소개: 사출 성형은 플라스틱 재료를 금형에 주입한 다음 재료를 변형하고 가열과 냉각을 통해 최종적으로 성형하는 일반적인 제조 공정입니다. 하지만 사출 성형 과정에서 뒤틀림이 발생하여 제품의 품질과 생산 효율에 영향을 미치는 경우가 있습니다. 뒤틀림 변형에는 여러 가지 이유가 있으며, 공정 파라미터에만 의존해서는 해결하기 어려운 경우가 많습니다.

관련 정보와 실제 작업 경험을 결합하여 플라스틱 뒤틀림의 원인과 해결책을 분석한 결과는 다음과 같습니다. 사출 성형 뒤틀림.

워핑이란 무엇인가요?

이는 사출 성형 제품의 모양이 플라스틱 제품의 일반적인 결함 중 하나인 금형 캐비티의 모양과 다르다는 것을 의미합니다.

사출 성형에서 뒤틀림의 원인

사출 성형에서 뒤틀림이 발생하는 이유는 여러 가지가 있으며, 그 중 몇 가지 일반적인 이유가 있습니다:

금형의 구조

금형 측면에서 플라스틱 부품의 변형에 영향을 미치는 요인에는 주로 주입 시스템, 냉각 시스템 및 배출 시스템이 포함됩니다.

게이팅 시스템

사출 금형 게이트의 위치, 형태 및 개수는 플라스틱이 금형 캐비티를 채우는 방식에 영향을 미쳐 플라스틱 부품이 휘어질 수 있습니다.

유동 거리가 길수록 동결층과 중앙 유동층 사이의 유동 및 수축 보상으로 인한 내부 응력이 커집니다.

반대로 흐름 거리가 짧을수록 게이트에서 부품의 흐름이 끝날 때까지의 흐름 시간이 짧아지고 금형 충전 중 동결 층의 두께가 얇아지고 내부 응력이 낮아지며 뒤틀림 변형이 크게 감소합니다.

일부 평면 플라스틱 부품의 경우 중앙 게이트를 하나만 사용하면 직경 방향의 수축률이 원주 방향의 수축률보다 크기 때문에 성형 후 플라스틱 부품이 뒤틀리게 됩니다. 대신 여러 개의 포인트 게이트 또는 필름 게이트를 사용하면 뒤틀림 변형을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

성형에 엣지 게이트를 사용할 때 플라스틱 수축이 모든 방향에서 동일하지 않기 때문에 게이트의 위치와 수량도 플라스틱 부품이 휘어지는 정도에 큰 영향을 미칩니다.

또한 여러 개의 게이트를 사용하면 플라스틱 유량비(L/t)가 짧아져 금형 캐비티의 용융 밀도가 더 균일해지고 수축이 더 고르게 변할 수 있습니다. 동시에 전체 플라스틱 부품을 더 낮은 사출 압력으로 채울 수 있습니다. 또한 사출 압력이 낮으면 플라스틱의 분자 또는 섬유 정렬 방향이 바뀌는 경향이 줄어들고 내부 응력이 감소하여 플라스틱 부품의 변형이 감소합니다.

냉각 시스템

플라스틱을 사출할 때 부품이 고르지 않게 냉각됩니다. 이로 인해 파트가 고르지 않게 수축합니다. 고르지 않은 수축으로 인해 파트가 구부러집니다. 구부러지면 파트가 휘어집니다.

금형 캐비티와 코어의 온도 차이가 너무 크면 사출 성형 의 평평한 플라스틱 부품(예: 휴대폰 배터리 쉘)이 너무 크면 차가운 금형 캐비티 표면에 가까운 용융물은 빠르게 냉각되는 반면 뜨거운 금형 캐비티 표면에 가까운 재료 층은 계속 수축됩니다. 고르지 않은 수축은 플라스틱 뒤틀림을 유발합니다.

따라서 사출 금형의 냉각은 캐비티의 온도와 코어가 균형을 이루는 경향에주의를 기울여야하며 둘 사이의 온도 차이가 너무 크지 않아야합니다 (현재 두 개의 금형 온도 컨트롤러를 고려할 수 있음).

플라스틱 부품의 내부와 외부의 온도 균형을 고려할 때 플라스틱 부품의 각 측면의 온도 균형도 고려해야 합니다. 즉, 금형이 냉각될 때 캐비티와 코어의 온도를 가능한 한 균일하게 유지하려고 노력해야 합니다. 이렇게 하면 플라스틱 부품의 각 부분이 동일한 속도로 냉각되므로 각 부분이 동일한 비율로 수축하고 뒤틀림이 발생하지 않습니다.

따라서 캐비티와 코어의 온도가 동일한지 확인하고 싶으며 금형의 냉각수 구멍 배열이 매우 중요합니다. 튜브 벽에서 캐비티 표면까지의 거리가 결정된 후 캐비티 벽의 균일 한 온도를 보장하기 위해 냉각수 구멍 사이의 거리를 가능한 한 작게 유지해야합니다.

또한 냉각수 채널의 길이가 길어질수록 냉각 매체의 온도가 증가하기 때문에 수로를 따라 금형 캐비티와 코어 사이에 온도 차이가 발생합니다. 따라서 각 냉각 회로 수로의 길이는 2미터 미만이어야 합니다.

대형 금형의 경우 여러 개의 냉각 회로를 설정해야 하며 한 회로의 입구는 다른 회로의 출구 근처에 있어야 합니다. 긴 플라스틱 부품의 경우 직선형 수로를 사용해야 합니다. (그리고 대부분의 금형은 순환에 도움이 되지 않을 뿐 아니라 사이클을 연장시키는 S자형 회로를 사용합니다.).

이젝터 시스템

이젝터 시스템의 설계도 플라스틱 부품의 변형에 직접적인 영향을 미칩니다. 이젝터 시스템의 균형이 맞지 않으면 이젝트 힘의 불균형이 발생하여 플라스틱 부품이 변형될 수 있습니다.

따라서 이젝터 시스템을 설계할 때는 이형 저항과 균형을 맞추기 위해 노력해야 합니다. 또한 이젝터로드의 단면적은 단위 면적당 과도한 힘으로 인해 플라스틱 부품이 변형되는 것을 방지하기 위해 너무 작아서는 안됩니다 (특히 이형 온도가 너무 높을 때).

이젝터 봉은 금형에서 제거될 때 저항이 가장 큰 부품에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 플라스틱 부품의 품질(용도, 치수 정확도, 외관 등)에 영향을 주지 않으면서 플라스틱 부품의 전체적인 변형을 줄이기 위해 가능한 한 많은 이젝터 핀을 사용해야 합니다(이젝터 핀을 이젝터 블록으로 교체하는 이유).

부드러운 플라스틱(예: TPU)을 사용하여 캐비티가 깊은 얇은 벽의 플라스틱 부품을 만들 때 이형 저항이 크고 재료가 부드럽기 때문에 기계적 배출 방법을 하나만 사용하면 플라스틱 부품이 변형되고 심지어 관통되거나 접혀서 플라스틱 부품이 폐기됩니다. 여러 구성 요소 또는 가스 (액체) 압력과 기계적 배출을 조합하여 사용하면 효과가 더 좋습니다 (나중에 사용됨).

가소화 단계

가소화 단계는 유리 입자가 끈적끈적한 용융물로 변하는 단계입니다(교육에서 가소화 원료의 세 가지 상태에 대해 이야기했습니다). 이 단계에서 축 방향과 반경 방향의 폴리머 온도 차이(나사를 기준으로)가 플라스틱에 응력을 가하고 사출기의 사출 압력, 속도 및 기타 매개 변수가 금형이 채워질 때 분자가 정렬되는 방식에 큰 영향을 미쳐 뒤틀림이 발생합니다.

충전 및 냉각 단계

녹은 플라스틱은 사출 압력을 받아 금형에 주입되고 금형에서 냉각 및 응고됩니다. 이 과정은 다음과 같은 핵심 단계입니다. 사출 성형. 이 과정에서 온도, 압력, 속도는 상호 연관되어 플라스틱 부품의 품질과 생산 효율에 큰 영향을 미칩니다.

높은 압력과 유속은 높은 전단 속도를 생성하여 흐름 방향과 평행하고 흐름 방향에 수직인 분자 배향의 차이를 유발하고 "동결 효과"를 생성합니다. "동결 효과"는 동결 응력을 생성하고 플라스틱 부품의 내부 응력을 형성합니다.

온도는 다음과 같은 방식으로 뒤틀림에 영향을 미칩니다:

플라스틱 부품의 상단과 하단 표면 사이의 온도 차이는 열 응력과 변형을 유발합니다. 플라스틱 부품의 다른 영역 간의 온도 차이는 고르지 않은 수축을 유발합니다. 온도 조건이 다르면 필러 또는 섬유 보강재에 영향을 미칩니다.

사출 성형 제품의 수축

사출 성형 제품이 뒤틀리는 주된 이유는 플라스틱 부품의 수축이 고르지 않기 때문입니다. 금형 설계 단계에서 충진 공정 중 수축 효과를 고려하지 않으면 제품의 실제 모양이 설계 요구 사항과 매우 달라지고 심한 변형으로 인해 제품이 폐기 될 수 있습니다 (즉, 수축률 문제).

충진으로 인한 변형 외에도 금형 상단과 하단 벽의 온도 차이로 인해 플라스틱 부품의 상단과 하단 표면 사이에 수축 차이가 발생하여 뒤틀림이 발생합니다. 뒤틀림 분석에서는 수축 자체는 중요하지 않지만, 그 차이가 수축 시 내부 응력을 발생시키는 것이 중요합니다.

사출 성형으로 플라스틱 부품을 만들면 플라스틱 분자가 플라스틱이 흐르는 방향으로 일렬로 정렬됩니다. 이렇게 하면 플라스틱이 위아래 방향보다 플라스틱이 흐르는 방향으로 더 많이 수축합니다. 이로 인해 플라스틱 부품이 휘어집니다(이를 이방성이라고 합니다).

일반적으로 균일한 수축은 플라스틱 부품의 부피 변화만 일으키며, 불균일한 수축만이 뒤틀림을 유발할 수 있습니다. 결정성 소재의 흐름 방향과 수직 방향의 수축률 차이는 비결정성 플라스틱보다 크며, 수축률도 비결정성 플라스틱보다 큽니다.

결정성 플라스틱의 큰 수축과 수축의 이방성이 중첩되어 결정성 플라스틱 부품의 뒤틀림이 비결정성 플라스틱보다 훨씬 더 큰 영향을 미치는 경향이 있습니다.

잔류 열 스트레스

다음을 사용하여 물건을 만들 때 사출 성형를 사용하면 이 과정에서 발생하는 열로 인해 재료가 휘어질 수 있습니다. 이는 재료가 좋지 않기 때문에 좋지 않습니다. 열로 인해 다양한 방식으로 물건이 휘어질 수 있지만 지금은 이에 대해 이야기하지 않겠습니다.

사출 성형 부품의 휨에 대한 개선 조치

금형 설계의 영향

금형 설계에서 플라스틱 부품의 변형에 영향을 미치는 요소는 주로 사출 시스템, 냉각 시스템, 배출 시스템 등입니다.

게이팅 시스템

a) 사출 금형 게이트의 위치, 형태 및 개수는 플라스틱이 금형 캐비티를 채우는 방식에 영향을 미쳐 플라스틱 부품이 휘어질 수 있습니다. 플라스틱이 흘러야 하는 거리가 길수록 플라스틱이 동결 층과 중앙 흐름 층 사이에서 흐르고 수축할 때 부품 내부에 더 많은 응력이 발생합니다.

반면, 플라스틱이 게이트에서 부품 끝까지 흐르는 거리가 짧을수록 금형 충진 시 동결 층이 얇아지고 부품 내부의 응력이 줄어들어 뒤틀림이 줄어듭니다.

b) 일부 평평한 플라스틱 부품의 경우 중앙 게이트를 하나만 사용하면 직경 방향의 수축률이 원주 방향의 수축률보다 커서 성형 후 플라스틱 부품이 뒤틀리게됩니다. 대신 여러 개의 포인트 게이트나 필름 게이트를 사용하면 뒤틀림을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

c) 긴 스트립 모양의 플라스틱 부품의 경우 게이트가 끝에 배치되고 용융 된 재료가 길이 방향을 따라 흐르기 때문에 중간에 게이트 디자인으로 인한 변형을 줄일 수 있습니다.

d) 성형에 포인트 게이트를 사용할 때 플라스틱 수축의 이방성으로 인해 게이트의 위치와 수는 플라스틱 부품의 변형 정도에 큰 영향을 미칩니다. 또한 여러 게이트를 사용하면 플라스틱의 유량비(L/t)를 줄일 수 있으므로 금형 캐비티의 용융 밀도가 더 균일하고 수축이 더 균일해집니다.

e) 링 모양의 제품의 경우 최종 제품의 진원도는 다른 게이트 모양에 영향을받으며 더 작은 사출 압력으로 채울 수 있습니다. 사출 캐비티 압력이 작을수록 플라스틱의 분자 배향 경향이 감소하고 내부 응력이 감소하여 플라스틱 부품의 변형이 감소할 수 있습니다.

냉각 시스템

a) 사출 성형 부품의 용융 및 냉각 특성이 불균일하면 플라스틱 부품이 불균일하게 수축합니다. 이러한 수축의 차이로 인해 굽힘 모멘트가 발생하고 플라스틱 부품이 휘어지게 됩니다.

평평한 플라스틱 부품(예: 휴대폰 배터리 쉘)을 사출 성형하는 데 사용되는 금형 캐비티와 코어의 온도 차이가 너무 크면 차가운 금형 캐비티 표면 근처의 용융물은 빠르게 냉각되고 뜨거운 금형 캐비티 표면 근처의 재료는 계속 수축합니다.

이 고르지 않은 수축으로 인해 플라스틱 부품이 휘어집니다. 따라서 사출 금형을 냉각할 때 캐비티와 코어의 온도에 주의하여 균형을 맞추고 둘 사이의 온도 차이가 너무 크지 않아야 합니다(이때 두 개의 금형 온도 컨트롤러 사용을 고려할 수 있습니다).

b) 사출 성형된 부품의 양쪽 온도는 동일해야 합니다. 금형이 냉각될 때 캐비티와 코어의 온도는 가능한 한 동일하게 유지되어야 합니다. 이렇게 하면 플라스틱 부품이 모든 곳에서 동일한 속도로 냉각되므로 균일하게 수축하고 뒤틀리지 않습니다.

c) 금형에 냉각수 구멍을 배치하는 것이 중요합니다. 여기에는 냉각수 구멍 직경, 물 구멍 간격 b, 튜브 벽에서 캐비티 표면까지의 거리 및 제품 벽 두께가 포함됩니다.

튜브 벽에서 캐비티 표면까지의 거리가 결정되면 캐비티 벽의 균일한 온도를 보장하기 위해 냉각수 구멍 사이의 거리를 가능한 한 작게 유지해야 합니다.

d) 냉각수 구멍의 직경을 결정할 때 고려해야 할 사항. 금형이 아무리 크더라도 물 구멍의 직경은 14mm를 넘을 수 없습니다. 그렇지 않으면 냉각수가 난류를 일으키기 어렵습니다. 일반적으로 물 구멍의 직경은 제품의 평균 벽 두께에 따라 결정할 수 있습니다.

평균 벽 두께가 2mm인 경우 물 구멍의 직경은 8~10mm, 평균 벽 두께가 2~4mm인 경우 물 구멍의 직경은 10~12mm, 평균 벽 두께가 4~6mm인 경우 물 구멍의 직경은 10~14mm입니다.

e) 냉각수 채널의 길이가 증가함에 따라 냉각 매체의 온도가 증가하기 때문에 수로를 따라 금형의 캐비티와 코어 사이에 온도 차이가 발생합니다. 따라서 각 냉각 회로 수로의 길이는 2미터 미만이어야 합니다.

f) 정사각형 플라스틱 부품의 경우, 금형의 네 모서리에 구리를 삽입하여 냉각 효과를 높입니다. 네 모서리는 열이 축적되는 곳이기 때문에 부품의 변형을 개선합니다.

9) 큰 금형에 여러 개의 냉각 회로를 넣고 한 회로의 입구를 다른 회로의 출구 근처에 배치해야 합니다. 긴 플라스틱 부품의 경우 직선형 수로를 사용해야 합니다.

이젝터 시스템

a) 이젝터 시스템의 설계도 플라스틱 부품의 변형에 직접적인 영향을 미칩니다. 이젝터 시스템의 균형이 맞지 않으면 이젝터 힘이 불균형해지고 뒤틀린 사출 성형 플라스틱이 변형됩니다. 따라서 이젝터 시스템을 설계할 때 이젝터 시스템은 이형 양력과 균형을 이루어야 합니다.

b) 이형 효과를 최적화하여(이젝터 핀을 리브/본 위치에 설정) 플라스틱 부품의 이형 불량으로 인한 변화를 개선합니다.

c) 이젝터 봉의 단면적은 단위 면적당 과도한 힘으로 인해 플라스틱 부품이 변형되지 않도록 너무 작아서는 안 됩니다(특히 이형 온도가 높은 경우).

d) 이젝터 로드를 금형에서 제거할 때 저항이 가장 큰 부품에 최대한 가깝게 배치합니다.

e) 플라스틱 부품의 품질(사용 요건, 치수 정확도, 외관 등)에 영향을 주지 않으면서 가능한 한 많은 이젝터 로드를 설정하여 플라스틱 부품의 전체적인 변형을 줄입니다. 필요한 경우 이젝터 봉을 이젝터 블록으로 교체합니다.

f) TPU와 같은 부드러운 플라스틱을 사용하여 캐비티 벽이 깊은 플라스틱 부품을 만드는 경우, 탈형에 대한 저항이 크고 섬유 강화 소재 섬유가 부드럽기 때문에 기계적 배출 방법 중 하나만 사용하면 플라스틱 부품이 변형되거나 심지어 관통되거나 접혀서 버려야 할 수 있습니다. 여러 구성 요소 또는 공기(액체) 압력과 기계적 배출을 조합하여 사용하면 더 잘 작동합니다.

9) 깊은 캐비티 금형의 경우 진공 흡입 변형을 개선하기 위해 전면 및 후면 금형에 공기 흡입 장치를 추가합니다.

가소화 단계

다단 사출 제어는 러너의 구조, 게이트의 형태, 사출 성형 부품의 구조에 따라 다단 사출 압력, 사출 속도, 유지 압력, 솔 방식을 합리적으로 설정할 수 있습니다. 이는 뒤틀림 변형을 방지하는 데 좋습니다.

금형 냉각

플라스틱은 서로 다른 속도로 냉각되어 불균일하게 수축합니다. 이 고르지 않은 수축은 플라스틱 부품을 휘게 하는 굽힘력을 생성합니다.

예를 들어 평면 플라스틱 부품을 사출 성형할 때 금형 캐비티와 코어의 온도 차이가 너무 크면 차가운 금형 캐비티 표면 근처에서는 플라스틱이 빠르게 냉각되지만 뜨거운 금형 캐비티 표면 근처의 재료는 계속 수축합니다.

이렇게 고르지 않은 수축으로 인해 플라스틱 부품이 뒤틀리게 됩니다. 따라서 사출 금형을 냉각할 때는 캐비티와 코어의 온도가 균형을 이루고 둘 사이의 온도 차이가 너무 크지 않은지 확인해야 합니다.

금형에 냉각수 구멍을 배치하는 것도 매우 중요합니다. 튜브 벽에서 캐비티 표면까지의 거리가 결정된 후 캐비티 벽의 온도가 균일하도록 냉각수 구멍 사이의 거리를 가능한 한 작게 유지해야 합니다.

동시에 냉각수 채널의 길이가 증가함에 따라 냉각 매체의 온도가 증가하기 때문에 금형 캐비티와 코어는 수로를 따라 온도 차이를 갖게됩니다.

따라서 각 냉각 회로의 수로 길이는 2m 미만이어야 합니다. 대형 금형에 여러 개의 냉각 회로를 설정하고 한 회로의 입구는 다른 회로의 출구 근처에 위치해야 합니다.

긴 플라스틱 부품의 경우 냉각 회로의 길이를 줄이기 위해, 즉 금형의 온도 차이를 줄이기 위해 냉각 회로를 사용하여 플라스틱 부품의 균일한 냉각을 보장해야 합니다.

제품 수축

일반적으로 균일한 수축은 플라스틱의 부피에만 영향을 미치고 고르지 않은 수축만이 뒤틀림을 유발합니다. 결정성 플라스틱의 흐름 방향과 수직 방향에서 발생하는 수축 차이는 비결정성 플라스틱보다 더 큽니다.

제품의 기하학적 형상 분석을 기반으로 선택한 다단 사출 공정의 경우, 제품의 벽이 얇고 유동 길이 비율이 길기 때문에 용융물이 빠르게 흘러야 합니다,

그렇지 않으면 냉각 및 응고되기 쉬우므로 이를 위해 고속 주입을 설정해야 합니다. 그러나 고속 주입은 용융물에 많은 운동 에너지를 가져오고 용융물이 바닥으로 흐르면 많은 관성 충격이 발생하여 에너지 손실과 오버플로를 초래합니다. 이때 용융물은 유속을 늦추고 충전 압력을 줄여야 합니다.

그리고 게이트가 굳기 전에 용융물이 금형 캐비티에서 용융물의 수축을 보완할 수 있도록 소위 유지 압력을 유지합니다. 이는 다단계 사출 속도 및 압력에 대한 요구 사항을 제시합니다. 사출 성형 프로세스.

잔류 열 스트레스

플라스틱을 성형할 때 고르게 냉각되지 않아 고르지 않게 수축합니다. 이는 내부에 고르지 않은 응력이 있다는 것을 의미합니다. 따라서 금형에서 꺼내면 고르지 않은 응력 때문에 휘어집니다.

냉각 단계에서 액체에서 고체로 변하는 플라스틱의 상 변화 및 응력 완화 거동. 미경화 영역의 경우 플라스틱은 점성 유체처럼 작동하며 점성 유체 모델로 설명됩니다. 경화된 영역의 경우 플라스틱은 점탄성 재료처럼 작동하며, 이는 표준 선형 고체 모델로 설명됩니다.

따라서 금형 제작자나 제품 개발자는 점탄성 상변환 모델과 2차원 유한 요소법을 사용하여 열 잔류 응력과 그에 따른 휨을 예측할 수 있습니다.

결론

플라스틱 부품이 휘어지는 원인은 여러 가지가 있는데, 금형의 디자인, 사용하는 플라스틱 소재의 수축 유형, 성형기 작동 방식 등이 모두 부품이 휘어지는 정도에 영향을 미칩니다. 따라서 뒤틀린 부품을 수정하려면 이러한 모든 사항을 고려해야 합니다.