사출 성형은 물건을 만드는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 빠르고, 한 번에 많은 물건을 만들 수 있으며, 고품질의 물건을 만드는 데 정말 좋습니다. 사출 성형이 좋은 이유는 많은 단계가 있고 각 단계가 원하는 방식으로 원하는 물건이 나오도록 하는 데 정말 중요하기 때문입니다. 이 블로그 게시물에서는 사출 성형의 모든 단계를 살펴보고 아이디어에서 실제 제품이 만들어지는 과정을 살펴볼 것입니다.

사출 성형 공정

사출 성형의 기본 원리 및 응용 분야

사출 성형은 열을 사용하여 플라스틱 알갱이를 액체 상태로 만든 다음 노즐을 통해 금형에 밀어 넣는 공정입니다. 플라스틱이 식으면 고체가 되어 금형에서 제거됩니다. 사출 성형 는 하나의 금형을 사용하여 한 번에 많은 플라스틱 부품을 만들 수 있는 저렴하고 효과적인 방법입니다. 이 공정을 통해 자동차 엔진, 가전제품, 식품 용기 등에 사용되는 모든 종류의 플라스틱 부품을 만들 수 있습니다.

현대 산업에서 사출 성형의 중요성

파생 제품에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 사출 성형 기술은 산업 생산에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 사출 성형 기술은 자동화 생산의 한 형태로, 생산 공정의 속도를 높여줍니다. 또한 플라스틱 사출 성형은 매우 정밀한 툴링을 사용하고 치수 공차가 정확하기 때문에 더 높은 수익성과 고품질의 최종 제품을 생산할 수 있습니다.

게다가, 사출 성형 제조 는 광범위한 애플리케이션, 높은 자동화, 안정적인 생산 및 품질 효율성과 같은 많은 이점을 제공합니다. 특히 팬데믹 기간 동안 커넥터 업계는 정상적인 수요와 예상치 못한 수요를 충족하기 위해 신속하게 방향을 바꾸고 많은 의료 기기를 생산해야 했습니다. 이러한 접근 방식은 사회적으로 호평을 받았습니다.

사출 성형 생산 공정

디자인 및 프로토타입 제작

모든 훌륭한 사출 성형 프로젝트는 좋은 디자인과 양질의 프로토타입 제작에서 시작됩니다. 이는 엔지니어와 디자이너가 창의력을 발휘하여 제품을 개발하고 아이디어를 기술적 세부 사항으로 변환하는 제품 개발 프로세스의 첫 번째 단계입니다. CAD(컴퓨터 지원 설계) 소프트웨어는 적층 제조에 사용되는 주요 도구 중 하나입니다. 치수, 요구 사항 및 공차 수준에 대한 세부 정보가 포함된 청사진을 생성하여 세부 지침에 따라 재료를 추가하고 정확성을 달성하기 위해 정렬할 수 있도록 도와줍니다.

디자인 사고에는 미학도 포함됩니다. 엔지니어는 재료 선택, 부품 형상, 제조 가능성 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 복잡한 부품에 대한 개념 설계의 테스트 실행을 시뮬레이션하기 위한 고급 복합 시뮬레이터가 개발되고 있습니다. 이러한 시뮬레이터를 사용하면 잠재적인 문제를 예측하고, 최적화할 영역을 식별하고, 프로토타입을 제작할 수 있습니다.

프로토타이핑은 콘셉트 디자인 테스트와 실제 물리적 제품 제작을 결합한 모델을 만드는 과정입니다. 3D 프린팅과 같은 기술의 급속한 발전으로 제품 디자인이 성능 기준을 충족하고 미학 위원회의 승인을 받을 때까지 빠르게 반복하고 조정할 수 있습니다. 디자이너는 동일한 작업을 수행할 수 있지만 핏, 형태, 기능 대신 원하는 결과를 얻기 위해 적합하다고 판단되는 대로 변경할 수 있습니다.

금형 제조

사출 성형은 최종 제품의 모양과 특징을 결정하는 정밀한 도구인 금형을 중심으로 이루어집니다. 금형을 만드는 것은 기계가 재료를 제거하여 공작물을 만들어야 하는 매우 정밀한 공정입니다. 일반적으로 공작물은 강철 또는 알루미늄으로 만들어지며 원하는 모양과 표면 마감을 만들기 위해 밀링 또는 기계 가공을 통해 만들어집니다.

금형의 복잡성은 부품의 복잡성에 따라 달라집니다. 하나의 캐비티로 간단한 부품을 만드는 금형을 사용할 수 있고, 이를 업그레이드하여 다중 캐비티 또는 패밀리 금형으로 두세 배 많은 부품을 만들 수 있습니다. 러너 시스템, 환기 및 냉각 시스템을 다루는 것 외에도 금형 설계는 부품의 품질을 보장하기 위해 게이트 위치, 냉각 채널 및 파팅 라인과 같은 사항도 고려해야 합니다.

그 후 금형을 테스트하고 문제가 없는지 확인합니다. 오랫동안 문제 없이 작동할 수 있는지 확인하고 싶기 때문입니다. 금형 테스트를 통해 금형에 플라스틱을 얼마나 넣어야 하는지, 부품을 만드는 데 걸리는 시간은 얼마나 되는지, 원하는 크기에 얼마나 근접할 수 있는지 등을 파악합니다. 더 나은 작업을 위해 금형의 몇 가지 사항을 변경해야 할 수도 있습니다.

재료 준비

금형이 준비되면 재료 준비 단계로 넘어갑니다. 사출 성형에는 다양한 열가소성 플라스틱과 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 이는 용도의 특정 요구 사항에 따라 선택됩니다. 펠릿 또는 과립 형태의 원료 폴리머 수지는 성형 준비를 위해 여러 단계를 거칩니다.

자료 선택과 관련하여 사출 성형최종 제품의 품질은 부품의 특성과 비용에 모두 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 이 경우 엔지니어는 기계적 강도, 화학적 안정성, 환경 저항성 등을 고려하여 올바른 소재를 선택해야 합니다. 또한 재료가 성형 공정과 함께 작동하는지 확인해야 하는데, 이는 재료가 올바른 용융 흐름 특성과 수축 거동을 가져야 함을 의미합니다. 그래야 일관되고 반복 가능한 결과를 얻을 수 있습니다.

제조 공정은 착색제, 안정제 또는 강화제와 같은 재료를 기본 수지와 혼합하여 더 잘 작동하거나 원하는 기능을 수행하도록 하는 과정입니다. 재료 혼합 또는 사전 혼합 재료를 사용하여 작업하기 쉽게 만들고 첨가제가 수지에 잘 퍼지도록 할 수 있습니다.

우수한 재료 준비는 일관된 용융 품질, 우수한 흐름 및 나중에 우수한 부품 마감을 위한 기초입니다. 자재 취급 시스템은 컨베이어, 건조기, 펠릿 스테이징 컨베이어를 사용하여 보관 및 제조 시 수분을 줄여 레진 펠릿이 열화되거나 오염되는 것을 방지합니다.

주입

사출 성형 공정은 금형의 표시된 영역을 녹인 폴리머 재료로 채우는 것으로 시작됩니다. 이 공정은 금형이 닫히고 스프 루라는 특정 입구를 통해 폴리머 수지가 주입되어 폐쇄형 시스템이 만들어지면 시작됩니다.

사출 성형기는 크기와 설정이 다를 수 있지만 기본 부품은 모두 같고 작동 방식은 동일합니다. 나사는 플라스틱을 돌려서 움직이고 녹여 혼합하는 부품이므로 모두 동일합니다.

유압 또는 전기 모터로 조절되는 스크류는 사출량, 스크류 속도 및 압력을 더 잘 제어할 수 있습니다.

그런 다음 액체 재료를 금형에 주입하여 구멍을 채우고 금형에 따라 결정된 정확한 모양과 디테일을 구현합니다. 공정 전반의 압력과 온도를 제어하여 완벽한 충진이 이루어지므로 결함 발생 가능성을 최소화하고 각 구멍의 일관성과 품질을 보장할 수 있습니다. 사출 파라미터는 재료, 부품 모양 및 생산 일정에 따라 설정됩니다. 이러한 파라미터에는 사출 속도, 진공, 패킹 및 유지 압력, 냉각 시간 등이 포함됩니다.

냉각 및 응고

다음으로 용융된 재료를 금형에 부어 냉각 및 응고시킵니다. 원하는 특성을 얻고 균열을 방지하려면 냉각 공정이 가능한 한 빠르고 균일해야 합니다. 몰드에는 열 전달에 도움이 되는 슬롯이나 채널이 있어 재료가 빠르게 냉각되고 응고됩니다.

냉각 시간은 부품 형상, 재료 유형 및 금형 설계와 같은 변수에 따라 맞춤 설정됩니다. 냉각이 제대로 이루어지지 않으면 부품이 뒤틀리거나 수축하거나 내부 응력이 발생하여 부품의 품질과 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 냉각이 중요합니다. 금형 온도 제어를 위해 물 또는 오일을 사용하는 열 순환 시스템을 사용하여 냉각 속도를 안정화하고 균일한 가공을 달성합니다.

컨포멀 냉각과 같은 새로운 냉각 기술은 적층 제조를 사용하여 부품의 모양에 맞는 냉각 채널을 만들어 열 전달과 성능을 개선하는 동시에 처리 시간을 단축합니다. 설계자는 소프트웨어를 사용하여 냉각 시스템 최적화, 열 전달 및 온도 맵을 모델링하고 더 많은 냉각이 필요한 핫스팟이나 영역을 식별할 수 있습니다.

배출 및 트리밍

부품이 필요한 정도까지 강화되면 금형이 열리고 새로 형성된 부품이 캐비티에서 제거됩니다. 예를 들어 이젝터 핀이나 플레이트가 장착된 기계는 형상을 변형하거나 표면 상태를 손상시키지 않고 부품을 해당 위치에서 분리할 수 있습니다.

이를 위해서는 파트에서 여분의 재료와 플래시를 잘라내는 등의 추가 작업이 필요할 수 있습니다. 트리밍 또는 기계 가공이라고도 하는 절단은 파트를 만들기 위해 마지막으로 수행하는 작업입니다. 파트를 올바른 크기와 모양으로 만들기 위해 파트를 자르거나 모양을 만듭니다. 부품을 절단하는 기계는 절단, 연삭 또는 블라스팅을 사용하여 작업을 수행합니다. 이렇게 하면 작업 시간이 훨씬 짧아지고 사람이 작업할 필요가 없습니다.

품질 관리 및 마무리

마지막으로 성형 공정에서는 최종 단계와 마무리 작업을 통해 다양한 품질 테스트를 수행합니다. 부품의 치수, 구조적 무결성, 전체적인 외관이 올바른지 확인하기 위해 검사를 수행합니다. 3차원 측정기(CMM)와 광학 스캐너는 품질을 확인하고 사양과 표준을 충족하는지 확인하기 위해 사용하는 첨단 계측 장비의 예입니다.

치수 검사는 부품의 중요한 부분을 측정하는 작업입니다. 또한 표면의 거칠기도 측정합니다. 통계적 공정 관리(SPC)는 공정이 어떻게 진행되고 있는지 추적하고 좋은 부품을 만들고 있는지 확인하는 작업입니다. 엑스레이나 초음파를 사용하여 부품 내부를 살펴보고 문제가 있는지 확인할 수도 있습니다.

외관 요건을 충족하지 않는 부품은 샌드블라스팅을 하거나 다른 표면 처리를 할 수 있습니다. 또한 이러한 부품을 더 잘 작동하도록 페인팅, 조립 또는 기타 최종 작업을 할 수도 있습니다. 특수한 작업을 해야 하는 경우 더 많은 부품이나 기능을 추가하기 위해 기계 가공, 용접, 본딩 등의 하위 조립 작업을 수행해야 합니다. 조건 요건을 충족하고 고객이 우리가 만든 제품에 만족할 수 있도록 품질 관리 절차가 마련되어 있습니다.

사출 성형 공정에 영향을 미치는 요인

온도 제어

1. 배럴 온도

이 공정에서는 온도 제어가 매우 중요하며, 배럴 온도, 노즐 온도, 금형 온도 등 세 가지 파라미터를 제어해야 합니다. 앞의 두 온도는 주로 플라스틱의 흐름과 결정화에 영향을 미치며, 후자는 냉각과 흐름을 제어할 수 있기 때문에 가장 중요합니다. 플라스틱의 종류에 따라 유동 온도가 다르며, 같은 종류의 플라스틱 내에서도 등급과 공급원에 따라 유동 및 분해 온도가 다릅니다. 결과적으로 평균 분자량 및 분자량 분포와 관련된 수지의 화학적 특성이 변경될 수 있습니다. 수공구 배럴의 온도는 사출기의 종류에 따라 다르므로 배럴의 선택도 달라집니다.

2. 노즐 온도

일반적으로 노즐 온도는 배럴의 최고 온도보다 훨씬 낮지 않은 경우가 많습니다. 이렇게 하면 용융된 재료가 노즐 밖으로 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 이를 "침방울"이라고도 합니다. 용융 노즐 온도가 너무 낮으면 녹은 재료가 너무 빨리 얼어서 노즐이나 부품이 막히지 않습니다.

3. 금형 온도

금형의 온도는 부품의 특성과 외관에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 금형의 고온 및 저온은 결정성의 유무, 금형의 크기 및 디자인, 부품의 특성, 기타 공정 조건(용융 온도, 사출 속도 및 압력, 사이클 시간 등) 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다.

압력 제어

사출 성형 압력에는 가소화 압력과 사출 압력이 포함되며, 이 두 가지 압력은 가소화 및 제품 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

1. 가소화 압력

(역압) 사출 노즐이 있는 스크류 기계에서 스크류의 가소화 압력은 눈금에서 스크류 직경을 증가시킵니다. 시스템의 힘은 유압 시스템의 릴리프 밸브에 의해 제어됩니다. 즉, 가소화 압력이 구동력과 같은 수준으로 유지되면 가소화 압력을 높이면 용융물의 온도는 상승하지만 가소화 속도는 감소합니다. 반면 가소화 압력이 높으면 일반적으로 온도와 색상이 균일할 뿐만 아니라 용융물에 갇혀 있을 수 있는 가스가 없는 플라스틱 제품을 생산할 수 있습니다. 대부분의 경우 가소화 압력은 좋은 제품 품질을 만들고 유지할 수 있는 가능한 가장 낮은 값으로 설정됩니다. 실제로 가소화 압력은 선택한 플라스틱의 종류에 따라 결정되지만 20kg/cm²의 값에 도달하는 경우는 거의 없습니다.

2. 사출 압력

현재 거의 모든 사출 성형기는 플라스틱 압력과 사출 압력(오일 압력에서 회로에 의해 변환됨)에 동일한 압력을 사용합니다. 사출 압력은 배럴에서 캐비티로의 용융물 흐름, 특정 속도로 채워질 금형, 압축될 용융물로 인한 저항을 극복하기 위한 것입니다.

성형 주기

사출 성형에서 한 공정을 완료하는 데 걸리는 시간을 성형 사이클 또는 성형 주기라고 합니다. 금형을 통해 주조하는 과정은 노동 생산성 및 장비 활용도와 직접적인 관련이 있습니다. 따라서 생산 공정에서 최고의 품질 수준을 유지하면서 성형 단계의 길이를 단축해야 합니다. 사출 시간과 냉각 시간은 성형 공정의 핵심 단계입니다. 사출 성형 공정제품의 품질에 가장 직접적인 영향을 미치는 요소입니다. 충전 시간은 충전 속도(시간의 역수)에 정비례합니다. 생산 과정에서 재료의 충전 시간은 일반적으로 3~5초입니다.

캐비티의 플라스틱이 압력을 받는 시간을 패킹 시간이라고 합니다. 이는 매우 중요하며 전체 사출 시간에서 큰 비중을 차지합니다. 일반적으로 20초에서 120초 사이입니다(극단적인 경우 두꺼운 부품의 경우 5~10분). 포장 시간은 용융물이 기계의 노즐에서 응고된 후 제품의 최종 크기를 결정합니다. 금형의 포장 시간은 금형의 조건과 재료 온도, 이송 섹션의 폭과 게이트라고 하는 러너를 기준으로 계산됩니다. 메인 러너와 게이트의 크기와 공정 조건에 따라 제품의 수축률이 가장 적은 압력을 표준으로 선택해야 합니다. 냉각 시간은 제품의 두께, 플라스틱의 열적 및 결정적 특성, 금형 온도에 따라 달라집니다. 가장 중요한 것은 금형 개봉 과정에서 제품이 변하지 않도록 하는 것입니다. 일반적으로 약 30초에서 120초 정도입니다. 냉각 시간이 너무 길면 시간 낭비입니다. 생산 효율이 떨어질 뿐만 아니라 복잡하고 얇은 부품을 꺼내기가 어렵고 이형 응력을 일으키지 않고 꺼내기가 어려울 수 있습니다. 다른 경우에는 성형 시간의 형태는 재료 가공이 중단되지 않고 기계 지향적이며 성형 및 충진 공정이 얼마나 통합되어 있는지에 따라 달라집니다.

사출 성형 기술 동향

미래에는 사출 성형이 더욱 유연하게 변화할 것입니다. 전 세계적으로 환경 문제가 심각해질수록 친환경 제조는 제조업계의 새로운 트렌드가 될 가능성이 높습니다. CNC 가공과 사출 성형 기술은 생산 과정에서 원자재를 구입하거나 폐기물을 발생시키지 않지만 미래의 친환경 제조에서 더 큰 역할을 할 것입니다. 또한 자동화 기술의 발전은 다음과 같은 성장에 의해 촉진될 것입니다. 사출 성형 기술를 사용하면 실패할 확률이 더 낮아집니다.

결론

사출 성형은 여러 단계로 이루어진 고도로 발달된 공정입니다. 각 단계는 고품질의 완성 부품과 제품을 생산하는 데 중요합니다. 설계 및 프로토타입 제작부터 최종 제품 출시 전 검사에 이르기까지 각 단계의 순서를 이해하는 것은 제조업체가 생산 방법을 개선하고 품질을 관리하며 최고의 제품을 생산하기 위해 매우 중요합니다. 사출 성형의 미래는 다른 기술과 더 효율적이고 정확하며 다재다능한 새로운 재료 및 기법의 사용에 의해 형성되고 있습니다.