Engineering Plastic Injection Molding

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1 Engineering Plastic Injection Molding
GE Plastics Engineering Plastic Injection Molding

2 e GE Plastics Korea 曺 武 植 한국GE(U.S.A)프라스틱스(주)
曺 武 植 부장 / 기술 써비스 한국GE(U.S.A)프라스틱스(주) 서울 강남구 논현동 (우) Tel: Fax:

3 Injection Molding Introduction
사출성형은 복잡하거나 고품질이거나 치수가 엄격한 제품의 2차 가공을 최소화하면서 대량생산을 가능하게 한다.

4 Injection Molding Introduction
리브,보스,홀 등이 있는 복잡한 제품

5 Injection Molding Introduction
대형 제품 : 자동차 Bumper / Fender

6 Extrusion 압 출 Pellets Heating Coils Part Screw Die Continuous Process

7 The Profile Extrusion Die
Continuous Flow Uniform Cross-Section

8 Sheet Extrusion Extrusion Extruded Through Die
Roll Stack Extruded Through Die Supported and Cooled by a Stack of Polishing Rolls Cut and Trimmed Once Below Glass Transition Temperature Sheet May be Used in Thermoforming and Compression Molding Rigid Sheet Die Extrusion Cutaway View

9 압축 성형(Compression Molding)
Softened sheet is placed in a mold then pressed into shape by compressive force.

10 Compression Molding Compressive Force 1 2 3 Part Trimming Soft Sheet

11 진공 성형(Vacuum Forming) Thermoforming Part Vacuum
Atmospheric Pressure(14.7 psi) Softened Sheet Part Mold Vacuum

12 중공 성형(Blow Molding)

13 1 2 3 4 5 중공 성형(Blow Molding) Part Parison Drop Pre Blow Full Pressure
Release Pinch Bar Mold Part

14 발포 성형 Injection Molding Increases the attainable wall thickness
SKIN CORE SKIN Increases the attainable wall thickness Gas expands inside plasticized material to create foam core

15 발포성형(Structural Foam Part)
Injection Molding 발포성형(Structural Foam Part) LEXAN FOAMABLE RESIN Business Machine Chassis High Strength and Rigidity in Larger Parts

16 Injection Molding 발포 성형 Advantages Disadvantages 대형 제품 가능 저압 성형 가능
Blowing Agent with Resin Advantages Disadvantages 대형 제품 가능 저압 성형 가능 High Stiffness to Weight Ratio 사이클 타임 길다 외관 발포제 blending 필요

17 Gas Assist Injection Molding
Gas Assist Molded Rib Injection Molded Rib Sink Gas Created Cavity

18 ICM Process (사출 압축 성형) Sequential ICM G = 0 Preset Gap Compression
f = 0 G o Preset Gap Injection Compression

19 Selective ICM or Coining
ICM Process Selective ICM or Coining G Go Gf = 0 Preset Gap Injection Compression Advantages 잔류응력 감소 충격강도 우수 Low warpage, 치수 안정성 Thinner wall, 중량 감소

20 Injection Molding Introduction
원 료 금 형 GOOD PART 성형 공정 제품의 디자인

21 Injection Molding Introduction
사출 성형의 장점 높은 생산성 /대량생산 가능 노동비 절감 자동화가 용이 2차 가공의 최소화 Molded-in Inserts 가능 Glass, Carbon, etc. Fillers 복잡한 제품도 성형 가능 Good Decoration 가능

22 Injection Molding Introduction
사출 성형의 단점 고가의 금형비 고가의 성형기 및 주변기기 고압 공정

23 Injection Molding

24 Injection Molding 사출 성형 공정

25 Injection Molding Process
사출성형 공정 순서: 원료 건조 사출기에 원료 투입 계량 금형의 캐비티로 용융수지 사출 냉각 및 고화 금형으로부터 제품 취출

26 Injection Molding Process
수지 건조 엔지니어링 플라스틱은 원료 제조 공정,원료 이동 및 저장 중에 수분이 흡수된다. GE Plastics

27 Injection Molding Process
건조가 불충분한 경우 :

28 Injection Molding Process
건조가 불충분한 경우 : 제품의 외관 불량 및 물성 저하의 원인이 된다. .

29 Injection Molding Process
건조가 불충분한 경우 : 제품의 외관 불량 및 물성 저하의 원인이 된다. 연속 작업시 동일 성형조건에서 재현성이 어렵다.

30 Injection Molding Process
Drying Removes Moisture H2O H2O H2O 건조된 대기에 펠렛이 노출되어 있으면 펠렛으로부터 수분이 빠져 나간다.

31 원료별 건조 조건 Lexan 120 - 125 ℃ X 3 - 4 시간 Valox 120 ℃ X 3 - 4 시간
원료별 건조 조건 Lexan ℃ X 시간 Valox ℃ X 시간 Ultem ℃ X 시간 Xenoy ℃ X 시간 Noryl 열변형 온도보다 ℃ 낮게 X 시간

32 Lexan / Xenoy /Cycoloy 0.02 %이하 Valox 0.02 %이하 Ultem 0.05 %이하
Injection Molding Process 건조 후 적정 수분 함량 Lexan / Xenoy /Cycoloy %이하 Valox %이하 Ultem %이하

33 Injection Molding Process
건조기 추천 사양 Hopper 용량 : Hopper 내에서의 체류 시간이 3 - 4 시간 이상 일 것. 실제의 건조온도는 에어가 들어 가는 입구의 온도가 감지될 것. Hopper 입구로 들어가는 에어의 상태 : Dew point ℃ Closed Loop 타입의 제습형 건조기 사용. Air 량 : (1 ft*3 / min.) /lb / hr

34 Injection Molding Process
건조기 Hopper 용량 1회 사출중량 / Cycle Time 시간당 사출중량 예: 1 kg(제품+S/R) 30 초 Cycle = 2 kg/분 = 120 kg/시간 시간당 사출중량 x 건조시간 =최소 호파 용량 예: 120 kg/시간 x 4 시간 = 480 kg 이상 용량의 Hopper 1회 사출중량(kg) X 3600 X 건조시간 싸이클타임(초) The Hopper should be sized large enough to provide adequate resin residence time.

35 Drying Polymers Moisture Content
상대 23 o C 20% 50% 100% Relative Humidity describes the percent of moisture present in the air relative to the greatest amount that could be held at a given temperature.

36 Drying Polymers Moisture Content
상대 습도 @ 32 oC 20% Relative Humidity @ 23 oC 50% Relative Humidity @ 10 oC 100% Relative Humidity

37 Drying Polymers Moisture Content
이슬점(Dew Point) Condenses at 1o C Condenses at 12o C Condenses at 23o C 공기중의 수분이 응축되기 시작할 때의 온도

38 Pellet Moisture Absorption
Drying Polymers Moisture Content Pellet Moisture Absorption The Higher the Dew Point, the More Moisture in the Air Dew Point of 1o Dew Point of 12o Dew Point of 23o The More Moisture in the Air, the More Water Absorbed by the Pellets

39 TVI 건조 확인 Test (Tomasetti Volatile Indicator)
1.핫플레이트에 전원을 연결하고 유리슬라이드 2장을 올려 놓고 적정온도를 설정 후 1 - 2분 기다린다. * 노릴,렉산 : 290 ℃ 바록스,지노이 : 250 ℃ 울템 : 350 ℃ 2. 2분후 유리슬라이드가 충분히 가열되었을 때 핀셋으로 측정할 원료 펠렛을 3 - 4개 슬라이드 위에 올려 놓는다. 3.다른 슬라이드로 덮어 샌드위치로 만든다. 4.펠렛의 직경이 약 13mm 될때 까지 위에서 누른다. 5.핫플레이트에서 샌드위치된 슬라이드를 꺼내어 검사한다.

40 Drying Polymers Moisture Content
There are several test methods to verify moisture content such as the Karl Fischer Titration Test and the Tomasetti Volatile Indicator (TVI)

41 건조 효율을 극대화하기 위해서는 제습건조기의 이슬점은 적어도 -29oC가 되어야 한다.
Drying Polymers Drying Rates Drying to OK Level Dry Air -29 oC Dew Point 건조 효율을 극대화하기 위해서는 제습건조기의 이슬점은 적어도 -29oC가 되어야 한다.

42 Drying Polymers Drying Rates
Drying Precautions 건조 온도: 너무 낮을 경우 - 건조 부실 높을 경우 - 수지의 물성 저하 혹은 수지 엉김 현상 발생 건조 시간: 너무 짧다 - 건조 부실 너무 길다 - 수지의 물성 저하

43 Drying Polymers Dryer Efficiencies
건조 방법 Oven Dryer with Trays Effective for Small Batches Hopper Dryer Preferable for Longer Runs

44 Drying Polymers Dryer Efficiencies
열풍 건조기(Hot Air Dryers) Exhaust Pump Ambient Air Heater Hopper Dew point는 변하지 않고 상대습도만 낮추어 준다.

45 Drying Polymers Dryer Efficiencies
Dry Air Drying Polymers Dryer Efficiencies 제습 건조기 Hopper Blower Processing Desiccant Bed Reactivating Processing Air Heater Wet Air A blower forces air through the desiccant bed to lower its dew point, through the heater to raise its temperature, and into the hopper to dry the pellets.

46 Drying Polymers Dryer Efficiencies
Hopper Blower Reactivating Desiccant Bed Processing Processing Air Heater Heater Filter Just as pellets can become saturated, the desiccant beads can become saturated and therefore have to be periodically reactivated.

47 Drying Polymers Dryer Efficiencies
Desiccant Beads 15oC Dew Point -29oC Dew Point Desiccant Beads The ceramic desiccant beads have such a strong affinity to water that they will absorb enough moisture from the air to achieve a dew point of at least -29oC.

48 Preferred Hopper Design
Drying Polymers Dryer Efficiencies Preferred Hopper Design Dryer Air Fast Moving Pellets Slow Moving Spreader Constant Pellet Movement Dryer Air Hoppers that are twice as high as they are wide (aspect ratio of 2:1) improve dryer efficiency. A spreader will prevent channeling and aid air flow

49 Injection Molding Process
Model of Amorphous Polymers Locked Entanglements Stiff Flow Easier Flow T G Raise Temperature of Polymer Raise Temperature of Polymer Adding Heat Increases Space Between Molecular Chains

50 Injection Molding Process
가열 및 수지의 용융 Heater Coils on the Screw Barrel 스크루 회전에 의해 마찰열이 발생 배럴에 감겨진 히터 밴드에 의해 수지에 열 전달

51 Injection Molding Process
적정 스크루 회전속도 스크루의 회전속도는 스크루의 직경에 따라 달라지는 것이 좋다. 적정 RPM = X 25.4 X 60 스크루직경(mm) X 3.14 예) 90mm 스크루 경우 : 8 X 25.4 X 60 / 90 X 3.14 = 43 RPM

52 Injection Molding Process
Injection Flow

53 Injection Molding Process
Injection Flow

54 Injection Molding Process
Injection Flow

55 Injection Molding Process
Injection Flow

56 Injection Molding Process
제품 냉각 및 고화 용융수지 완성품 냉 각

57 Injection Molding Process
제품 이형 1 2단 금 형 2 이젝트핀에 의한 이형 3

58 Injection Molding Process
사출 압력 H y d r a u l i c P e s Time 충진시간 계량 시간 배 압

59 Injection Molding Process
사출성형의 주요 성형 조건 용융 온도 금형 온도 실린더 온도 스크루 RPM 사출 속도 사출 압력 보압 배압 형체력 쿠션

60 Injection Molding Variables
용융 온도 35 30 25 20 15 10 5 Wall Thickness in Inches M e l t F o w (in.) LEXAN?101 288 deg C. 315 deg. C 용융온도를 올리면 흐름길이는 늘어 난다. 그러나 용융온도를 과도하게 올리면 물성이 떨어지므로 주의 해야 한다.

61 Injection Molding Variables
금 형 온 도 금형온도는 제품의 냉각에 중요한 영향을 미친다. 균일한 금형온도는 제품의 휨 방지에 효과가 있다. 일반적으로 냉각수 라인을 통하여 금형온도가 조절된다 (물 혹은 Oil 사용).

62 Injection Molding Variables
실린더 온도 분포 Nozzle Zone Adapter Front Center Rear 노즐부와 전부의 온도는 용융온도를 유지할 정도로 온도룰 설정한다. 후부 온도는 낮게 설정하여 수지가 배럴에 고착되어 스크류 회전시 전단열이 발생되게 한다.

63 Injection Molding Variables
수지의 실린더내 정체 시간 용융수지가 스크루 내에서 머무르는 시간. Lexan : Max.8분 Xenoy: Max.5분 Valox : Max.6분 Ultem : Max.15분 To measure this, colored pellets are dropped into the base of the hopper. Time is measured until the point when colored extrudant is purged from the nozzle. 실린더용량(g) X 2.5 X 사이클타임 제품중량(g)

64 Injection Molding Variables
형 체 력 투영면적(㎠) X :일반그레이드 :강화 그레이드 사출 압력 형체 압력 형체력이 부족하면 성형품에 플레쉬가 발생

65 Injection Molding Variables
쿠 션 (Cushion) 사출이 완료된 후에도 베럴 앞쪽에 용융수지가 남아 있는 것을 말 하는데 성형 시 캐비티에 충분한 보압을 주기 위하여는 적당한 양의 쿠션이 필요하다. 적정 쿠션량: 3 - 5mm *쿠션량이 너무 많으면 정체시간이 길어짐. Cushion

66 Injection Molding 사출 장비

67 Injection Molding Equipment
형체부 스크루 배럴 사출부

68 Injection Molding Equipment
Hydraulic Injection Cylinders

69 Injection Molding Equipment
The Screw Barrel 수지를 용융 용융수지를 금형의 캐비티로 사출

70 Injection Molding Equipment
Barrel Unit The Reciprocating Screw Hopper (Filling) Throat Heating Coils Force, Torque From Injection Unit Nozzle Barrel Screw

71 Injection Molding Equipment
Barrel Unit The Reciprocating Screw Shot Rotation and Back Pressure 스크루가 회전하면서 뒤로 후퇴함에 따라 수지가 용융되면서 배럴의 앞 쪽으로 모이게 된다.

72 Injection Molding Equipment
Barrel Unit The Reciprocating Screw Shot Injection Pressure 사출 직전 용융수지가 스크루의 앞 쪽에 모인 상태

73 Injection Molding Equipment
Barrel Unit The Reciprocating Screw Cushion Packing Pressure Screw Pushes Forward: Inject

74 Injection Molding Equipment - Screw
계량부 압축부 공급부 공급부 : 수지를 받아 들여 압축부 쪽으로 이동 시킴 압축부 : 첸널의 깊이가 계량부로 감에 따라 얕아 지면서 수지를 압축하여 전단열을 발생시키고 섞여 있는 에어를 최소화하면서 수지를 용융 시킨다. 계량부 : 용융수지를 최종적으로 가소화 시킴.

75 Injection Molding Equipment - Screw
hm hf D Metering Transition Feed L Screw and Cylinder Design L/D = 20:1 압축비 = hf / hm = 2.5:1 스크루 산 수 : 공급부 5 , 압축부 11 , 계량부 4 Cylinder bi-metallic for Abrasion Resistance

76 스크루 디자인

77 스크루 디자인

78 스크루 디자인

79 Injection Molding Equipment
Screw Tip Assemblies Ball Type 역류 방지 밸브 Open Closed for Injection

80 Injection Molding Equipment
Reciprocating Screw Tip Assemblies Check Ring Type Nonreturn Valve 스크루 회전시 첵크링이 열려서 용융수지가 앞에 모임 사출시 첵크링이 닫혀서 용융수지의 역류를 방지 첵크링 타입의 밸브가 좋다.

81 Check Ring Design Screw Head 와의 간격 : Screw 계량부 단면적의 최소 80% 이상
이동 거리 : 최소 4.76mm (직경 65mm 이하의 Screw 경우)

82 Injection Molding Equipment
실린더 노즐 Heating Band To Mold Cylinder Bore 최소 치수 : 노즐 경 ; Min. 5.0mm (금형 스프루보다 mm 작게) 랜드 길이 ; Min. 5.0mm 노즐 Bore ; Min. 13 mm

83 Injection Molding Tooling
금 형

84 Injection Molding Tooling
2단 금 형 Exploded View Top Clamping Plate "B" Plate "A" Leader Pin PARTING LINE Support Plate Return Pin Elector Retainer Plate Ejector Housing Ejector Plate

85 Injection Molding Tooling
2단 금 형

86 Injection Molding Tooling
1 2 3 4

87 Injection Molding Tooling
3단 금 형 Top Clamping Plate "A" Plate PARTING LINE "X" Plate PARTING LINE Support Plate "B" Plate Ejector Retainer Plate Ejector Housing Ejector Plate

88 Injection Molding Tooling
3단 금형 1 2 3 4 5

89 Injection Molding Tooling
Radius Orifice Nozzle Sprue Bushing

90 Injection Molding Tooling
Sprue Puller REVERSE TAPER BEST Z PULLER GOOD GROOVE TROUBLE- SOME SUCKER PIN NOT RECOMMENDED

91 Injection Molding Tooling
Runner Systems 런너는 스프루에서 게이트로 용융수지를 이동시킨다.

92 Runners Flow Material Flows Only Through Molten Portion of Runner
Outer Skin Chills on Contact with mold Surface

93 Injection Molding Tooling
Gating Direct Sprue Tab Fan Disk Edge Pin Point

94 Injection Molding Tooling
Manifold Recommendations Passages Externally Heated (4 Heaters) Bore Size 12.7mm or Larger 50 Watts/in3 Minimum

95 Injection Molding Tooling
Hot Runner Systems Cavity Plate = 500 Manifold = 2600 핫런너의 장점 사이클 단축 % 제품 품질 향상 - 스트레스 감소 원료 절감 - No Sprues or Runners

96 Injection Molding Tooling
가스 빼기 (Venting) 사출시 캐비티에 갇힌 가스를 배출 탄자국(Burn Marks) 방지 벤트 위치: 파팅 라인 이젝트 핀 런너 끝단 벤팅 핀 Gate Parting Line Vents

97 Tooling Venting Ejector Pin 0.04mm Clearance Around Knockout

98 금형의 가스 빼기 원재료 깊이 폭 랜드길이 (mm) 렉산 일반그레이드 0.04 - 0.06 10 - 20 5 - 10
렉산 일반그레이드 렉산 강화그레이드 " " 노릴 일반그레이드 노릴 강화그레이드 " " 바록스 일반그레이드 바록스 보강그레이드 " " 울템

99 Injection Molding Material
Material Considerations

100 Injection Molding Material
Thermoplastics and Degradation 과 열 구 역 온 도 시 간

101 Injection Molding Material
플라스틱의 수축율 Vpart Vmold lpart lmold Sl = lmold - lpart lmold vmold - vpart Sv = or vmold

102 Injection Molding Material
Shrinkage and Injection Molding Simplified Pressure History - Injection Molding P r e s u Filling Packing Cooling Ejection A B C D E Material

103 Injection Molding Material
원료의 수축율 비결정성 수지 Typical Shrinkage LEXAN(PC) mm/m NORYL(M-PPO) CYCOLAC(ABS) 결정성 수지 VALOX(PET/PBT) 5-25 Blends XENOY(PBT/PC) 5-10 NORYL GTX (PPO/Nylon) CYCOLOY(PC/ABS)

104 Injection Molding Material
플라스틱의 점도 점 도 = 용융수지가 잘 흘러 가지 않는 정도 저점도 = 흐름성이 우수 저점도 = 높은 MI값(Melt Flow Rate) 주의 : MI값 및 점도는 단지 동일한 조건에서 비교가 되어야 한다

105 Injection Molding Material
Amorphous Materials(비결정성 수지) ABS , PC , PVC , PS , PMMA , ... 인장강도는 낮고, 충격강도는 높다. 낮은 수축율

106 Injection Molding Material
TG Degradation Processing Temperature Range Raise Temperature of Polymer

107 Injection Molding Material
결정성 수지 PA , PE , PP , PBT , PET , POM , ---- 사출되는 동안은 비결정성 인장강도는 높고,충격강도는 낮다 수축율은 높다 Regulating Crystallinity: Mold Temperature, Cycle Time, Injection and Holding Temperature, Cooling Method After Removal From Mold

108 Injection Molding Material
TM TG Degradation Processing Temperature Range Raise Temperature of Polymer

109 Injection Molding Design Moldability
제품 디자인 관련

110 Injection Molding Design Moldability
불균일한 수축에 의한 결함 Voids 표면이 이미 고화가 되어 내부로 딸려 가지 못함 Sink Marks 냉각이 되면서 수축에 의해 표면이 안 쪽으로 딸려 들어감

111 Injection Molding Design Moldability
불균일한 압력 Sprue Runner Gate x x x Part Flow P r e s u Time 3 2 1

112 Injection Molding Design Moldability
Warpage Due to Uneven Pressure 게이트 주위:고압, 저수축 Gate 흐름 끝단 :저압, 고수축 휨 발생

113 Injection Molding Design Moldability
Wall Design

114 Injection Molding Design Moldability
보강 리브의 두께 리브 두께는 벽두께보다 얇아야 한다: >3.2mm % of wall thickness . <3.2mm % of wall thickness 리브 두께가 너무 두꺼우면 수축 및 기포현상이 나타난다.

115 Injection Molding Design Moldability
Corner Design Sharp Corners : 스트레스 집중 외부-라운드, 내부-Sharp : 불균일한 수축 --- 휨현상 내부-라운드,외부-Sharp : 불균일한 수축 -- 수축현상 및 기포 발생

116 Injection Molding Design Moldability
Holes Gate - Melt Entry Point Slot Hole이 용융수지의 흐름을 방해

117 Injection Molding Design Moldability
Holes Gate - Melt Entry Point 흐름성 양호

118 Injection Molding Design Moldability
Ejecting the Part Difficult Ejection Easier Ejection No Draft Angle 적정한 빼기 구배 : 도 (유리섬유 보강 그래이드 및 깊고 복잡한 형상의 제품은 빼기구배를 더 주어야 한다.)

119 Injection Molding Design Moldability
빼기 구배 Textured Sidewall 부식 깊이 0.025mm 당 구배 1도 추가

120 이형성 개선을 위한 성형 조건 코 아 캐비티 냉각시간 짧게 길게 보 압 높게 낮게 용융온도 높게 낮게 코아온도 높게 낮게
코 아 캐비티 냉각시간 짧게 길게 보 압 높게 낮게 용융온도 높게 낮게 코아온도 높게 낮게 사출속도 무관 무관

121 Lexan 성형품의 Internal Stress
편광 필름에 의한 육안 검사 약품에 의한 검사

122 Lexan 성형품 Stress Level 측정법
1) 시약 제조 Toluene : n-Propanol = 1 : 3 ( 1:10 )비율로 혼합 2) 시약에 성형품을 3분간 담근다 (20-23 ℃) 3) 성형품을 꺼내어 알코올(IPA)로 씻어내고 즉시 Air로 말린 후 Crack이 발생되었는지 조사한다. 4)이때 이상이 없을 경우 Stress Level은 10N/mm2 (20N/mm2) 이하로 매우 안정적이라 할 수 있다.

123 Cycoloy 성형품 내부응력 측정법 1) 시약 제조
Ethyl Acetate : Methyl Alcohol = 1 : 1 or 1 : 2 비율로 혼합 2) 시약에 성형품을 3분간 담근다 (20-23℃) 3) 성형품을 꺼내어 알코올(IPA)로 씻어내고 즉시 Air로 말린 후 Crack이 발생되었는지 조사한다.

124 Injection Molding Closing
Ten Do's for Molding Engineering Resins Know Your Material Dry Properly Use Recommended Processing Conditions Use Properly Sized Equipment Use Properly Designed Tooling Use Adequate Runners Use Proper Venting Use Nozzles with Proper Heat Controls Use Proper Screw Design Schedule Annual or Bi-Annual Equipment Maintenance

125 e GE Plastics 질 문