플라스틱 사출 성형은 용융된 플라스틱을 플라스틱 제품 금형에 압력을 가하여 주입하고 냉각하여 원하는 플라스틱 부품을 얻는 공정을 말합니다. 사출 성형 공정은 특히 자동차 제조, 가전제품 및 의료 장비와 같은 분야에서 널리 사용되는 제조 기술입니다.

여기서 중요한 변수 중 하나는 사출 속도인데, 이는 사출 성형기가 뜨거운 액체 플라스틱을 금형 자체에 주입하는 데 걸리는 시간을 측정하는 것입니다. 이는 생산 효율성과 제품 품질 모두에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 사출 속도는 사출 성형 공정사출 금형의 설계와 품질은 사출 속도에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 문서에서는 사출 금형이 사출 속도에 미치는 영향을 살펴보고 금형 설계, 재료 선택, 제조 공정, 금형 온도 제어, 러너 설계 등을 살펴봅니다.

금형 설계가 사출 속도에 미치는 영향

금형 캐비티 설계

캐비티 레이아웃은 사출 금형 설계의 핵심입니다. 설계가 좋으면 사출 속도를 크게 높일 수 있지만 설계가 좋지 않으면 사출 속도가 느려질 뿐만 아니라 사출 과정에서 결함이 발생하거나 사출 시간이 길어질 수 있습니다.

1. 캐비티 수량: 금형에 여러 개의 캐비티가 있는 경우 여러 개의 부품을 동시에 생산할 수 있습니다. 즉, 작업을 더 빨리 완료할 수 있어 생산 효율이 향상됩니다. 동시에 너무 많은 것을 만들려고 하면 금형 작업에 문제(과도한 사출 압력)가 발생하여 사출 공정 중 압력과 온도를 제어하기가 더 어려워질 수 있습니다. 따라서 설계자는 다중 캐비티 금형을 제작할 때 생산 효율성과 공정 복잡성의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.

2. 캐비티 배열: 캐비티가 어떻게 배열되어 있는지는 플라스틱이 흐르는 방식과 저항에 영향을 미칩니다. 캐비티가 잘 배치되어 있으면 흐름에 대한 저항이 적고 사출 속도가 빨라질 수 있습니다. 일반적으로 사람들은 대칭적인 레이아웃을 사용하여 각 캐비티가 같은 속도로 채워지도록 합니다.

금형 구조 설계

금형 구조 설계에는 파팅 표면, 게이팅 시스템, 냉각 시스템 및 환기 시스템이 포함됩니다.

1. 분할 표면 디자인: 파팅 표면은 금형이 열리고 닫히는 접촉면입니다. 파팅 표면을 잘 설계하면 금형을 열거나 닫는 시간을 줄이고 수리해야 할 때까지 더 오래 사용할 수 있으며 사출 성형 속도도 빨라집니다. 일반적으로 파팅 표면은 가공 난이도와 마모를 최소화하기 위해 가능한 한 평평하게 설계해야 합니다.

2. 게이팅 시스템 설계: 게이트는 용융된 플라스틱이 캐비티로 흘러 들어가는 통로 역할을 합니다. 잘 계획된 게이트로 사출 속도를 향상시킬 수 있습니다. 다이렉트 게이트, 핀 게이트 및 팬 게이트가 사용되는 몇 가지 종류가 있습니다. 올바른 크기와 유형을 선택하면 부품이 충진될 때 흐름에 대한 저항이 줄어들어 충진 속도가 빨라집니다.

3. 냉각 시스템 설계: 냉각 시스템의 설계는 재료를 얼마나 빨리 주입할 수 있는지에 큰 영향을 미칩니다. 냉각 시간은 전체 사출 주기의 절반 이상을 차지하는 경우가 많으므로 효율적인 냉각 시스템을 사용하면 사출 주기를 상당히 단축할 수 있습니다. 일반적인 냉각 방법에는 수냉과 오일 냉각이 있습니다. 냉각 채널의 레이아웃과 크기를 잘 설계하여 균일한 냉각과 빠른 열 방출을 보장해야 합니다.

4. 환기 시스템 설계: 캐비티에서 공기와 휘발성 물질을 제거하여 화상이나 기포와 같은 결함을 방지하려면 일반적으로 환기 시스템을 사용합니다. 이 시스템을 잘 설계하면 재료를 주입하는 속도와 결과물의 전반적인 품질을 향상시킬 수 있습니다. 일반적으로 캐비티와 분리면에 벤트 홈을 배치하거나 벤트 플러그와 벤트 홀을 사용하여 환기합니다.

금형 재료가 사출 속도에 미치는 영향

금형강 선택

금형 재료의 선택은 금형의 수명, 가공 정밀도 및 사출 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적인 금형 재료로는 금형강, 알루미늄 합금, 구리 합금 등이 있습니다.

1. 금형 강철: 금형강은 대량으로 금형을 제작할 때 중요한 특성인 고강도, 경도, 내마모성으로 잘 알려져 있습니다. P20, H13, S136 등 여러 종류의 몰드강을 사용할 수 있습니다. 열을 잘 전도하지 않아 냉각으로 열을 빠르게 제거할 수 있는 속도가 제한되지만 크롬 또는 티타늄 도금과 같은 처리를 통해 내마모성과 내식성을 모두 개선할 수 있습니다.

2. 알루미늄 합금: 알루미늄 합금은 가공성과 열전도율이 뛰어나 프로토타입 금형과 소량 생산에 적합합니다. 6061과 7075가 가장 일반적으로 사용되는 유형 중 하나입니다. 이러한 금형은 냉각 속도가 빨라 사출 속도를 높일 수 있지만 강철만큼 강하거나 내마모성이 뛰어나지 않아 수요가 적은 제품에 적합합니다.

3. 구리 합금: 구리 합금은 열전도가 뛰어나고 부식에 잘 견딥니다. 그렇기 때문에 게이트 인서트나 냉각 인서트와 같이 빠른 냉각이 필요한 금형 부품은 구리 합금으로 제작되는 경우가 많습니다. 구리 합금 금형은 효율적으로 냉각되어 사출 속도를 크게 향상시키지만 가격이 비싸고 일반적으로 금형강 또는 알루미늄 합금과 결합됩니다.

금형 표면 처리

표면 처리는 금형 성능을 향상시킵니다. 일반적인 표면 처리에는 크롬 도금, 티타늄 도금, 질화 및 침탄 처리가 포함됩니다.

1. 크롬 도금: 이 공정은 표면 경도와 내마모성을 높이는 동시에 마찰을 줄여 사출 시간을 단축하는 데 도움이 됩니다. 대부분의 금형에는 0. 01-0. 1mm 크기의 크롬 층이 적용됩니다.

2. 티타늄 도금: 티타늄 도금의 두께는 0. 001~0. 01mm로 마모와 열에 많이 노출되는 금형 부품에 사용할 수 있습니다. 이 도금은 또한 부식에 잘 견디기 때문에 금형의 수명과 제조업체가 금형에 사출할 수 있는 속도를 모두 연장하는 품질입니다.

3. 질화: 질화는 표면 경도와 내마모성을 향상시켜 금형 수명을 연장합니다. 질화 층의 두께는 일반적으로 0.1~0.5mm로 고강도, 고경도 금형에 적합합니다.

4. 카부라이징: 침탄 처리는 표면 경도와 내마모성을 향상시켜 금형이 피로로 인해 고장 나기 전에 사용할 수 있는 기간을 늘립니다. 이 처리를 통해 약 0.5mm에서 2mm 두께의 경화 층이 생성되므로 금형 대량 생산이 더욱 비용 효율적입니다.

금형 제조 공정이 사출 속도에 미치는 영향

정밀 가공 기술

정밀 가공은 금형 가공 정확도와 표면 품질을 개선하는 데 매우 중요합니다. 일반적인 정밀 가공 기술로는 CNC 가공, EDM, 레이저 가공 등이 있습니다.

1. CNC 가공: 이 공정을 통해 복잡한 형상의 금형을 포함하여 매우 정확하고 효율적이며 유연한 금형을 제작할 수 있습니다. 금형 제작 시 표면 품질과 전반적인 정밀도를 모두 향상시키는 데 매우 효과적입니다. 대부분의 금형 유형은 CNC 기계를 사용하여 만들 수 있지만 품목에 복잡한 특징이 있거나 실제로 매우 높은 공차로 생산해야 하는 경우 특히 유용합니다.

2. EDM: 금형강 및 카바이드와 같은 고경도, 고강도 금형 재료의 가공은 EDM에 적합합니다. 높은 정밀도와 우수한 표면 마감으로 복잡한 금형 형상을 생산할 수 있지만 효율성이 떨어지며 일반적으로 금형 마감 및 수리에 사용됩니다.

3. 레이저 가공: 레이저 가공을 사용하면 복잡한 금형 모양과 미세한 피처를 접촉 없이 높은 정밀도와 효율로 가공할 수 있습니다. 레이저 조각 및 레이저 클래딩(표면 마감과 같은 처리에 유용할 수 있음)과 같은 작업도 가능하므로 이 기술은 사물의 미세한 끝단에서 툴링 작업을 할 때 이상적입니다.

신속한 프로토타이핑 기술

래피드 프로토타이핑 기술은 재료를 적층하여 금형 또는 금형 프로토타입을 직접 제작하는 기술입니다. 일반적인 래피드 프로토타이핑 기술에는 광조형(SLA), 선택적 레이저 소결(SLS), 용융 증착 모델링(FDM)이 있습니다.

1. 광조형(SLA): SLA 기술은 레이저를 사용하여 감광성 수지를 한 층씩 경화시켜 재료를 쌓고 매우 높은 정밀도로 금형의 프로토타입을 제작하는 방식으로 작동합니다. 배치 크기가 작거나 복잡한 모양이 필요한 프로토타입 금형 제작에 SLA를 사용할 수 있지만, 재료 선택이 제한적이고 기계적 성능이 떨어진다는 단점이 있습니다.

2. 선택적 레이저 소결(SLS): 선택적 레이저 소결(SLS) 기술은 레이저가 융합하는 분말 재료를 층층이 쌓아 재료를 제작하는 방식입니다. 이 공정은 인상적인 강도의 금형 프로토타입을 제작합니다. SLS는 재료 선택의 폭이 넓지만 표면 품질이 좋지 않아 후처리가 필요한 복잡한 금형 모양과 중소규모 배치 생산 프로토타입을 제조하는 데 적합합니다.

3. 용융 증착 모델링(FDM): 열가소성 소재를 가열하여 층을 만드는 FDM 기술은 고강도 금형 프로토타입을 제작합니다. 이 방법은 중간 정도의 복잡한 금형과 소량 생산 프로토타입을 제작하는 데 적합하지만, 가공 시 정밀도가 높지 않아 표면 마감이 좋지 않습니다.

금형 온도 제어가 사출 속도에 미치는 영향

사출 속도에 미치는 금형 온도 영향

사출 속도와 관련하여 금형 온도 제어는 매우 중요합니다. 온도를 적절히 조절하면 작업 속도가 빨라지고 제품 품질이 향상됩니다. 하지만 용융 온도가 너무 높거나 낮으면 용융되는 플라스틱의 유량과 냉각 시간이 영향을 받을 수 있으며, 이는 결국 사출 성형기를 사용하여 제품을 얼마나 빨리 만들 수 있는지에 영향을 미칩니다.

1. 높은 금형 온도: 금형 온도가 너무 올라가면 용융된 플라스틱이 더 천천히 냉각됩니다. 이렇게 하면 냉각 시간이 길어지고 사출 성형 사이클이 짧아지므로 사출 속도가 느려집니다. 또한 금형 온도가 높으면 플래시나 뒤틀림과 같은 표면 결함이나 왜곡이 발생할 수 있습니다.

2. 낮은 금형 온도: 금형 온도가 낮으면 녹은 플라스틱의 이동을 방해하여 생산 속도가 느려질 뿐만 아니라 콜드 라인이나 불완전한 충진과 같은 결함이 발생하여 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 제품을 만드는 속도도 느려질 수 있습니다.

금형 온도 제어 시스템

금형 온도를 합리적인 범위 내에서 유지하기 위해 금형에는 일반적으로 온도 제어 시스템이 통합되어 있습니다. 일반적인 금형 온도 제어 시스템에는 다음이 포함됩니다:

1. 수냉식 냉각 시스템: 수냉식 공정에서는 금형 내부의 냉각 채널이 열을 제거하고 온도를 낮추기 위해 금형 주위로 물을 운반합니다. 이는 사출 금형으로 물건을 만들 때 뜨겁거나 차가운 정도를 제어하는 다른 방법과 비교할 때 효율적이고 저렴하기 때문에 이 시스템이 전반적으로 많이 사용되는 이유입니다.

2. 오일 냉각 시스템: 오일 냉각은 금형을 냉각하기 위해 금형 내부의 냉각 채널을 통해 냉각 오일을 흐르게 합니다. 수냉만큼 효율적이지는 않지만 이 방법은 고온 사출 성형에 사용되는 고온에서 냉각해야 하는 금형에 적합합니다.

3. 전기 난방 시스템: 전기 가열 시스템은 발열체를 사용하여 금형을 가열하고 온도를 조절하는 대신 전기의 흐름을 생성하여 금형의 온도를 제어합니다. 예를 들어 핫 러너 금형과 같이 매우 특정한 온도 제어가 중요한 경우 이러한 시스템을 냉각 시스템과 함께 사용할 수 있습니다.

러너 설계가 사출 속도에 미치는 영향

러너 유형

러너 시스템은 용융된 플라스틱이 사출 성형기의 노즐에서 금형 캐비티로 이송되는 방식입니다. 실제로 동선의 레이아웃은 후속 층의 사출 속도와 최종 제품의 품질에 영향을 미칩니다. 일반적으로 사용되는 러너 유형 중 일부는 콜드 러너와 핫 러너로 구성됩니다.

1. 콜드 러너: 콜드 러너는 용융된 플라스틱이 러너에서 응고되어 스크랩을 생성하는 기존 러너 시스템입니다. 콜드 러너는 설계가 쉽고 재료와 에너지 측면에서 경제적이지만 후자를 과도하게 사용하므로 사출 속도가 느려지고 경제성이 떨어집니다.

2. 핫 러너: 핫 러너는 플라스틱을 용융 상태로 유지하는 발열체를 러너에 사용하여 폐기물이 발생하지 않도록 합니다. 핫 러너는 사출 속도를 높이고 사용률과 제조 비용을 줄일 수 있지만 설계 및 제조 비용이 더 많이 들기 때문에 대량 생산에 이상적입니다.

러너 레이아웃

러너 레이아웃의 방향은 사출 속도 유형과 직접적인 관련이 있습니다. 러너를 올바르게 배치하면 흐름 저항이 적고 따라서 더 빠르고 원활하게 충전할 수 있습니다. 러너 배열과 관련하여 균형 잡힌 러너와 불균형한 러너가 일반적입니다.

1. 균형 잡힌 주자: 동일한 채널 레이아웃은 용융 플라스틱이 캐비티로 유입되는 흐름 경로와 압력을 반대 방향으로 설정하여 모든 캐비티에 동시에 주입할 수 있어 제품의 사출 속도와 균일성을 높이는 데 도움이 됩니다.

2. 언밸런스 러너: 불균형 러너 배열은 각 캐비티마다 유입되는 용융 플라스틱의 흐름 경로와 저항을 다르게 만들어 캐비티 충전 또는 사출 속도가 불균일해지고 제품 품질에 영향을 미칩니다. 차등 사출을 비롯한 특수한 사출 공정에 적용되며 증분 분포가 고르지 않습니다.

금형 유지보수가 사출 속도에 미치는 영향

금형 유지 관리

사출 속도와 제품의 품질을 적정 수준으로 유지하려면 적절한 금형 관리가 중요합니다. 매일 금형을 관리하면 금형의 수명을 늘리고 고장률을 낮추며 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

1. 정기 청소: 사출 시간을 줄이고 품질을 개선하려면 금형 표면에 쌓인 잔여물, 불순물 및 녹을 제거하고 가능하면 캐비티, 러너 및 기타 모든 영역을 깨끗하고 매끄럽게 유지하십시오.

2. 정기적인 윤활: 일반적으로 가이드 핀, 부싱, 이젝터 핀 등 금형의 움직이는 부품에 그리스는 마찰과 마모를 줄여 금형의 원활한 작동과 사출 속도 향상, 나아가 금형 수명을 연장하는 데 중요한 역할을 합니다.

3. 정기 검사: 캐비티, 냉각 시스템, 환기 시스템 등 모든 금형 부품을 자주 점검하여 손상되거나 마모된 부품이 최종 제품의 사출 속도와 품질을 방해하기 전에 수리 또는 교체할 수 있도록 해야 합니다.

금형 유지 관리

금형 유지보수는 금형을 장기적으로 안정화시킵니다. 올바른 금형 설계는 금형의 내구성을 개선하고 분당 사출량을 늘리는 데 도움이 됩니다.

1. 저장 환경: 곰팡이는 젖거나 녹슬거나 오염되지 않도록 적절히 보관해야 하며, 깨끗하고 통풍이 잘되며 먼지가 없는 곳에 보관해야 합니다. 곰팡이는 세척한 후 닦거나 방청 오일로 칠한 후 보관해야 합니다.

2. 유지 관리 기록: 기록: 각 유지보수, 수리 및 검사의 시간, 내용 및 결과를 저장하여 금형 사용 및 유지보수 효율성을 모니터링합니다.

3. 정기 유지 관리: 금형 사용 시간과 점검, 세척, 기름칠, 수리 등 일반적인 금형 요구 사항을 정해진 일정에 따라 일상적으로 관리하여 금형을 항상 사용하기에 적합한 상태로 유지하세요.

혁신적인 금형 기술이 사출 속도에 미치는 영향

기술 발전에 따라 사출 속도와 생산 효율성을 개선하기 위해 금형 설계 및 제조에 혁신적인 기술이 점점 더 많이 통합되고 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 혁신 기술입니다:

디지털 설계 및 시뮬레이션

디지털 설계 및 시뮬레이션의 향상된 도구는 금형 설계 및 최적화와 관련된 작업을 향상시킵니다. 그중에는 유한 요소 해석(FEA)을 포함하는 컴퓨터 지원 설계(CAD), 컴퓨터 지원 제조 및 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE)이 있습니다.

1. 컴퓨터 지원 설계(CAD): 금형 설계에 CAD 소프트웨어를 사용하면 금형 설계가 더 쉬워지고 설계를 쉽게 변경할 수 있어 작업의 능률을 높일 수 있습니다. 시각화를 통해 설계자가 실제 금형 설계를 통해 금형 구조를 관찰하고 수정하기가 쉬워져 사출 속도를 향상시킬 수 있습니다.

2. 컴퓨터 지원 제조(CAM): CAM 소프트웨어는 정확한 절단을 위해 CNC 기계의 실제 제어를 통해 CAD 모델을 실제 가공할 경로로 변환합니다. CAM 기술은 가공의 정확도를 높이고 제조 시간을 단축할 뿐만 아니라 사출 속도를 향상시킵니다.

3. 유한 요소 분석(FEA): 사출 공정 중에 FEA 기술은 설계자가 금형의 성능을 예측하기 위해 응력, 변형 및 온도 분포 테스트를 수행합니다. 설계 파라미터와 관련하여 FEA는 금형의 최적 구조 및 재료, 성형 결함, 사출 속도를 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

적층 제조 기술

적층 제조 기술 또는 3D 프린팅은 층을 쌓아 올리는 적층 방식으로 부품을 제작합니다. 금형 프로토타입 및 금형 수리에 일반적으로 사용되는 금형 제조에 널리 사용됩니다.

1. 금형 프로토타입 제작: 첫째, 적층 가공 기술은 설계를 검증하고 비교적 적은 수의 작품을 제작하기 위해 금형을 빠르게 제작합니다. 적층 가공을 통해 재료의 빠른 가공과 함께 낭비가 거의 없어 많은 금형을 개발하는 시간을 효과적으로 줄이고 사출 속도를 향상시킬 수 있습니다.

2. 곰팡이 수리: 적층 제조 기술의 3D 금형 수리 및 재제조 기술입니다. 금형 부품이 마모되거나 손상된 경우 적층 가공을 통해 국부적으로 빌드업을 수행하여 금형의 수명을 연장하고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

핫 러너 시스템

핫 러너 시스템은 플라스틱을 가열하는 러너에서 플라스틱을 용융 상태로 유지하므로 콜드 러너에서 볼 수 있는 재료 낭비 및 캐비티 압력 강하가 발생하지 않습니다. 따라서 핫 러너 시스템 사출 속도를 정확하게 구현하고 최종 제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다.

1. 핫 러너 디자인: 러너 시스템에서 열 안정성을 극대화하려면 다양한 시스템 전체에 온도가 잘 분포되어 충전 속도와 품질을 향상시키는 핫 러너 설계가 적절해야 합니다. 밸브 게이트와 핫 스프루는 가장 친숙한 핫 러너 설계입니다.

2. 온도 제어: 핫 러너 시스템은 온도 제어가 필요하므로 플라스틱이 사출 공정을 통해 올바른 상태로 흐르도록 보장해야 합니다. 우수한 온도 제어는 사출 속도와 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다.

복합 금형 기술

플라스틱 생산의 복합 금형 기술은 금형의 작동 효율과 사출 속도를 향상시키기 위해 금형에 복합 재료와 구조를 사용하는 것을 포함합니다. 인서트 몰딩, 투샷 몰딩, 샌드위치 몰딩 등의 기술이 있습니다.

1. 몰드를 삽입합니다: 임베디드 몰드는 사출 속도를 높이는 동시에 몰드 성능을 향상시키는 동시에 다양한 재료로 만들어진 몰드 인서트입니다. 예를 들어, 고마모 영역에는 고경도 소재를, 고열 영역에는 열전도율이 높은 소재를 설치할 수 있습니다.

2. 투샷 몰드: 투샷 금형은 사출 과정에서 두 가지 색상 또는 두 가지 다른 재료를 사용하여 더 빠르고 더 나은 제품을 생산할 수 있습니다. 그러나 투샷 금형은 더 복잡한 방식으로 설계 및 제조되지만 사출 속도를 높이는 데 확실히 도움이 됩니다.

3. 샌드위치 몰드: 또한 샌드위치 몰드는 금형 내 층을 수용하여 열전도율을 높이고 냉각하는 데 효과적이라고 합니다. 실제로 샌드위치 몰드를 사용하면 사출 속도 증가뿐만 아니라 냉각 시간 단축에도 직접적인 영향을 미칩니다.

결론

그리고 사출 금형 사출 성형의 가장 중요한 측면은 금형 설계, 금형 재료, 제조 및 열 제어, 러너 설계 및 유지 관리가 사출 속도에 영향을 미치는 몇 가지 요소입니다. 생산 효율과 제품 품질을 크게 향상시킬 수있는 새로운 기술을 적용한다는 전제하에 사출 속도를 높여 금형을 최적화하는 것이 합리적입니다.

앞으로 디지털 설계 시뮬레이션 기술, 적층 제조 기술, 핫 러너 시스템 및 복합 금형 기술과 같은 차세대 제조 장비의 발전으로 사출 금형은 제조 산업에서 더 큰 역할을하여 다양한 산업에 강력한 지원을 제공 할 것입니다. 에 관해서는 사출 성형 기술 금형 설계 등 지속적인 연구와 실천을 통해 앞으로 더 많은 혁신과 발전을 이뤄내 제조 산업에 새로운 변화를 가져올 것입니다.