은 폴리에틸렌보다 우수하다. 11) 가연성으로 매우 잘 탄다. 밝은 불꽃을 내며 중심부는 푸른빛을 낸다. 연소 시 파라핀냄새가 난다. 12) 일반적인 사출 조건

1-6 PET (Poly Ethylene Terephthalate) 1) 내열성이 우수하다. 융점은 265이고, 열 변형 온도가 240이며, 연속 내열온도가 140이다. 2) 성형품은 경질이고 기계적 강도가 강한 성형품이 얻어진다. 3) 전기적 특성이 우수하다. 4) 내약품성, 내유성이 우수하다. 5) 내후성이 좋다. 6) 스트레스 크래킹성이 좋다. 7) 표면 광택이 좋고 선명한 착색이 가능하며 도장성도 양호하다. 8) 글라스 섬유를 충전하여 사출 재료로 사용한다. 9) 성형 수축률은 0.1 ~ 0.6% 정도로 비충진 재료보다 낮다. 10) 일반적인 성형조건 11) 용도 i) 기계 분야 : 시계 부품, 복사기 부품, 펌프 부품, 자동차의 디스트리뷰터캡 등… … ii) 전기 분야 : IC케이스, 콘덴서 케이스, 커넥터, 트랜스 보빈 등… … iii) 비강화 PET는 무색 투명으로 우리주위의 음료수병, 약품병, 영화 필름, 제도용 필름, 등

3.사출기의 구조 ①형체실린더 ②형체크링크 ③타이바 ④이동측 플레이트 ⑤금형 ⑥고정측 플레이트 ①형체실린더  ②형체크링크  ③타이바  ④이동측 플레이트  ⑤금형 ⑥고정측 플레이트    ⑦노즐 및 헤드  ⑧실린더  ⑨스크류  ⑩호퍼 ⑪전기장치  ⑫유압장치

3-1. 형체 기구 1) Die Plate ; 금형을 취부하는 플레이트이며, 사출측의 고정반과 가동반(이동다이)을 말한다.      1) Die Plate ; 금형을 취부하는 플레이트이며, 사출측의 고정반과 가동반(이동다이)을 말한다.     2) Tie-Bar ; 클램프(Clamp Shafte)라고도 하며,형체시의 형체력을 지탱하는 축이다.     3) 형체 실린더, 형체 크링크 ; 금형을 개폐하여, 형체력을 발생시키는 유압실린더로, 직압식에서는 피스톤이 가동반에 연결되어 있지만, 토글식일 때는 가동반과의 사이에 링크 기구가  조립되어 힘이 확대되는 구조로 되어있다.   4) 형후 조정장치 ; 고정반과 가동반의 간격(금형의 두께)을 조정할 때 사용되는 장치.    5) 에젝터 ; 형개 공정시 금형에서 고화된 성형품을 취출하는 장치.    6) 안전문 ; 작업자가 손 등을 금형에 넣지 못하도록 보호하는 문이고 이것이 열려있을 동안은  형체결이 되지 않게 되어 있다.

3-2. 사출 기구 1) 호퍼 가열실린더에 공급하는 플라스틱 수지의 저장 용기이며, 호퍼의 출구에는 슬라이더식의      1) 호퍼    가열실린더에 공급하는 플라스틱 수지의 저장 용기이며, 호퍼의 출구에는 슬라이더식의 샷타가 달려있다. 수지를 건조 시킬 수 있는 드라이어가 같이 설치된 것이 일반적이다.     2) 가열실린더    플라스틱 수지를 가소화 하는 부분에 실린더 내에 스크류가 내장되어 있다. 외부에 감긴 히터로 가열되고, 가소화 하면서 계량을 하고, 스크류의 전진에 의하여 사출된다.     3) 노즐    가열 실린더의 선단에 취부 되었고, 금형의 SPRUE-BUSH에 밀착하여 용융수지를 금형에 흘려 보내는 역할을 한다.     4) 사출 실린더    스크류를 전진 시키는 장치이며, 유압모터나 전동기와 감속장치로 되어있다.    유압 모터일 때 감속장치가 없는 것도 있다.

3-3. 유압 구동 제어부 형체기구나 사출기구의 기계적 작동은 유압 실린더에 의하여야 하지만 그 실린더에 압력유를       형체기구나 사출기구의 기계적 작동은 유압 실린더에 의하여야 하지만 그 실린더에 압력유를 공급하는 장치이다.   유압펌프, 압력 제어 변, 유량 제어 변, 방향 제어 변, 스트레이너, 쿨러, 오일탱크, 배관 등과 출력 장치인 실린더, 유압모터 등으로 구성된다.      1) 온도 제어부    가열 실린더나 노즐 온도를 검출하여, 히터에의 전기를 제어하여 설정온도를 유지하는 역할을 한다. 자동온도 조정계나 열전대가 사용된다.    2) 동력 제어부    전동기나 히터에 동력을 공급하는 부분이고, 마그네트 콘넥터, 휴즈 브레커 등으로 구성.

3-4. 직압식과 터글식의 비교        직압식과 터글식의 구분은 사출 성형기의 형체부(금형을 고정시켜 형개, 형폐 시키는 부위)가 실린더형이면 직압식, X자형이면 터글식으로 구분된다.

4.사출기의 종류 4-1. 범용 성형기 4-2. 수직형 성형기 표준 성형기로 가장 많이 보급된 성형기이다. 1) 고속성형이 가능하며, 조작이 편리하다. 2) 금형교환 및 성형품의 취출이 용이하다. 3) 보수 및 점검이 편하다. 4) 성형재료의 공급이 용이하다. 4-2. 수직형 성형기 형체부와 노즐부가 모두 수직으로 구성된 성형기로 일반적으로 형체부 위에 노즐부가 배치됨. 1) 기계의 설치면적을 작게 차지함. 2) Insert 사출 시에 작업이 쉽고 안정되어 있다. 3) 노즐부의 위치로 인해 수지의 흐름이 균일하다.

4-3. 복합형 성형기 복합형 사출기란 형체부가 수직으로 구성되고 또 노즐부가 횡형으로 구성된 사출 성형기 4-3. 복합형 성형기 복합형 사출기란 형체부가 수직으로 구성되고 또 노즐부가 횡형으로 구성된 사출 성형기 1)　설치면적이 적다 2)　인서트 성형 시 인서트 부품의 삽입이 쉽고 안정된다. 3)　고속 성형이 가능하며, 조작이 편리하다 4)　보수, 점검이 편하다. 5)　성형재료의 공급이 편리하다. 4-4. 2색 성형기 2색 성형기는 기계의 명칭대로 2가지색의 성형품을 만드는 것입니다. 그림과 같이 범용 성형기와 같은 형상을 하고 있으나 노즐부를 살펴보면 ２개의 실린더로　구성이 된 것을 알 수가 있습니다．실린더의 배치에 따라 (ㄴ)자형으로 배치한 것과 상하로 배치한 것들도 있습니다. 그림과 같은 구조의 2색 성형 기는 금형이 회전을 하여 ２회 사출로서 성형품이 완성되는　방식입니다

4-5. 로터리 성형기 4-6. 기타 냉각시간이 긴 제품의 성형 시에 사이클 시간이 길어져 생산성이 악화 됩니다. 그래서 2개의 금형을 준비하여 회전 원반상에 배치하여 차례로 사출을 하여 회전 원반이 1회전할 시간과 성형 사이클 시간을 맞추도록 한 것이 로터리 성형기입니다． 금형이 회전하는 방식과 실린더가 회전하는 방식 2가지가 있습니다． 4-6. 기타 그 외 유압 작동유를 사용하지 않고 전기모터에 의해 구동되는 전기 서보 모터 구동식성형기, 2가지색상을 섞어서 성형하는 혼색 성형기, Blow 성형기 등이 있습니다．

5.사출성형의 공정 및 용어 사출성형의 전체적인 공정의 흐름은 형체 - 노즐전진 - 사출 - 계량 및 냉각 - 노즐후퇴 - 형개 - 취출   의 순서로 이루어집니다

5-1. 형체, 형개 사출을 하기위해 열린 금형을 닫고(형체) 또 취출을 위해 금형을 여는 공정(형개)으로 사출 시 높은 사출 압력에 의해 금형이 밀리지 않게 지탱하여 줍니다. 형체력이 약하면 사출 시 압력에 의해 금형에 틈이 생기고 그로 인해 burr 불량이 발생하게 됩니다. 형체력을 구하는 공식은 　 F(ton) = A(㎠) x P(Kg/㎠) x 10-3입니다. F=형체력 A=성형품의 투영면적 P=금형내의 압력   5-2. 노즐전진 및 후퇴 노즐이 금형에 계속 터치가 되어있으면 금형의 낮은 온도에 의해 노즐부에 있던 수지가 굳는 것을 방지하기 위해 자동왕복 설정을 해두는데 사출 시에는 노즐이 전진하고 또 계량이 끝나면 설정치 만큼 후퇴를 하는 공정입니다. 자동왕복을 하는 또 한가지 이유는 노즐부의 수지가 금형의 Sprue 부분에 삽입되는 것을 방지하기 위해서 이기도 합니다. 자동왕복의 단점으로는 노즐과 금형의 Locate Ring부분이 계속 부딪치게 됨으로 노즐과 Locate Ring의 마모가 문제가 되는데 가능하면 Suck-Back과 적정 온도설정으로 노즐 고정방식을 권합니다．

5-5. 취출 형개 후 이동측 금형에 성형 된 제품을 Ejector Pin의 힘으로 취출하는 공정(에젝팅)입니다. 5-3. 사출 실린더내의 스크류가 전진하면서 용융된 수지를 적정압력과 속도로 금형 내에 삽입하는 공정입니다. 유효사출압력을 산출하는 공식이 있으나 너무 추상적으로 현실감이 전혀 없음으로 여기서는 기술하지 않겠습니다．   5-4. 계량 및 냉각 사출공정이 끝나면 다음 사출에 필요로 하는 재료를 용융 시키는 동작을 계량이라고 하며, 가소화 동작이라고도 합니다. 스크류가 후퇴를 하며 계량을 시작하는데 이 동작에서 배압이 적용되어 재료에서 발생되는 gas가 호퍼 드라이어를 통하여 빠져나갑니다. 계량과 냉각은 동시에 이루어지며, 계량보다 냉각시간이 더 긴 것이 일반적입니다． 5-5. 취출 형개 후 이동측 금형에 성형 된 제품을 Ejector Pin의 힘으로 취출하는 공정(에젝팅)입니다. 취출방법으로는 취출로봇을 이용하거나 사람의 손으로 직접취출, 또는 자동낙하를 이용하는 방법이 있습니다. 통상 반자동 성형 시에는 사람의 손으로 취출을 하게 되고 전자동 공정 시에는 자동낙하 및 취출 로봇을 사용하는 것이 일반적이며, 생산성향상을 위해서는 자동낙하 및 취출로봇을 이용하는 것이 바람직 합니다.

5-7. Ejector stroke & Ejector력 5-6. 형개 거리      고정반과 이동반의 개폐거리로서 일반적으로 성형품을 금형의 Core로부터 취출하기 위한 필요거리로 금형두께와 형개 stroke의 최대치 검토 시 필요합니다       관계식 : S (mm) = H (mm) Χ (2.2~2.5)    *S : 형개 거리     *H : 성형품 높이   5-7. Ejector stroke & Ejector력        성형품을 금형으로부터 취출하기 위한 필요 거리 및 힘을 말합니다        통상 Ejector Storke는 금형의 형상과 성형품에 따라 결정합니다 5-8. Tie-Bar Space       성형기에 장착할 수 있는 금형의 최대크기를 결정할 때 필요한 지수입니다 5-9. 금형의 최대 & 최소 높이       금형의 높이를 최대 또는 최소 체결 가능할수 있는 거리를 말합니다

5-10. 이론사출용량 5-11. 사출압력 5-12. 사출률 5-13. 가소화 능력      Screw가 최대 후퇴하여 사출전진 완료 시 까지의 최대 사출용적을 말합니다   5-11. 사출압력      Screw 선단부에 발생하는 최대 압력을 말합니다 5-12. 사출률      1sec 간에 노즐로부터 사출되는 최대 사출용적을 말합니다 5-13. 가소화 능력      가열실린더가 최대 어느 정도의 수지를 가소화 할 수 있는가 의 능력을 말하며 계량시간을 산출하여 성형기의 생산능력을 결정하는데 필요한 수치입니다.

6. 사출 Trouble Shooting 6-1. 사출 Trouble 용어 1) 충전부족 (Short Shot) : 성형품의 일부가 부족되는 현상. 2) Burr (바리) : 성형품에 여분의 수지가 붙는 현상. 3) Sink Mark (수축) : 성형품의 표면에 발생하는 오목 현상. 4) Weld Line : 용융수지가 금형 내를 분기해서 흐르다가 합류한 부분에 생기는 가는 선. 5) Burned (탐) : 금형내의 공기가 압축되어서 고온으로 되어, 그 열로 수지가 되는현상. 6) Flow Mark : 성형재료의 유동궤적을 나타내는 줄무니가 생기는 현상. 7) 광택불량 : 성형품의 표면이 수지 원래의 광택과 다르고 층상에 유백색의 막이 덮힘. 8) Silver Streak : 성형품의 표면 또는 표면 가까이에 수지의 흐름 방향으로 발생하는 매우 가는 선의 다발. 9) Black Streak : 성형품의 내부에 검은 줄 모양으로 되어 나타나는 현상. 10) Jetting : 게이트에서 캐비티에 분사된 수지가 끈 모양의 형태로 고화해서 성형품의 표면에 꾸불꾸불한 모양으로 나타나는 현상. 11) 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.

6-2. 사출 Trouble 대책

수지(RESIN)의 약어 및 원어