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2.3.3 사출성형품의 기본설계요령
1.파아팅라인(Parting Line)의 결정
성형품을 금형에서 취출할 적에 금형의 가동측을 고정측에서 분리하여 열고 성형품을 빼내는데 금형의 파아팅라인부분에 금
형의 분할자국을 파아팅라인 이라고 한다.
파아팅라인이 제품의 외관상 눈에 잘띄지 않는 위치, 또는 형상으로 한다.
성형품의 마무리 가공이 쉬운 위치에 오도록 택한다.
성형 재료의 유동 방향을 고려한 게이트의 위치와 형상 및 파아팅라인과의 관계를 고려한다.
금형가공이 용이하도록 파아팅라인의 위치를 택한다.
성형품에 언더컷이 생기지 않도록 파아팅라인의 위치를 택한다.
파아팅라인이 처음에는 거스러미(flash)가 발생하지 않아도 장시간 금형을 사용하게 되면 그부분이 마모되어 그사이에 틈이
발행하여 사출용액이 흘러나와 거스러미(flash)가 발생하게 된다. 그러므로 거스러미가 발생할 경우 거스러미 제거가 용이한
위치에 파아팅라인을 설정하도록 금형설계난 성형물 설계에 있어서 충분히 고려되어야 한다.
보이지 않는 위치에 파아팅라인을 설정한 일반적인 예를 그림 2.40에 도시 한다.
(1) 파아팅라인의 설계
a)금형의 열림 방향에 수직으로 한다.
b)파아팅면은 평면이 가장 좋으나 제품설계상 어쩔수 없는 경우 또는 금형 가공상 파아팅면을 경사로 하는 것이 쉬울때는
경사면 또는 곡면으로 한다.
공상 파아팅면을 경사로 하는 것이 쉬울때는 경사면 또는 곡면으로 한다. 이에 대해 좀더 자세하게 설명하고자 한다. 그림
2.41은 일반적인 파아팅라인을 정하는 방법인 평면 분할을 표시한 것으로 이때에는 언더컷(Under cut)이 생기게 된다.
따라서 그림 2.41와 같이 파아팅라인을 동일 평면상에 놓지 않고, 성형제품의 놓는 위치각도를 변경하여 2단 평면상에 놓으
면 언더컷을 피하게 되어 금형이 단순해진다. 그러나 이 경우에는 금형 조립시 캐비티(cavity)와 코어(core)를 틈새 없이 맞
닿게 하는 것이 매우 어렵게 되어 그틈새로 사출물이 흘러나와 파아팅면에 거스러미가 발생하기 쉽다. 따라서 파아팅면을 다
듬질이 쉬운 위치를 택하여 설치한다.
c)파아팅라인면까지 너어링무늬가 이어질 경우 거스러미가 발생할 경우 제거가 용이하지 않다. 따라서 파아팅라인면 바로
윗부분에 단을 주는 방식을 택하면 거스러미 발생시 거스러미 제거를 쉽게 할수 있다. 그 예로서 그림 2.42와 그림 2.42를
예시하였다. 그림 2.42가 개선한 설계 방식이다.
d)제품외관에 파아팅라인이 잘 나타나지 않도록 한다. 파아팅라인자국은 가능한 눈에 잘 보이지 않는 곳에 설치하는 것이
좋다. 외관을 중요시 하는 제품의 경우는 특히 파아팅 라인의 위치선정이 중요한다. 그림 2.43은 전기다리미 손잡이의 파아
팅라인을 나타낸 것으로 파아팅면을 제품의 하단부에 설치해서 눈에 잘 보이지 않도록 설계한 것이다. 단면도에 나타낸 바와
같이 성형품이 보이지 않는 쪽의 단면폭을 작게해서 고정측 형판과 가동측 형판의 위치가 다소 어긋나도 괜찮도록 설계한 것
이 특징이다.
e)성형품의 양단에 언더컷이 있는 경우에는 세로 분활의 파아팅라인을 택한다. 호스이음과 같은 양 끝에 언더컷이 있는 성
형품은 세로 분할이 되도록 하여 언더컷이 생기지 않도록 파아팅라인을 설정한다. 그 예로서 그림 2.44를 예시한다.
g)빼기 구배를 고려하여 성형품이 가동측이나 고정측 한쪽에서 성형이되도록 파이팅라인을 택한다. 제품은 금형을 분리시
가동측 즉 하운판 쪽에 붙을 가능성이 있을때에는 강제적으로 가동측 형판에 붙도록 설계를 변경하여 금형으로부터 성형품의
밀어내기가 원만히 이루어지도록 해야 한다.
한 예로 그림 2.46의 경우처럼 깊은 홈이 고정측 양쪽에 있을 때에는 성형품은 양 쪽에 붙는 경우가 있다. 따라서 가동측에
성형품 전부를 확실히 붙게 하기 위해서는 그림 2.46처럼 깊은 홈을 가동측에 설치해야만 한다.
2. 성형품의형상 설계
(1) 살두께
a)살두께의 결정-상형품의 살두께는 성형품의 코스트(cost), 성형품에 대한 요구 품질, 재료의성질 및 성형성 등을 고려하
여 결정한다. 살두께는 구조,제품의 무게,강도 ,절연정도,치수 안정성 등의 기능적 요인과 유동성,이형성,조립강도,조립 정
밀도 등 생산적 요인을 감안하여 결정한다. 그 외에도 프라스틱 메이커에서 추천한 재료별 살두께에 대한 데이터가 참고 자
료로 활용하고 있다. 많이 사용되고 있는 성형 재료에 일반적으로 적용할수 있는 살두께의 범위를 표2.20에 나타낸다.
살두께는 조건이 허용하는 한 최소한도록 설계하는 것이 좋다. 이는 살두께의 감소에 의한 원재료의 절약뿐만아니라,제품성
형시 냉각시간의 단축에 의한 생산성까지 향상되기 때문데 원가 절감면에서는 많은 효과가 있다. 살두께는 일반적으로 1∼
5mm정도 의 범위내에서 살두께를 결정하지만 현실적으로 2.5mm정도의 살두께가 많으면 이범위 이하나 이상의 살두께는 특수
성형의 경우에 사용된다. 참고로 살두께 치수에 대한 공차범위를 표 2.21에 예시한다.
b)유동비와 살두께와의 관계-성형품의 유동거리/살두께의 비 (L/t)유동비라 한다. 이 유동비가 클수록 성형이 어려워지므로
유동비가 크게되지 않도록 게이트의 수와 살두께를 결정한다. 성형품의 두께의 고온으로 유동중인 수지가 온도가 낮은 금형
표면과의 접촉으로 냉각하므로 얇은 제품일수록 흐름이 나빠지고 분자 배향이 증가한다. 따라서 캐비티의 말단부까지 수지를
충진시키기 위해서는 유동비가 어떤 적당한 값 이하가 되도록 한다.
표2.21 살두께 치수와 공차
이 유동비는 수지의 배합,수지의 온도,수지의 온도,사출압력,게이트의 종류,런너의 길이등에 의하여 번화하는 것이므로 개략
적으로 정하기 어려우나 계산방법에 의해 결정할수 있다. 계산된유동비가 프라스틱 메이커에서 추천한 유동비 이하이면 일단
충진이 가능 하게 된다.여기에 유동비 계산방번(그림 2.27)과 성형수지의 사출압력과 유동비와의 관계(표2.22)를 예시한다.
표 2.22 성형수지의 사출압력 및 유동비의 관계
c) 살두께 결정시 고려해야 할 사항-살두께를 결정함에 있어서 성형품의 품질과 연관하여 특히 고려해야 할 사항은 다음과
같다.
살두께는 균일하여야 하면 살이 두꺼운 부분이 필요한 경우 서서히 변화시킨다.두께가 균일하지 않으면 냉각속도가 지연
되어 성형사이클이 길어지고 수축량이 달라지므로 응력 집중이나 변형의 원인이 된다.(글림 2.51참조)
유동비가 크게 되지 않도록 한다. 만일 유동비가 추천치보다 클경우는 게이트 수를 늘리거나, 살두께를 두껍게 한다.(표
2.22참조)
성형품의 강도를 보강할 필요가 있는 경우는 살두께를 두껍게 하는 것보다 리브(rib)나 보스(boss)를 설치하는 것이 냉각
시간을 단축하고 싱크마크(sink mark)발생을 감소시킬수 있다.
d)살두께의 균일 설계-살두께를 결정하는데 가장 중요한 것은 전 제품에 걸쳐 가능한 균일한 살두께를 유지하도록 하는 것
이다.살두께의 변화는 20%정도로 한다. 급격한 살두께의 변화는 성형품에 휨이나 싱크마크등 여러 문제 발생의 요인이
되기 때문이다. 살두께를 균일하게 하는 예를 아래에 예시한다.(그림2.48 및 그림 2.49)
e)서로 다른 살두께의 연결-균일한 살두께를 유지할수 없을 경우에는 그림2.50의 예와 같이 점차적인 살두께의 변화를 갖도
록 한다. 용융수지의 유동을 고려하여 게이트의 위치를 설치한다. 일반적으로 열가소성수지에서는 살두께가 두꺼운 쪽에
게이트를 설치하므로서 원재료의 유동이 두꺼운 쪽에서얇은 쪽으로 흘러 압력손실이 적게 한다.
다음에 살두께가 다른 경우의 연결 예를 나타낸다.
한부품내에서 서로 다른 살두께가 균일하게 되지 않으면 경사로 연결한다.(그림2.51참조)
살두께가 급격하게 불균일하게 되면 외관 불량을 발생시킨다.
살두께가 불균일면 외관불량을 초래한다.불균일한 살두께는 싱크마크의 발생 등 외관불량을 발생시킨다.그림2.53에 개선
설계 내용을 예시 하였다.
재료의 흐름은 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 흐르는 것이 좋은면 살두께의 변화도 유연성 있게 서서히 변하여야 한다.
그림 2.54에 그 예를 예시하였다.
f)형상에 따르는 살두께의 처리
곡면 부위도 가능한 한 살두께를 균일하게 한다.
금형 구조상의 원인으로 A부의 살두께가 얇아지는 것을 피한다.
살두께가 너무 얇을 경우는 성형사출시 수지를 충진시키는데 압력이 많이 소요되고 또한 끝부분까지 충진하기가 어려워
그부분을 개선하는 것이 좋다.
상자 모양 또는 용기 모양의 성형품은 밑바닥을 두껍게 하고 측벽은 서서히 두께가 감소되도록 한다.(그림 2.58)
(2)빼기 구배(Taper and draft angle)
금형을 열고 성형품을 취출할 때 수지의 냉각에 의한 수축에 의해 고정측 코어에 단단히 붙어있는 성형제품을 변형없이 원활
하게 취출하기 위해서 파아팅면에 수직한 제품면에 그림2.59과 같이 빼기 구배를 준다. 따라서 빼기 구배가 적거나 금형 캐
비티의 표면 다듣질이 적당치 않을 경우는 형 열림이 어렵거나 제품을 취출할 때 뒤틀림현상이 발생하거나 취출저항에 의해
성형제품의 표면에 이젝터핀(Ejecter Pin)자국에 의한 변형 및 균열 긁힘 등의 불량이 발생하는 원인이 되는 경우가 많다.
a)빼기구배설계시 고려사항-빼기 구배의값은
재료의 특성(성형 수축률,강성 및 윤활성)
성형품의 형상과 구조(형열림 방향의 성형품의 높이,성형품의 살두께)
금형의 구조 (밀어내기 방법)
금형의 제작(성형품의 빼기 방향의 금형 캐비티 면의 다듬질 정도)
성형 조건(금형내수지 압력)
등을 고려해서 정하는 것이 좋다. 일반적으로 빼기구배는1/30∼1/60(2。∼1)가 적당하지만 실용 최소 한도는 1/120(1∼2)로
한다. 빼기 구배의 적용은 실제 금형제작을 하여 성형제품을 사출하는 과정에서 쌓여진 경험에 의해 의존하는 경우가 많다.
물론 빼기 구배는 크게 하는 것이 취출이 용이하지만 성형품의 기능 및 치수 정밀도 관계로 빼기 구배를 크게 설정하지 못하
는 경우도 많다. 특히 정밀 성형품의 경우에는 더욱더 구배를 작게 설정하지 않을 수없다. 이렇게 제품성격상 구배를 적게
줄 경우는 캐비티 및 하코어의 표면 거칠기를 아주 적게 하여야 한다. 또한 다듬질하는 방향도 빼기 방향으로 하여야 하므로
빼기 방향으로 다듬질이 용이하게 될 수 있는 금형 구조가 되도록 성형품을 설계해야 한다. 일반적인 수재 재료의 빼기 구배
값을 표 2.23에 나타낸다.
표 2.23 수지에 따르는 빼기 구배
다음 표2.24는 빼기 구배를 각도로 나타낼 때 높이와의 관계를 참고로 나타낸것이다.부록에 빼기 각도와 높이에 관한 표를
삽입하였다.
b)빼기 구배에 대해 유의할점은 다음과 같다.
빼기 구배가 작은 성형품인 경우에는 과잉 충진을 피해야 한다.
빼기 구배가 주어지지 않을 경우는 슬라이드코어 방식 또는 고정 코어 방식의 금형 구조를 하여야 한다.
빼기 구배가 있는 것에 줄무늬가 있을 때는 4。정도의 큰 빼기 구배로 한다.
성형수축률이 작은 유리 섬유가 혼합된재료인 경우에는 빼기 구배를 약간 크게 하고 취출방식은 스트리퍼 판으로 밀어내
는 방식의 좋다.
c)상자와 덥개 형상의 빼기 구배-그림 2.60에서의 상자 형상 제품일 경우 다음과 같이 빼기 구배를 일반적으로 사용한다.
H가 50mm이하일 경우 H가 50mm 이상일 경우
=∼
빼기각을 외측과 내측을 구별하여 일반적으로 추천할수 있는 빼기각 치수를 표시하면 표2.25와 같다.
표 2.25 상자형 빼기구배
d)세로 리브(Rib)의 빼기 구배-보강 또는 수지의 흐름을 좋게 하기 위해서 세로로 리브를 넣을 경우에는 빼기 방향에 대해
서 역구배로 되지 않도록 아래 그림2.61서 1.8mm이하로 하기는 곤란하며 밑부분도 싱크마크를 발생하지 않기 위해서도 측벽
또는 밑면 살두께의 50%∼70%의 치수를 적용하는 것이 좋다. 수축이 발생하여도 될 경우는 80%∼100%로 하는 경우도 있다.
세로 리브의 빼기 구배는 다음과 같다.
0.5(A-B)/H=1/500∼1/200
A:밑면 A=T×(0.5∼0.7), H:높이
B:윗면 B=1.0∼1.8mm , T:살두께
e)바닥리브의 빼기 구배- 바닥리브는 세로 리브와 같은 용도로 쓰이면 구배도 같은 방법으로 정한다.
그림2.62에서 변 B는 가공상의 어려움이 있기 때문에 B=1.0mm∼1.8mm이하로 하는 것은 곤란하고 밑변 A도 면수축을 발생하지
않게 하기 위하여 측변 또는 밑바로 하는 것은 곤란하고 밑변 A도 면수축을 발생하지 않게 하기 위하여 측벽 또는 밑바닥 살
두께 50∼70% A = T×(0.5∼0.7)의 치수로 하는 것이 좋다. 싱크마크가 발생되어도 지장이 없는 경우에는 살두께의 80∼90%
로 해도 무방하다.가장 일반적인 구배는 0.5(A-B)/H=1/500 1/200 A:밑면 A=T×(0.5∼0.7), H:높이
B:윗면 B=1.0∼1.8mm , T:살두께
f)창살의 빼기구배-창살의 빼기 구배는 창살의 형상과 면적의 크기의 따라 구배를 다소 변경하는 것이 좋다. 창살의 빼기
구배S는 격자의 피치 P가 4mm이하로 될 경우는 빼기 구배를 1/10정도 주고 창살의 면적이 넓을수록 즉,C가 클수록 이형이 힘
들어지므로 빼기 구배를 늘린다. 높이 H가 8mm를 초과하여 배기 구배를 충분히 줄 여유가 없으면 그림2.63와 같이 반대 방향
에 창살을 붙여서 성형품을 가동측형판에 남도록 한다.
(3)구멍(HOLE)
성형품의 구멍은 사출성형시 웰드라인을 발생시켜 그 부분의 강도를 약화시키는 원인이 되므로 주의를 요하는 구머으이 위치
를 선정하여야 한다. 구머의 형상에는 원형 정사각형 타원형 등이 있으며, 뚫린 형상을 기준하면 크게 관통구멍과 막힌 구멍
으로 대별된다.
a)구멍의 설계-성형품에 구멍을 설계할 경우 다음의 것을 고려하여야 한다.
구멍과 구멍의 피치는 구멍지름의 2배 이상이 되도록 한다.(그림 2.64참조)
구멍 주변의 살두께를 두껍게 하여 제품의 강도를 높이고 구멍주위의 성형응력도 줄인다.
구멍과 성형품 가장자리와의 거리는 구멍에 하중이 작용할때에는 구멍지름이 3배이상이 되도록 하고 하중이 작용하지 않
을 때에는 구멍지름의 1.5배 정도를 띄우도록 거리를 유지한다.(그림 2.66참조)
2개의 코어 핀이 제품의 중간데서 만나서 관통구멍을 형성해야 될 경우는 한쪽 코어의 지름이 다른 한 쪽보다 지름
D=d+0.5이상(0.4∼0.7mm정도)크게 하여 구멍의 편심을 방지하고 코어핀의 강도를 높이는 것이 좋다.(그림2.67 참조)
성형 재료가 흐르는 방향에 수직인 구멍에 코어핀이 설치될 경우 구멍이 적을 경우 코어핀이 휘거나 파손될 경우가 있으
므로 구멍의 크기와 깊이의 관계를 정해 놓을 필요가 있다.즉 구멍의 크기가 Ø1.5mm이하인 경우 깊이(L)은 구멍직경(D)
을 넘지 않도록 하고 Ø3mm보다 클경우는 L<2D로 한다. (그림 2.68참조)
일반적으로 구멍의 수축률은 다른 부분의 수축률에 비교해서 대단히 커진다. 이현상 은 살두께가 두꺼워 질수록 현저해 진
다. 예를 들면 아세탈의 경우 살두께가 2mm에서 전체의 수축률이 2.0%일 때 구머의 수축은 2.5∼3.0%가 되고 살두께가 2mm배
인 4mm가 되면 전체 수축률은 2.2%구멍은 3.0%로 된다. 즉 구멍의 지름은 적게 된다. 따라서 구멍의 치수는 단 한번에 원하
는 치수를 얻기가 어려우므로 몇번의 시험 작업을 약간 크게 가공하여 수정을 용이하게 하는 것이 좋다.여기서 주의할 점은
환상의 구멍(구멍이 원을 따라 많이 뚫린 형태의 구멍들)은 보통 성형 구멍과는 달라서 코어핀의 지름보다 커지므로 금형설
계시 감안하여야 한다. 표2.26에 성형용 구머의 치수 공차 설계를 위한 참고 자료로 성형품의 구멍공차에 대한 데이터를 예
시한다.
표 2.26구멍 및 축에 대한 성형품 공차
b)구멍 설계의 예
여러 개의 구멍을 성형하는 경우에는 웰드라인 및 내부 응력 등을 고려하여 재질 및 성형 조건에 따라 구멍간의 거리를
결정하여야 한다. 예로서 그림 2.69에 예시 된 구멍간의 간격 및 거리에 대한 추천 데이터를 표 2.27에 예시하여야 한다.
구멍의 깊이는 싱크마크 등 변형을 방지하고 재료의 충진을 좋게 하기 위하여 그림 2.70와 같이제품설계를 개선하다.
접시꼴 나사홈 등의 경우에는 상단부에 0.4∼0.5mm층을 남기는 것이 좋다.가늘고 긴 구멍을 성형하는 경우에는 긴핀을 피
하고 상하 양측에서 핀을 세워 구멍중간에서 서로 핀 끝끼리 맞물림이 형성되도록 하여 핀이 부러지거나 굽어지는 것을
장지하여야한다.(그림2.71 참조)
(4)성형품의 변형 방지와 보가 설계
성형품의 변형은 발생 빈도가 높고 원인도 여러 가지이면 일단 발생하면 해결에 많은 어려움을 겪게 된다.
성형품 변형의 원인을 크게 나누면 다음과 같이 구분할 수 있다.
성형품의 설계에 의한 요인(두께의 불균일등)
게이트의 위치에 따른 요인
금형 온도에 금형의 불균일에 의한 요인
성형 수축의 이방성에 의한 요인
재료 및 성형 조건에 의한 요인(성형온도의 낮음)
등에 의한 것으로 대부분의 경우 변형이 위의 요인들의 복합적인 상태로 발생한다.설계시 변형의 발생을 미리 예측은 할 수
는 있으나 그 변형 정도를 예측하기가 어려우므로 설계자는 가능한 제품의 형상이 변형이 발생하지 않는 구조느 하는 것은
물론 재료 금형 성형들을 고려하여 변형에 대한 대칙을 강구하여야 한다.
다음에 변형 방지 대책에 대하여 설명한다.
a)모서리의 곡면처리(R붙이기)-면과 면이 만나는 모서리가 모가지면 내부 응력이 집중되어 균열 또는 변형을 일으키는 원
인이 되고 재료의 흐름을 나쁘게 하여 외관불량의 원인이 된다. 그러므로 모서리에 R(Round)을 주어 내부 응력을 분산시켜주
고 재료의 흐름을 양호하게 하여 줌으로써 좋은 성형품을 만들 수 있고, 코너 부위의R로 인해 제품 성형 후 미어내기가 수워
지고 금형에서도 코어 부위의 내부 응력에 의한 노치 효과가 감소되어 금형 수명이 연장된다.
보통의 경우 플라스틱 제품에서 날카로운 코너가 요구된다 해도 대부분 최소0.5∼0.7mm의 R은 허용되기 때문에 설계자들은
제품 설계시 우선 최소 R을 적용하고 제 품의 용도와 관련부품과의 상화 조립관계를 검토하여 부분적으로 살두께나 R의 치수
를 완화해주는 것이 좋다. 모서리 R은 설계상 허용되는 범위에서 최대의 값을 취하도록 한다.
b)모서리의 실제적인 설계 예
성형품의 내부 모서리에는 두께(T)의 1/2배,외부 직각부에는 두께(T)의 1.5배를 주는 것이 가장 적당하다(그림2.72참조)
즉 R=T/2 R=Y/2+T로 한다.
성형품의 기능살 모서리R을 크게 할수 없는 경우라도 0.3R이상은 필요하다(그림2.73참조)
응력집중과 모서리 R과의관계
그림2.74은 일정 하중P가 작용하고 임는 외팔보로서 코너 부위(내측)의 R와 살두께 T의 비인R/T에 대한 응력 집중계수(발
생하는 최대 전단응력)의 관계를 그래프와 한 것이다.
위에 그림을 살펴보면 R/T가 0.25일 때 응력 집중계수는 2가 되어 2배의힘이 작용한 것이 된다.R/T가 0.25이하에에서는
응력집중계수가 급격히 증대하고 0.75이상 에서는 변화가 완만하면 응력 집중 계수는 거의 일정하다.그래프에서는 코너부
위에 살두께를 고려하여 R/T은 1/2T R 4/5T로 하는 것이 좋다.
c)리브의 설치-성형품의 살두께를 두껍게 하는 대신에 리브를 붙여서 강성이나 강도를 증가시킴으로 두께를 두껍게 한 것과
같은 동일 효과를 갖게 하는 것이 리브의 역할이다.또 리브는 캐비티 내부에서 수지의 충진을 좋게 하는 런너의 역할을 하기
도 한다. 그러나 리브의 설치로 성형품 냉각시 냉각속도의 차에 의한 휨이 발생하기도 하고 살두께의 불균일로 인해 내부 응
력의 변화가 생겨서 표면의 싱크마크의 원인이 될 수도 있으므로 설계자는 제품전체의형상 및 부분적인 살두께를 신중히 고
려하여 리브를 설계하여야 한다.성형품의 강도를 높이고 성형가공성도 향상시키는 리브의 설계는 일반적으로 그림2.75와 같
다.리브에 관계된 일반적인 주의사항을 열거하면 다음과 같다.
표면에 큰 형사의 리브를 적게 붙이는 것보다 적은 형상의 리브를 여러 개 붙이는 것이 좋다.
리브의 방향은 금형안에서의 수지의 흐름 방향과 같은 방향으로 설치하는 것이 좋다. 직각 방향으로 하는 것은 수지의 흐
름을 방해하므로 좋지 않다.즉 전자의 경우는 수지의 유동을 돕고 성형을 원활하게 하는 효과가 있으나 후자의 상태는 유
동으저해화고 성형품의 물성을 떨어뜨리는 경향이 있다.
리브의 두께는 가능한 한 성형품 두께 이하로 한다. 두꺼우면 반대 쪽에 면수축이 발생한다.
리브의 두께 S=(0.5∼0.7)T가 되는 성형품 두께가 이상적이지만 기계가공이 곤란한 경우는 S=(0.8∼0.9)T로 해도 된다.리
브의 테이퍼는 5。정도로 한다.(그림 2.75참조)
리브의 피치는 살두께의 4배 이상으로 하는 것이 좋다.
리브는 성형품의 경도와 강도를 향상시키고 내열 변형도 높이는데 효과가 있으나 반면 충격시 응력집중을 높이고 성형품
의 실용강성을 떨어드리는 경우도 있으므로 주의하여야한다.
리브와 설치 표면의 접합부인 코너에 R을 주지 않으면 리브가 작은 힘에 의해서도 그 부분에서 파단되가 쉽게 된다.그러
나 R을 너무 크게 취하면 면 수축이 생기기 쉽게 된다. R의 크기는 R=리브의 두께/4 정도가 좋다.
리브의 반대쪽에 싱크마크가 발생하기 쉬운 곳에 돌기를 만들면 싱크 마크를 감소시킬수 있다(그림2.77참조)
d)리브의 설계-리브 하단의 두께를 그림 2.78와 같이 성형품 살두께 T와 같이 하면 리브 접촉부 단면적이 50%증가하고 리
브 하단의 살두께가 1.5T가 되어 표면에 싱크마크가 생긴다.리브의 두께를 그림2.78와 같이 1/2로 할 경우 리브 접촉부의 단
면적이 약 20%증가하게 되어 수축이 생기지 않는다. 리브의 높이와 빼기 구배 코너의 R플라스틱 재질 성형조건 제품표면상
태에 따라 변하는데 일반적으로 살두께를 T라고 하면
리브의 높이 H=1.5∼3T
빼기구배0.5∼5。범위
수지에 따르는 빼기구배 나이론 0.5。
ABS,PC 0.5∼1.5。
강화 ABS, PC 1∼3。
코너의 R=0.25T∼0.6T
e)보스(boss)-성형품의 조립시 살두께 면이 압축하중을 직접 받는 것을 피하기 위해 보스가 기둥(post)역활로써 사용되면 나
사 또는 체결구멍을 직접가공하거나 인서트하는 용도로서도 많이 사용된다.따라서 설치위치와 형상의크기 및 개수들은 부품
의 조립 상태 및 금형 설계상의 여건을 고려하여 정해야 한다. 보스에 의한 성형 부품의 조립은 나사를 사용하는 것이 대부
분으로서 이에 필요한 나사가공은 다음과 같은 방법이 적용된다.
첫째,보스에 직접 셀프태핑(Self Tapping)을 하는 방법
둘째,보스 내부에 나사가 가공된 금속제 인서트를 성형시에 삽입하여 성형하는 방법
셋째,보스 구멍에 금형에서 직접 나사산을 성형하는 방법이 있다.
이중 첫째와 둘째 방법이 많이 사용된다.
보스를 설계 할 때 고려해야 할 일반적인 사항은 다음과 같다.
보스가 설치된 면(밑면 또는 측면)을 강화할 필요가 있을 때는 2.80과 같이 보강리브를 붙인다.
보스가 설치된 면의 반대 표면에는 싱크마크가 발생하기 쉽다.살이 두껍고 높은 보스를 붙일 경우에는 사출시의 압력전달
이 충분하도록 비교적 게이트로부터 가까운 위치가 좋다.
보스가 설치된 면의 밑 끝부의 코너에 R을 주어 강도를 유지시킨다.그러나 R이 너무 크면 싱크마크가 발생하기 쉽다.
f)보스이 실제 설계 예
보스의 높이는 지름이 2배 이하로 하고 빼기 구배는 2。이하가 적당하다.
보스이 외경은 내경의 2배가 되도록 설계를 해야 충분한 강도를 유지할수 있다.
실제 성형시에는 그 부분이 제품살두께와 같거나 두껍게 되기 때문에 보스가 설치 된 밑면 또느 측면의 벽에 싱크마크가
생기게 된다. 이를 방지하기 위해 보스의 살두께는 0.5T∼0.7T로 하고 강도 보강을 위해 4T 이하의 리브를 사용하고 보스
하단 코너부위에 0.25T정도의 R을 준다. 그림2.79와 그림2.80에 보스의 형상과 치수를 예시하였다.
셀프 태핑스크루용 보스의 형상치수 및 빼기 구배치수를 다음에 예시한다.
빼기 구배:1/30∼1/20
셀프태핑스크루용 보스의 안지름은 원할한 체결을 위해 일반적으로 나사외경보다 0.3∼0.5mm적게 한다.
금속인서트를 보스에 삽입하여 성형할 경우, 보스의 살두께는 인서트물의 외경의 50∼70%정도를 유지한다.
g)평판의 설계-평면부인 측벽 바닥면과 테두리의 설계수지느 결정화와 그에 따른 수축률의차에 의하여 성형품이 휘어지든가
깨어지는 결점이 있다.그림2.82와같이 원형평판을 성형하는 경우 다이렉트게이트를 사용할 때 가장 두드러지게 나타나는 현
상이 뒤틀림 변형이다. 이를 방지하기 위하여는 게이트의 위치를 변경하는 방법,pin point gate 방식을 적용하는 방법등이
있다. 그러나 우선 성형품 설계에 있어서 변형을 억제할수 있도록 그림과 같이 강도를 보강할수 있는 형상설계가 중요하다.
h)측면벽의 설계-측벽의 평면을 보강하기 위해서는 그림2.84와 같이 평면벽에 근소한 돌기를 만들어 놓는 것이 좋다.이 돌
기는 평면의 표면의 뒤틀림을 감소시킨다는 구조상의 효과가 있을 뿐만 아니라 수지의 흐름을 좋게 하므로 표면의 외관도 좋
아진다. 반면 보강을 한 면과 나머지면과의 수축차이로 변형을 일으킬수도 있다.
I)바닥면의 설계-용기의 바닥부분은 측변과 같이 강성을 갖도록 함과 동시에 내부 응력을 흡수하도록 하는 것이 좋다.그림
2.85는 상자의 밑 부분이 넓은 평면일 겨우 변형방지와 강도의 대책으로서 요철형,피라미드형이나,밑변 테두리부 큰 R를 붙
인것 .
j)테두리의 설계-용기나 상자 모양의 성형품을 설계할 때 측벽 및 태두리를 보강하여 내부 응력을 흡수하고 변형을 방지하
는 설계가 필요하다.그림 2.86은 측벽 및 테두리의 구조를 나타낸것으로서 오른쪽으로 갈수록 효과가 크다.
k)인서트(Insert)의 설계-인서트는 조립을 편리하게 하기 위해 쓰이는 것으로서 사출성형시 성형능률을 저하시키지 않도록
금형에 삽입하기 쉽게 하는 것이 가장 중요하며 성형 후 인서트가 바진다든가 회전하여 위치가 변한다든가 하는 일이 없도
록 고려한 설계가 필요하다. 아래에 인서트설계방법에 대해 설명하고자 하다.
인서트 밑부분의 성형품 두께가 너무 얇으면 후로우 마크(Flow mark)가 생기고,너무 두꺼우면 싱크마크가 생기므로 밑부
분의 두께는 인서트 직경의 1/6이상의 간격을 유지한다.
인서트부위의 외경은 일반적으로 인서트물 직경의 2배 이상으로 한다.
볼트나 나사를 인서트하는 경우에는 나사부가 재료에 들어가지 않도록 하고체결부를 고려하여 성형품 표면보다 약간 튀어
나오도록 설계한다.
성형시 인서트제품이 확실히 고정되도록 코어핀에 단을 준다.
금속 인서트의 여러 가지 사용방법에 대한 예를 그림2.90과 그림 2.91에 예시한다.인서트가 회전하지 않고 견고하게 프라
스틱 사출물에 고정되게 하기 위해 아래 그림과 같이 인서트물에 다음과 같은 방법을 위한다.
-인서트 밑면에 단을 주거나 홈을 판다.
-인서트외주에 루렛트 또는 너링을 하거나 4각 또는 6각형으로 가공하여 회전을 방지한다.
1)문자의 각인 - 무자의 각인은 제품의 관리를 위해 캐비티의 NO를 기입하거나 소비자를 위해 경고문 또는 스위치ON/OFF등을
제품에 표시할 때 사용된다.방법은 문자를 조각기에서 도장을 파듯이 기계가공하여 만드는 방법과,문자를 피름으로 만들어
캐비티 또는 코어부위 즉 원하는 곳에 사진부식하여 요철을 만들어 문자를 성형시키는 방법을 사용한다.그 외 방법으로 실크
인쇄한 것과 동일 하게 만드는 방법을 등을 사용한다. 마지막 설명한 것이 인몰드(Inmold)방식이다. 여기서는 조각기에서 조
각할때의 참고할 내용에 대해 설명하기로 한다.
문자의 형태:문자는 제품을 기준으로 할 때 표면으로 튀어오르는 것을 양각(볼록모양)이라 하며 표면 밑으로 들어간 것을
음각(오목모양)이라 한다.금형에서는 위의 형태를 만들 경우는 반대로 하여야 한다. 즉 양각으로 할 경우는 금형에서는
파내야 하며,음각으로 할 경우는 문자를 제외하고 나머지 부분을 전부 파내야 한다. 따라서 양각으로 만들때가 금형가공
하기가 쉽고 금형비도 적게든다.
문자의 치수
폭:0.5mm이상으로 한다.
깊이:작은 문자일 경우0.2∼0.4mm큰문자일 경우0.4∼0.8mm
구배:10∼15。정도
성형성 및 제품의 강도를 감안하여 실제로 현장에서 적용되고 있는 사례를 아래 그림2.93에 예시한다.
(5)금형설계를 고려한 성형품 설계
a)게이트 및 런너의 위치를 고려한 성형품 설계-게이트 부근은 성형시의 잔류응력(배향과 과잉충진)이 초대로 되는 부분이
다.잔류을력은 웰드라인과 함께 성형품의 강도인성 내열변형성 등을 저하시키는 약점이 되므로 성형 품의 게이트부에 응력집
중이 일어나지 않도록 성형품 설계시에게이트의 위치를 감안하여야 한다.런너와 게이트는 재료가 사출 유입할 때 압력손실이
큰 부분이므로 압력 손실이 작고 가급적 층류로 재료가 금형 캐비티에 빨리 채워지도록 외관상 지장이 없는 위치에 케ㅐ이트
가 설치하도록 제품설계가 되어야 한다. 게이트의 위치는 성형품의 형상과 함께 성형시의 배향에 의하는 물성의 방향성과 밀
접한 관계가 있고,특히 성형품의 휨에 주는 영향은 크다.
설계자는 금형 제작자와 협의, 변형이 일어나지 않도록 게이트의 위치 및 종류 선정에 유의하여야 한다. 특히 결정성 프라스
틱(폴리에틸렌,폴리프로필렌)이나 유리섬유,석면섬유,강화 플라스틱의경우에는 분자배향성의 영향을 매우 크게 받으므로 더
욱 유의하여야한다.
b)언더컷이 없는 제품설계-언더컷이란 성형된제품이 금형이 열리는 방향으로 취출되어 빠져 나올 때 간섭을 받게되는 부분
을 말한다.이러한 언더컷은 금형제작시 분할형을 제작하거나 스라이드 코어를 설치하여 해결할수 있으나 금형 제작비가 높아
지고 금형구조가 복잡해지므로 가능한 한 언더컷이 없는 제품을 설계하여야 한다. 언더컷은 외측언더컷과 내측언더컷 두 종
류가 있으나 일반적으로 외측 언더컷이 많다.
c)웰드라인을 고려한 성형품 설계- 사출 성형시 제품의 구멍은 게이트이 반대쪽에 있는 부분에 웰드라인이 생긴다.이 웰드
라인은 강도측면에서 정상적인 표면의 60∼70%정도밖에 강도를 유지하지 못하는 문제점을 같고 있을 뿐만 아니라 외관상에
도 크랙이 간것처럼 가는 머리카락 같은 가는 줄이 표면에 생겨 외관상으로도 문제가 발생된다.따라서 설계자는 게이트의 구
멍의 위치관계를 고려해서 설계를 하여야 한다. 만일 웰드라인이 투명 제품에서처럼 제품의 외관에 치명적인 결함이 되던가
강도가 문제가 된다면 사출후 구멍을 후가공하여 사용하기도 한다. 그림.2.96에 웰드라인의 발생 위치에 대해 예시하였다.
(6)금형제작을 고려한 성형품설계
제품설계의 설계방식에 따라 금형제작이 쉬워지기도 하고 어려워질수도 있다.여기에 금형 제작을 쉽게 하도록 고려한 성형품
설계의 예를 나타난다.
a)대칭 설계- 그림 2.97 및 그림 2.98과 같이 대칭형으로 설계하면 금형 제작이 상당히 쉬어진다.
b)그림 2.99과 같이 형상을 원형 위주로 하는 것이 금형제작시 밀링가공 대신 선반가공을 이용할수 있어 가공이 쉬워져 제
작비가 저렴해질수 있다.
c)캐비티 분활 및 인서트(Insert)를 고려한 성형품 설계- 캐비티의 제작에는 일체식,분활식,인서어트방식 등이 사용된다.금
형제작에서 가공이 용이하고 ,고급재료를 적게 사용할수 있고 불량 및 수리 발생시 신속한 대처를 할수 있기 때문에 특히 분
할식 및 인서트방식이 많이 설계에 적용된다. 그림2.100은 하나의 예로서 설명한 것으로 깊이가 깊은 형상의 제품을 일체형
으로 할 경우 보다 분할하여 제작하는 것이 가공을 단순화하고 다듬질을 쉽게 할수 있다.따라서 제품형상설계를 금형 구조를
분할하여 설계할수 있도록 하는 것이 좋다. | |