교육
[스크랩] 사출금형 설계표준-2
산적8
2007. 6. 9. 09:43
<제2장 사출금형설계 2>
2-1 러너 시스템
성형 능률과 성형품질을 크게 좌우하는 것은 러너와 게이트이다. 이들은 금형 설계의 중요사항으로 취급되어야 하며 성형품을 설계시 사전에 충분히 검토할 필요가있다.
1) 러너와 게이트의 선택 기준
(1) 성형품수
- 캐비티수 2개이상 일때는 다이렉트 게이트를 사용할 수 없다.
(2)성형품의 기능 및 외관
- 성형품의 표면에 게이트의 절단 자리가 남아서 성형품의 기능이나 외관에 손상이 있을 때 문제가 없는 곳으로 게이트 위치를 변경한다.
(3) 성형 재료
- 성형성이 나쁜 재료인 경우 러너와 게이트에 따라 성형품의 기능이나 외관에 더 큰 여향을 주므로 성형 재료에 알맞는 러너 게이트를 선정한다.
(4) 후가공
- 후가공은 성형품의 외관, 기능 및 코스트에 영향을 주무로 가능한 후가공이 필요 없는 게이트를 성정한다.
(5) 성형품의 잔류응력에 의한 변경
- 게이트 주변에 잔류응력의 집중에 의하여 뒤틀림이 생길 때 게이트 종류 및 수를 변화시키므로 변형을 방지할 수 있다.
(6) 성형품의 형상, 치수에 의한 제한
- 평면적이 큰 설형품인 경우 게이트 수를 증가시키므로 성형이 가능하게 된다.
(7) 생산성
- 성형 싸이클을 고려하여 러너, 게이트를 선정해야 한다.
2) 러너 셀계 기준
(1) 캐비티 수의 배열에 따른다.
(2) 러너는 될 수 있으면 작게하고 단면형상은 진원에 가까운 형상으로 유동저항을 적게, 냉각이 잘 되지 않도록 한다.
(3) 굵게하면 러너수지량의 증가 및 러너 고화시간이 길어 성형 싸이클이 저하하므로 설계시 단면형상, 크기,레이아웃에 절대유해야 한다.
(4) 러너는 압력 전단면에서는 최대 단면적으로 해야하고, 열 전도면에서는 외주가 최소가 되어야 한다.
(5) 게이트와 러너의 중섬은 유동온도와 압력유자를 위하여 일직선상에 있도록 해야 한다.
(6) 2매 구성 금형에서 이 형면일 때는 원형 러너를 사용하고 그 이외의 3매 구성 금형이나 파팅이 복잡한 형태일때는 사다리꼴 또는 반원형을 사용한다
(7) 러너 가공은 원형 6각혁에서는 형판의 양면에 새기고 사다리꼴 반원형에서는 한쪽면에 새겨야한다
3) 러너의 치수
(1) 성형춤의 체적과 살두께, 주 러너 스프루우에서 캐비티까지의 거리, 러너의 냉각 금형제작용 커터의 범위, 사용수지에 대한 검토를 해야 한다
(2) 러너의 굵기는 성형품의 살두께보다 굵게한다.
(3) 러너의 길이가 길어지면 유동저항이 커진다.
(4) 러너의 단면적이 성형 사이클을 좌우한다
(5) 일반적인 수지의 경우 러너의 크기를 9.5이하로 경질 PVC,PMMA에서는 13정도까지 할 수 있다
(6) 원형 러너지름의 경험식은 다음과 같다
D:러너의 지름(cm)
W:성형품 중량(g)
L:러너의 길이(cm)
4) 러너 레이아웃 설계
- 다수개 빼기 금형에서 성형품 배치와의 관계는 성형품 형상, 게이트 수, 플레이트의 구성 및 게이트 형식에 따라 좌우된다
* 러너 레이아웃 설계시 고려사항
(1) 압력 손실과 유동수지 온도 저하를 막기 위하여 러너 길이와 수는 가장 적어지는 유동선으로 한다.
(2) 런너 시스템은 게이트 밸런스를 조화있게 한다.
(3) 런너 밸런스와 게이트 밸런스를 조화있게 한다.
(4) 런너 끝에는 러너 통과중에 식은 수지를 봉입하여 캐비티로 흐르지 않도록 하기 위한 콜드 슬러그 웰을 설치한다.
(5) 캐비티 배열을 크게 분류하면 직선 배열, H형 배열, 원형 배열 등이 있다.
5) 러너, 게이트의 밸런스
- 다수개 빼기 금형에서는 모든 캐비티가 균일하게 충전되도록 러너 및 게이트에 의하여 밸런스를 취하여 한다. 이는 다수개 빼기 성형시에 발생하기 쉬운 플로우 마크, 싱크 마크, 쇼트 쇼트, 치수 정밀도 오차 및 중량의 불량 등을 해결 할 수 있다.
(1) 각 캐비티의 충전상태를 균일하게 하는 방법
① 스프루로부터 각 캐비티까지의 재료 유동거리를 같게 한다.
② 스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 러너의 굵기를 조정한다.
③ 스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 게이트의 치수(폭,깊이)를 조정한다.
- 일반적으로 ①,③을 채용하고 특수한 경우에는 ②또는 ②와 ③을 병용하는 방법을 채용한다.
(2) B.G.V(Balanced Gate Value)의 계산
- 다수개 빼기의 경우 각 캐비티에 작용하는 B.G.V의 값이 일정하게 되도록 게이트이 치수를 정하는 방법
: 러너의 길이
: 게이트의 길이
: 러너의 단면적
: 게이트의 단면적
- B.G.V는 게이트를 통과하는 재료의 질량에 비례한다.
그림에서 각 캐비티까지 러너 단면은 일정한 것으로 하고 러너경은 6mm, 게이트의 랜드 길이를 1.5mm로 한다.
= 0.07로 하면 = 이므로 = 0.07x28.27=1.98㎟
- 일반적으로 게이트의 폭과 깊이의 비가 3:1이므로 깊이를 h로 하면 폭은 3h가 된다. 따라 게이트 단면적에서 3h = 1.98㎟
h= 0.81mm(게이트 깊이) 3h=2.43(게이트폭)
- 지금 이 치수의 게이트 #2의 캐비티에 적용하면 2A, 4.4A는 같은 치수를 적용하며 #3.3A, 5.5A는 같은 치수가 요구 된다. #2게이트 치수를 기준하여 다른 게이트 치수를 계산한다.
2. 게이트
- 게이트는 러너의 종점이고 캐비티의 입구이다. 게이트의 우리, 개수, 형상, 및 치수는 성형품의 외관이나 형형효율 및 치수 정밀도에 킨 영향력을 준다. 따라서 게이트는 성형품 형상으로 정하는 것이 아니고 캐비티내의 용융수지의 흐름 방향, 웰드라인의 생성, 게이트 처리 등을 고려해서 정한다.
1) 게이트의 역할
(1) 충천되는 용융수지의 흐름방향과 유량을 제어함과 동시에 성형품을 밀어내는데 충분한 고화 상태로 될 때까지 캐비티내에 수지를 봉입하여 러너측으로 역류를 막는다.
(2) 스프루우 및 러너를 통과하면서 냉각된 수지는 가는 게이트를 지남으로써 마찰열로 재가열되어 플로우마크나 웰드라인을 경감시킨다.
(3) 러너와 성형품의 절단ㅇ르 쉽게 하고 마무리 작업을 간단히 한다.
(4) 다수개 뺴기나 다점게이트의 경우 굵기, 폭, 두께 등의 조정에 의해 각 캐비티의 충전 밸런스를 잡을 수 있다.
2) 게이트의 분류
(1) 제한 게이트와 비제한 게이트
① 비제한 게이트
- 다이렉트 게이트
② 제한 게이트
- 표준 게이트, 오버랩 게이트, 핀 포인트 게이트, 서브마린 게이트, 터브 게이트, 링 게이트, 디스크 게이트 등.
표 2-6 제한, 비제한 게이트의 장단점
비제한 게이트 제한 게이트
① 압력 손실이 적다. ① 게이트 부근의 잔류 응력이 감소된다.
② 수지량이 절약된다. ② 성형품의 휨, 균열 등의 변형 감소.
③ 금형 구조가 간단하다. ③ 게이트의 고화시간이 짧으므로 싸이클을 단축
④ 싸이클이 연잔되기 싶다. 할 수 있다.
⑤ 게이트의 후가공이 필요하다. ④ 다수개 캐비티인 경우 게이트 밸런스가 용이하다.
⑥ 잔류응력, 압력에 의한 충전변형과 크 ⑤ 게이트의 제거가 간단하다.
랙이 발생하기 쉽다. ⑥ 게이트 통과시 압련 손실이 크다.(단점)
(2) 자동 절단 게이트와 비자동 절단 게이트
① 비자동 절단 게이트
- 다이렉트 게이트
② 자동 절단 게이트
- 핀 포인트 게이트, 서브마린 게이트
③ 반자동 절단 게이트
- 표준 게이트, 오버랩 게이트, 터브 게이트, 팬 게이트, 필림 게이트 등.
(3) 디스크 게이트(DISK GATE)
① 원형 성형품의 내경에 사용하는 게이트로 다이어프램 게이트라고도 하며 웰드라인의 발생을 억제한다
② 게이트 깊이는 0.2~1.5mm랜드는 0.7~1.2mm가 좋다
③ 게이트 제거는 원통형의 타발공구를 사용해서 디스크부를 타발한다
④ 게이트 치수
a.h=0.7n X t(mm)
b.h1=n x t(mm)
c.L1 H1(최소한)
(4) 링 게이트 (RING GATE)
① 디스크 게이트와 반대적으로 원통상의 외주에 게이트를 설치한다
② 웰드라인 사출입력에 의한 코어의 쓰러짐(편심)이 방지된다
③ 게이트 깊이 h=0.7n x t 랜드 L=0.7~1.2mm
(5) 터브 게이트
① 오버램 게이트의 변형으로 유동수지가 터브에서 교축되면서 마찰열에 의해 한층 더 가소화한 후 유동성을 향상시켜 캐비티에 유입한다
② PVC,PC 아크릴 수지 등과 같이 열안정성이 나쁘고 용융정도가 높은 수지에 적합하다
③ 터브 게이트느 러너에 대해서 직각으로 설치하는 것이 일반적이며 터브의 폭은 6mm 이상 깊이는 성형품 살두께의 75%가 표준이다
④ 게이트 치수
터브의 폭(Y)=D(러너의 지름)
터브의 깊이 (X)= 0.9Xt
터브의 길이 (Z)=1 1/2 D
(6) 핀 포인트 게이트 (PIN POINT GATE)
① 게이트 위치가 비교적 제한받지 않고 자유롭게 결정된다
② 게이트부근에 잔류응력이 적다
③ 투영면적이 큰 성형품 변형하기 쉬운 성형품의 경우 다점 게이트로 하므로 수축 변형을 적게할수있다
④ 게이트는 자동적으로 절단되고 다듬질 공정을 생략할수있다
⑤ 게이트 단면적이 적어 압력손실이 크므로 저점도 수지를 사용하거나 사출압력을 높게해야 한다
⑥ 3매 구정 구조의 금형으로 성형 사이클이 길게된다
⑦ 게이트치수
ⓐ 랜드 길이 l=0.8~1.2mm
ⓑ 게이트 지름 d=nxcx
ⓒ 게이트 지름 d:게이트 지름(mm) n:수지계수 A:캐비티의 표면적(mm)
c:살두께 함수
⑧ 살두께는 0.7~1.2mm에 적용하며 웰 다이프 노즐에서는 30%작게한다
(7) 서브마린 게이트 (Submarine Gate)
① 러너는 파팅라인(PL)면에 있으나 게이트는 고정측 또는 가동측의 형판속을 뚫고 터널식으로 캐비티에 주입되므로 일명 턴넬 게이트라 한다.
② 게이트는 성형품의 돌출과 동시에 자동으로 절단된다.
③ 게이트의 구조가 복잡하여 가공이 어렵고 랍력 강하가 크다.
④ 게이트 치수
ⓐ PL면과 게이트 입구의 경사각은 25˚~45˚로 한다.
ⓑ 터널부분의 테이퍼는 15˚~25˚ 정도로 한다.
ⓒ 랜드(L)는 가능한 짧게한다. 일반적으로 0.8~1.2mm 적용
ⓓ 직경 d=nxcx4√A 시을 적용
(8) 게이트의 특징과 적용수지
1. DIRECT GATE
특 징 적용수지
① 후가공 필요 P.E,P.P
② GATE부 수측 예상 P.C,P.S
③ 압력 손실이 적다. P.A,A.S
④ 성형성이 좋다. ABS,Acryl
⑤ 구조간단
2. SIDE GATE
① 단면형상이 간단하므로 가공이 쉽다. P.E,P.P,P.C
② 치수가 정밀히 가공된다. P.S,P.A,A.S
③ 수정이 가능 ABS,Acryl
④ 경사를 주어도 됨( ABS : 15˚, PP=20˚)
⑤ 보통 재료로 성형 가능
3. PIN POINT GATE
① 다수개 취할 때 유리 P.P,P.E,P.C
② 3단금형 필요 (리너레스일때2단) P.S,P.A
③ 게이트 부근 잔류응력이 적다. P.O.M,A.S
④ 게이트의 위치를 자유로이 결정할 수 있다. ABS,Acryl
⑤ 성형 사이클이 길어진다.
⑥ 압력 손실이 크다.
⑦ 게이트 자동제어
⑧ 후가공이 필요 없음
4. RING GATE
① 원통형 제품 ABS,P.O.M
② 휨, 변형, weld 마크 방지
5. TAB GATE
① GATE 내부의 응력 집중 완화 ABS,A.S
② Flow MARK 방지 Acryl,p.o.m
p.c,p.v.c
6. FAN GATE
① 살두께가 얇은 박판 ABS,P.O.M
② 성형품 방향으로 부채꼴 모양
③ 사상용이 (필름 게이트보다)
7. FILM GATE
① FAN GATE 보다 충진이 쉽다. ABS,P.O.M
② GATE 사상 고려(후가공이 시간이 길다)
③ 왜곡 최소한으로 억제
④ 평판이고 면적이 대체로 큰 제품
8. Tunnel Gate
① GATE자동절단 P.S,P.A
② PIN POINT 게이트 P.O.M,ABS
③ 후가공이 불필요
9. 다 단 GATE
① 마찰저항에 의한 마찰열 발생 P.C,P.V.C
② 타브(TAB) GATE형태임
10. Disk GATE
① Weld Mark 방지 P.S,P.A
② 링 제품에 웰드라인 방지 A.S,ABS
③ 후가공이 쉬움
5) 게이트의 위치 설정 기준
⑴ 게이트 위치는 각 캐비티의 말단까지 동시에 충전되는 위치에 설치된다.
⑵ 게이트는 그 성형품의 가장 두꺼운 부분에 설치하는 것을 원칙으로 한다.
⑶ 상품가치상 눈에 띄지 않는 곳 또는 게이트 마무리가 간단하게 되는 부분에 설치된다.
⑷ 웰드라인이 생성되기 어려운 곳에 설치한다.
⑸ 가는 코어나 리브 핀이 가까운 곳 또는 유동압력에 의해 편육하고 쓰러질 우려가 있는 방향은 피한다.
⑹ 가스가 고이기 쉬운 방향의 반대쪽에 설치하고 그 반대쪽 가스빼기를 설치한다.
⑺ 큰 힘이나 충격하중이 작용하는 부분에는 게이틑를 붙이지 않는다.
⑻ 제팅을 방지할수 있는 부분을 설치한다.
⑼ 제팅을 방지하고 흐름을 순조롭게 하기 위해 코어형을 향해 용융수지가 흐르는 위치에 설치한다.
⑽ 성형품의 기능, 외관을 손상하지 않는 부분에 설치한다.
⑾ 인서트 기타 장애물을 피할 수 있는 곳을 선택한다.
3. 러너레스
- 러너레스 사출이란 사출기에서 금현의 게비티에 이르는 수지의 유동부위(스프루와 러너)을 적절한 방법으로 수지가 항상 녹아 있도록 함으로써 스프루와 러너의 생성없이 계속적으로 사출하는 방법을 뜻한다.
1) 러너레스 사출의 장점
(1) 인건비의 절감
① 자동화 성형작업을 할 수 있어 작업자 1명이 몇 대의 기계관리를 할 수 있다.
② 러너 시스템을 재처리할 필요가 없다.
(2) 생산원가의 절감
① 일반적으로 러너 및 스프루우는 제품부에 비하여 경화시간이 길지만 러너레스 성형에 의하면 이것이 생략되기 때문에 숏트 사이클(Short cycle)이 단축된다.
② 스프루우나 러너의 재처리 등에 따르는 손실이 절감되며 특수수지의 경우 완전 손실을 절감 할 수 있다.
(3) 사출 사이클의 단축
① 스프루우나 러너에 수지가 채워진 상태이르모 사출속도가 빠르다.
② 러너제거에 의한 시간단축 뿐만 아니라 작없의 안전성이 좋아지며, 금형의 손상위험이 적어진다.
(4) 제품 품질의 향상
① 자동생산이 가능하며 사출 사이클의 균일성이 이루어지므로 성형품의 수축율, 중량의 편차를 줄인다.
② 수지온도, 압력 등의 조건이 동일한 수지를 사출하므로 씽크 마크, 플로우 마크를 줄일 수 있고, 수지의 열변형을 최소화 한다.
③ 재생원료 사용의 필요성이 없으므로 제품의 외관이나 물리적 특성이 좋아진다.
(5) 기계 활용의 증대
① 러너와 스프루우를 채워야 할 수지가 필요 없으므로 사출용량이 적은 성형기로 성형이 가능하다.
② 균일한 사이클과 높은 효율은 일반 사출보다 적은 사출기에서 단위 시간당 생산량을 높여 준다.
2) 러너레스 사출의 단점
(1) 여러 종류의 전기적인 기계와 부품이 들어가기 때문에 금형의 원가가 높아진다.
(2) 관리가 좀더 복잡하며 숙련된 인력이 필요하다.
(3) 불순물이 게이트를 막았을 경우 이를 제거하기 어렵다.
(4) 시스템에 따라 칼라를 바꾸기 어렵다.
3) 러너레스의 종류
(1) 익스텐션 노즐(Extention Nozzle)
① 성형기의 노즐을 연장시켜 노즐이 캐비티의 일부를 형성하거나 게이트부까지 노즐이 연장되는 형식으로 스프루우가 없이 성형된다.
② 원칙적으로 단일 캐비티 금형에 한한다.
③ 노즐의 열이 금형에 전해지기 쉽고, 금형에서 열전도를 작게 하는 것을 실패하면 노즐이 냉각한다든지 전도열이 게이트 고화를 방해한다.
④ 노즐의 온도조절에 의해 핀 포인트 게이트가 허용되는 모든 성형품에 통용된다.
(2) 웰타입 노즐(Well type Nozzle)
① 사출 성형기의 노즐 길이는 있는 그대로 상태에서 짧은 스프루우 공간에 용융수지가 고이면 금형벽과 접하는 스프루우 외측이 고화되며 단열재 역할을 하므로 중심부의 용융수지가 사출압에 의해 사출된다.
② 단일 캐비티 금형에 한한다.
③ 금형 구조가 간단하다.
④ 열변형 온도 범위가 적은 수지에는 사용 할 수 없다.
⑤ 치수 정밀도가 높은 성형품에는 사용할 수 없다.
(3) 인슐레이티드 러너(Insulatwd runner)
① 3매 구성 금형의 게이트 방식으로 러너의 지름을 크게하여 사출된 수지가 러너를 흐를 때 회측은 냉각 고화되어 단열재 역할을 하므로 러너 중심부는 용융상태로 유지되며 다음 사출시에 캐비티에 충전된다.
② 러너에 의한 수지 절약
③ 러너를 뽑아내지 않기 때문에 동일 기계에서 깊은 성형품을 뽑아낼 수 있다.
④ 성형이 고속으로 된다.
⑤ 보조가열과 수지 성질에 따라서 핀 포인트 게이트용 큰 성형품에 사용된다.
⑥ 러너가 고화되기 쉽기 때문에 사용주시 및 쇼트 사이클(Short cycle)의 길이에 한계가 있다.
⑦ 치수 정밀도가 높은 금형엥는 적합하지 못하다.
(4) 핫트 러너(Hot runner)
- 러너 형판에 러너를 가열할 수 있는 시스템을 내장시키므로써 러너내의 수지를 일정한 용융상태로 유지시키고 충전노즐은 가소화 상태의 온도가 유지되어야 하며 그 반명, 캐비티 쪽에서는 성형품의 고화되기에 충분한 온도를 냉각시킬 수 있어야 한다.
① 핫트 러너에서는 다음과 같은 것을 고려하여야 한다.
ⓐ 핫트 매니폴드 각부의 조합부 등에서 수지가 새지 않을 것.
ⓑ 게이트부가 막히지 않아야 한다. 또 막혔을 경우라도 쉽게 분해 청소가 가능해야 한다.
ⓒ 게이트 밸런스가 잡기 쉬울 것, 다수개 빼기 및 다점 게이트라도 이 밸런스가 잡히지 않으면 성형품의 품질이 안정되지 않는다.
ⓓ 시스템 전체에 걸친 온도 콘트롤이 균일화되어 있어야 한다. 적당한 온도구배가 되지 않으면 부분적인 가열로 수지 태움 변색이 잉ㄹ어나고 반대의 경우는 수지의 체류를 일으켜 성형이 불안정하게 되거나 성형불능이 된다.
ⓔ 핫트 매니폴드 블록의 열팽창 대책이 충분히 취해져 있어야 한다.
ⓕ 색 바꿈은 될 수 있는대로 신속, 용이하게 해야 한다.
ⓖ 스타트 시의 온도 상승이 가능한 빨라야 한다.
ⓗ 전체의 비용이 필요한 조건에 만족되면서 값이 싸야 한다.
4. 성형품 밀어내기 장치
- 성형품의 밀어내기 방법은 성형품의 형상이나 재료에 따라 좌우되나 일반적으로 성형품의 분할, 마찰등의 문제점이 없고, 정확한 이형, 고장이적고 또한 발생시에 보수가 간단하여야 한다. 보통 성형품은 금혀의 가동측 코어에 부착되도록 설계하고 핀, 슬리이브, 스트리퍼 플레이트, 에어 등의 단독 또는 병용해서 성형품을 멀어낸다.
1) 성형품의 밀어내기 방법
(1) 밀핀에 의한 밀어내기 방법
① 원형 밀핀
ⓐ 강고이 수비고 경도가 필요한 경우 열처리, 다듬질 연삭등이 다른핀에 비하여 간단하고, 성형품의 임의 장소에 배치할 수 있기 떄문에 가장 많이 사용한다.
ⓑ 구멍의 가공, 끔손질 및 고정밀도를 얻을 수 있으며, 취둥저항이 가장적어 금형의 수명이 길고 교환성 좋으며 파손시에 보수가 쉽다.
ⓒ 핀 배치는 성형품 이형저항의 밸런스를 고려하고 보스, 리브부근에는 다른 부분보다 많이 배치한다.
ⓓ 돌출 접촉면적이 적어 성형품의 일부분에 돌출응력이 집중하므로 컵, 상자 등에서 발구배가 적고, 이형저항이 큰 성형품에 사용하면 파고들거나 백화, 크랙, 변형 등이 생기기쉽다.
ⓔ 에어, 가스빼기가 나쁜 곳에 설치하여 에어벤트를 대용한다.
ⓕ 이적터 퓐과 구멍의 끼워 맞품은 H7정도이며, 끼워 맞춤길이 (X)=(1.5~2)d 정도로 한다.
ⓖ 게이트 및 게이트의 직선 방향의 밑부분에는 핀을 설치하지 않는다.
ⓗ 이젝터 핀과 이젝터 플레이트 핀구멍은 슬라이드 위트로 한다. 즉 이젝터 플레이트에 대해 핀은 부동(浮動)되어야 한다.
② 각형 또는 판모양의 밀핀
ⓐ 판모양의 밀핀은 판 그 자체의 가공과 열처리는 그다지 어렵지 않으나 구멍가공이 어려우므로 방전가공 등 특수가공이 필요하다.
ⓑ 형판이나 코어부분을 분할하여 조합하는 형으로 하면 가공은 쉬워지나 가공공정수가 증가하고 성형품에 분활의 선이 남는다.
ⓒ 스라이딩 저항이 원형핀에 비하여 많고 판이 얇으면 부러지거나 비틀림을 일으키기 쉬우므로 되도록 사용하지 않는 것이 좋다.
(2) 스리이브 핀에 의한 밀어내기
① 밀핀으로는 돌출면적이 부족한 원통모양 또는 보스 등의 밀어내기에 사용하는 파이프형의 이젝터핀
② 슬리이브의 내경이 적고 길이가 긴 것은 가공이 어렵고 살두꼐가 얇은 것은 사용 중 균열이 쉬우므로 살두께는 1.5㎜ 이상이 바람직하다.
③ 슬리이브의 원형 단면이 균일하게 접촉되므로 성형품의 밀어내기가 정확하며 균열 등이 잘 생기지 않는다
④ 열처리 경도는 H5C50 정도로 하고 최소한 열처리의 길이는 슬리이브가 제일 많이 전지한 길이에 7~8㎜ 여유를 가질 수 있는 길이로 한다.
⑤ 슬리이브는 코어핀이 내측에 끼워져 윤활제 없이 스라이딩하므로 치수 정도는 φD 으로 하면 바람직하다.
(3) 스트리퍼 플레이트에 의한 밀어내기
① 성형품의 전둘레를 파이팅 라인에 두고 균일하게 밀어내므로 살두께가 얇거나 성형품 깊이가 큰 경우 측벽저항이 큰 경우에 사용한다.
② 밀어내는 면적이 가장 넓으므로 성형품의 크랙, 백화현상이 없고 변형이 적으며, 밀어내는 자국이 거의 남지 않으므로 투명 성형품에서 특히 중요시된다.
③ 코어 외측과 스트리퍼 플레이트 내측의 긁힘 방지를 위해 3~10˚ 의 구배맞춤이 필요하며 코어와 스트리퍼 플레이트의 틈새는 0.02㎜ 정도로 한다.
④ 복잡한 파팅면인 경우 가공 정밀도, 열처리 변형의 문제로 다른 밀어내기 방법을 검토하는 것이 바람직하다.
⑤ 스트리퍼 플레이트 작동방법
ⓐ 성형기의 이젝터 봉에 의하여 직접 스트리퍼 플레이트를 작동시킨다.
ⓑ 일반적으로 이젝터 플레이트에 리터언핀을 조립시켜서 스트리퍼 플레이트를 작동시킨다.
ⓒ 인장 타이로드에 의하여 당긴다.
ⓓ 체인이나 링크에 의하여 당긴다.
ⓔ 스프링에 의한다.
(4) 공기압에 의한 밀어내기
① 두께가 얇거나 깊은 제품 또는 투영면적이 큰 성형품을 공기압으로 밀어내는 방법.
② 균일한 공기압이 성형품 밑부분에 고르게 작용하므로 변형이 잘 발생하지 않는다.
③ 성형품과 코어 사이에서 발생하는 진공을 해결할 수 있다.
④ 에어의 도피 회로가 있으면 이젝터 힘은 크게 감소한다.
⑤ 콤프레스드의 공기 압력은 5~6㎏/㎠정도가 기준으로 작업성이 좋다.
2) 밀어내기 기구의 예문
(1) 핀돌출
- 성형품의 측벽은 저항이 가장 크므로 측벽 가까운 부분에 밀핀을 배치하는것이 바람직하다.
(2) 보스돌출
- 성형품의 측벽과 보스부근이 이형저항 이 크므로 보스부에 밀 핀을 배치한다.
(3) 핀돌출
- 부분적으로 가늘고 신보스나 리브가 있을떄 그주위를핀으로 돌출시키면 성형품의 크랙이 발생하므로 보스나 리브바닥 부분에 핀을 만들어서 정확히 이형시킨다.
(4) 스트리퍼 플레이트와 핀 돌출
- 핀과 스트리퍼 플레이트를 병용하는 방법으로 내면의 보스부분의 이형정항이 크므로 스트리퍼 플레이트만으로는 성형품에 크랙, 변형이 발생할 수 있으므로 밀핀을 병용해서 사용한다.
(5) 핀과 슬리이브 돌출
- 구배가 적고 깊은 파이프 모양의 돌기부는 이형저항이 크므로 밀핀만으로는 성형품의 변형이나 크랙이 생기므로 슬리이브를 병용한다.
(6) 스트리퍼 플레이트와 슬리이브 돌출
- (5)와 같은 경우에 스트리퍼를 주로하고 슬리이브를 보조적으로 병용 상용한다.
(7) 스트리퍼 플레이트 돌출
- 캡모양의 성형품에서는 스트리퍼 플레이트로 돌출시키는 예가 많다.
(8) 슬리이브 돌출
- 깊은 파이프 모양이며 가동측에 들어간 경우에는 돌출시킬 수 있는 단면의 자리가 있으면 슬리이브를 사용하는 것이 바람직 하다.
- 긴 슬리이브는 가공상 어려우므로 가공 하기 쉽게 짧은 슬리이브로 하며 이를 이젝터 핀에 의하여 돌출시키는 일례이다.
(9) 접시핀돌출
- 살두께가 얇고 면적이 큰 성형품인 경우 스트리퍼 플레이트로 돌출시키면 변형, 크랙이 생기기 쉬으므로 접시핀을 사용하면 가공이 간단하다.
(10) 에어돌출
- 큰면적, 깊이가 깊고 살두계가 얇은 성형품을 스트리퍼 플레이트로 돌출시키면 변형.크랙이 생기기 쉬으므로 압축 공기에 의하여 스트리퍼 플레이트와 코아사이 에 공기를 불어 넣어 돌출시킨다. 공기압은 5~6kg/cm2
3) 나사가 있는 성형품 돌출
- 성형품에 나사가 있는 경우의 이형은 다음 3가지 방법으로 분류한다.
(1) 금형나사부를 분할형으로 하는 경우
① 보올트(수나사)에 적합하며 금형구조나 제작이 비교적 간단하고 이형도 확실하다.
② 나사부에 분할선이 생길 경우 성형품 끝손질이 어렵고 상대와의 맞춤에 장해가 생긴다.
(2) 금형 나사부를 분리코어 로 하는 경우
① 금형구조상 분할형이나 회전자동에 의해 이형이 불가능한 경우, 금형 구조를 간단하게 할떄 분리코어를 사용한다.
② 이방법은 돌출 시킨 후 일일이 분리코어를 성형품에서 빼내야 하며 성형품이 수나사인 경우 에는 수축에 의해 빼내기 쉬우나 암나사인 경우에는 빼내기가 어렵다.
(3) 성형품이나 금형 나사부를 회전시키는 경우
① 일반적으로 캡(cap) 등에 암나사가 있는 성형품은 회전자동 빼내기가 많이 사용된다.
② 성형품이나 금형의 어느 한쪽에 회전과 이송을 주는 방법또는 한쪽은 회전 다른 쪽은 이송 주는 방법이 있다.그러나 모두 성형품에 슬립(회전) 방지가 필요하다.
③ 성형품 외측에 슬립방지가 있고, 핀포인트 게이트 금형에서 금형열림과 동시에 회존이 시작 되는 경우 성형품이 금형 나사부 회전에 의해 밀려서 이형되기 떄문에 파아팅 라인의 금형열기 저항이 많으면 성형품 나사산이 망가진다. 이 대책으로 나사의 이송과 같은 속도로 작용하는 금형 열기기구가 필요하다.
④ 성형품의 나사부 이외에 큰 이형저항이 있는 경우에는 회전 시작과 동시에 나사이송과 같은 속도로 밀어내는 돌출기구가 필요하다.
⑤ 러너의 배치와 돌출관계에서 가동측에 회전기구를 설치하는 것이 금형구조나 성형 능률면에 서 바람직하다.
4) 2단 밀어내기 (돌출)
- 스트리퍼 플레이트를 써서 성형품을 밀어낼 경우 스트리퍼 플레이트의 안쪽에 성형품의 조각부가 있으면 밀어낸 후에도 그 부분이 스트리퍼 플레이트에 부착한 상태로 있으므로 자동적으로 이형시키기 위해서는 다른 밀어내기 기구가 필요하다. 즉 밀어내는 시간의 격차를 두어 작동시키는 것을 보통 2단 밀어내기 방법이라 한다.
(1) 2단 밀어내기 방법
① 2단 작동 개시형 : 밀어내는 기구의 작동 시작 시간을 2중으로 나눈 것으로 주 밀어내기 기구가 작동하고 조금후에 보조 밀어내기 기구가 움직이게 하는 것이 보통이다
② 2단 작동 정지형 : 밀어내는 기구의 작동개시 시간을 같으나 하나가 먼저 정지하고 다른 것은 계속 전진하여 셩형품을 금형으로부터 밀어낸다
(2) 2단 밀어내기의 타이밍 및 그트로우크의 조절기구
① 스트리퍼 플레이트를 먼저 작동시키며 1차로 성형품을 밀어내면서 2차로 밀핀으로 밀어내는 방법.
② 스트리퍼 플레이트 작동은 고정으로 부터 프라보울트,체인, 링크 등을 사용하여 금형 열기의 스트로우크에 의하여 당기며 이젝터 플레이트의 밀어내기는 성형기의 돌출기구를 작동시켜 2차로 밀어낸다.
③ 인장고리에 의하여 이젝터 플레이트를 2단 작동 정지방법으로 성형품을 밀어 낸다.
④ 이젝터 플레이트에 설치한 슬라이드 블록에 의하여 2단 작동 정지방법으로 성형품을 밀어낸다.
⑤ 스프링에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링의 힘에 의하여 작동시키는 실예이다. 이 방법은 가공이 쉽고, 설치 면적이 적으며 가장 간단한 기구이다. 그러나 스프링이 작동하는 힘이 제한을 받으며 작동이 불확실하다.
⑥ 실린더에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링 대신으로 실린더를 사용하여 시키는 실예이다. 이 방법은 타이밍을 자유로이 조절할 수 있으며 작동이 확실하다. 그러나 실린더 설치 면적이 필요하며 유압펌프나 에어 폼르레셔와 그 제어 시스템이 별도로 필요하다.
⑦ 캠에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링이나 실린더 대신으로 캠을 사용하여 작동시키는 실예이다. 이 방법은 작동이 확실하도 다른 부속기구를 필요로 하지 않는다.
5) 이젝터 플레이트의 조속 귀환 기구
- 분할형이나 슬라이드 코어를 사용하는 금형에서 이젝터 핀을 설치하는 경우 금형의 형합에 의한 슬라이드 코어가 되돌아서 원위치로 전진하기 이전에 이젝터 핀이 확실하게 원상태로 되돌아가 있지 않으면 양자가 충돌하여 금형이 파손된다.
5. 언더켓 부분의 처리
1) 개 요
- 사출 성형기의 금형 개폐는 상하, 좌우 어느 쪽이든지 한 방향으로 운동하는 것이 표준형식이다. 따라서 금형개폐의 축방향에 대해서 뽑아낼 수 있는 성형품이 아니면 성형할 수 없다. 그러나 성형품에는 측면의 구멍이나 핸들, 나사 등 여러가지 형상으로 형열림 방행과는 다른 방향으로 뽑아낼 수 있는 종류의 제품도 성혛할 수 있ㄴ은 금형이 요구되는 경우가 많다. 이와 같이 형열림 방향으로 뽑아낼 수 없는 부분을 언더컷이라 하며 이 부분에 대응하는 금형의 부품을 이동시켜서 금형에세 성형품을 뽑아낼 수 있도록 하는 것을 언더컷 부분의 처리라 한다.
(1) 언더컷 부분의 처리(제품의 구조나 형상에 따라서)
① 언더컷 부분을 슬라이드 코어 구조로 한다.
② 내부의 중공, 외부에 턱이 있는 원통 형상의 제품은 분활형 구주로 한다.
③ 나사부가 있는 제품은 나사 회전장치를 설치한다.
(2) 언더컷 부분의 있는 금형의 문제점
① 금형 구조가 복잡해지므로 금형 가격이 비싸다.
② 금형 부품의 긁힘, 마모 및 절손 등 금형 사고의 발생 우려가 많다.
③ 슬라이드 코어, 분활형에 의한 파팅 라인의 흔적이 와관을 손상시키는 날이 있다.
2) 언더컷 부분을 설계 변경한 예
- 제품에 언더컷 부분이 있더라도 약간의 설계 변형에 의하여 이를 파괴하는 경우
(1) 측면에 구멍이 있는 언더컷 제품을 설계 변형에 의해 언더컷 부분을 피하는 방법
- 형 개폐 방향 Y-Y'와 금형의 빼기 구배선의 교정을 b로 하고, a점을 빼기 구배선상에 있도록 하면 코어측과 캐비티측이 a-b선상에서 접촉되므로 측벽구멍 D는 언더컷이 되지 않는다.
(2) 내부 언더컷이 있는 상자형 제품을 설계 변경에 의해 언더컷 부분을 피하는 방법
- 돌기부를 리브형상으로 설계변형하여 언더컷을 피한다.
3) 언더컷 처리방법
(1) 강제로 밀어내기
① 손으로 이형하는 방법
- 언더컷 처리가 곤란한 대형 성형품을 폴리에틸렌과 같은 연질의 수지를 사용하여 성형하는 경우 손으로 열면서 집어낼 수 있다.
② 스트리퍼 플레이트를 사용하는 방법
- 스트리퍼 플레이트에 의해 강제로 이형시킨다. 내부에 언더컷 부분이 있는 훤형 캡의 성형품에 풀리에틸렌, 폴리프로필렌, 연질 염화비닐과 같은 재료를 사용하므로 두께, 치수가 적절하고 이형시에 외측 으로 확산 할 수 있는 것이며 강제 밀어내기가 가능하다.
③ 스트리퍼 플레이트 사용 예
- 연질의 재료일 때는 스트리퍼 플리이트로 밀어내면 제품이 외측으로 확산하면서 이형된다. 그러나 제품끝면이 둥글고, 스트리퍼 플리이트 내측이 파져 있는 경우에는 플레이트가 전진해도 제품단면이 외측으로 확산되지 않으므로 강제 밀어내기가 불가능하다.
④ 강제 밀어내기 할 때 언더컷 허용량
ⓐ 내측 언더컷이 잇을 때 : 언더컷 허용량 (%) = B-A/A *100
ⓑ 외측 언더컷이 잇을 때 : 언더컷 허용량 (%) = C-B/C *100
< 수지별 언더컷 허용량 >
수 지 명 ABS POM PA PMMA LDPE HDPE PP PS,AS
허용량(%) 8 5 9 4 21 6 5 2
(2) 슬라이드 코어 분할형에 의한 언더컷 처리 방법
① 앵귤러 핀에 의한 작동
ⓐ 앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어를 작동시키는 일반적인 구조 방법이다. 슬라이드 코어는 앵귤러 핀에 의하여 코어부를 진행하고 완전히 작용하면 형체력이 로킹 블록 경사면이 슬라이드 코어 후면을 강하게 밀어서 형합을 시키며, 형내압(캐비티부의 수지압력)에 견디면서 그대로 유지한다. 형이 열릴 때에는 로킹면이 떨어짐과 동시에 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어가 후퇴한다.
ⓑ 제품 내측에 있는 언더컷 부분을 슬라이드 코어로 처리한다.
앵귤러 핀의 길이(L) : L= l/cosα+M/sinα+d/2 -H
앵귤러 핀의 각도(α) : β>α+2?, α< 25?
슬라이드 코어의 운동량(M) : M>S, M= c*tanα
ⓒ 앵귤러 핀을 사용한 슬라이드 코어 구조의 각부의 치수 관계로 앵귤러 핀의 경사각(α)이 클수록 슬라이드 코어의 운동량(M)는 증가하는 것에 비례하여 핀이 가하는 힘이 커져야 하므로 절손이나 마모의 원인이 되므로 α의 최대각은 25?이하로 하며, 로킹면의 경사각(β)=α+2?로 한다. β<α경우에는 앵귤러 핀이나 로킹 블록이 파손된다.
ⓓ 슬라이드 코어의 높이가 습동면 길이(l)보다 큰 경우에는 슬라이드 코어가 전도되기 쉽고 안내부에 긁힘이 생겨 움직임이 나쁘므로 H/l=1/2이하가 되는 것이 좋다.
ⓔ 슬라이드 코어의 안내홈은 직접 가공하는 방법과 그림2-42과 같이 보조판을 삽입하는 경우가 있다. 보조판을 삽입하는 경우에는 가공이나 열처리 또는 파손시의 교환이 용이하다.
ⓕ 슬라이드 코어의 운동량(L)는 폭(W)의 1.5배 정도로 하며,코어 후퇴시 안내홈에 코어 습동부의 약2/3정도가 걸려 있도록 한다.
ⓖ 슬라이드 코어의 운동량(M) 및 앵귤러 핀의 습동길이(L) 의관계식
M = (L sin)-C/COS
L = (m/SIN)+2C/SIN2
M : 슬라이드 코어의 운동량
L = 앵귤러 핀의 작동길이
m = 앵귤러 핀의 경사각
C = 틈새
ⓗ 슬라이드 코어 위치 결정 설계 예
- 슬라이드 코어를 수평 및 수직으로 작동시켜 정지된 위치가 일정하지 않으면 형합할 때 앵귤러 핀이 슬라이드 블록과 결합할 수 없으며 금형 파손이 생긴다.
② 도그레그 캠에 의한 작동
ⓐ 금형이 d만큼 열린 후부터 도그레그 캠에 의하여 슬라이드 코어가 작동되어 언더컷 부분을 처리한다.
ⓑ 슬라이드 코어 운동량과 도그레그 캠의 치수 관계는 다음과 같이 한다.
M = La tanα -C
L = M+C/tan
M : 슬라이드 코어의 운동량
L : 캠의 경사부 길이
D = (Ls - e) + C/tanα Ls : 캠의 직선부 길이 (mm)
α : 캠의 경사각(。)
β : 로킹 블록의 경사각(。)
D : 지연량 (mm)
C : 틈새 (mm), e:구멍 직선부의 길이(mm)
③ 앵귤러 캠 (판 캠)에 의한 작동
- 고정측 형판에 캠 플레이트를 설치하고 홈을 습동하는 핀과 슬라이드 코어를 연결 작동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
- 슬라이드 코어의 운동량이 많은 경우에는 캠 플레이트에 1단, 2단의 경사각을 주는 방법을 사용한다. 단, α₂<40°, α₁<25°이며 로킹 블록 경사각(β) = α₂ + 2°
- 슬라이드 코어의 운동량과 앵귤러 캠의 치수 관계는 다음과 같이 한다.
M = La tanα - c
La = (M + C)/tanα
D = Ls+ c/tanα + r(1/tanα - 1/sinα)
M : 슬라이드 코어의 운동량(mm)
La : 캠 트랙의 경사부 길이(mm)
Ls : 캠 트랙의 직선부 길이(mm)
a : 캠 트랙의 경사각(°)
D : 지연량 (mm) c : 틈새(mm)
r : 핀의 반지름(mm)
④ 경사 슬라이드 핀(코어)에 의한 작동
- 제품 내측에 있는 언더컷 부분을 경사 핀(코어)으로 제품을 밀어내므로 경사에 의하여 언더컷 부분이 떨어진다.
(3) 래크와 피니언에 의한 작동
- 고정측 형판에 설치한 래크와 가동측 형판에 설치한 피니언과 슬라이드 래크에 의하여 슬라이드 코어를 직선 왕복운동을 시킴으로 언더컷 부분을 처리한다.
(4) 유압(공기압) 실린더에 의한 작동
- 유압(공기압) 실린더의 작용력에 의하여 슬라이드 코어를 작동시켜 언더컷 부분을 처리한다.
① 특 징
ⓐ 슬라이드 코어(블록)에 작용하는 성형압력은 모두 실린더 힘으로 받아내야 한다.
ⓑ 공기압 실린더와 같이 작용압력이 낮은 경우에는 그림 2-56과 같이 토글링크ㅇ를 짜 맞추어도 된다. (일반적인 사용 공기압 7~10kg/㎠)
ⓒ 성형기의 사이클에 관계없이 전후진이 가능하다. 또는 사출 성형기의 동작과 전기적으로 연동시키여 작동시킬 수 있다.
ⓓ 슬라이드 코어의 스트로우크를 길게 할 수 있다.
ⓔ 금형 본체의 구조가 간단하며 고장도 적다. 단, 코스트는 그때 그때의 경우에 따라 다르다.
ⓕ 금형을 성형기에 장치하거나, 제거할 때 유압배관이나 제어장치의 제거도 필요하므로 교환 시간이 많이 든다.
ⓖ 슬라이드 작동용 유압(공기압)의 공급원이 필요하다.
② 유압 실린더의 작용력 계산
ⓐ 캐비티부에 작용하는 용융수지 압력은 일반적으로 평균 350~500kg/㎠ 정도가 표준이 된다. 그러나 정밀 공업제품 및 성형재료에 EK라 1,000kg/㎠ 이 되는 일도 있다.
ⓑ 유압 실린더에 의해 래크 바를 작동시켜 원형으로 되어 있는 슬라이드 코어를 회전시키면서 빼내므로 언더컷 부분을 처리한다.
4) 슬라이드 코어 설계시 유의사항
(1) 슬라이드 코어의 경사핀 삽입부에 R을 준다.
(2) 슬라이드 코어와 경사핀중 한쪽에 0.5~1mm의 간격을 준다.
① 금형이 형개할 때 슬라이드 부의 파손을 방지.
② 록킹 블록이 슬라이드 코어 위치 설정을 용이하게 하기 위함.
③ 수지압이 슬라이드 코어에 작용할 때 경사핀에 걸리지 않도록 함.
④ 경사핀의 위치 및 각도와 구멍 위치 오차 발생시 영향이 미치지 않도록 하기 위하여.
(3) 록킹 블록 경사각이 경사핀 각도보다 크거나 같고 + 2°~5°(단, 경사핀 각도 ＜25°)
(4) 대형 슬라이드 코어에서는 복수 경사핀이 필요하다.
(5) 슬라이드 코어 작동부 흠은 가공이 용이하도록 안내판을 붙이는 것이 바람직하다. 작동부의 경도는 HrC50~55 열처리 되어야 한다.
(6) 작동량이 길고 원판이 크지 않을 때는 슬라이드 안내판을 길게 한다.
(7) 가즈리 발생 방지를 위하여 날개부 길이가 슬라이드 폭의 1.5배보다 작거나 같고, 잡아당길 경우에는 날개부 길이의 2/3이상의 안내되어야 한다.
(8) 금형 열림에 의해 슬라이드 코어의 위치가 벗어나지 않도록 스프링, 스톱 핀 등을 사용하여 금형 파손을 방지한다.
(9) 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어를 이동시키는 경우, 슬라이드 코어가 성형 압력에 의해 후퇴하는 것을 방지하는 구조를 고려해야 한다. (록킹 블록설치)
(10) 밀핀과 슬라이드 코어가 간섭을 일으키게 될 때는 링크,바아,스프링 등을 사용하여 이젝터 플레이트의 조속 귀환 기구를 설치한다.
5) 언더컷 부분의 처리 설계 방법
(1) 의측 언더컷 처리 설계
① 스트리퍼 플레이트 위에서 슬라이드 코어가 이동되도록 홈을 파고 앵귤러 핀에 의해 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
- 슬라이드 코어를 가동측에 설치하는 경우, 성형품 외측에 가는 선이 생기는데 이를 피하고자 할 때는 슬라이드 코어를 고정측 형판에 설치하며 성형품이 가동측 형판에 남도록 하고 이를 돌출시키는 방법을 생각한다. 또는 형이 체결된 상태에서 먼저 고정측 형판의 슬라이드 코어를 후퇴시키고 난 후에 형을 열도록 한다.
② 3매 구성 구조로서 고정측 형판과 가동측 형판이 형합된 상태에서 러너스트리퍼 플레이트를 분리하므로 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어가 후퇴하도록 언더컷 부분이 처리된다.
6) 내측 언더컷 처리설계방법
(1) 언더컷 부분을 성형품과 같이 돌출시켜 손으로 이동하면서 빼 낸다.
(2) 경사핀에 의해 코어를 내 측으로 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다. 이젝터 플레이트에 의해 밀핀이 전진하면서 코어와 경사핀이 일체가 되어 있으므로 경사핀에 의하여 코어가 내 측으로 이동되면서 성형품을 밀어낸다.
(3) 경사판에 직접 언더컷 부분을 조각해서 언더컷 부분을 처리한다. 성형품 내측에 언더컷 부분이 있을 때 경사핀에 언더컷 부분을 가공하고 이젝터 플레이트를 전진시키면 경사핀은 내측으로 이동하면서 언더컷 부분을 처리하고 성형품을 밀어낸다.
(4) 암나사를 분리 코어로 성형하는 예이다. 나사 성형방법 중 가장 간단한 방법이나 생산성은 극히 저조하며 분리코어를 2조 이상 제작하여 성형중에 분리코어로부터 성형품을 빼내도록한다. 분리코어로부터 성형품을 빼내는데는 간단한 공구나 지그가 필요하다.
(5) 외부에 나사,테 및 풀리와 같이 외부에 흠이 있는 경우에 성형부를 2개 또는 그 이상으로 나누어 캐비티부를 가공하는 것을 분할형 이라 한다. 분할형 코어 (캐비티)를 앵큘러 핀에 의하여 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다. 성형 압력으로 분할형 코어가 후퇴하는 것을 방지하기 위하여 록킹 블록을 설치한다.
(6) 형 열림 과 동시에 록킹 블록이 해방되고, 앵큘러 핀에 의하여 분할형 코어가 이동되어 언더컷 부분이 처리되고, 이젝터 플레이트 전진에 의해 스트리퍼 플레이트로서 성형품을 밀어 낸다.
- 단, 슬라이드 코어는 스트리퍼 플레이트에 장치되고 성형품을 밀어낼 때는 슬라이드 코어와 함께 작동된다.
- 이 때 이젝터 플레이트 작동이 스무스하면 스프링에 의해 확실히 후퇴하지만 만약, 되돌아가지 않으면 밀핀과 분할형 코어의 충돌로 금형이 파손된다.
(7) 밀핀과 슬라이드 코어의 충돌사고를 방지하기 위해 구성된 구조로 슬리이브 핀과 밀핀으로 성형품을 밀어 낸다.
(8) 바깥 나사를 분할 형으로 성형하고 이젝터 플레이트와 경사핀을 이용해서 분할형을 이동시켜 언더컷 부분을 처리하면서 밀어낸다. 형 열림 도중에 분할형이 움직이지 않도록 경사핀에 스프링이 작용하고, 형 닫힘 때는 가동측 형판의 록킹 면에 밀리어 분할형이 전진한다. 이 때 가동측 형판에 밀리는 록킹면은 경사 스트로우크보다 최소한 10mm 전도 넓게 한다.
(9) 가동측 형판에 설치한 분할형을 고정측 형판에 설치한 도그레그 캠에 의해 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
6. 금형의 온도조절
1) 금형 온도조절의 필요성
- 금형의 온도조절은 성형품의 성형성, 성형능률, 제품 품질 등에서 대단히 중요한 문제이므로, 금형 설계시에 미리 충분히 검토해 둘 필요가 있다.
(1) 성형성과 성형능률의 관계
- 성형품의 외관, 성형재료의 물리적 성질, 성형 사이클이 금형 온도에 따라 현저하게 영향을 받는다. 일반적으로 금형 온도를 저온으로 유지하고 쇼트 수를 올리는 것이 바람직하나, 성형품의형상(금형의 구조), 성형재료의 종류에 따라서는 성형성 향상을 위해 성형 사이클을 단축시키며 금형 온도를 높혀 충전하지 않으면 안되는 경우도 있다.
(2) 제품 품질과의 관계
① 제품의 변형
- 제품 두께의 불균일 및 냉각속도 불균일로 인하여 수축이 불균일하게 되면 변형은 피할수 없게 된다. 즉, 냉각속도에 의한 변형은 온도조절에 의하여 개선이 가능하다.
② 성형 수축률
- 사출 압력이 일정한 조건에서 일반적으로 금형 온도가 높을수록 성형 수축률이 커지는 경향이 있다. 이는 제품이 불량되기 쉽고, 비틀림이나 휘어짐 등의 변형을 일으키는 원인이 되기도 한다.
③ 제품의 광택 및 외관
- 일반적으로 금형 온도가 너무 낮으면 제품의 광택이 나빠지고, 플로우마크나 웰드라인이 현저하게 발생한다.
④ 제품의 물리적 성질
- 금형 온도가 낮으면 수지가 빨리 응고되므로 사출 압력을 높게 하여야 한다. 이때 사출 압력에 의해 제품 내부에 응력이 발생한다. 이 응력은 제품이 냉각되어 고화 할 때 내부에 남아 일반적으로 잔류응력이 된다.
2) 금형 온도조절의 열적 해석
- 성형품 중량 1,000g, 쇼트 수 35 /hr로 성형할 경우에 금형의 냉각 구멍의 전열면적 산출방법, A의 1,000g 기점과 B의 35/hr 기점을 직선으로 연결하여 C의 교점을 해독하면 3,100㎠가 산출한 전열면이 된다.
(1) 금형 가열 히터의 용량
- PC, PE TP, PPO 등 고점도 수지는 유동성이 나쁘므로 금형 온도를 상승시켜서 성형한다.금형 가열방법으로 히터를 사용한다.
3) 냉각수로 설계시의 유의점
(1) 금형의 레이아웃을 설계할 때는 밀핀, 기타 핀, 볼트 등의 배치와 더불어 온도저절용 냉각구멍의 배치도 잘 검토해 둔다. 즉, 냉각회로는 밀핀 구멍보다 우선한다.
(2) 냉각회로는 스프루우나 게이트 등 금형 온도가 제일 높은 곳에 냉매가 우선 유입하도록 설계한다.
(3) 일반적으로 냉각회로는 제품형상에 따라 설계한다.
(4) 공급하는 수량(水量)이 일정한 경우 냉각수 구멍이 크면 유속이 떨어져 열전도가 나빠지므로 수량 증가 또는 구멍을 조절해서 냉각수의 흐름을 난류(亂類)로 하여 냉각효과를 올린다.
(5) 폴레에틸랜과 같이 성형 수축률이 큰 재료는 수축방향에 따라서 냉각수로를 설치하여 성형품의 변형률 방지한다.
(6) 성형압력의 반복작용으로 캐비티부가 파손되지 않도록 냉각수 구멍 위치는 성형부에서 최소 10mm이상 떨어지게 한다.
(7) 직경이 가늘고 긴 코어핀에서는 물또는 압축공기를 통과시킨다.
(8) 드릴 가공하는 경우 드릴 구멍 빗나감을 고려해서 설계한다.
4) 냉각수의 누수방지
- 금형 온도조절에는 온수 및 냉수를 온도조절의 효과를 위하여 5~10kg/cmf의 수압으로 순환시 키므로 시일(Seal)이 불완전하면 누수의 원이이 된다. 냉각 구멍의 시일에는 나사로 하는 것이 일반적이고 O링,가스캐트,고무 패킹 등이 이용된다.
(1) 나사 시일 방법
① 나사는 관용나사(PT 및 PS)가 사용되며, 냉각 구멍의 직경을 나사의 외경에서 피치를 뺀 치수의 직경으로 하면 가공공수를 적게 할 수 있다.
② 큰 냉각 구멍에서는 누수발생이 쉬우므로 가공정도를 높이거나, 액체 패킹재를 발라서 나사 끼움을 하면 완전하게 밀봉할 수 있다.
(2) O링 시일 방법
① 금형에는 보통 니트릴 고무로 정도 Hs70 정도 또는 내열성이 좋은 시리콘 고무를 사용한다.
② O링에 의한 시일은 장소를 그다지 점유하지 않고 염가, 내열, 내유, 내마모성이 좋으므로 사용에 매우 편리하다.
5) 냉각수 구멍의 설계 예
(1) 캐비티무의 냉각회로
① 고정측 형판에 직선 냉각 구멍을 설계한 예로써, 가공이 용이하여 일반적으로 사용하는 방법으로 스프루우에 가까운 곳에서부터 냉각수를 보낸다. 각진 성형품일 때 적합한 회로이다.
② 원통형 성형품의 바깥 둘레를 직선 냉각회로로 한설계 예.
③ 캐비티 인서트 원통주위에 냉각 구멍을 설계한 예.
④ 평면형 성형품의 상하하면의 형판에 나선 형의 냉각회로를 설계한 예.
(2) 코어부의 냉각회로
① 성형품 형상에 따라 고정측 형판과 코어에 직선 냉각 구멍을 설계한 예.
- 가공이 용이하고 냉각 효과도 좋다. 각진 성형품에 알맞다.
② 코어부에 구멍을 가공하고 버플러 플레이트를 설치하므로 코어부를 냉각할 수 있다.
③ 코어부에 구멍을 가공하고 구멍 직경보다 적은 파이프를 설치하므로 파이프 내경으로 냉각수가 유입되어 파이프 외측으로 흘러 나오도록 한 설계 예.
④ 코어부의 상면을 주로 냉각 시키고자 할 때 특수한 칸막이판을 사용하여 코어상면부의 냉각효과를 얻는다.
7. 에어 벤트 (Air Vent)
1) 에어 벤트(가스 빼기)
(1) 금형을 이용하여 사출 성형할 때 사출된 용융수지가 러너 시스템과 캐비티부의 공기를 밀어 내면서 충전되어야 한다. 이때 공기가 금형 외부로 빠져 나가도록 만든 통로를 에어 벤트라 한다.
(2) 충전된 용융수지에서 발생하는 휘발성 물질, 수증기 등의 가스도 에어 벤트로 빼야 하므로 가스 빼기라고도 한다.
2) 벤트 불량시 문제점
(1) 태 움
- 케비티내에 있는 공기의 빠지는 속도보다 사출 충전되는 속도가 빠르면 공기의 압축으로 급속히 온도가 (단연압축현상)상승하면서 수지의 태움현상(흑색 또는 흑갈색)이 생긴다.
(2) 쇼트 쇼트(충전불량)
- 폐쇄된 캐비티내의 공기 저항으로 용융수지의 충전이 저지되어 충전불량의 원인이 된다.
(3) 플래시
- 캐비티내의 가스가 사출된 용융수지에 밀려 금형의 분할면을 빌려 실질적으로 성형부가 커지는 효과가 나타나면서 분할면 사이에서 플래시의 원인이 된다.
(4) 기 타
- 가스 빼기 불량으로 기포, 실버, 제팅. 외관 흐림 등의 성형불량과 소형 정밀성형품에서는 치수 불량의 원인이 되기도 한다.
3) 에어벤트의 방법
(1) 밀핀을 이용하는 방법
- 밀핀과 밀핀 구멍의 틈새를 이용하는 것으로 틈새는 핀지름 5~10mm에서는 0.02~0.03mm, 이보다 적은 지름에서는 0.01~0.02mm가 좋다.
(2) 코어 핀을 이용하는 방법
- 제품 일부에 놓은 보스나 리브가 있을 때는 밀핀을 이용 방법 또는 코어 핀 주위에 틈새를 설치하여 가스 빼기하는 방법도 있다.
(3) 분할형상의 인서트 블록에 의한 방법
- 바켓스와 같이 깊은 성형품, 높은 리브의 가스 빼기 방법으로 캐비티나 코어를 분할형상의 인서트로 하여 그 틈새를 이용하는 방법이다.
(4) 진공 흡입에 의한 방법
- 진공펌프를 이용해서 캐비티내의 가스를 빼내는 방법이다.
(5)파팅 라인(분할면)에 에어 벤트를 설치하는 방법
8. 금형의 강도
1) 금형의 강도
- 금형을 설계할 때에 금형이 성형압력 및 성형기의 형체력에 견딜수 있도록 고려해야 한다. 금형 강도 계산을 하는 경우에 우선, 사출된 성형재료가 성형부에 미치는 압력을 추정하는 것이 필요하다. 성형부내의 압력은 성형품 살두께, 재료의 종류, 성형조건에 의해 다르지만 강도 계산의 경우에는 약간 여유를 주어 500~700kg/㎠ 로 하는 것이 일반적이다. 강도 계산 때 성형압력에 의한 휨량을 다음의 값 이하로 억제해야 한다.
(1) 휨에 의한 플래시가 발생할 우려가 없을 때 ------ 0.1~0.2
(2) 휨에 의해 플래시가 발생할 우려가 있을 때 ------ 0.05~0.08(PA 이외)
0.025(PA의 경우)
(3) 고급 정밀 금형의 휨량은 다음의 경험식을 사용한다.
휨량 = 성형품 편균 살두께×성형수축률
2) 직사각형 캐비티의 측벽 계산
(1) 캐비티 바닥이 일체가 아닌 경우
① 쌍방의 측벽을 양단 고정보로써 계산
② 쌍방의 측변을 양단 단순 지지보로써 계산
③ 사각판으로써 계산
- 실제로는 측벽의 양단지지 상태는 완전한 고정으로 되지 않고, 단순지지로도 되지 않고, 사각의 판으로 계산하는 것이 실제에 가깝다고 생각된다.
- 그러나 ③의 계산은 복잡하고 실용적이 못되고 ②의 계산은 형재의 두께가 크게 되므로 ①의 방법으로 계산하여 어떤 안전계수를 넣어 주는 것이 좋다.
ⓐ 쌍방의 측벽을 양단 고정보로 보고 계산한다.
예) p=500kg/㎠, l=500mm, a=200mm, δ=0.05mm 라고 하면 모노그래프에서 p=500 점과 l=500의 점은 연결하여 pl과 교차하는 점을 구하고, 이 점과 b=300의 점을 연결하여 pl/b 과 교차하는 점을 구한다. 이 점과 a=200의 점을 연결하여 pla/b과 교차하는 점을 구하여, 이 점과 δ=0.05의 점을 이러 h선과 교차하는 점 h=185가 구하는 측벽의 두께가 된다.
3) 원통형 캐비티의 측벽 계산
- 금형을 원통형 캐비티로 한 경우, 성형 압력을 받는 원통의 응력이 원통내면에 생긴다.
4) 코어 받침판의 두께
- 코어 받침판은 성형압력의 작용에 의하여 휨이 생기며, 이 휨이 크게 되면 살두께가 변화하거나 플래시가 발생한다. 따라서 이 휨량이 크게 되지 않도록 할 필요가 있따.
(1) 서포오트 블록이 없는 경우(양단 단순지지보로 보고 계산)
(2) 스페이서 블록 사이에 n개의 서포트(surport)를 같은 간격으로 넣는 경우 n개 서포트가 있을떄 받침판 두께hn는
예: 성형품의 투영면적의 길이 (l)=100mm,폭(b)=130mm인 성형품을 성형압력(P)=500kg/㎠의 조건에서 성형하고자 할 때 받침판 두께는 얼마로 설계하나?
단, 형판의 폭(B)=220mm, 스페이서 블록 간격 (L)=120mm, 받침판의 허용변형량(δ)=0.08mm, 강으 ㅣ종탄성 계수 (E)=2.1×10 kg/㎠
① 서포트가 없을 경우 (l=L이라 하면)
② 서포트가 중앙에 1개 있을 경우 : h1은 약 385/2.51 는 약15.3mm
③ 서포트가 같은 간격으로 2갱 있을 경우 : h2는 약 385/4.33 는 약8.9mm
9. 가공성을 고려한 금형 설계
1) 금형 설계와 가공성
- 금형 가공이 쉽고 어려움은 금형의 제작기간과 단가에 큰영향력을 미치고 금형의 끝손질, 치수정밀도에도 영향을 준다. 또한 성형품의 품질을 좌우하게 된다. 따라서 금형의 설계는 성형품을 중요시한 적절한 구조의 선택과 가공성을 충분히 고려하여 설계하여야된다. 금형의 주요부인 캐비티, 코어의 가공에서 극히 간단항 형상들은 절삭가공으로 직접 형판에 가공하지만 일반적으로 절삭가공을 쉽게 한다든가 특수한 가공 또는 재료비절약을 위해 여러방법으로 제작하여 조합하는 경우가 많다. 금형 설계는 이들의 조합 적격여부가 가공성에 극히 큰 영향을 준다.
2) 금형의 분할방법
(1) 분할식의 필요성
① 성형품에 언더컷이 있어 분할하지 않으면 제품 취출이 불가능 할 때
②특정의 공작물을 사용하지 않으면 가공이 불가능하거나 그 공장기계가 없어서 부득이 다른공작기계를 이용하고자 할 때
③캐비티, 코어등 각 부품의 강도, 내마모성 등 기계적인 성능과 높은품질의 성형품을 요구하는 경우
(2) 분할식의 장단점
① 장 점
ⓐ 사용하고자 하는 제품에 대하여 적당한 소재 선택이 가능하다.
ⓑ 연삭,연마 가공이 용이하다.
ⓒ 금형부품의 치수 측정이용이하다.
ⓓ 성형품의 취출방향으로 연마가 가능하므로 빼기 구배가 작은 제품, 혹은 구배가 없는 것도 취출이가능하다.
ⓔ 가스빼기가 용이하므로 제품상 충진부족.가스탑.미성형등이 불량제거가 용이하다.
ⓕ 부품의 제작정도가 높기 Eoians에 부품의 호환성이 높아지며 보전이용이하다.
② 단 점
ⓐ 부품 수량이 많아 금형 가격이 상승되며 각 부품의 높은 가공정도를 필요로 한다.
ⓑ 캐비티,코어 등의 분해,조립 등 보수 작업에 긴 공정이 필요하다.
ⓒ 부품의 가공방법이 한정되어 있으므로 금형 제작에 가능한 사람이 정해진다.
ⓓ 분할 코어의 냉각방법이 어렵다.
(3) 일체식의 장단점
① 장 점
ⓐ 금형의 강도 및 기계적 성질이 높게 되어 금형이 튼튼하게 된다.
ⓑ 부품수가 작아서 분해, 조립이 쉽고 부품수 및 종류를 감소할 수 있다
ⓒ 성형품 외관상 분할선이 나타나지 않는다.
ⓓ 금형의 크기가 작게된다.
ⓔ 금형 제작에 방전기가 꼭 필요하며 국한된 기계가 사용될 수 있다.
② 단 점
ⓐ 가스 빼기가 설치가 어려우므로 성형시에 충진부족,가스탑,미성형 발생이 쉽다.
ⓑ 전극 제작에 정밀 연삭가공이 필요하다.
ⓒ 가공의 주체가 방전가공이기 때문에 다듬질 가공이 어렵다.
ⓓ 높은 정밀도의 방전가공이 필요.
3) 가공성을 고려한 금형 설계 예
(1) 캐비티 및 코어 부분의 짜넣기와 짜맞춤
① 형판을 관통 구멍으로 가공해서 캐비티 부분을 끼워 맞추는 형식
- 주조법에 다른 캐비티, 특수한 재료의 사용, 또는 가공 공수가 많은 캐비티부를 가능한 경량으로 해서 가공하는 경우 등에 사용한다. 그밖에 관통 구멍을 코어측의 형판과 맞추어서 가공하는 경우에도 사용한다.
② 분할면 뒷쪼에 캐비티 부분을 가공한 부품을 결합시키는 형식
- 특히, 캐비티가 깊은 경우 바닥가공이 곤란할 때 사용한다.
③ 캐비티 안쪽에 바닥이 있는 구멍을 가공하고, 캐비티 부분에 가공한 부품을 끼워 맞추는 형식
- 캐비티 바닥에 복잡한 형상의 가공이 필요할 경우에 사용한다.
④ 형판에 단 붙은 구멍을 가공하고, 캐비티 부분에 단을 붙여서 끼워 끼워 맞추는 형식
- 주조법, 호빙 가공 등에 의한 것으로 나사에 의한 형판의 고정이 곤란할 경우, 또는 코어측의 형판과 관통 구멍을 동시에 가공할 경우에 사용한다.
⑤ 형판에 단 붙이 구멍을 가공하고, 코어 부분에 단을 붙여서 끼워 맞추는 형식
- 냉각수, 이젝터 구멍을 가공하기 위해 코어 부착을 나사로 할수 없을 경우, 또는 캐비티측 형판과 관통 구멍을
- 동시에 가공하려 할 경우에 사용
⑥ 형판에 관통 구멍을 가공하고 코어 부분을 끼워 맞추는 형식
- 코어를 적게 해서 가공할 경우 또는 관통 구멍을 캐비티측 형판과 맞추어서 가공하려 할 경우 사용
⑦ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고 코어 부분을 끼워 맞추는 형식
- 코어의 형상이 복잡하고가공공수가 많을 경우에 가능한 코어를 작고 가볍게 해서 가공할 경우에 사용한다.
⑧ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고 성형품 부분의 가장자리에 기워 맞추는 형식
- 코어의 가장자리에 불규칙한리브형상을 가공하여야 하는 부분이 있고, 이부분의 가공이 곤란한 경우에 사용한다.
⑨ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고, 코어에 성형품 부분보다 작은 개소에서 단 붙이로 가공해서 끼워 맞추는 형식
- 코어의 높이가 특히, 높은 것으로 코어의 측면가공을 쉽게 할 때 사용한다.
⑩ 형판이 바닥에 있는 구멍을 가공해서 캐비티 부분을 끼워 맞추는 형식
- 주조법에 따른 캐비티 또는 특수한 재료를 사용하거나 담금질한 캐비티를 형판에 끼울경우에 사용한다.
(2) 가공성에 대한 일반적인 주의사항
① 성형품부의 설계에서 가공이 쉽게 되는 끼워맞춤을 생각한다
- 캐비티, 코어의 국부 장소에 구면(球面)이 있을 때 이 부분만 선삭 가공해서 맞추는 형식이 좋다.
- 부분에 따라 극단적으로 형판 두께각 다를 경우에 두꺼운 부분을 다른 부품으로 해서 맞추도록 하면 재료의 절약과 가공 공수가 쉽게 된다.
② 적은 구멍과 코어를 끼워 맞출 경우의 주의
-복잡한 캐비티의 중앙부에 돌기가 필요한 형은 깎아내기 가공이 매우 어렵다. 따라서 돌기 부분은 보통 코어 로 만드는데, 이경우에도 중앙 구멍의 가공 및 코어의 끼워맞춤이 어렵다. 이러한 경우에는 금형의 중앙을 분할하여 조합하는 형식으로 하면 가공이 매우 쉬워진다.
③ 리브,그 외에 적고 깊은 홈을 가공할 때의 주의
- 깊고 불규칙한 리브의 새겨넣기 가공이 매우 어려운 경우가 많다. 코어 형식으로 해서 코어 측면에 리브를 가공하도록 설계하면 가공이 쉽다.
- 둥글고 깊은 기브도 코어로 하면 가공이 간단하다.
④ 가공시 기준면을 고려한다.
- 원통형 금형에 원형 이외의 형조각을 할 때에는 원통형의 일부에 기준면을 만들어 두면 센터링, 위치결정이 쉽다.
- 수평면이 없고, 기준면이 선상이 되어 가공 정밀도가 부정확하게 된다. 필요 부분의 정확한 가공, 측정 등을 하기 위하여 기준면을 만들어 주는 것이 필요하다.
- 금형에 부착하는 수평 기준면이 없어 부착했을 때의 위치가 매우 불안전하므로 수평기준면을 만들어 주는 것이 필요하다.
⑤ 기계가공, 다듬질 가공을 고려한다.
- 이젝터 핀 등의 부착 구멍으로 피치가 좁은 경우에 스폿 페이싱을 공동으로 하면 가공 공수가 절감된다.
⑥ 끼워 넣기나 끼워 맞춤이 정밀할 필요가 없는 곳은 틈새를 만들어 가곡, 조립의 공수를 절감한다.
- 플래시 발생을 억제할 수 있는 최소한의 조합면으로 하고 불필요한 곳은 틈새를 주는 예 : 원통형의 단 불이 형식에서 단부분의 지름은 정밀도가 핑요하지 않으므로 틈새를 준다.
- 위치 어긋남 방지 및 보강에 활용한 구조의 예로 필요 부분만 파워 맞춤을 하고 불필요한 부분은 틈새를 준다.
- 슬라이드 코어의 단면이다. 이경우,필요한 부분만 끼워 맞추고 나머지 부분에 틈새를 준다.
⑦ 정확성을 요구하지 않는 구멍은 가능한 크게 가공한다.
- 가이드 핀,가이드 부시의 여유 구멍과 이젝터 핀의 파워 맞춤부분 이외의 구멍 등은 다소 핀심이 있어도 조립할 수 있도록 크게 가공한다.
⑧ 모서리 부분은 모따기를 하여 조립을 쉽게 한다.
- 끼워 맞춤 부분의 모서리 부분을 모따기하면 조립이 쉽다.각이 필요한 부분에는 모따기를 하면 곤란하므로 모따기 하지 않는 곳은 명확히 지시하는 것이 좋다
⑨ 직사각형 모양의 이젝터 핀 구멍 및 핀 형상에 대한 주의
- 구멍이나 픤 모두 가공이 어렵다.직사각형 쪽의 구멍이나 픤 가고잉 수월하다
⑩ 가공은 외측에서 가능하도록 한다.
- 외측에 이젝트용 홈 가공으로 인하여 가공상 형판측에 가공되므로 내측 가공이 어렵다. 코어측에 설치 하므로 코어 외측에 가공하므로 가공이 용이하다.
- 코어 조립시 위치를 결정하기 위하여 빠지기 방지의 단을 주위에 번부에 붙일 필요가 없다.양측에만 단을 붙임으로 가공 공수가 절약된다.
- 원통 형상의 내측에 단을 두어 조립하는 형식으로써 한단으로 상하의 위치가 결정되는 것은 2단으로 할 필요가 없다
⑪ 다듬질 가공을 해서 끼워 맞춤을 하는 부분은 될 수 있는대로 적게 한다.
- 원통 이외의 구멍과 코어의 끼워 맞춤 하는 부분을 될 수 있는 한 적게 하여 기계 가공 다듬질가공, 끼워 맞춤 가공을 적게 하도록 고려한다.
⑫ 가공시 여유 홈을 만들어 준다.
- 연삭 작업시의 안전홈 나사 절삭의 안전홈을 나타낸 것이다. 일반적으로 가공할 때 필요한 흠은 표시해 주는 것이 좋다.
⑬ 강한 힘이 작용하는 곳,담금질 부분의 모서리는 R로 한다.
- 강한 힘이 작용하는 부분의 모서리,담금질 부분의 모서리는 균열이나 파손이 되기 쉽다. 모서리 부는 부품 형상에 따라 적절한R를 만든다.
⑭ 모서리 부분 또는 경사면에 구멍을 사공할 경우에는 평평한 면을 만든다.
- 모서리 또는 경사면에서는 드릴이 미끄러져서 구멍 가공이 어렵다. 반드시 평평한 부분을 만들어 드릴 가공을 한다.
⑮ 담금질 부품을 셋트 할 때 주의한다
- 담금질한 부품을 형판에 셋트할 경우에 녹판을 사용하지 않는 것이 좋다. 담금질한 부품에 관통 녹핀 구멍을 가공할 수 있으면 좋으나 막힌 구멍의 경우에 보조 구멍이 가공되지 않는다. 이와같은 경우는 얇아도 좋으므로 끼워 넣기 형식으로하여 위치가 정해지도록 설계한다.
- 원통 형상의 담금질한 부품을 위치 정하기 셋트 할 때 녹핀의 사용을 피하고, 연삭 가능한 기준면을 가공해서 셋트한다
16. 표준 공구를 사용하도록한다
- 성형품에 관계 없는 부분의 가공,조립용 구멍 가공에는 표준직경의 공구를 사용하도록 설계한다
- 스프루우 부시의 테이퍼 구멍,핀 포인트 게이트의 데이터 구멍등은 표준 드릴,표준 리이 머를 준비하고 표준 공구에 의해 가공 되도록 설계한다
17. 조립,분해가 쉽도록 한다
- 핀의 깊이가 클 때 핀 구멍 바닥에 핀 뱨내기용 구멍을 가공한 예
18. 조립 작업이 쉽게 되도록 한다.
- 가이드 핀의 길이를 코어 높이 보다 약간 길게 한다.조립,조정할 때 가이드 핀이 짧으면 캐비티와 코어가 부딛쳐서 형을 손상시질 위헙이 있다.
19. 금형 운반 및 성형기에 부착할 때 조립작업을 쉽게 하기위한 훅 구멍을 만든다.
- 금형 무게 중심의 밸런스가 좋은 곳에 2개소 내지 4개소에 형의 중량에 적절한 크기의 훅 구멍을 표시한다.
4) 성형품 설계 변경 예
(1) 품질면에서 성형품 설계 변경
① 성형품 두께가 일정하지 않으면 냉각 불균일로 수축 불량(씽크 마크)이 발생한다. 살두께는 가능한 균일하게 한다.
② 단면 살두께가 두꺼운 곳은 리브로 강도를 유지할 수 있도록 변경하여 살두께는 균일하게 한다.
③ 리브의 두께가 성형품의 살두께에 비하여 두꺼우면 리브 이면에 씽크가 발생한다.
④ 깊은 리브를 잘 빼내기 위하여 가능한 크게 구배를 준다.
⑤ 단면이 T형으로 연결된 부분은 씽크 마크가 생기므로 코어측에 엣지(edge)를 만들어 살두께를 적게 한다.
⑥ 성형품 모서리 부분에 응력집중과 유동성을 고려해서 가능한 큰 R를 준다.
⑦ 고정측 코이쪽 보다는 가동측 코어쪽에 접촉 면적이 많도록 설계 변경을 하면 수지 수축 저항으로 제품은 가동측에 남는다.
⑧ 살이 얇고 엣지된 단면부분은 재료의 충전부족,응력집중이 되기 쉽다.
⑨ 보스이 강도를 보강하기 위해 리브를 만들고 보스부의 모서리에 R을 준다.
⑩ 성형시 인서트 물을 확실하게 고정시킬 수 있도록 인서트의 끝면에서 코어 핀을 분할하여 인서트가 움직이지 않도록 누름 여유를 준다.
(2) 가공성을 고려한 성형품 설계 변경
① 파고 들어갈 때 좌우 대칭의 형상은 가공이 쉽다.
② 오목한 문자는 볼록한 문자보다 가공이 어렵다. 그러나 호빙 가공은 이와 반대가 된다.
③ 물결 모양의 이음부의 골의 각은 금형으로써 예각이 되지 않도록 한다.
④ 오목 들어간 부분보다 볼록 나온 부분이 절삭가공이 쉽다. 호빙 가공은 마스터를 만들게 되므로 이와 반대가 된다.
⑤ 기울어진 보스 또는 모양은 금형의 구조가 복잡 또는 대형화가 되므로 라인에 대하여 직각이 되도록 한다.
⑥ 내부의 브라켓에 구멍을 뚫으려고 할 때에는 경제성을 고려하여 복잡한 금형구조를 피하여야 한다.
⑦ 코어부에 비교적 큰 사이드 코어를 관통시키면 고장 원인이 되기 쉬우므로 두 방향의 두개의 사이드 코어를 사용한다.
⑧ 성형품의 깊이가 가능한 한쪽방향으로 붙도록 한다.
⑨ 측면의 구멍을 가늘한 사이드 코어로 하지 않는 것이 좋다.
⑩ 살두께 얇은 벽이나 언더컷 일부를 없애기 위해 U형으로 구멍을 늘린다.
10. 금형용 재료
1) 금형용 재료의 구비 조건
- 금형 소재의 적부는 금형의 수명 및 가공성에 큰 영향을 주는 것으로 그 선택은 금형이 요구하는 조건과 이것을 만드는 가공설비를 충분히 검토한 후에 결정하는 것이 좋다.
- 사출 성형용 금형의 사용조건은 약 250C의 이하이고 성형품도 비교적 연질이기 때문에 금속 단조용 형강, 다이캐스팅용 형강 등의 고급 합금은 억제하고 가격이 저렴한 탄소공구강 ,구조용탄소강, 저합금강이 주로 사용된다.
- 다음의 구비 조건을 전부 만족하는 금형용 재료는 존재하지 않는다. 그러므로 금형의 구조상 재료의 요구에 따라 만족하는 조건을 정하는 것이 필요하다.
(1) 기계 가공성이 양호할 것
- 일반적으로 경도가 높을수로 기계 가공성이 나쁘고,경도가 낮으면 기계 가공성이 좋은 반면,열적 기계적 강도, 연마성이 등 여러 면에서 금형재료로서의 성능이 떨어지므로 이 양쪽의 장점을 잘 균형시켜 적당한 강도, 적당한 기계 가공성을 갖는 프리 하드(綱) 등이 범용적으로 사용되는 성분조성에 의해 쾌삭성(快削性)을 갖게 한 것도 있다.
(2) 충분한 강도, 인성이 있고, 내마모성이 양호할 것.
- 금형은 성형시에 압축응력과 인장응력을 항상 반복해서 받는데 최근에는 정밀도를 올리기 위해 더욱 고압으로 사출성형을 하는 경우도 빈번하고, 또 유리섬유나 금속분말 또는 무기질을 다량충전한 성형재료가 많아지므로 형재의 강도, 인성.내마모성은 금형의 수명, 정밀도 유지 등에 매우 중요시 된다.
(3) 핀 호울,비금속 개재물 등의 결함이 없고, 마무리 표면이 깨끗할 것.
- 금형의 표면 재료의 광택, 연마성이 문제가 된다. 광택 연마성에서 금형에 요구되는 성질은 ①핀호울,②흠이 없고, ③비금속 개재물이 극히 적은 것, ④균일한 조직,⑤결정 입도가 미세한 것,⑥적당한 경도로써 ①,②,③은 일반 형재에서는 얻기 어렵고 진공용해,진공주조 등에 의해 잘제조된 금형 응력이 집중하여 광택이 연마상태가 나빠지고, ⑤의 결정 입도가 거칠은 것은 아무리 광택 연마를 잘 하여도 바둑판 비슷한 모양이 나타난다.
(4) 열처리가 용이하고 열처리에 의한 변형(치수오차)이 적을 것.
- 강재는 일반적으로 담금질, 템퍼링, 어니일링 ,노멀라이징 등의 열처리를 함으로써 그 성질을 개선하여 사용하는 것이 보통이다.
- 열처리 성능으로써는 다음 것을 들 수 있다.
① 열처리 효과가 큰 것 : 열처리에 의해 큰 성질 개선을 기대할 수 있는 것.
② 열박음성이 좋은 것 : 뒤틀림, 균열,처리조작을 생각해서 공냉으로도 충분히 경화되는 것.
③ 질량 효과가 적은 것 : 금형 재료의 크기에 관계없이 표면이나 내부가 같게 열처리 효과가 있는 것.
④ 열처리 취급이 용이한 것 : 열처리 기술이 간단한 것.
⑤ 열처리에서의 뒤틀림, 담금질, 균열이 등이 적을 것.
(5) 내식성(耐蝕性)이 좋을 것.
- PVC,POM,FEP는 성형시 C,Hc 의 부식성 가스를 발생하고, 발포 성형재료도 유기계 발포제의 사용에 의해 암모니아성 가스를 발생한다. 이 밖에 최근에는 할로겐, 인산에스테르계의 첨가형 난연제나
- 염소, 브롬,인 등이 난연화부여 원소를 가진 화합물을 배합하는 반응형 나연제를 사용하는 경우가 늘어서,종전보다 금형의 내식성을 보다 중요시 한다.
- 이들에 대해서는 내식도가 낮은 SC재에 크롬 도금으로써는 불충분하며, 크롬 함유량이 큰STD61내지 11이 사용되는데 더욱 충분한 내식성을 필요로 할 경우는 스테인레스 스틸을 사용한다.
(6) 내열성 및 열팽창 계수가 적을 것.
- PC,PETP,FEP,PPO 등 비교적 성형 온도가 높은 성형 재료가 많아졌고, 형온온도를 높여서 성형해도 슬라이드부의 긁힘 등이 발생하지 않도록 팽창이 적은 형재가 바람직하다.
(7) 수정시에는 살붙이기 용접이 가능할 것.
① 금형을 일부 수정할 필요가 있을 때 지정된 살붙이기용 용접봉을 이용한다.
② 그 작업 전 및 작업 후의 열처리는 될 수 있는데로 간결한 것이 바람직하다.
③ 강종에 따라서는 살붙인 후의 시효처리만으로 강도를 부여할 수 있는 것도 있다.
(8) 열전도가 좋을 것.
- 금형의 냉각, 가열에 있어서 열전도도가 좋으면 그만큼 정확하고 빠른 온도조절이 용이하므로 사이클을 단축 시킬 수 있으며, 형재 가공시에 절삭열의 전도가 빨라서 열응력의 감소로 변형이 방지 된다.
(9) 도금성이 좋을 것.
- 금형의 표면처리 등으로 크롬, 니켈, 카드뮴 등을 도금할 경우가 많다.
- 금형에 도금을 하는 목적은 다음과 같다.
① 광택 연마성을 좋게 한다.(경도 높은 도금을 한다.)
② 이형을 용이하게 한다.(광택 연마면이 양호해서 마찰계수가 작다.)
③ 상처의 방지(경도가 높다.)
④ 내식, 내마모성
(10) 입수하기 쉬울 것.
- 시장성이 적으면 입수하는데 기간이 요하기 때문에 시장성이 큰 것을 선택할 필요가 있다.
2) 금형용 재료의 종류
- 사용 목적에 따라 금형재료, 가공법도 각각 다르다. 일반적으로 철강이 가장 많이 사용되나 그용도에 따라 철강 이외의 것도 쓰이고 있다. 박판의 압축가공의 프레스 금형은 고무 성형법이라하며, 상형에 고무를 쓴다든지, 또는 합성수지, 아연합금을 사용해서 주조에 의하여 다품종 소량생산의 금형을 경제적으로 제작할 수도 있다. 또 복잡한 모양의 블랭킹 금형 등의 숫금형 의 펀치플레이트 쪽의 고정에는 셀로매트릭스(Cellomatrix)라는 저용융합금 및테브콘을 사용하므로써 작업을 간소화 할 수 있다. 대량 생산용 금형 강재로서는 초경합금도 많이 사용된다.
- 금형 재료를 구분하면 다음과 같이 분류된다.
(1) 공구강 금형 재료
(2) 철계 주조용 금형 재료
(3) 비철계 금형 재료
(4) 비금속계 금형 재료
(5) 기 타
(6) 공구강 금형 재료
- 공구강 금형 재료는 그 용도에 의해서 냉간용과 열간용으로 구분된다. 전자는 냉간 블랭킹, 냉간단조, 판금 벤딩 가공등에 사용하고, 후자는 단조, 압출, 다이캐스팅, 플라스틱, 유리, 고무등의 가공용에 사용된다.
① 냉간용 금형강
- 프레스 가공용의 금형 재료는 주로 냉간 즉, 상온근방에서 사용된다. 칼날 또는 압력을 직접 받은 부분은 연속작업 때문에 다소의 온도가 상승한다. 따라서 그 피가공물의 종류, 모양, 크기, 경도 이외에 기계적 성질 등에 따라 다르나 중요한 요구조건은 다음과 같다.
ⓐ 경도 및 인성이 클 것.
ⓑ 마모저항이 클 것.
ⓒ 열처리에 의한 치수 변화가 작을 것.
ⓓ 열처리가 용이할 것.
ⓔ 기계 가공성이 좋을 것.
(가) 탄소 공구강(STC)
- 탄소 공구강은 금형재료 중에서도 가장 가격이 저렴하고 가공도 용이하며, 단순한 프레스 금형에 많이 사용되고, HRC58-62정도의 경도로써 사용한다. 이 재료의 결점은 담금질에 의한 변형이 크고, 담금질 균열이 많고, 담금질 심도가 낮고, 내마모성이 낮으므로 고급 정밀금형이든가 수량이 많을 경우에 STS, STD를 사용한다.
(나) 합금 공구강 S종(STS)
- 정밀 부품의 블랭킹 등에는 고탄소 크롬의 STS2또는 STS3가 많이 사용된다. 다이강에 비하여 성능이 떨어지나 내마모성도 있고 담금질 변형도 적고, 담금질성이 있으며, 다이강에 비해서 금형 재료의 값이 싸므로 중간정도의 금형 재료로써 사용된다.
(다) 합금 공구강 D종(STD)
- 다이강에서는 STD1, STD11만이 사용된다. 자경성 담금질 경도, 담금질 심도, 담금질 변형등 STS보다 더 우수하고 내마모성이 크고 내충격성도 있다.
- 흑피재 경강, 규소강판, 스테인레스판 등 경화된 것과 인성이 높은 소재를 블랭킹할 경우에는 특히, 진가를 달리한다, 블랭킹 금형 이외에 드로오잉 금형, 압축 금형 등에 적용된다.
(라) 고속도 공구강(SKH)
- 고속도강은 C, Cr, W, V, Co, 등의 특수 원소를 많이 함유한 합금강이고 적당한 열처리를 하므로써 현저하게 경화되고 마모저항도 크고 그 박의 성질도 우수하나 고가이기 때문에 소형물의 펀치 다이 등에 많이 사용된다. 특히, 판두께에 비해 직경이 작은 펀칭 등에 적당하다. 또 고온에서 경도마모가 상온에 비하여 큰 변화가 없기 때문에 고온가공의 금형 재료로써 잘 이용된다.
② 열간용 금형강
- 열간가공에 있어서의 작업은 단조, 압출, 다이캐스팅과 같은 작업에 대해서 사용되는 금형강으로 중요한 구비조건은 다음과 같다.
ⓐ 작업온도에 있어서 기계적 성질 특히, 경도 및 인성이 클 것
ⓑ 작업온도에 있어서 내마모성 및 내열성이 양호할 것
ⓒ 가열에 대한 연화 저항이 클 것
ⓓ 담금질 경화능이 좋고 열처리가 용이할 것
ⓔ 열처리에 의한 변형율이 적을 것
ⓕ 일류선(elusion)에 대한 저항이 클 것(특히, 다이캐이트 용에 대해서)
ⓖ 열전도율이 양호할것
ⓗ 기계가공이 양호할 것
- 금형에 요구되는 경도, 내마모성, 인성 등은 냉간가공의 경우와 동일나나 온도상승에 따른 산화 및 장시간 가열에 의한 연화에 대한 저항성과 반복, 가열, 냉각에 의한 열피로 등에 견딜수 있는 것이 필요하다.
- STD4, STD5는 W계 열간 다이강이고, STD6,STD61은5% Cr계 열간 다이강이며, 또한 STF2~는 소위 단조용 금형강이다. 그밖의 합금공구강 STS4, STS2 등도 일부는 열간 가공용 금형강으로써 사용되고 있다
(가) 단조형 금형강
- 단조용 금형재료는 단조 작업중 1200。C정도의 가열재료의 저함으로 금형온도가 300。C 전후가 되며, 특히 금형의 예리한 부분이나 얇은 도출구 등에서는 600。C정도까지 상승한다. 또한 높은 압력이 반복작용하고 드럼 햄머에 의한 큰 충격하중을 받는다. 한편, 재료의변형에 수반되는 재료와 금형 표면과의 고온고압하의 상대적 미끄럼에 의해 금형 표면과의 마모를 일으키는 등 염격한 조건하에서 사용된다. KS에서는 STF6까지가 있고 특수한 경우에는 SKH도 사용된다.
(나) 다이캐스트용 금형강
- 극히 소량의 생산에 사용되는 금형을 제외하고서는 일반적으로 다이캐스트 금형 재료의 쇠물이 고온에 접하는 부분에 일반적으로 다이강(Diesteel)합금공구강 등을 열처리해서 사용하고 그밖의 부품에는 주조용 합금강 및 단조품을 사용한다.
- 중요부분에 대해서 설명하면 다음과 같다.
① 외 형
- 일반적으로는 SM45C~SM50C를 사용한다. 특히, 수명을 길게하기 위해서는 SCM4, STF2,
- STF3, STD^등을 사용할 때도 있다. 또 대형의 금형에서는 주조품의 FCD45, SCC, M1등을 사용한다.
② 코어형
- 아연합금용의 금형에는 일반적으로 SCM3~5, STF2, STF3 등을 사용한다. 그러나 수량이 많은 금형, 코어형에서는 STD6,STD61 재료는 내열성, 공냉 담금질성, 열처리변형 등이 양호하므로 고정밀도의 다이캐스트 금형재료에 적합하다.
- 일반적으로 플림상태에서 가공하여HRC42~45정도로 열처리해서 사용한다. 특히, 정밀도를 요구하는 금형에서는 쾌삭성의 STD6,STD61 등을 기계가공 전에 열처리(HRC40~45)를 하고 금형을 조각하여 사용한다.
- 동합금용의 금형에서는STD4,STD5등이 사용된다.
③ 플라스틱스용 금형강
- 플라스틱스 성형법은 많은 종류가 있어 사용되는 금형재료도 대단히 많다. 예를 들면, 주입성형, 진공성형법 등은 석고, 목형, 주철, 황동, 동, 아연합금, 알루미늄등의 금형재료가 사용된다.
- 이송성형, 압출성형, 사출성형용 금형강에는 SM 45C, SM50C, SM55C등의 기계구조용 탄소강, 또는 탄소공구강, STC7,C,-Mo강,SCM4등이 사용되고 있다.
- 그러나 최근에는 플라스틱스의 이상적인 발전에 의하여 그 생산 수량도 대량화되고, 콜드 호오닝, 방전가고 등의 가공법의 향상과 금형 수명의 증대의 요구에의해 금형 가공후 열처리는 상식화 되어 가고 있다. 그러므로 열처리 변형이 적은 고급 강종이 필요하게된다. 일반적으로압축성형, 사출성형 금형의 강재는 대체로 동일하게 사용하며, 치수 정밀도가 요구되는 곳은 열처리 변형이 적은 다이 캐스트용 금형강을 사용한다.
(2) 주조용 금형재료
- 주철은 기본적인 고업재료로 주조성, 절삭성, 내마모성, 윤활성도 좋고, 강도도 강 이외의 금형 재료에 뒤떨어지지 않으며 특히 항압력이 높고 복잡한 모양도 자유롭게 가공되므로 대형 금형에 서 면압이 비교적 낮은 성형금형 및 드로인 금형 등에 널리 사용된다.
- 일반적으로 사용하는 재료는 회주철의 GC 25 정도, 특히 강인성을 요구할 때는 특수원소가 첨가되는 합금주철 및 구상흑연주철이 사용된다.
(3) 비철계 금형재료
① 아연 합금
- 이 합금은 고순도 아연(99.9％)에 Al 14％, Cu 3％ 정도를 함유한 합금으로 성질은 연강과 유사하고 용융온도가 380℃에 가까울 정도로 낮아 손쉽게 사형(砂型), 석고형, 쇼우프로세스 금형으로 주조되고 용융온도가 낮으므로 가스의 흡수 발생이 적고, 블로호울이 적어 아름다운면이 얻어진다. 또한 금형이 불필요하면 다시 용해해서 반복 사용할 수 있는 금형재료이다. 따라서 제작시간이 짧고, 쇼트(Shot)수가 적은 시험형(試驗型)에 사용되고, 150～200℃에 열변화를 일으키므로 금형온도가 낮은 것에 바람직하다.
- 아연 합금은 그 특성상 주조후 수축에 의해 치수의 변화가 생기므로 주조후 24시간 이상 방치하여 치수변화를 안정시킨후 가공하는 것이 좋다.
② 동- 알루미늄 합금
- 스텐레이스가, 내열강, 전탄소강과 같이 대단히 인성이 큰재료를 프레스가공으로 성형할 경우 형재가 공구강인 금형으로 성형하면 때때로 용착 또는 끝 상처가 생기는 경향이 있다. 이를방지하기 위한 소재와 다른 계통의 금형재료로 다듬질가공이 좋고, 마찰열 발생이 적으며, 프레스 압력에 견디는 강도를 가진 동-알루미늄 합금이 있다.
- 이 합금은 강과 비슷한 강인성을 가지고 정밀 주조법 및 기계 가공이 가능하다. 금형재료로써는 드로잉 금형 등에 많이 사용한다
③ 동- 베릴륨 합금
- 동에 0.5～3%의 베릴륨(Be)과 약간의 Co를 함유한 합금으로 보통 정밀주조 및 압력주조에 의해 정밀한 캐비티를 가공하는데 사용한다.
- 열전도성이 매우 좋고 열처리에 의해 중탄소강 이상의 (HRC 40～50) 높은 경도가 얻어지며, 치수정밀도가 극히 높은 것이 특징으로 기계가공에서는 불가능한 복잡한 형상도 재현 가능하다. 금형를 그대로 동-베릴륨 합금으로 제조하면 단가가 높아지므로 캐비티만 주조해서 부시로 하는 일이 많다
④ 초경합금
- 주로 텅스텐탄화물(W.C)의 분말을 Co로 소결한 분말제품으로 내축격성, 인성은 떨어지나 경고가 대단히 높고 (HRC85～90), 내마모성이 좋으므로 대량 생산용의 금형재료로 많이 사용된다.
- 가공은 다이아몬드가공, 방전가공, 연삭가공으로하나 특히, 주의가 필요하다.
⑤ 스델라이트
- 스텔라이트는 Co, Cr, W를 주성분으로 한 비철합금으로 경도가 높고 내마모성, 내열성, 내산화성을 가지고 있어 금형 등의 마모가 심한 부분 등에 용착해서 금형수명의 증가를 가한다.
3) 사출성형용 금형재료
- 현재 사용되고 있는 사출성형용 금형재료를 분류하면,
(1) 일반구조용 압연강재(SB) KS D 3506)
(2) 기계구조용 탄소강(SM) KS D 3752)
(3) 탄소공구강(STC KS D 3751)
(4) 합금공구강(STS) KS D 3753)
(5) 니켈 크롬강(SNC) KS D 3708)
(6) 고탄소 크롬 베어링강(STB) KS D3525
(7) 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) KS D 3709
(8) 크롬 몰리브덴강 (SCN) KS D 3711
(9) 알루미늄 크롬 몰리브덴강(SACM) JIS G 4202등이 있다, (1), (2)는 보통 단조, 압연 또는 인발(引拔)한 상태로 사용되나, (3)에서 (9)까지의 가의 종류는 어니일링해서 사용하는 것이 일반적이다.
(10) 단조, 압연 또는 인발된 상태로 사용하는 강재
- 단조 및 압연한 상태로 사용하는 강재로써는 일반구조용 압연강재 SB41, SB50, 기계구조용 탄소강 SM25C, SM50C, SM55C의 종류가 가장 많이 사용된다.
① 일반구조용 압연강재(SB)
- SB41, 뉴50은 값이 싸고 입수가 용이하나 강도, 경도가 약하고 핀효율의 결점이 있으므로 형판재로는 부적합하다.
② 기계구조용 탄소강(SM)
- SM25C, SM50C, SM55C는 값이 싸고 입수가 용이하고 가공성이 좋은 구조용 강재이다. 단조 및 압연한 상태 또는 노멀라이징한 상태로 사용하는 경우와 담금질, 템퍼링해서 사용할 경우가 있다.
ⓐ SM25C는 전자의 경우로 금형의 일반 부속품, 발임판, 로케이트링, 스푸루우 부시, 서포트 스톱볼트 등 외에 형판도 사용하는 경우가 있다.
ⓑ SM50C, SM55C는 HR28～35정도의 경도까지 담금질, 템퍼링하여 가공성을 높여서 사용한다. 표준적인 형판재로서 가장 많이 사용된다.
(11) 어니일링 처리를 해서 사용하는 강재
① 탄소공구강(STS)
- STS 3 ,STC 5, STC 7, 등은 탄소함유량 0.6% 이상의 고탄소강으로 STC3 STC5의 담금질 경도는 HR50～60 STC7는 HR50～55 정도로 높고, 내마모성이 양호하며 공구강 중에서는 값이 싸다. 습동하는 부분과 경도 및 내마모성이 필요한 가이드 핀, 가이드 부시, 이젝터 핀, 리턴핀 등에 사용한다.
② 합금공구강(STS)
- STS2 STS3 STD11 STD61 등이 일반적으로 사용되고 있으며 STS재는 STD재에 비하여 내마모성이 떨어지고, 경화 변형이 큰 결점이 있다.
ⓐ STS 2, STS 3는 탄소공구강에 크롬, 텅스텐을 첨가하여 담금질 경화성, 내마모성을 높인 것으로 경도는 HR50～60정도로 경도와 내마모성이 필요한 캐비티 블록, 코어 등과 탄소공구강과 같은 재질이 필요한 부품에 사용되고 있다.
ⓑ STD 11 STD61은 STS재의 텅스텐 대신 바나듐을 첨가한 것이다. STS재보다 담금질, 내마모성이 우수하고 경화 변화가 극히 적으며 STD 11의 경도는 HR55～60으로 캐비티. 코어등에 사용되고, STD 61의 경도는 HR45～51이며 STD11보다 내열성, 인성이 우수하므로 경도와 내마모성이 필요한 캐비티, 코어 등에 사용된다.
③ 니켈 크롬강(SNC)
- SNC2 SNC3 은 탄소강에 니켈과 크롬을 첨가하여 경화성과 인성을 갖게 한 구조용강이다. 경화 템퍼링 경도는 HS36～42정도로 캐비티 블록, 코어 등에 사용한다.
④ 고탄소 크롬 베어링강 (STB)
- STB 주로 베어링용으로 사용되며,내마모성,경화성이 양호하고 경도는 HRC 55~60으로 섭동 부분과 경도 및 내마모성을 필요로 하는 부분에 사용된다.
⑤ 니켈 크롬 몰리브텐강(SNCM)
- SNCM 2는 담금질성과 내마모성이 좋으므로 구조용 재료인 니켈 크롬과 같은 용도로 사용된다.
⑥ 크롬 몰리브덴강(SCM)
- SCM3,SCM4는 탄소강에 크롬과 몰리브덴을 첨가한 구조용 강재로 강도,인성이 모두 탄소강보다 우수하다.
⑦ 알루미늄 크롬 몰리브덴강
- SACM1은 보통 질화처리를 하면 내마모성이 대단히 높아지므로 (질화층의 경도 HS95),습동하는 부분과 경도와 내마모성을 필요로하는 이젝터 핀 등에 사용된다. 강재의 경도는 HS34~42하는 부분과 경도와 내마모성을 필요로하는 이젝터 핀 등에 사용된다. 강재의 경도는 HS34~42 정도.
(12) 금형 재료의 종류
① 철강-열처리를 시행하지 않고 사용하는 구조용 강재 (SM50C)
② 탄소공구강-가격도 저렴하고 가공도 용이하나 내마모성이 낮고,또 담금질 변형,담금질 균형등의 결점이 있다(STC3~STC5)
③ 합금공구강-고탄소,저크롬 등의 합금원소를 합류하는 것으로 중급 정도의 금형재료(STS2,3)
④ 다이강-자경성,담금질 경화,담금질 심도,담금질 변형 등 합금공구강 보다 더 우수한 고급 금형재료(STD1,STD11)
⑤ 고속도강-다이강보다 더 우수한 최고급 금형재료이나 고가로 인해 소형물용에 주로 사용한다.(SKH)
⑥ 주철-복잡한 형상도 자유로이 주조가 되므로 면압이 낮은 성혐금형 등에 사용된다.(GC25)
⑦ 구리,알루미늄합금-달라 붙어 끌겨치는 상처,용착 등이 적기 떄문에 스테인레스강 등의 드로잉 금형에 주조해서 사용한다.(HZ합금)
⑧ 초경합금-텅스텐을 주체로 한 소결합금이고,내마모성이 우수한고,대량 생산용에 쓰이나 가공은 다이아몬드 및 반전가공 밖에 할수 없다.(WC)
⑨ 아연합금-연강에 유사한 기계적 성질을 갖고,380`C에서 용해되고,간단히 주조가 되므로 소량 생산용에 사용된다.(ZAS,MAK #3)
⑩ 저용융합금-쇠물온도(70`C)에서 용해되는 특수 금속이고,용융사출,주조가 되고,시험금형등에 사용된다.(셀아로이)
⑪ 합성수지-에폭시,수지 등 몰드성형에서 금형을 손쉽게 만들수 있는 소량 생산성에 해당(에폭시,수지 후에 노루수지)
⑫ 폴리우레탄-고무와 플라스틱의 중간 성질을 갖는 탄성체이고,스프링의 대용,판귀노울형에 사용된다.
⑬ 유섬재-유황에다 광물성 섬유를 혼합한 것이고,대형물 소량의 드로잉 금형 등에 사용된다.
⑭ 기타-고무,석고,목재,콘크리트 등의 경우에 따라서는 사용된다.
4) 사출성형용 금형 강재의 열처리와 표면처리
- 강재는 적절한 열치리나 표면처리를 함을로써 경도, 강도, 내마모성, 인성 등의 기계적 성질을 현저하게 증가시킬 수 있다. 또한 그 사용목적에 적합한 표면처리는 성형품 외관의 향상과 이형(離型)이 잘 되게 하고 성형성을 증대시킬 수 있다.
- 따라서 성형품의 품질을 향상시키고, 금형 수명을 늘리기 위해서는 적절한 강재의 선정과 열처리나 표면처리 방법의 선택이 매우 중요하다. 다음은 금형 강재에 많이 활용되는 열처리와 표면처리 방법에 대하여 설명한다.
(1) 불림(소준:normalizing)
- 주조, 단조, 압연 또는 고온 과열에 의해 생긴 거칠은 조직을 적당한 조직으로 개선하거나 가공으로 생긴 내부응력을 제거할 목적으로 하는 열처리 방법으로 A3 또는 Acm 변태점 이상(30도~50도)의 높은 온도로 가열한 것을 대기중에서 냉각시킨다. 큰 금형 강재를 구조용강으로 사용할 경우에는 강재를 단조한 후 불림처리하고 형조각을 한다.
(2) 풀림(소둔:annealing)
- 철 또는 강의 연화(軟化), 결정조직의 조정(調整), 또는 내부응력 제거를 위하여 적당한 온도로 가열한 후 서서히 냉각시키는 열처리 방법으로 결정조직의 조정을 위해서는 A3 또는 Acm 변태점보다 약 50도 높은 온도로 가열한 후 노중 또는 재속에서 냉각한다.
- 금형가공에서 일반적으로 풀림처리를 하는 것은 가공응력의 제거, 강재의 연화, 절삭성의 향상을 목적으로 다음과 같은 것이 있다.
① 응력제거를 위한 풀림
- 가공으로 생긴 내부응력을 제거하기 위해 행하는 풀림으로써, 특히 담금질을 필요로 하는 금형인 경우, 거친 가공 및 중가공(中加工)의 공정으로 하는 경우가 많다.
- 풀림을 하지 않으면 가공에 의한 내부응력과 담금질할 때의 마르텐 사이트 변태에 의한 변형이 가해져서 담금질(quenching crack) 휨(warp) 등의 원인이 된다. 두꺼 25mm에 대해 600도~650도 정도의 온도로 2시간 이상 유지한 후 서냉하는 것이 좋다.
② 완전풀림(full annealing)
- 820도~900도로 가열한 후 노내에서 서서히 냉각시킨다.
③ 2단 풀림(two-stepped annealing)
- 830~900도로 가열한 후 불꽃색이 없는 온도(550도 정도)까지 서서히 냉각시키고 그 후에 급수 냉각시킨다.
④ 항온 풀림(isothermal annealing)
- 소정의 풀림 온도에서 650~700도까지 냉각시키고, 이 온도에서 30~60분간 항옹(恒溫)보존하여 항온변태를 완료시킨 후 공냉시킨다.
⑤ 구상화 풀림
- 가공성을 좋게 함과 동시에 담금질 후의 인성을 증가시키며 담금질 균열을 방지하기 위하여 강의 탄화물을 구상화(球狀化)로 변화시키는 것이 필요할 경우에 750도 정도로 가열한 후 서냉한다.
(3) 담금질(소입:quenching : hardening)
- 강의 경도(硬度)나 강도(强度)를 증가시킬 목적으로 변택점 보다 30~50도 높은 온도로 가열한 후 적당한 용매액(溶媒液) 속에서 급냉시킨다.
① 보통 담금질
- 강의 변태점 이상의 온도로 가열한 후 물 또는 기름속에거 급냉(急冷)하여 마르텐사이트 조직을 얻는 방법이다. 이 경우 가열에서 산호<탈탄의 방지이다 즉,금형부품과 같이 두께가 불균일한 경우 불균일한 가열에 의한 각 부분의 온도차로 인하여 열팽창차 및 변태차가 생기면서 균열의 원인이 된다.
- 또 산화, 탈탄의 방지로 분위기 조정로(雰圍氣조整爐)나 염욕(?浴)을 사용하는 것이 좋지만, 이것을 사용할 수 없을 때는 철제로 된 상자속에 칩등으로 피복하여 가열한다,
- 그 밖에 열처리 변형을 방지하기 의해거는 담금질 온도가 낮은 강 또는 자경성(自硬性)이 크고 공냉(空冷)정도로 담금질이 되는 강을 선택할 필요가 있다
② 마르퀘니칭(marquenching)
- 담금질온도까지 상승한 피처리강(被處理綱)을 냉각하여 As점 (냉각시에 있어서 오오스테나이트→마르텐사이트 변태의 시작온도)보다 조금 높은 온도의 열욕조(熱浴槽)에 투입하여 온도가 균일하게 된후에 노에서 꺼내 공냉시키므로써 마르텐사이트 변태를 천천히 일으켜서 경화되는 방법으로 공냉후 뜨임 (tempering)처리하므로 담금질균열이나 담금질 변형이 거의없는 최적의 담금질 방법이된다
③ 마르템퍼(martemper)
- 담금질온도로 가열한후 Ms점 (냉각시에 있어서 오오스테나이트→마르텐사이트 변태가 완료하는 온도)내의 열욕(100-200。C)에서 담금질하여 과냉 오오스테나이트를 서서히 마르텐사이트로 변화시켜 변태가 완료될 때까지 장시간 항온유지하고 나중에 공냉하는 방법이다.
- 이 처리 방법은 템퍼링에 의한 것보다는 강인성을 갖고 있으므로 유효한 열처리방법이다.
(4) 뜨임(소려:tempering)
- 강재는 담금질한 상태로는 대단히 단단하지만, 잘부서지며 불안정한 상태로 되어있다.
- 뜨임이한 담금질에 의해서 생긴 내부응력을 제거하여 안전상태로 하기위해 A1변태점이하로 가열냉각함으로써 각각의 용도에 맞는 경도의 인성을 주는 것이다.
- 뜨임에는 그 목적에 따라 저온 뜨임과 고온뜨임의 두가지로 나누어진다
① 고탄소강을 EM임 온도200。C전후에서 저온 뜨임의 처리하면 담금질에 기인하는 응력을 제거 할 수 있다
② 구조용강인 경우 조직을 솔르바이트화해서 강인성 경화를 갖게하기 위해 500-600。C의 고온뜨임을 한다
③ 고합금강이나 니켈 크롬강등은 1회의 뜨임으로그 효과가 충분치 않을 경우는 2회 3회로 반복하는 것이 좋고, 또 기계적 성질을 향상시키기위한 목적으로 2회 3회 반복해서 뜨임 하는 경우도 있다
(5) 침탄 담금질(carburizing)
- 저탄소강 저탄소합금강등의 탄소함유량을 증가시키기 위하여 적당한 침탄제 중에서 가열하여 표면에 탄소를 확산 침투시켜 표면층을 고탄소상태로 하고 담금질을 경화시키는 방법이다 보통 850-900。C로 8-10시간을 가열하면 강의 표면으로부터 2㎜정도의 깊이로 침탄된다
- 침탄제에는 다음 3종류가 있다.
① 고체 침탄제(목탄,코우크스)
② 가스 침탄제 (일산화탄소 및 탄화수소를 함유한 석탄 가스)
③ 액체 침탄제(청화 가리, 청화 소오다 등)
(6) 고주파 담금질
- 표면 담금질법의 일종이며 주로 표면의 내마모성의 향상을 목적으로 행한다.
- 강재의 표면을 고주파로 급격히 가열하여 담금질 온도에 도달하는 순간에 가열을 중지하고,적당한 냉각제를 사용하여 담금질하는 방법이다.
- 사용 재료는 보통 0.4%~0.5%의 탄소강이 적당하나 담금질 정도에 따라 탄소를 함유한 탄소강 또는 합금강이면 이 방법으로 담금질을 행할 수 있다. 금형 부품중에 표면만 경화시켜도 충분한 효과가 있는 가이드 핀, 리터언 핀, 앵귤러 핀 등에 활용한다.
(7) 질 화
- 질화는 강의 표면을 경화시킬 목적으로 암모니아 가스 또는 질소를 함유한 적당한 모제 중에서 가열하여 강의 표면에 질소 함유량을 증가시키는 방법을 말한다.
- 질화시간은 소요질화 깊이에 따라 결정되나 대체로 50시간에는 0.5mm의 깊이가 표준으로 100시간에 0.7mm의 깊이로 된다. 질화를 방지하는데는 그 부분에 주석도금 또는 니켈 전기도금을 한다.
- 일반으로 흔히 질화에 사용되는 강은 질화강이라고 해서 표준성분은 대체로 탄소 0.35의 질화 온도는 500~550。C이고 표면경도는 빅커스 경도로 900~1000이 얻어진다.
- 질화법으로 처리된 표면은 단단하고 내마모성이 우수하여 내식성도 있으므로, 금형의 마찰부분에 사용하여 큰 효과를 올리고 있다.
- 질화법에는 그 매제에 따라 일반적으로 가스질화, 액체질화, 연질호 (저온 염욕질호법이라고 한다)로 나눌 수 있다.
① 가스 질화법
- 피저리 부품을 질화상자에 넣고, 노속에 넣어 암모니아 가스의 온도를 500。C~550。C정도에서 50~100시간 통과시키므로 질화시키는 것이다.
- 이것은 저온처리 방법으로 열처리 변형이 비교적 적다. 질화층은 매우 견고하여 대체로 Hv1000~1200정도이며 질화층의 두께는 질화용 강의 경우 50시간에서 0.5mm,100시간에서 0.7mm정도가 표준이다.
② 액체 질화법
- 용융 솔트 속에서 질화하는 방법으로 그 온도는 가스질화(500~550。C)와 같게 한다. 액체 침탄과 청화법은 강의 A 변태점 이상에서 용융 솔트에 의해서 처리하는 것인데, 액체질화는 변태점 이하에서 가열하여 처리한다. 액체침탄보다는 액체질화가 질소가 많고 탄소를 적게 한 솔트를 사용한다. 원리적으로는 가스질화와 같으나 가스질화는 심층용에 액체질화는 박충용 처리 온도가 낮고 변형이 적은 것도 특징의 하나이다.
- 솔트는 시안화 나트륨염 60~70%의 시안화칼륨염 40~30%를 570에서 12~16시간 가열하여 욕중의 시안화물을 줄이고, 시안산염과 탄산염을 증가시켜 사용하는 것이 보통이다.
- 이 시안산염이 질화작용을 하므로 시안화물과 시안산염의 비율은 중요하다.
- 질화처리를 560에서 2~3시간 행한다. 이 방법에도 가압, 공기취입법의 2가지가 있다.
③ 저온 염욕 질화법
- 저온 염욕 질화법은 520。～570。C의 저온으로 질화만을 주 목적으로 하는 염욕법으로 경도가 가스질화의 약 절반정도로 저온 염욕 질화법이라고 불리워지고 있다.
- 저탄소강을 사용하여 온도 550。C 전후에서 1～2시간의 처리를 하는 저온 염욕 질화법에서는 경도가 그다지 높아지지 않으나 내마모성, 내피로성이 현저히 향상된다.
- 연질화법의 염욕은 질소와 탄소를 기본원소로 한 시안화칼리염 50～60% 시안산칼리 33～35%로써 이 솔트를 티탄포트(POT)에 넣어서 용융한다.
- 이 방법에 의해 얻어진 표면층의 경도는 저탄소강 중탄소강의 HV570～680 정도이며 상기한 우수한 성질로 되므로 눌어 붙음 갉아먹음 등의 우려가 있는 금형 부품 예를 들면 밀 핀등의 처리에는 효고가 있다.
(8) 화염경화
- 산소- 아세틸렌 화염에 의해 희망하는 표면을 담금질 온도까지 급속히 가열하고 이어서 이것을 물로 냉각해서 경화시키는 방법을 화염경화라고 한다.
- 특징은 외주부만을 담금질 경화시키므로 담금질 변형이 적어 어떠한 형상 크기의 강제품에서도 쉽게 응용되는 것이다.
- 담금질 방법에는 크게 두가지로 나누어진다.
① 전면 동시 담금질
- 비교적 작은 면을 처리하는 경우에 쓰이는 방법이며 전면을 동시에 가열한 후 그면을 냉각시켜 담금질하는 방법이다.
② 이동 담금질
- 큰면은 동시에 처리하기가 곤란하므로 가열과 냉각을 조합한 버어너를 차례를 이동시켜 주위 전면에 걸쳐서 행하는 방법이다. 전면 담금질이 곤란한 금형의 국부 담금질 혹은 부품의 마찰면 등에 이용되어 내마모성을 높이고 금형의 수명을 연장시킬 수가 있다.
(9) 도 금(鍍金)
- 강을 가열처리 하지 않고, 강의 표면을 다른 금속으로 피복(被覆)함으로써 표면의 강도를 높이고,표면의 광택을 증가시키며 ,내식성을 증대시키는 표면 처리법을 도금이라 한다. 도금은 성형 재료에 의한 부식을 방지함과 동시에 성형품 표면의 광택을 높일 수 있으므로, 사출성형용 금형의 캐비티, 코어 등에 이 방법이 사용되어지고 있다.
① 경질 크롬 도금
- 금형에 가장 많이 사용하는 방법이다. 이 도금방법은 금형의 도금할 부분을 무수(無水)크롬산을 주체로 한 도금액 속에 넣어 전류를 통하게 함으로써 크롬을 형재(型材)의 표면에 석출(析出)시켜 금형의 표면에 전착(電着)시키는 방법이다.
- 보통 도금의 두께는 0.005~0.05mm 정도이지만 금형에 도금할 경우는 0.01~0.02mm 정도의 두께로 도금한다. 경도는 빅커스 경도로 900~1,000 정도이다.
- 특징으로는,
ⓐ 경면 마무리()로 되어 있는 도금면은 이형(離型)이 매우 우수하다.
ⓑ 내마모성이 있어서 흠이 나기 어렵다.
ⓒ 크롬은 염산,묽은 유산 ()을 제외한 약품에 대해서 내식성이 좋다.
ⓓ 이 처리를 한 금형으로 만든 성형품은 광택이 좋아서 상품가치가 향상된다.
② 무전해(無電解) 니켈도금
- 이 방법은 전해작용을 일으키게 하지 않고 순수한 화학작용에 의존하는 것으로 도금액에 담겨진 피처리재의 촉매작용에 의해서 처리재와 니켈이 치환(置煥)되어 표면에 도금이 되는 것이다.
- 특징으로는,
ⓐ 전기 도금에서 피할 수 없는 도금 두께의 차(差)가 거의 없고, 비교적 균일하게 도금된다.
ⓑ 핀호울(pin hole)이 없고 매끄럽고 단단하다. 도금한 채로 빅커스 경도로 500 정도인데, 열처리하므로 Hv800~900 까지도 높일수 있다.
ⓒ 밀착성이 좋고 떨어지기 어렵다.
ⓓ 내식성이 좋다.
- 도금면의 화학적 내식성은 순니켈과 거의 변함이 없다.
11. 성형불량
- 사출성형에 의한 성형품 불량 현상의 원인은 성형기의 기능, 성형조건의 부적정, 성형춤의 설계 및 금형 설계의 부적합, 수지 선정의 부적합 등.여러 인자가 서로 복잡하게 연관되어 발생한다.
- 따라서 그대책은 한가지 요인이 아니므로 단순하게 처리하기가 어려운 경우가 많다. 그러나 불량 현상을 찾아 그 대책을 세워 신속하게 처리하므로 생산성을 향상시킬 수 잇기 위해서 성형 불량의 원인과 그 대책에 대해 충분한 이해와 성형과정에서의 관찰과 경험을 쌓아서 대응할 수 있도록 해야한다.
1) 성형 불량과 그 주 원인
(1) 충전부족(Short Shot)
- 수지에 의해 금형이 완전하게 충전되어 있지 않는 상태로 성형품의 일부가 부족되는 현상이다.
- 그 주 원인은
① 수지의 공급량 부족
② 수지의 유동성 부족
③ 유동저항이 너무 크다.
④ 캐비티안의 가스 빼기 불량
⑤ 성형기의 용량 부족
⑥ 재료 공급량 부족
- 이중 가장 결정적인 요인은 금형의 형상과 수지의 유동성이다.
(2) 플레시(Flash)
- 금형의 파팅 면,부시,이젝터 핀,슬라이드의 압절면(押切面)등의 금형을 구성하는 각 부품의 틈새에 용융수지가 흘러 들어감으로써 성형품에 여분의 수지가 붙어 있는 현상.
- 그 주 원인은
① 맞춤면, 압절면(押切面)등의 금형불량
② 형체력의 부족
③ 수지의 유동성이 너무 좋다.
④ 공급량의 과다
(3) 씽크 마크 (Sink Mark)
- 성형품 표면에 생기는 오목현상으로 금형내에 주입된 용융수지가 냉각될 때 체적수축이 생긴다. 금형에 접하는 표면이 빨리 냉각되어 고화 수축하고,체적 중심부는 늦게 냉각되면서 수축되므로 빨리 수축되는 표면쪽으로 재료가 움직이므로 늦게 냉각되는 중심부분은 수지량이 부족하게 되어 기포가 생긴다. 씽크 마크는 성형품의 냉가이 비교적 늦은 부분에 있는 수지의 옹집력에 의해 표면의 수지가 내부의 기포발생을 없애는 방향으로 끌려서 오목면이 발생하는 형상.
- 그 주 원인은
① 성형품 살두께의 불균일
② 금형의 냉각 불균일
③ 금형내의 수지압력
④ 재료의 수축이 큰 경우
(4) 웰드 라인(Weld Line)
- 용융수지가 금형내를 분기해서 흐르다가 재차 합류하는 곳에 생기는 가는 선을 말한다.재차 합류할 때 용융수지가 완전히 융합되지 않기 때문에 생기며, 표면과 이면 모두 동일한 곳에 가느다란 선이 되어서 나타난다.
- 그 주 원인은
① 수지의 분류(分流)가 잇다.
② 유동성의 부족
③ 공기,휘발유의 배출분량
(5) 태 움(Burn)
- 금형내의 공기가 단열압축되면 고온의 공기가 된다. 이것에 의하여 수지가 타서 검은 점이 되는 현상.
- 그 주 원인은
① 공기의 배출불량
(6) 플로우 마크(Flow Mark)
- 성형품의 표면에 흐름무늬가 발생하는 현상으로 캐비티내에 최초로 유입한 수지의 온도가 저하되고, 다음에 흘러 들어오는 수지와의 사이에 경계가 생겨서 발생한다고 생각된다.
- 그 주 원인은
① 수지의 유동성이 나쁠 때
② 금형온도의 불균일
③ 수지온도의 불균일
(7) 실버 스트리크(Sliver Streak)
- 성형품의 표면에 수지의 흐름방향으로 발생하는 매우 가는 선의 다발로, 투명 재료에서 은백색의 선으로 보이는 현상.
- 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, AS수지 등에 흔히 발생한다.
- 그 주 원인은
① 수지에 수분이 있다.
② 수지에 함유된 휘발분이 완전히 빠지지 않는다.
③ 충전중인 수지온도의 심한 저하로 캐비티 내면에 접촉된 부분이 급냉 고화되면서 엷은 층을 형성한다.
④ 이종수지의 혼입으로 인하여,운모모양 또는 비늘모양을 하고, 은백색의 광택을 나타낸다.
(8) 흑 줄 (Black Streak)
- 가열 실린더내에서 수지나 수지 중의 첨가제 또는 윤활제가 열분해하고 연소해서 성형춤에 검은 줄모양으로 되어 나타나는 형상이다.
- 그 주 원인은
① 성형 사이클이 길 때, 성형기의 용량에 비해 성형품이 과소할 때, 재료가 불필요하게 실린더 안에 오래 채류할 때에 수지의 과열분해에 의해 발생
② 수지나 수지 중의 첨가제 또는 윤활제의 열분해로 인한 휘발유의 연소
③ 가스 빼기 불량으로 단열압축에 의한 연소
(9) 광택불량(표면 흐림)
- 성형품의 표면이 수지 원해의 광택과 다르고, 충상에 유백색의 막이 형성되어 안개가 낀 것과 같은 현상.
- 그 주 원인은
① 금형 제품면의 면 정밀도가 나쁘다.
② 휘발분이 금형면에 응고해서 담백색의 흐림발생
③ 금형면에 수분, 윤활제가 부착되어 있다.
④ 결정성 수지의 경우 결정화도가 크다.
⑤ 다른 재료가 혼입되어있다.
(10) 기 포
- 씽크 마크와 동일한 이유로 발생하지만 성형품 내부에 생기는 공간으로 그 생성과정에 따라, 비교적 성형품의 두꺼운부위의 내부에 생기는 진공홀, ②수분이나 휘발유에 의해 살두께와 관계없이 생기는 기포로 분류한다.
- 그 주 원인은
① 수지의 수분 및 휘발분이 있다.
② 스프루우,러너,게이트 등에서 압력손실이 크다.
③ 설정 압력이 낮고, 보압시간이 짧다.
④ 내부에 비해 외부의 냉각 고화가 너무 빠르다.
(11) 제 팅(Jecting)
- 충전과정에서 게이트로부터 캐비티에 분사된 수지가 끈모양의 형태로 고화해서 성형품의 표면에 남겨지는 현상,게이트 위치가 나쁘고,캐비티로 유입하는 수지의 유속이 너무 빠르고,유로가 너무 길면,최초에 사출된 비교적 저온의 수지가 끈모양인 채 고화하고, 차례 차례 사출되는 고온의 수지에 밀려 내려가게 되는데 잘 융합되지 않는 상태로 표면에 나타난다.
- 그 주원인은
① 캐비티가 가늘고 긴 실모양으로 충전된다.
② 수지의 점도가 높다.
(12) 크레이징과 크렉
- 크레이징이란 연신율이 비교적 적은, 또는 무른 타입의 열가소성 플라스틱에 내부응력으로 인하여 표면또는 내부에 생기는 가는 선 모양의 미세한 금을 말한다. 이 잔금이 더욱진행되어 보다 커진 상태가 크렉이다.
- 그 주 원인은
① 살두께의 급격한 변화, 코너 부분의 날카로운 각, 재료의 흐름이 갑자기 바뀌는 장소가 있으면 난류를 일으켜서 잔류응력이 커진다.
(13) 백 화
- 백화는 언더커트,이젝터 핀의 압력 등의 외력에 의해서 발생한 미세한 많은 가는 선.
- 그 주 원인은
① 이젝터 핀의 배치,접촉 면적의 부족
② 형열기,밀어내가의 속도가 빠르다.
2) 성형기,금형 및 성형재료별 성형불량 원인
(1) 사출성형기에 의한 것
① 충전 불량
- 사출압력이 너무 낮다.
- 실린더의 온도가 너무 낮다.
- 실린더 또는 노즐이 막혀 있다.
- 노즐이 너무 작다.
- 재료의 공급이 적다.
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 사출압력의 부족
- 사출속도가 너무 빠르다.
- 가압(보온,형조으기) 시간의 부족
③ 표면 광택 불량
- 실린더내의 가열의 불균일
- 노즐이 일부 막혀 있다.
- 노즐의 지름이 너무 가늘다.
- 성형품이 성형기의 용량을 초과해 있다.
- 실린더의 온도가 너무 낮다.
- 재료 공급량의 부족
④ 웰드라인
- 노즐의 온도가 너무 낮다.
- 사출압력의 부족
- 사출속도가 느리다.
⑤ 플래시의 생성
- 사출압력이 너무 높다.
- 형체력의 부족
- 성형재료의 공급량이 많다.
- 가압 시간(보압, 형조으기)이 너무 길다.
⑥ 싱 크
- 사출압력 부족
- 가열온도가 너무 높다.
- 사출속도가 너무 느리다.
- 재료공급량의 부족
- 성형품이 성형기의 용량을 초과해 있다.
- 가압 시간이 너무 짧다.
- 금형구조 불량
⑦ 성형품이 금형에 붙는다.
- 사출압력이 너무 높든가 또는 재료공급이 너무 많다.
- 가열온도가 너무 낮든지 또는 너무 높다.
- 가압 시간이 너무 길다.(보압, 형조으기)
- 돌출 기구(이젝터 잘치)가 나쁘다.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.(블랙 스트리크)
- 실린더 속에 그을린 재료가 만들어져 있다.
- 실린더에 금이가 있다.
- 노즐이 잘 맞지 않는다.
- 호퍼부근의 냉각 부족
- 실린더의 온도가 너무 높다.
⑨ 스프루우 또는 러너가 금형에 붙는다.
- 스프루우의 노즐 터치부 치수가 틀리다.
(2) 금형에 의한 것
① 충전 불량
- 케이트의 위치가 부적당하다.
- 가스빼기 방법의 불량
- 러너가 너무 좁다.
- 형의 온도가 너무 낮다.
- 코올드 슬러그와 러너 또는 게이트가 막혀 있다.
- 성형품의 어느 한 곳에 특히 얇은 곳이 있다.
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 게이트의 위치가 부적당
- 가스빼기 방법의 불량
- 성형품의 두께의 불균일
- 러너가 너무 좁다.
- 성형품을 금형내에서 필요 이상으로 냉각시켰을 때
③ 표면 광택 불량
- 도금 불량
- 게이트 또는 러너가 너무 좁다.
- 코울드 슬러그 웰의 결여
- 금형 표면에 물이나 기름이 묻어 있다.
- 금형온도가 너무 낮다.
- 벤트 방법이 나쁘다.
④ 웰드라인
- 게이트 런너가 너무작다.
- 게이트 위치의 부적합.
- 금형온도가 너무 낮다.
- 벤트 방법이 나쁘다.
⑤ 플래시의 생성
- 금형이 딱 들어맞지 않는다.
- 금형에 이물이나 플래시가 생겨서 완전하게 닫을수가 없다.
- 캐비티의 외곽에 오버 프루우설치 잘못으로 재료가 잘 괴게 되어 있다.
⑥ 싱 크
- 금형온도가 너무 높든가 또는 불균일
- 게이트가 너무 작다.
- 성형품의 두께가 불균일
- 러너가 너무 작다.
- 노즐이 너무 작다.
- 사일클이 너무 빠르다.
- 보압 시간의 부족
⑦ 스프루우 또는 셩형품이 금형에 붙음
- 노즐과 금형과의 접합이 나쁘다.
- 노즐이 스프루우 입구보다도 굵다.
- 스프루우의 구배가 작다.
- 스프루우에 홈이 있다.
- 금형온도가 너무 높다.
- 캐비티 내면에 홈이 있다.
- 캐비티의 구배 부족
- 캐비티에 언터것이 있든가 혹은 코오너에 모가 너무 예리하게 서 있다.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.
- 캐비티에 기름이나 구리이스가 붙어 있다.
- 제품취출 기구에서 기름이나 구리이스가 스며 나오고 있다.
(3) 성형재료에 의한 것
① 충전 불량
- 유동성이 나쁘다.
- 윤활재의 부족
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 유동성이 나쁘다.
- 습기를 흡수하고 있다.
- 휘발성 물질을 함유하고 있다.
③ 표면 광택, 불량
- 습기를 흡수하고 있다.
- 휘발성 물질을 함유하고 있다.
- 이물질이 혼입되어 오염돼 있다.
④ 웰드 라인
- 재료가 너무 빨리 굳는다.
- 습기를 흡수하고 있다.
- 윤활재의 불량
⑤ 플래시의 생성
- 재료의 흐름이 너무 잘 된다.
⑥ 싱 크
- 재료가 너무 무르다.
⑦ 스프루우 또는 성형품이 금형에 붙음
- 윤활재의 부족
- 성형재료에 접착물 삽입되어 있음.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.
- 분해가 빠르다.
3) 스틸렌계 수지의 성형불량 원인과 그 대책
(1) 충전 부족
① 성형품의 체적 과대
- 성형능력이 큰 성형기를 사용한다.
- 다수개 빼기의 경우 몇 개의 개비티를 폐쇄한다.
② 러너 또는 게이트의 과소
- 러너 또는 게이트를 넓힌다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 압출압력을 올린다.
③ 노즐온도가 낮다.
- 노즐온도를 올린다.
- 대형 노즐을 사용한다.
④ 재료온도 또는 사출압력이 낮다.
- 재료온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다
⑤ 캐비티내의 유동길이가 너무 길다
- 러너길이를 짧게 한다.
- 실린더 온도를 높인다.
- 유동성이 좋은 성형재질로 바꾼다.
⑥ 금형 온도가 낮다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다.
- 실린더 온도를 올린다.
⑦ 사출속도가 느리다.
- 사출속도를 올린다.
- 실린더 온도를 올린다.
⑧ 배기 불량
- 사출속도를 느리게 한다.
- 금형에 에러 벤트를 설치한다.
- 게이트 위치를 변경한다.
- 성형품의 살두께를 변경한다.
⑨ 수지의 유동성 부족
- 실린더 온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 낮춘다.
- 금형온도를 올린다.
⑩ 유동 저항
- 노즐 구경을 크게 한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트, 러너 길이를 짧게 한다.
- 게이트 위치를 조절한다.
- 콜드 스러그 웰(Cold SlugWell)을 설치한다.
- 금형의 도금을 좋게한다
⑪ 수지의 공급불량
- 수지의 공급량을 올린다.
- 호퍼 하부의 실린더 온도를 내린다.
- 사출시간을 길게 한다.
- 펠렛 형상이 균일한가 확인한다.
(2) 플 래 시
① 형체력 부족
- 형체압력을 올린다.
- 사출압력을 내린다.
- 기존 성형기보다 용량이 큰 성형기를 사용한다.
- 토클의 조정을 확실히 한다.
② 금형 불량
- 가이드 부시 또는 가이드 핀의 마모부를 보수한다.
- 금형 설치판을 보정한다.
- 다이롯트의 강도가 충분한 성형기를 사용한다.
- 금형면의 형합을 확실히 한다.
③ 금형면의 이물
- 이물을 제거한다.
④ 성형품의 투영면적 과대
- 대형 성형기를 사용한다.
⑤ 재료온도가 너무 높다.
- 재료온도를 내린다.
- 사출속도를 느리게한다
⑥ 공급량 과잉
- 적정 공급량으로 한다.
⑦ 사출압력이 높다.
- 사출압력을 내린다.
- 재료온도를 내린다.
⑧ 유동성이 너무 좋은 경우
- 실린더 온도를 내린다.
- 사출압력을 내린다.
- 금형온도를 내린다.
(3) 씽크마크
① 러너 또는 게이트의 과소
- 게이트를 넓힌다.
- 사출압력을 올린다.
② 성형품의 살두께 차가 크다.
- 살두께를 될 수 있는 한 균일하게 한다.
- 급격한 살두께가 없도록 한다.
③ 재료 온도가 높다
- 재료온도를 내린다.
- 씽크 마크부의 냉각을 좋게한다
④ 게이트에서의 유동거리가 길다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 성형품에 리브와 살두께부를 설치한다.
⑤ 금형 온도가 너무높다.
- 금형온도를 내리고 코어가 냉각이 될 수 있도록 한다.
⑥ 사출압력이 낮다.
- 사출압력을 올린다.
⑦ 냉각시간이 짧다.
- 냉각시간을 길게 한다.
- 금형온도를 내린다.
⑧ 압축 불량
- 수지의 공급량을 증가시킨다.
- 사출속도를 빨리 한다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출시간을 길게 한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트 위치를 수정한다.
- 용량이 큰 성형기를 사용한다.
⑨ 수축량이 많은 경우
- 실린더 온도를 내린다.
- 금형온도를 내린다
⑩ 냉각의 불균일
- 금형 온도를 균일하게 한다.
- 금형의 두께를 균일하게 한다.
(4) 플로우 마크
① 재료의 유동불량
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 콜드 스러크 웰을 설치한다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
② 금형온도가 낮다.
- 냉각수량을 줄이고 온수를 통한다.
③ 노즐 또는 게이트의 과소
- 노즐 또는 게이트를 크게 한다.
- 재료온도를 올린다.
④ 수지의 점도가 높다.
- 실린더 온도를 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 콜드 스러그 웰(Cold Slug Well)을 설치한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트 위치를 수정한다.
⑤ 수지온도가 불균일하다.
- 노즐의 온도를 올린다.
- 노즐의 구경을 크게 한다.
(5) 은색 흔적(씰버스트리크)
① 재료온도가 너무 높다.
- 재료온도를 내린다
- 사출속도를 내린다.
② 금형온도가 낮다.
- 금형온도를 올린다.
③ 배기 불량
- 금형 형합면에 가스 빼기용의 벤트를 만든다.
- 금형을 분할형으로 가공한다.
- 진공배기 기구를 설치한다.
④ 성형품 또는 금형의 설계 불량
- 게이트 또는 러너를 크게 한다.
- 급격한 살두께의 변화가 없도록 한다.
- 직각부를 둥글게 해서 난루가 생기지 않도록 한다.
- 스프루우 또는 러너에 콜드 스러그 웰을 설치한다
⑤ 금형면의 수분 또는 휘발분
- 금형이 과냉되지 않도록 한다.
- 윤활제또는 이형제를 줄인다.
⑥ 이종 재료의 혼입
- 재료 관리를 엄격히 한다.
⑦ 휘발분
- 수지의건조를 충분히 한다.
- 금형 온도를 내린다.
- 스크류 회전수를 줄인다.
- 배압을 올린다
- 가스 빼기용 벤트를 설친 한다.
- 금형 모양을 수정하고 구께의 급변을 적게 한다.
- 용량.가소화 능력이 큰 성형기를 사용한다.
⑧ 수지 온도가 낮다
- 노즐,스프루우,러너,게이트를 크게한다
- 게이트 위치를 수정한다.
- 콜드 슬러그 웰을 크게 한다.
(6) 표면의 흐림
① 윤활제 또는 휘발분이 많다.
- 재료를 충분히 건조시킨다.
- 윤활제를 줄인다.
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
② 이형제 과다
- 사용량을 줄니다.
(7) 웰드 라인
① 재료온도가 낮다.
- 재료온도를 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다.
② 게이트 설계 부적당
- 게이트 수를 늘린다.
- 게이트를 크게 한다
- 게이트 위치를 변경한다.
③ 재료중의 휘발분 또는 이형제 과다
- 재료를 충분히 건조한다.
- 이형제를 줄인다.
- 캐비티내의 배기를 잘한다.
④ 재료의 고화가 빠르다.
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 콜드 스러그 웰을 설치한다.
⑤ 성형품 설계 부족
- 웰드부에 리브를 설치한다.
- 성형품의 살두께를 두껍게 한다.
⑥ 유동성 부족
- 수지온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 노즐, 스프루우, 러너, 게이트를 크게 하고 게이트, 러너의 길이를 짧게 한다.
- 유동성이 좋은 수지로 바꾼다.
(8) 기 포
① 수지압 부족
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다
- 수지의 공급량을 증가시킨다.
- 스프루우, 러너 , 게이트를 크게 한다.
② 수분에 의한 것
- 수지의 건조를 충분히 한다.
③ 휘발분에 의한 것
- 호퍼 아래의 실린더 온도를 내린다.
- 배압을 올린다.
④ 두께의 불균일
- 금형두께를 균일하게 한다.
⑤ 게이트 또는 러너의 과소
- 게이트 또는 러너를 크게 한다.
- 터브 게이트를 한다.
⑥ 배기 불량
- 공기가 생기기 쉬운 장소에 돌출 핀을 설치한다.
- 재료온도를 내린다.
- 가스 빼기를 한다.
(9) 흑색 및 탄화물의 생성
① 재료 과열
- 재료온도를 내린다.
- 성형주기를 짧게 한다.
- 소형의 성형기를 사용한다.
- 스크류의 회견수를 줄인다.
② 성형기 불량
- 실린더 내부의 상처를 없앤다.
- 스크류의 상처를 없앤다.
- 스크류의 편심을 수정한다.
③ 금형의 설계 불량(게이트가 작고, 배기 불량)
- 게이트를 크게 한다.
- 사출속도를 느리게 한다.
- 돌출핀과 금형의 간격을 넓힌다.
- 금형 형합면에 배기용의 벤트를 낸다.
- 진공배기법을 채용한다.
④ 단열압축
- 호퍼 아패의 실린더 온도를 낮춘다.
- 배압을 올린다.
- 사출속도를 느리게 한다.
- 가스 빼기 기구의 위치를 수정한다.
- 게이트의 위치를 수정한다.
(10) 크레이징
① 사출압력이 너무 높다.
- 사출압력을 내린다.
② 재료의 유동불량
- 재료의 온도를 올린다.
- 금형의 온도를 올린다.
- 급격한 살두께 변화를 피한다.
- 직각부를 둥글게 한다.
③ 배기불량
- 돌출핀과 금형의 간격을 넓힌다.
- 금형을 3단으로 한다.
④ 보압의 조정불량
- 유지압력을 낮춘다.
- 보압 기간을 짧게한다.
- 게이트 밸브를 사용한다.
- 노즐에 체크밸브를 사용한다.
⑤ 열적 변형이 크다.
- 성형품을 풀림한다.
(11) 제 팅
① 게이트 설계 부적당
- 제품 두께가 두꺼운 방향으로 흐르도록 게이트를 수정한다.
- 게이트의 단면적을 크게 한다.
- 터브 게이트로 한다.
② 사출 속도가 빠르다.
- 사출 속도를 느리게 한다.
③ 재료 온도가 낮다.
- 재료 온도를 올린다.
④ 금형 온도가 낮다.
- 금형 온도를 올린다.
(12) 휨
① 냉각 불충분
- 냉각 시간을 길게 한다.
- 금형 온도를 내린다.
② 냉각 불균일
- 성형품의 살두께를 될 쉬있는 한 균일하게 한다.
- 캐비티와 코어의 온도차를 적게한다.
- 리브를 작게한다.
- 냉각수구 수정.
③ 사출압력의 부적당
- 가장 휨이 적은 압력으로 한다.
④ 게이트 위치가 부적당
- 게이트 위치를 변경하거나 휨이 발생하는 반대쪽에 설치한다.
⑤ 코어의 편심
- 코어를 수정한다.
- 게이트의 설계를 변경한다.
⑥ 게이트의 유동길이의 차가 크다.
- 다점 게이트로 한다.
- 게이트를 크게한다.
(13) 이형불량
① 과충전
- 사출압력을 내린다.
- 실린더 온도를 내린다.
- 금형 온도를 내린다.
- 사출시간을 짧게한다.
- 수지의 공급량을 줄인다.
② 금형 불량
- 이형제를 사용한다.
- 고정측과 가동측의 금형온도를 조절한다.
- 배기구, 언더컷(under cut) 부분의 마무리를 좋게한다.
- 금형온도를 낮춘다.
- 이젝터 핀의 크기를 조절한다.
(14) 기 타
① 광택 불량
- 이형제의 사용량을 줄인다.
- 금형 내면의 연마 및 도금을 한다.
- 실린더 온도 및 금형 온도를 올린다.
- 사출압력을 올리고 사출속도를 빨리한다.
② 외관의 홈 및 손상
- 금형의 언더컷 부분을 연마한다.
- 금형 재료를 경질재로 바꾼다.
- 이형 구배를 적절히 수정한다.
- 실린더 온도를 적절히 보정한다.
③ 충 발리 현상
- 재료의 이물 혼입 여부를 점검한다.
- 재료의 예비건조를 충분히 실시한다.
- 금형온도를 올린다.
- 스프루, 런너, 게이트를 크게한다.
- 게이트 랜드(gate land)의 길이를 짧게한다.
④ 색상의 변화가 심하다.
- 실린더 온도를 낮추고, 금형온도를 올린다.
- 이물의 혼입여부를 점검한다.
- 원료의 예비 건조를 충분히 한다.
- 게이트, 런너, 스프루를 크게한다.
- 게이트 랜드의 길이를 짧게한다.
2-1 러너 시스템
성형 능률과 성형품질을 크게 좌우하는 것은 러너와 게이트이다. 이들은 금형 설계의 중요사항으로 취급되어야 하며 성형품을 설계시 사전에 충분히 검토할 필요가있다.
1) 러너와 게이트의 선택 기준
(1) 성형품수
- 캐비티수 2개이상 일때는 다이렉트 게이트를 사용할 수 없다.
(2)성형품의 기능 및 외관
- 성형품의 표면에 게이트의 절단 자리가 남아서 성형품의 기능이나 외관에 손상이 있을 때 문제가 없는 곳으로 게이트 위치를 변경한다.
(3) 성형 재료
- 성형성이 나쁜 재료인 경우 러너와 게이트에 따라 성형품의 기능이나 외관에 더 큰 여향을 주므로 성형 재료에 알맞는 러너 게이트를 선정한다.
(4) 후가공
- 후가공은 성형품의 외관, 기능 및 코스트에 영향을 주무로 가능한 후가공이 필요 없는 게이트를 성정한다.
(5) 성형품의 잔류응력에 의한 변경
- 게이트 주변에 잔류응력의 집중에 의하여 뒤틀림이 생길 때 게이트 종류 및 수를 변화시키므로 변형을 방지할 수 있다.
(6) 성형품의 형상, 치수에 의한 제한
- 평면적이 큰 설형품인 경우 게이트 수를 증가시키므로 성형이 가능하게 된다.
(7) 생산성
- 성형 싸이클을 고려하여 러너, 게이트를 선정해야 한다.
2) 러너 셀계 기준
(1) 캐비티 수의 배열에 따른다.
(2) 러너는 될 수 있으면 작게하고 단면형상은 진원에 가까운 형상으로 유동저항을 적게, 냉각이 잘 되지 않도록 한다.
(3) 굵게하면 러너수지량의 증가 및 러너 고화시간이 길어 성형 싸이클이 저하하므로 설계시 단면형상, 크기,레이아웃에 절대유해야 한다.
(4) 러너는 압력 전단면에서는 최대 단면적으로 해야하고, 열 전도면에서는 외주가 최소가 되어야 한다.
(5) 게이트와 러너의 중섬은 유동온도와 압력유자를 위하여 일직선상에 있도록 해야 한다.
(6) 2매 구성 금형에서 이 형면일 때는 원형 러너를 사용하고 그 이외의 3매 구성 금형이나 파팅이 복잡한 형태일때는 사다리꼴 또는 반원형을 사용한다
(7) 러너 가공은 원형 6각혁에서는 형판의 양면에 새기고 사다리꼴 반원형에서는 한쪽면에 새겨야한다
3) 러너의 치수
(1) 성형춤의 체적과 살두께, 주 러너 스프루우에서 캐비티까지의 거리, 러너의 냉각 금형제작용 커터의 범위, 사용수지에 대한 검토를 해야 한다
(2) 러너의 굵기는 성형품의 살두께보다 굵게한다.
(3) 러너의 길이가 길어지면 유동저항이 커진다.
(4) 러너의 단면적이 성형 사이클을 좌우한다
(5) 일반적인 수지의 경우 러너의 크기를 9.5이하로 경질 PVC,PMMA에서는 13정도까지 할 수 있다
(6) 원형 러너지름의 경험식은 다음과 같다
D:러너의 지름(cm)
W:성형품 중량(g)
L:러너의 길이(cm)
4) 러너 레이아웃 설계
- 다수개 빼기 금형에서 성형품 배치와의 관계는 성형품 형상, 게이트 수, 플레이트의 구성 및 게이트 형식에 따라 좌우된다
* 러너 레이아웃 설계시 고려사항
(1) 압력 손실과 유동수지 온도 저하를 막기 위하여 러너 길이와 수는 가장 적어지는 유동선으로 한다.
(2) 런너 시스템은 게이트 밸런스를 조화있게 한다.
(3) 런너 밸런스와 게이트 밸런스를 조화있게 한다.
(4) 런너 끝에는 러너 통과중에 식은 수지를 봉입하여 캐비티로 흐르지 않도록 하기 위한 콜드 슬러그 웰을 설치한다.
(5) 캐비티 배열을 크게 분류하면 직선 배열, H형 배열, 원형 배열 등이 있다.
5) 러너, 게이트의 밸런스
- 다수개 빼기 금형에서는 모든 캐비티가 균일하게 충전되도록 러너 및 게이트에 의하여 밸런스를 취하여 한다. 이는 다수개 빼기 성형시에 발생하기 쉬운 플로우 마크, 싱크 마크, 쇼트 쇼트, 치수 정밀도 오차 및 중량의 불량 등을 해결 할 수 있다.
(1) 각 캐비티의 충전상태를 균일하게 하는 방법
① 스프루로부터 각 캐비티까지의 재료 유동거리를 같게 한다.
② 스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 러너의 굵기를 조정한다.
③ 스프루로부터 각 캐비티까지의 거리에 따라 게이트의 치수(폭,깊이)를 조정한다.
- 일반적으로 ①,③을 채용하고 특수한 경우에는 ②또는 ②와 ③을 병용하는 방법을 채용한다.
(2) B.G.V(Balanced Gate Value)의 계산
- 다수개 빼기의 경우 각 캐비티에 작용하는 B.G.V의 값이 일정하게 되도록 게이트이 치수를 정하는 방법
: 러너의 길이
: 게이트의 길이
: 러너의 단면적
: 게이트의 단면적
- B.G.V는 게이트를 통과하는 재료의 질량에 비례한다.
그림에서 각 캐비티까지 러너 단면은 일정한 것으로 하고 러너경은 6mm, 게이트의 랜드 길이를 1.5mm로 한다.
= 0.07로 하면 = 이므로 = 0.07x28.27=1.98㎟
- 일반적으로 게이트의 폭과 깊이의 비가 3:1이므로 깊이를 h로 하면 폭은 3h가 된다. 따라 게이트 단면적에서 3h = 1.98㎟
h= 0.81mm(게이트 깊이) 3h=2.43(게이트폭)
- 지금 이 치수의 게이트 #2의 캐비티에 적용하면 2A, 4.4A는 같은 치수를 적용하며 #3.3A, 5.5A는 같은 치수가 요구 된다. #2게이트 치수를 기준하여 다른 게이트 치수를 계산한다.
2. 게이트
- 게이트는 러너의 종점이고 캐비티의 입구이다. 게이트의 우리, 개수, 형상, 및 치수는 성형품의 외관이나 형형효율 및 치수 정밀도에 킨 영향력을 준다. 따라서 게이트는 성형품 형상으로 정하는 것이 아니고 캐비티내의 용융수지의 흐름 방향, 웰드라인의 생성, 게이트 처리 등을 고려해서 정한다.
1) 게이트의 역할
(1) 충천되는 용융수지의 흐름방향과 유량을 제어함과 동시에 성형품을 밀어내는데 충분한 고화 상태로 될 때까지 캐비티내에 수지를 봉입하여 러너측으로 역류를 막는다.
(2) 스프루우 및 러너를 통과하면서 냉각된 수지는 가는 게이트를 지남으로써 마찰열로 재가열되어 플로우마크나 웰드라인을 경감시킨다.
(3) 러너와 성형품의 절단ㅇ르 쉽게 하고 마무리 작업을 간단히 한다.
(4) 다수개 뺴기나 다점게이트의 경우 굵기, 폭, 두께 등의 조정에 의해 각 캐비티의 충전 밸런스를 잡을 수 있다.
2) 게이트의 분류
(1) 제한 게이트와 비제한 게이트
① 비제한 게이트
- 다이렉트 게이트
② 제한 게이트
- 표준 게이트, 오버랩 게이트, 핀 포인트 게이트, 서브마린 게이트, 터브 게이트, 링 게이트, 디스크 게이트 등.
표 2-6 제한, 비제한 게이트의 장단점
비제한 게이트 제한 게이트
① 압력 손실이 적다. ① 게이트 부근의 잔류 응력이 감소된다.
② 수지량이 절약된다. ② 성형품의 휨, 균열 등의 변형 감소.
③ 금형 구조가 간단하다. ③ 게이트의 고화시간이 짧으므로 싸이클을 단축
④ 싸이클이 연잔되기 싶다. 할 수 있다.
⑤ 게이트의 후가공이 필요하다. ④ 다수개 캐비티인 경우 게이트 밸런스가 용이하다.
⑥ 잔류응력, 압력에 의한 충전변형과 크 ⑤ 게이트의 제거가 간단하다.
랙이 발생하기 쉽다. ⑥ 게이트 통과시 압련 손실이 크다.(단점)
(2) 자동 절단 게이트와 비자동 절단 게이트
① 비자동 절단 게이트
- 다이렉트 게이트
② 자동 절단 게이트
- 핀 포인트 게이트, 서브마린 게이트
③ 반자동 절단 게이트
- 표준 게이트, 오버랩 게이트, 터브 게이트, 팬 게이트, 필림 게이트 등.
(3) 디스크 게이트(DISK GATE)
① 원형 성형품의 내경에 사용하는 게이트로 다이어프램 게이트라고도 하며 웰드라인의 발생을 억제한다
② 게이트 깊이는 0.2~1.5mm랜드는 0.7~1.2mm가 좋다
③ 게이트 제거는 원통형의 타발공구를 사용해서 디스크부를 타발한다
④ 게이트 치수
a.h=0.7n X t(mm)
b.h1=n x t(mm)
c.L1 H1(최소한)
(4) 링 게이트 (RING GATE)
① 디스크 게이트와 반대적으로 원통상의 외주에 게이트를 설치한다
② 웰드라인 사출입력에 의한 코어의 쓰러짐(편심)이 방지된다
③ 게이트 깊이 h=0.7n x t 랜드 L=0.7~1.2mm
(5) 터브 게이트
① 오버램 게이트의 변형으로 유동수지가 터브에서 교축되면서 마찰열에 의해 한층 더 가소화한 후 유동성을 향상시켜 캐비티에 유입한다
② PVC,PC 아크릴 수지 등과 같이 열안정성이 나쁘고 용융정도가 높은 수지에 적합하다
③ 터브 게이트느 러너에 대해서 직각으로 설치하는 것이 일반적이며 터브의 폭은 6mm 이상 깊이는 성형품 살두께의 75%가 표준이다
④ 게이트 치수
터브의 폭(Y)=D(러너의 지름)
터브의 깊이 (X)= 0.9Xt
터브의 길이 (Z)=1 1/2 D
(6) 핀 포인트 게이트 (PIN POINT GATE)
① 게이트 위치가 비교적 제한받지 않고 자유롭게 결정된다
② 게이트부근에 잔류응력이 적다
③ 투영면적이 큰 성형품 변형하기 쉬운 성형품의 경우 다점 게이트로 하므로 수축 변형을 적게할수있다
④ 게이트는 자동적으로 절단되고 다듬질 공정을 생략할수있다
⑤ 게이트 단면적이 적어 압력손실이 크므로 저점도 수지를 사용하거나 사출압력을 높게해야 한다
⑥ 3매 구정 구조의 금형으로 성형 사이클이 길게된다
⑦ 게이트치수
ⓐ 랜드 길이 l=0.8~1.2mm
ⓑ 게이트 지름 d=nxcx
ⓒ 게이트 지름 d:게이트 지름(mm) n:수지계수 A:캐비티의 표면적(mm)
c:살두께 함수
⑧ 살두께는 0.7~1.2mm에 적용하며 웰 다이프 노즐에서는 30%작게한다
(7) 서브마린 게이트 (Submarine Gate)
① 러너는 파팅라인(PL)면에 있으나 게이트는 고정측 또는 가동측의 형판속을 뚫고 터널식으로 캐비티에 주입되므로 일명 턴넬 게이트라 한다.
② 게이트는 성형품의 돌출과 동시에 자동으로 절단된다.
③ 게이트의 구조가 복잡하여 가공이 어렵고 랍력 강하가 크다.
④ 게이트 치수
ⓐ PL면과 게이트 입구의 경사각은 25˚~45˚로 한다.
ⓑ 터널부분의 테이퍼는 15˚~25˚ 정도로 한다.
ⓒ 랜드(L)는 가능한 짧게한다. 일반적으로 0.8~1.2mm 적용
ⓓ 직경 d=nxcx4√A 시을 적용
(8) 게이트의 특징과 적용수지
1. DIRECT GATE
특 징 적용수지
① 후가공 필요 P.E,P.P
② GATE부 수측 예상 P.C,P.S
③ 압력 손실이 적다. P.A,A.S
④ 성형성이 좋다. ABS,Acryl
⑤ 구조간단
2. SIDE GATE
① 단면형상이 간단하므로 가공이 쉽다. P.E,P.P,P.C
② 치수가 정밀히 가공된다. P.S,P.A,A.S
③ 수정이 가능 ABS,Acryl
④ 경사를 주어도 됨( ABS : 15˚, PP=20˚)
⑤ 보통 재료로 성형 가능
3. PIN POINT GATE
① 다수개 취할 때 유리 P.P,P.E,P.C
② 3단금형 필요 (리너레스일때2단) P.S,P.A
③ 게이트 부근 잔류응력이 적다. P.O.M,A.S
④ 게이트의 위치를 자유로이 결정할 수 있다. ABS,Acryl
⑤ 성형 사이클이 길어진다.
⑥ 압력 손실이 크다.
⑦ 게이트 자동제어
⑧ 후가공이 필요 없음
4. RING GATE
① 원통형 제품 ABS,P.O.M
② 휨, 변형, weld 마크 방지
5. TAB GATE
① GATE 내부의 응력 집중 완화 ABS,A.S
② Flow MARK 방지 Acryl,p.o.m
p.c,p.v.c
6. FAN GATE
① 살두께가 얇은 박판 ABS,P.O.M
② 성형품 방향으로 부채꼴 모양
③ 사상용이 (필름 게이트보다)
7. FILM GATE
① FAN GATE 보다 충진이 쉽다. ABS,P.O.M
② GATE 사상 고려(후가공이 시간이 길다)
③ 왜곡 최소한으로 억제
④ 평판이고 면적이 대체로 큰 제품
8. Tunnel Gate
① GATE자동절단 P.S,P.A
② PIN POINT 게이트 P.O.M,ABS
③ 후가공이 불필요
9. 다 단 GATE
① 마찰저항에 의한 마찰열 발생 P.C,P.V.C
② 타브(TAB) GATE형태임
10. Disk GATE
① Weld Mark 방지 P.S,P.A
② 링 제품에 웰드라인 방지 A.S,ABS
③ 후가공이 쉬움
5) 게이트의 위치 설정 기준
⑴ 게이트 위치는 각 캐비티의 말단까지 동시에 충전되는 위치에 설치된다.
⑵ 게이트는 그 성형품의 가장 두꺼운 부분에 설치하는 것을 원칙으로 한다.
⑶ 상품가치상 눈에 띄지 않는 곳 또는 게이트 마무리가 간단하게 되는 부분에 설치된다.
⑷ 웰드라인이 생성되기 어려운 곳에 설치한다.
⑸ 가는 코어나 리브 핀이 가까운 곳 또는 유동압력에 의해 편육하고 쓰러질 우려가 있는 방향은 피한다.
⑹ 가스가 고이기 쉬운 방향의 반대쪽에 설치하고 그 반대쪽 가스빼기를 설치한다.
⑺ 큰 힘이나 충격하중이 작용하는 부분에는 게이틑를 붙이지 않는다.
⑻ 제팅을 방지할수 있는 부분을 설치한다.
⑼ 제팅을 방지하고 흐름을 순조롭게 하기 위해 코어형을 향해 용융수지가 흐르는 위치에 설치한다.
⑽ 성형품의 기능, 외관을 손상하지 않는 부분에 설치한다.
⑾ 인서트 기타 장애물을 피할 수 있는 곳을 선택한다.
3. 러너레스
- 러너레스 사출이란 사출기에서 금현의 게비티에 이르는 수지의 유동부위(스프루와 러너)을 적절한 방법으로 수지가 항상 녹아 있도록 함으로써 스프루와 러너의 생성없이 계속적으로 사출하는 방법을 뜻한다.
1) 러너레스 사출의 장점
(1) 인건비의 절감
① 자동화 성형작업을 할 수 있어 작업자 1명이 몇 대의 기계관리를 할 수 있다.
② 러너 시스템을 재처리할 필요가 없다.
(2) 생산원가의 절감
① 일반적으로 러너 및 스프루우는 제품부에 비하여 경화시간이 길지만 러너레스 성형에 의하면 이것이 생략되기 때문에 숏트 사이클(Short cycle)이 단축된다.
② 스프루우나 러너의 재처리 등에 따르는 손실이 절감되며 특수수지의 경우 완전 손실을 절감 할 수 있다.
(3) 사출 사이클의 단축
① 스프루우나 러너에 수지가 채워진 상태이르모 사출속도가 빠르다.
② 러너제거에 의한 시간단축 뿐만 아니라 작없의 안전성이 좋아지며, 금형의 손상위험이 적어진다.
(4) 제품 품질의 향상
① 자동생산이 가능하며 사출 사이클의 균일성이 이루어지므로 성형품의 수축율, 중량의 편차를 줄인다.
② 수지온도, 압력 등의 조건이 동일한 수지를 사출하므로 씽크 마크, 플로우 마크를 줄일 수 있고, 수지의 열변형을 최소화 한다.
③ 재생원료 사용의 필요성이 없으므로 제품의 외관이나 물리적 특성이 좋아진다.
(5) 기계 활용의 증대
① 러너와 스프루우를 채워야 할 수지가 필요 없으므로 사출용량이 적은 성형기로 성형이 가능하다.
② 균일한 사이클과 높은 효율은 일반 사출보다 적은 사출기에서 단위 시간당 생산량을 높여 준다.
2) 러너레스 사출의 단점
(1) 여러 종류의 전기적인 기계와 부품이 들어가기 때문에 금형의 원가가 높아진다.
(2) 관리가 좀더 복잡하며 숙련된 인력이 필요하다.
(3) 불순물이 게이트를 막았을 경우 이를 제거하기 어렵다.
(4) 시스템에 따라 칼라를 바꾸기 어렵다.
3) 러너레스의 종류
(1) 익스텐션 노즐(Extention Nozzle)
① 성형기의 노즐을 연장시켜 노즐이 캐비티의 일부를 형성하거나 게이트부까지 노즐이 연장되는 형식으로 스프루우가 없이 성형된다.
② 원칙적으로 단일 캐비티 금형에 한한다.
③ 노즐의 열이 금형에 전해지기 쉽고, 금형에서 열전도를 작게 하는 것을 실패하면 노즐이 냉각한다든지 전도열이 게이트 고화를 방해한다.
④ 노즐의 온도조절에 의해 핀 포인트 게이트가 허용되는 모든 성형품에 통용된다.
(2) 웰타입 노즐(Well type Nozzle)
① 사출 성형기의 노즐 길이는 있는 그대로 상태에서 짧은 스프루우 공간에 용융수지가 고이면 금형벽과 접하는 스프루우 외측이 고화되며 단열재 역할을 하므로 중심부의 용융수지가 사출압에 의해 사출된다.
② 단일 캐비티 금형에 한한다.
③ 금형 구조가 간단하다.
④ 열변형 온도 범위가 적은 수지에는 사용 할 수 없다.
⑤ 치수 정밀도가 높은 성형품에는 사용할 수 없다.
(3) 인슐레이티드 러너(Insulatwd runner)
① 3매 구성 금형의 게이트 방식으로 러너의 지름을 크게하여 사출된 수지가 러너를 흐를 때 회측은 냉각 고화되어 단열재 역할을 하므로 러너 중심부는 용융상태로 유지되며 다음 사출시에 캐비티에 충전된다.
② 러너에 의한 수지 절약
③ 러너를 뽑아내지 않기 때문에 동일 기계에서 깊은 성형품을 뽑아낼 수 있다.
④ 성형이 고속으로 된다.
⑤ 보조가열과 수지 성질에 따라서 핀 포인트 게이트용 큰 성형품에 사용된다.
⑥ 러너가 고화되기 쉽기 때문에 사용주시 및 쇼트 사이클(Short cycle)의 길이에 한계가 있다.
⑦ 치수 정밀도가 높은 금형엥는 적합하지 못하다.
(4) 핫트 러너(Hot runner)
- 러너 형판에 러너를 가열할 수 있는 시스템을 내장시키므로써 러너내의 수지를 일정한 용융상태로 유지시키고 충전노즐은 가소화 상태의 온도가 유지되어야 하며 그 반명, 캐비티 쪽에서는 성형품의 고화되기에 충분한 온도를 냉각시킬 수 있어야 한다.
① 핫트 러너에서는 다음과 같은 것을 고려하여야 한다.
ⓐ 핫트 매니폴드 각부의 조합부 등에서 수지가 새지 않을 것.
ⓑ 게이트부가 막히지 않아야 한다. 또 막혔을 경우라도 쉽게 분해 청소가 가능해야 한다.
ⓒ 게이트 밸런스가 잡기 쉬울 것, 다수개 빼기 및 다점 게이트라도 이 밸런스가 잡히지 않으면 성형품의 품질이 안정되지 않는다.
ⓓ 시스템 전체에 걸친 온도 콘트롤이 균일화되어 있어야 한다. 적당한 온도구배가 되지 않으면 부분적인 가열로 수지 태움 변색이 잉ㄹ어나고 반대의 경우는 수지의 체류를 일으켜 성형이 불안정하게 되거나 성형불능이 된다.
ⓔ 핫트 매니폴드 블록의 열팽창 대책이 충분히 취해져 있어야 한다.
ⓕ 색 바꿈은 될 수 있는대로 신속, 용이하게 해야 한다.
ⓖ 스타트 시의 온도 상승이 가능한 빨라야 한다.
ⓗ 전체의 비용이 필요한 조건에 만족되면서 값이 싸야 한다.
4. 성형품 밀어내기 장치
- 성형품의 밀어내기 방법은 성형품의 형상이나 재료에 따라 좌우되나 일반적으로 성형품의 분할, 마찰등의 문제점이 없고, 정확한 이형, 고장이적고 또한 발생시에 보수가 간단하여야 한다. 보통 성형품은 금혀의 가동측 코어에 부착되도록 설계하고 핀, 슬리이브, 스트리퍼 플레이트, 에어 등의 단독 또는 병용해서 성형품을 멀어낸다.
1) 성형품의 밀어내기 방법
(1) 밀핀에 의한 밀어내기 방법
① 원형 밀핀
ⓐ 강고이 수비고 경도가 필요한 경우 열처리, 다듬질 연삭등이 다른핀에 비하여 간단하고, 성형품의 임의 장소에 배치할 수 있기 떄문에 가장 많이 사용한다.
ⓑ 구멍의 가공, 끔손질 및 고정밀도를 얻을 수 있으며, 취둥저항이 가장적어 금형의 수명이 길고 교환성 좋으며 파손시에 보수가 쉽다.
ⓒ 핀 배치는 성형품 이형저항의 밸런스를 고려하고 보스, 리브부근에는 다른 부분보다 많이 배치한다.
ⓓ 돌출 접촉면적이 적어 성형품의 일부분에 돌출응력이 집중하므로 컵, 상자 등에서 발구배가 적고, 이형저항이 큰 성형품에 사용하면 파고들거나 백화, 크랙, 변형 등이 생기기쉽다.
ⓔ 에어, 가스빼기가 나쁜 곳에 설치하여 에어벤트를 대용한다.
ⓕ 이적터 퓐과 구멍의 끼워 맞품은 H7정도이며, 끼워 맞춤길이 (X)=(1.5~2)d 정도로 한다.
ⓖ 게이트 및 게이트의 직선 방향의 밑부분에는 핀을 설치하지 않는다.
ⓗ 이젝터 핀과 이젝터 플레이트 핀구멍은 슬라이드 위트로 한다. 즉 이젝터 플레이트에 대해 핀은 부동(浮動)되어야 한다.
② 각형 또는 판모양의 밀핀
ⓐ 판모양의 밀핀은 판 그 자체의 가공과 열처리는 그다지 어렵지 않으나 구멍가공이 어려우므로 방전가공 등 특수가공이 필요하다.
ⓑ 형판이나 코어부분을 분할하여 조합하는 형으로 하면 가공은 쉬워지나 가공공정수가 증가하고 성형품에 분활의 선이 남는다.
ⓒ 스라이딩 저항이 원형핀에 비하여 많고 판이 얇으면 부러지거나 비틀림을 일으키기 쉬우므로 되도록 사용하지 않는 것이 좋다.
(2) 스리이브 핀에 의한 밀어내기
① 밀핀으로는 돌출면적이 부족한 원통모양 또는 보스 등의 밀어내기에 사용하는 파이프형의 이젝터핀
② 슬리이브의 내경이 적고 길이가 긴 것은 가공이 어렵고 살두꼐가 얇은 것은 사용 중 균열이 쉬우므로 살두께는 1.5㎜ 이상이 바람직하다.
③ 슬리이브의 원형 단면이 균일하게 접촉되므로 성형품의 밀어내기가 정확하며 균열 등이 잘 생기지 않는다
④ 열처리 경도는 H5C50 정도로 하고 최소한 열처리의 길이는 슬리이브가 제일 많이 전지한 길이에 7~8㎜ 여유를 가질 수 있는 길이로 한다.
⑤ 슬리이브는 코어핀이 내측에 끼워져 윤활제 없이 스라이딩하므로 치수 정도는 φD 으로 하면 바람직하다.
(3) 스트리퍼 플레이트에 의한 밀어내기
① 성형품의 전둘레를 파이팅 라인에 두고 균일하게 밀어내므로 살두께가 얇거나 성형품 깊이가 큰 경우 측벽저항이 큰 경우에 사용한다.
② 밀어내는 면적이 가장 넓으므로 성형품의 크랙, 백화현상이 없고 변형이 적으며, 밀어내는 자국이 거의 남지 않으므로 투명 성형품에서 특히 중요시된다.
③ 코어 외측과 스트리퍼 플레이트 내측의 긁힘 방지를 위해 3~10˚ 의 구배맞춤이 필요하며 코어와 스트리퍼 플레이트의 틈새는 0.02㎜ 정도로 한다.
④ 복잡한 파팅면인 경우 가공 정밀도, 열처리 변형의 문제로 다른 밀어내기 방법을 검토하는 것이 바람직하다.
⑤ 스트리퍼 플레이트 작동방법
ⓐ 성형기의 이젝터 봉에 의하여 직접 스트리퍼 플레이트를 작동시킨다.
ⓑ 일반적으로 이젝터 플레이트에 리터언핀을 조립시켜서 스트리퍼 플레이트를 작동시킨다.
ⓒ 인장 타이로드에 의하여 당긴다.
ⓓ 체인이나 링크에 의하여 당긴다.
ⓔ 스프링에 의한다.
(4) 공기압에 의한 밀어내기
① 두께가 얇거나 깊은 제품 또는 투영면적이 큰 성형품을 공기압으로 밀어내는 방법.
② 균일한 공기압이 성형품 밑부분에 고르게 작용하므로 변형이 잘 발생하지 않는다.
③ 성형품과 코어 사이에서 발생하는 진공을 해결할 수 있다.
④ 에어의 도피 회로가 있으면 이젝터 힘은 크게 감소한다.
⑤ 콤프레스드의 공기 압력은 5~6㎏/㎠정도가 기준으로 작업성이 좋다.
2) 밀어내기 기구의 예문
(1) 핀돌출
- 성형품의 측벽은 저항이 가장 크므로 측벽 가까운 부분에 밀핀을 배치하는것이 바람직하다.
(2) 보스돌출
- 성형품의 측벽과 보스부근이 이형저항 이 크므로 보스부에 밀 핀을 배치한다.
(3) 핀돌출
- 부분적으로 가늘고 신보스나 리브가 있을떄 그주위를핀으로 돌출시키면 성형품의 크랙이 발생하므로 보스나 리브바닥 부분에 핀을 만들어서 정확히 이형시킨다.
(4) 스트리퍼 플레이트와 핀 돌출
- 핀과 스트리퍼 플레이트를 병용하는 방법으로 내면의 보스부분의 이형정항이 크므로 스트리퍼 플레이트만으로는 성형품에 크랙, 변형이 발생할 수 있으므로 밀핀을 병용해서 사용한다.
(5) 핀과 슬리이브 돌출
- 구배가 적고 깊은 파이프 모양의 돌기부는 이형저항이 크므로 밀핀만으로는 성형품의 변형이나 크랙이 생기므로 슬리이브를 병용한다.
(6) 스트리퍼 플레이트와 슬리이브 돌출
- (5)와 같은 경우에 스트리퍼를 주로하고 슬리이브를 보조적으로 병용 상용한다.
(7) 스트리퍼 플레이트 돌출
- 캡모양의 성형품에서는 스트리퍼 플레이트로 돌출시키는 예가 많다.
(8) 슬리이브 돌출
- 깊은 파이프 모양이며 가동측에 들어간 경우에는 돌출시킬 수 있는 단면의 자리가 있으면 슬리이브를 사용하는 것이 바람직 하다.
- 긴 슬리이브는 가공상 어려우므로 가공 하기 쉽게 짧은 슬리이브로 하며 이를 이젝터 핀에 의하여 돌출시키는 일례이다.
(9) 접시핀돌출
- 살두께가 얇고 면적이 큰 성형품인 경우 스트리퍼 플레이트로 돌출시키면 변형, 크랙이 생기기 쉬으므로 접시핀을 사용하면 가공이 간단하다.
(10) 에어돌출
- 큰면적, 깊이가 깊고 살두계가 얇은 성형품을 스트리퍼 플레이트로 돌출시키면 변형.크랙이 생기기 쉬으므로 압축 공기에 의하여 스트리퍼 플레이트와 코아사이 에 공기를 불어 넣어 돌출시킨다. 공기압은 5~6kg/cm2
3) 나사가 있는 성형품 돌출
- 성형품에 나사가 있는 경우의 이형은 다음 3가지 방법으로 분류한다.
(1) 금형나사부를 분할형으로 하는 경우
① 보올트(수나사)에 적합하며 금형구조나 제작이 비교적 간단하고 이형도 확실하다.
② 나사부에 분할선이 생길 경우 성형품 끝손질이 어렵고 상대와의 맞춤에 장해가 생긴다.
(2) 금형 나사부를 분리코어 로 하는 경우
① 금형구조상 분할형이나 회전자동에 의해 이형이 불가능한 경우, 금형 구조를 간단하게 할떄 분리코어를 사용한다.
② 이방법은 돌출 시킨 후 일일이 분리코어를 성형품에서 빼내야 하며 성형품이 수나사인 경우 에는 수축에 의해 빼내기 쉬우나 암나사인 경우에는 빼내기가 어렵다.
(3) 성형품이나 금형 나사부를 회전시키는 경우
① 일반적으로 캡(cap) 등에 암나사가 있는 성형품은 회전자동 빼내기가 많이 사용된다.
② 성형품이나 금형의 어느 한쪽에 회전과 이송을 주는 방법또는 한쪽은 회전 다른 쪽은 이송 주는 방법이 있다.그러나 모두 성형품에 슬립(회전) 방지가 필요하다.
③ 성형품 외측에 슬립방지가 있고, 핀포인트 게이트 금형에서 금형열림과 동시에 회존이 시작 되는 경우 성형품이 금형 나사부 회전에 의해 밀려서 이형되기 떄문에 파아팅 라인의 금형열기 저항이 많으면 성형품 나사산이 망가진다. 이 대책으로 나사의 이송과 같은 속도로 작용하는 금형 열기기구가 필요하다.
④ 성형품의 나사부 이외에 큰 이형저항이 있는 경우에는 회전 시작과 동시에 나사이송과 같은 속도로 밀어내는 돌출기구가 필요하다.
⑤ 러너의 배치와 돌출관계에서 가동측에 회전기구를 설치하는 것이 금형구조나 성형 능률면에 서 바람직하다.
4) 2단 밀어내기 (돌출)
- 스트리퍼 플레이트를 써서 성형품을 밀어낼 경우 스트리퍼 플레이트의 안쪽에 성형품의 조각부가 있으면 밀어낸 후에도 그 부분이 스트리퍼 플레이트에 부착한 상태로 있으므로 자동적으로 이형시키기 위해서는 다른 밀어내기 기구가 필요하다. 즉 밀어내는 시간의 격차를 두어 작동시키는 것을 보통 2단 밀어내기 방법이라 한다.
(1) 2단 밀어내기 방법
① 2단 작동 개시형 : 밀어내는 기구의 작동 시작 시간을 2중으로 나눈 것으로 주 밀어내기 기구가 작동하고 조금후에 보조 밀어내기 기구가 움직이게 하는 것이 보통이다
② 2단 작동 정지형 : 밀어내는 기구의 작동개시 시간을 같으나 하나가 먼저 정지하고 다른 것은 계속 전진하여 셩형품을 금형으로부터 밀어낸다
(2) 2단 밀어내기의 타이밍 및 그트로우크의 조절기구
① 스트리퍼 플레이트를 먼저 작동시키며 1차로 성형품을 밀어내면서 2차로 밀핀으로 밀어내는 방법.
② 스트리퍼 플레이트 작동은 고정으로 부터 프라보울트,체인, 링크 등을 사용하여 금형 열기의 스트로우크에 의하여 당기며 이젝터 플레이트의 밀어내기는 성형기의 돌출기구를 작동시켜 2차로 밀어낸다.
③ 인장고리에 의하여 이젝터 플레이트를 2단 작동 정지방법으로 성형품을 밀어 낸다.
④ 이젝터 플레이트에 설치한 슬라이드 블록에 의하여 2단 작동 정지방법으로 성형품을 밀어낸다.
⑤ 스프링에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링의 힘에 의하여 작동시키는 실예이다. 이 방법은 가공이 쉽고, 설치 면적이 적으며 가장 간단한 기구이다. 그러나 스프링이 작동하는 힘이 제한을 받으며 작동이 불확실하다.
⑥ 실린더에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링 대신으로 실린더를 사용하여 시키는 실예이다. 이 방법은 타이밍을 자유로이 조절할 수 있으며 작동이 확실하다. 그러나 실린더 설치 면적이 필요하며 유압펌프나 에어 폼르레셔와 그 제어 시스템이 별도로 필요하다.
⑦ 캠에 의한 방법으로 2단 돌출의 한쪽을 스프링이나 실린더 대신으로 캠을 사용하여 작동시키는 실예이다. 이 방법은 작동이 확실하도 다른 부속기구를 필요로 하지 않는다.
5) 이젝터 플레이트의 조속 귀환 기구
- 분할형이나 슬라이드 코어를 사용하는 금형에서 이젝터 핀을 설치하는 경우 금형의 형합에 의한 슬라이드 코어가 되돌아서 원위치로 전진하기 이전에 이젝터 핀이 확실하게 원상태로 되돌아가 있지 않으면 양자가 충돌하여 금형이 파손된다.
5. 언더켓 부분의 처리
1) 개 요
- 사출 성형기의 금형 개폐는 상하, 좌우 어느 쪽이든지 한 방향으로 운동하는 것이 표준형식이다. 따라서 금형개폐의 축방향에 대해서 뽑아낼 수 있는 성형품이 아니면 성형할 수 없다. 그러나 성형품에는 측면의 구멍이나 핸들, 나사 등 여러가지 형상으로 형열림 방행과는 다른 방향으로 뽑아낼 수 있는 종류의 제품도 성혛할 수 있ㄴ은 금형이 요구되는 경우가 많다. 이와 같이 형열림 방향으로 뽑아낼 수 없는 부분을 언더컷이라 하며 이 부분에 대응하는 금형의 부품을 이동시켜서 금형에세 성형품을 뽑아낼 수 있도록 하는 것을 언더컷 부분의 처리라 한다.
(1) 언더컷 부분의 처리(제품의 구조나 형상에 따라서)
① 언더컷 부분을 슬라이드 코어 구조로 한다.
② 내부의 중공, 외부에 턱이 있는 원통 형상의 제품은 분활형 구주로 한다.
③ 나사부가 있는 제품은 나사 회전장치를 설치한다.
(2) 언더컷 부분의 있는 금형의 문제점
① 금형 구조가 복잡해지므로 금형 가격이 비싸다.
② 금형 부품의 긁힘, 마모 및 절손 등 금형 사고의 발생 우려가 많다.
③ 슬라이드 코어, 분활형에 의한 파팅 라인의 흔적이 와관을 손상시키는 날이 있다.
2) 언더컷 부분을 설계 변경한 예
- 제품에 언더컷 부분이 있더라도 약간의 설계 변형에 의하여 이를 파괴하는 경우
(1) 측면에 구멍이 있는 언더컷 제품을 설계 변형에 의해 언더컷 부분을 피하는 방법
- 형 개폐 방향 Y-Y'와 금형의 빼기 구배선의 교정을 b로 하고, a점을 빼기 구배선상에 있도록 하면 코어측과 캐비티측이 a-b선상에서 접촉되므로 측벽구멍 D는 언더컷이 되지 않는다.
(2) 내부 언더컷이 있는 상자형 제품을 설계 변경에 의해 언더컷 부분을 피하는 방법
- 돌기부를 리브형상으로 설계변형하여 언더컷을 피한다.
3) 언더컷 처리방법
(1) 강제로 밀어내기
① 손으로 이형하는 방법
- 언더컷 처리가 곤란한 대형 성형품을 폴리에틸렌과 같은 연질의 수지를 사용하여 성형하는 경우 손으로 열면서 집어낼 수 있다.
② 스트리퍼 플레이트를 사용하는 방법
- 스트리퍼 플레이트에 의해 강제로 이형시킨다. 내부에 언더컷 부분이 있는 훤형 캡의 성형품에 풀리에틸렌, 폴리프로필렌, 연질 염화비닐과 같은 재료를 사용하므로 두께, 치수가 적절하고 이형시에 외측 으로 확산 할 수 있는 것이며 강제 밀어내기가 가능하다.
③ 스트리퍼 플레이트 사용 예
- 연질의 재료일 때는 스트리퍼 플리이트로 밀어내면 제품이 외측으로 확산하면서 이형된다. 그러나 제품끝면이 둥글고, 스트리퍼 플리이트 내측이 파져 있는 경우에는 플레이트가 전진해도 제품단면이 외측으로 확산되지 않으므로 강제 밀어내기가 불가능하다.
④ 강제 밀어내기 할 때 언더컷 허용량
ⓐ 내측 언더컷이 잇을 때 : 언더컷 허용량 (%) = B-A/A *100
ⓑ 외측 언더컷이 잇을 때 : 언더컷 허용량 (%) = C-B/C *100
< 수지별 언더컷 허용량 >
수 지 명 ABS POM PA PMMA LDPE HDPE PP PS,AS
허용량(%) 8 5 9 4 21 6 5 2
(2) 슬라이드 코어 분할형에 의한 언더컷 처리 방법
① 앵귤러 핀에 의한 작동
ⓐ 앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어를 작동시키는 일반적인 구조 방법이다. 슬라이드 코어는 앵귤러 핀에 의하여 코어부를 진행하고 완전히 작용하면 형체력이 로킹 블록 경사면이 슬라이드 코어 후면을 강하게 밀어서 형합을 시키며, 형내압(캐비티부의 수지압력)에 견디면서 그대로 유지한다. 형이 열릴 때에는 로킹면이 떨어짐과 동시에 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어가 후퇴한다.
ⓑ 제품 내측에 있는 언더컷 부분을 슬라이드 코어로 처리한다.
앵귤러 핀의 길이(L) : L= l/cosα+M/sinα+d/2 -H
앵귤러 핀의 각도(α) : β>α+2?, α< 25?
슬라이드 코어의 운동량(M) : M>S, M= c*tanα
ⓒ 앵귤러 핀을 사용한 슬라이드 코어 구조의 각부의 치수 관계로 앵귤러 핀의 경사각(α)이 클수록 슬라이드 코어의 운동량(M)는 증가하는 것에 비례하여 핀이 가하는 힘이 커져야 하므로 절손이나 마모의 원인이 되므로 α의 최대각은 25?이하로 하며, 로킹면의 경사각(β)=α+2?로 한다. β<α경우에는 앵귤러 핀이나 로킹 블록이 파손된다.
ⓓ 슬라이드 코어의 높이가 습동면 길이(l)보다 큰 경우에는 슬라이드 코어가 전도되기 쉽고 안내부에 긁힘이 생겨 움직임이 나쁘므로 H/l=1/2이하가 되는 것이 좋다.
ⓔ 슬라이드 코어의 안내홈은 직접 가공하는 방법과 그림2-42과 같이 보조판을 삽입하는 경우가 있다. 보조판을 삽입하는 경우에는 가공이나 열처리 또는 파손시의 교환이 용이하다.
ⓕ 슬라이드 코어의 운동량(L)는 폭(W)의 1.5배 정도로 하며,코어 후퇴시 안내홈에 코어 습동부의 약2/3정도가 걸려 있도록 한다.
ⓖ 슬라이드 코어의 운동량(M) 및 앵귤러 핀의 습동길이(L) 의관계식
M = (L sin)-C/COS
L = (m/SIN)+2C/SIN2
M : 슬라이드 코어의 운동량
L = 앵귤러 핀의 작동길이
m = 앵귤러 핀의 경사각
C = 틈새
ⓗ 슬라이드 코어 위치 결정 설계 예
- 슬라이드 코어를 수평 및 수직으로 작동시켜 정지된 위치가 일정하지 않으면 형합할 때 앵귤러 핀이 슬라이드 블록과 결합할 수 없으며 금형 파손이 생긴다.
② 도그레그 캠에 의한 작동
ⓐ 금형이 d만큼 열린 후부터 도그레그 캠에 의하여 슬라이드 코어가 작동되어 언더컷 부분을 처리한다.
ⓑ 슬라이드 코어 운동량과 도그레그 캠의 치수 관계는 다음과 같이 한다.
M = La tanα -C
L = M+C/tan
M : 슬라이드 코어의 운동량
L : 캠의 경사부 길이
D = (Ls - e) + C/tanα Ls : 캠의 직선부 길이 (mm)
α : 캠의 경사각(。)
β : 로킹 블록의 경사각(。)
D : 지연량 (mm)
C : 틈새 (mm), e:구멍 직선부의 길이(mm)
③ 앵귤러 캠 (판 캠)에 의한 작동
- 고정측 형판에 캠 플레이트를 설치하고 홈을 습동하는 핀과 슬라이드 코어를 연결 작동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
- 슬라이드 코어의 운동량이 많은 경우에는 캠 플레이트에 1단, 2단의 경사각을 주는 방법을 사용한다. 단, α₂<40°, α₁<25°이며 로킹 블록 경사각(β) = α₂ + 2°
- 슬라이드 코어의 운동량과 앵귤러 캠의 치수 관계는 다음과 같이 한다.
M = La tanα - c
La = (M + C)/tanα
D = Ls+ c/tanα + r(1/tanα - 1/sinα)
M : 슬라이드 코어의 운동량(mm)
La : 캠 트랙의 경사부 길이(mm)
Ls : 캠 트랙의 직선부 길이(mm)
a : 캠 트랙의 경사각(°)
D : 지연량 (mm) c : 틈새(mm)
r : 핀의 반지름(mm)
④ 경사 슬라이드 핀(코어)에 의한 작동
- 제품 내측에 있는 언더컷 부분을 경사 핀(코어)으로 제품을 밀어내므로 경사에 의하여 언더컷 부분이 떨어진다.
(3) 래크와 피니언에 의한 작동
- 고정측 형판에 설치한 래크와 가동측 형판에 설치한 피니언과 슬라이드 래크에 의하여 슬라이드 코어를 직선 왕복운동을 시킴으로 언더컷 부분을 처리한다.
(4) 유압(공기압) 실린더에 의한 작동
- 유압(공기압) 실린더의 작용력에 의하여 슬라이드 코어를 작동시켜 언더컷 부분을 처리한다.
① 특 징
ⓐ 슬라이드 코어(블록)에 작용하는 성형압력은 모두 실린더 힘으로 받아내야 한다.
ⓑ 공기압 실린더와 같이 작용압력이 낮은 경우에는 그림 2-56과 같이 토글링크ㅇ를 짜 맞추어도 된다. (일반적인 사용 공기압 7~10kg/㎠)
ⓒ 성형기의 사이클에 관계없이 전후진이 가능하다. 또는 사출 성형기의 동작과 전기적으로 연동시키여 작동시킬 수 있다.
ⓓ 슬라이드 코어의 스트로우크를 길게 할 수 있다.
ⓔ 금형 본체의 구조가 간단하며 고장도 적다. 단, 코스트는 그때 그때의 경우에 따라 다르다.
ⓕ 금형을 성형기에 장치하거나, 제거할 때 유압배관이나 제어장치의 제거도 필요하므로 교환 시간이 많이 든다.
ⓖ 슬라이드 작동용 유압(공기압)의 공급원이 필요하다.
② 유압 실린더의 작용력 계산
ⓐ 캐비티부에 작용하는 용융수지 압력은 일반적으로 평균 350~500kg/㎠ 정도가 표준이 된다. 그러나 정밀 공업제품 및 성형재료에 EK라 1,000kg/㎠ 이 되는 일도 있다.
ⓑ 유압 실린더에 의해 래크 바를 작동시켜 원형으로 되어 있는 슬라이드 코어를 회전시키면서 빼내므로 언더컷 부분을 처리한다.
4) 슬라이드 코어 설계시 유의사항
(1) 슬라이드 코어의 경사핀 삽입부에 R을 준다.
(2) 슬라이드 코어와 경사핀중 한쪽에 0.5~1mm의 간격을 준다.
① 금형이 형개할 때 슬라이드 부의 파손을 방지.
② 록킹 블록이 슬라이드 코어 위치 설정을 용이하게 하기 위함.
③ 수지압이 슬라이드 코어에 작용할 때 경사핀에 걸리지 않도록 함.
④ 경사핀의 위치 및 각도와 구멍 위치 오차 발생시 영향이 미치지 않도록 하기 위하여.
(3) 록킹 블록 경사각이 경사핀 각도보다 크거나 같고 + 2°~5°(단, 경사핀 각도 ＜25°)
(4) 대형 슬라이드 코어에서는 복수 경사핀이 필요하다.
(5) 슬라이드 코어 작동부 흠은 가공이 용이하도록 안내판을 붙이는 것이 바람직하다. 작동부의 경도는 HrC50~55 열처리 되어야 한다.
(6) 작동량이 길고 원판이 크지 않을 때는 슬라이드 안내판을 길게 한다.
(7) 가즈리 발생 방지를 위하여 날개부 길이가 슬라이드 폭의 1.5배보다 작거나 같고, 잡아당길 경우에는 날개부 길이의 2/3이상의 안내되어야 한다.
(8) 금형 열림에 의해 슬라이드 코어의 위치가 벗어나지 않도록 스프링, 스톱 핀 등을 사용하여 금형 파손을 방지한다.
(9) 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어를 이동시키는 경우, 슬라이드 코어가 성형 압력에 의해 후퇴하는 것을 방지하는 구조를 고려해야 한다. (록킹 블록설치)
(10) 밀핀과 슬라이드 코어가 간섭을 일으키게 될 때는 링크,바아,스프링 등을 사용하여 이젝터 플레이트의 조속 귀환 기구를 설치한다.
5) 언더컷 부분의 처리 설계 방법
(1) 의측 언더컷 처리 설계
① 스트리퍼 플레이트 위에서 슬라이드 코어가 이동되도록 홈을 파고 앵귤러 핀에 의해 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
- 슬라이드 코어를 가동측에 설치하는 경우, 성형품 외측에 가는 선이 생기는데 이를 피하고자 할 때는 슬라이드 코어를 고정측 형판에 설치하며 성형품이 가동측 형판에 남도록 하고 이를 돌출시키는 방법을 생각한다. 또는 형이 체결된 상태에서 먼저 고정측 형판의 슬라이드 코어를 후퇴시키고 난 후에 형을 열도록 한다.
② 3매 구성 구조로서 고정측 형판과 가동측 형판이 형합된 상태에서 러너스트리퍼 플레이트를 분리하므로 앵귤러 핀에 의해 슬라이드 코어가 후퇴하도록 언더컷 부분이 처리된다.
6) 내측 언더컷 처리설계방법
(1) 언더컷 부분을 성형품과 같이 돌출시켜 손으로 이동하면서 빼 낸다.
(2) 경사핀에 의해 코어를 내 측으로 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다. 이젝터 플레이트에 의해 밀핀이 전진하면서 코어와 경사핀이 일체가 되어 있으므로 경사핀에 의하여 코어가 내 측으로 이동되면서 성형품을 밀어낸다.
(3) 경사판에 직접 언더컷 부분을 조각해서 언더컷 부분을 처리한다. 성형품 내측에 언더컷 부분이 있을 때 경사핀에 언더컷 부분을 가공하고 이젝터 플레이트를 전진시키면 경사핀은 내측으로 이동하면서 언더컷 부분을 처리하고 성형품을 밀어낸다.
(4) 암나사를 분리 코어로 성형하는 예이다. 나사 성형방법 중 가장 간단한 방법이나 생산성은 극히 저조하며 분리코어를 2조 이상 제작하여 성형중에 분리코어로부터 성형품을 빼내도록한다. 분리코어로부터 성형품을 빼내는데는 간단한 공구나 지그가 필요하다.
(5) 외부에 나사,테 및 풀리와 같이 외부에 흠이 있는 경우에 성형부를 2개 또는 그 이상으로 나누어 캐비티부를 가공하는 것을 분할형 이라 한다. 분할형 코어 (캐비티)를 앵큘러 핀에 의하여 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다. 성형 압력으로 분할형 코어가 후퇴하는 것을 방지하기 위하여 록킹 블록을 설치한다.
(6) 형 열림 과 동시에 록킹 블록이 해방되고, 앵큘러 핀에 의하여 분할형 코어가 이동되어 언더컷 부분이 처리되고, 이젝터 플레이트 전진에 의해 스트리퍼 플레이트로서 성형품을 밀어 낸다.
- 단, 슬라이드 코어는 스트리퍼 플레이트에 장치되고 성형품을 밀어낼 때는 슬라이드 코어와 함께 작동된다.
- 이 때 이젝터 플레이트 작동이 스무스하면 스프링에 의해 확실히 후퇴하지만 만약, 되돌아가지 않으면 밀핀과 분할형 코어의 충돌로 금형이 파손된다.
(7) 밀핀과 슬라이드 코어의 충돌사고를 방지하기 위해 구성된 구조로 슬리이브 핀과 밀핀으로 성형품을 밀어 낸다.
(8) 바깥 나사를 분할 형으로 성형하고 이젝터 플레이트와 경사핀을 이용해서 분할형을 이동시켜 언더컷 부분을 처리하면서 밀어낸다. 형 열림 도중에 분할형이 움직이지 않도록 경사핀에 스프링이 작용하고, 형 닫힘 때는 가동측 형판의 록킹 면에 밀리어 분할형이 전진한다. 이 때 가동측 형판에 밀리는 록킹면은 경사 스트로우크보다 최소한 10mm 전도 넓게 한다.
(9) 가동측 형판에 설치한 분할형을 고정측 형판에 설치한 도그레그 캠에 의해 이동시키므로 언더컷 부분을 처리한다.
6. 금형의 온도조절
1) 금형 온도조절의 필요성
- 금형의 온도조절은 성형품의 성형성, 성형능률, 제품 품질 등에서 대단히 중요한 문제이므로, 금형 설계시에 미리 충분히 검토해 둘 필요가 있다.
(1) 성형성과 성형능률의 관계
- 성형품의 외관, 성형재료의 물리적 성질, 성형 사이클이 금형 온도에 따라 현저하게 영향을 받는다. 일반적으로 금형 온도를 저온으로 유지하고 쇼트 수를 올리는 것이 바람직하나, 성형품의형상(금형의 구조), 성형재료의 종류에 따라서는 성형성 향상을 위해 성형 사이클을 단축시키며 금형 온도를 높혀 충전하지 않으면 안되는 경우도 있다.
(2) 제품 품질과의 관계
① 제품의 변형
- 제품 두께의 불균일 및 냉각속도 불균일로 인하여 수축이 불균일하게 되면 변형은 피할수 없게 된다. 즉, 냉각속도에 의한 변형은 온도조절에 의하여 개선이 가능하다.
② 성형 수축률
- 사출 압력이 일정한 조건에서 일반적으로 금형 온도가 높을수록 성형 수축률이 커지는 경향이 있다. 이는 제품이 불량되기 쉽고, 비틀림이나 휘어짐 등의 변형을 일으키는 원인이 되기도 한다.
③ 제품의 광택 및 외관
- 일반적으로 금형 온도가 너무 낮으면 제품의 광택이 나빠지고, 플로우마크나 웰드라인이 현저하게 발생한다.
④ 제품의 물리적 성질
- 금형 온도가 낮으면 수지가 빨리 응고되므로 사출 압력을 높게 하여야 한다. 이때 사출 압력에 의해 제품 내부에 응력이 발생한다. 이 응력은 제품이 냉각되어 고화 할 때 내부에 남아 일반적으로 잔류응력이 된다.
2) 금형 온도조절의 열적 해석
- 성형품 중량 1,000g, 쇼트 수 35 /hr로 성형할 경우에 금형의 냉각 구멍의 전열면적 산출방법, A의 1,000g 기점과 B의 35/hr 기점을 직선으로 연결하여 C의 교점을 해독하면 3,100㎠가 산출한 전열면이 된다.
(1) 금형 가열 히터의 용량
- PC, PE TP, PPO 등 고점도 수지는 유동성이 나쁘므로 금형 온도를 상승시켜서 성형한다.금형 가열방법으로 히터를 사용한다.
3) 냉각수로 설계시의 유의점
(1) 금형의 레이아웃을 설계할 때는 밀핀, 기타 핀, 볼트 등의 배치와 더불어 온도저절용 냉각구멍의 배치도 잘 검토해 둔다. 즉, 냉각회로는 밀핀 구멍보다 우선한다.
(2) 냉각회로는 스프루우나 게이트 등 금형 온도가 제일 높은 곳에 냉매가 우선 유입하도록 설계한다.
(3) 일반적으로 냉각회로는 제품형상에 따라 설계한다.
(4) 공급하는 수량(水量)이 일정한 경우 냉각수 구멍이 크면 유속이 떨어져 열전도가 나빠지므로 수량 증가 또는 구멍을 조절해서 냉각수의 흐름을 난류(亂類)로 하여 냉각효과를 올린다.
(5) 폴레에틸랜과 같이 성형 수축률이 큰 재료는 수축방향에 따라서 냉각수로를 설치하여 성형품의 변형률 방지한다.
(6) 성형압력의 반복작용으로 캐비티부가 파손되지 않도록 냉각수 구멍 위치는 성형부에서 최소 10mm이상 떨어지게 한다.
(7) 직경이 가늘고 긴 코어핀에서는 물또는 압축공기를 통과시킨다.
(8) 드릴 가공하는 경우 드릴 구멍 빗나감을 고려해서 설계한다.
4) 냉각수의 누수방지
- 금형 온도조절에는 온수 및 냉수를 온도조절의 효과를 위하여 5~10kg/cmf의 수압으로 순환시 키므로 시일(Seal)이 불완전하면 누수의 원이이 된다. 냉각 구멍의 시일에는 나사로 하는 것이 일반적이고 O링,가스캐트,고무 패킹 등이 이용된다.
(1) 나사 시일 방법
① 나사는 관용나사(PT 및 PS)가 사용되며, 냉각 구멍의 직경을 나사의 외경에서 피치를 뺀 치수의 직경으로 하면 가공공수를 적게 할 수 있다.
② 큰 냉각 구멍에서는 누수발생이 쉬우므로 가공정도를 높이거나, 액체 패킹재를 발라서 나사 끼움을 하면 완전하게 밀봉할 수 있다.
(2) O링 시일 방법
① 금형에는 보통 니트릴 고무로 정도 Hs70 정도 또는 내열성이 좋은 시리콘 고무를 사용한다.
② O링에 의한 시일은 장소를 그다지 점유하지 않고 염가, 내열, 내유, 내마모성이 좋으므로 사용에 매우 편리하다.
5) 냉각수 구멍의 설계 예
(1) 캐비티무의 냉각회로
① 고정측 형판에 직선 냉각 구멍을 설계한 예로써, 가공이 용이하여 일반적으로 사용하는 방법으로 스프루우에 가까운 곳에서부터 냉각수를 보낸다. 각진 성형품일 때 적합한 회로이다.
② 원통형 성형품의 바깥 둘레를 직선 냉각회로로 한설계 예.
③ 캐비티 인서트 원통주위에 냉각 구멍을 설계한 예.
④ 평면형 성형품의 상하하면의 형판에 나선 형의 냉각회로를 설계한 예.
(2) 코어부의 냉각회로
① 성형품 형상에 따라 고정측 형판과 코어에 직선 냉각 구멍을 설계한 예.
- 가공이 용이하고 냉각 효과도 좋다. 각진 성형품에 알맞다.
② 코어부에 구멍을 가공하고 버플러 플레이트를 설치하므로 코어부를 냉각할 수 있다.
③ 코어부에 구멍을 가공하고 구멍 직경보다 적은 파이프를 설치하므로 파이프 내경으로 냉각수가 유입되어 파이프 외측으로 흘러 나오도록 한 설계 예.
④ 코어부의 상면을 주로 냉각 시키고자 할 때 특수한 칸막이판을 사용하여 코어상면부의 냉각효과를 얻는다.
7. 에어 벤트 (Air Vent)
1) 에어 벤트(가스 빼기)
(1) 금형을 이용하여 사출 성형할 때 사출된 용융수지가 러너 시스템과 캐비티부의 공기를 밀어 내면서 충전되어야 한다. 이때 공기가 금형 외부로 빠져 나가도록 만든 통로를 에어 벤트라 한다.
(2) 충전된 용융수지에서 발생하는 휘발성 물질, 수증기 등의 가스도 에어 벤트로 빼야 하므로 가스 빼기라고도 한다.
2) 벤트 불량시 문제점
(1) 태 움
- 케비티내에 있는 공기의 빠지는 속도보다 사출 충전되는 속도가 빠르면 공기의 압축으로 급속히 온도가 (단연압축현상)상승하면서 수지의 태움현상(흑색 또는 흑갈색)이 생긴다.
(2) 쇼트 쇼트(충전불량)
- 폐쇄된 캐비티내의 공기 저항으로 용융수지의 충전이 저지되어 충전불량의 원인이 된다.
(3) 플래시
- 캐비티내의 가스가 사출된 용융수지에 밀려 금형의 분할면을 빌려 실질적으로 성형부가 커지는 효과가 나타나면서 분할면 사이에서 플래시의 원인이 된다.
(4) 기 타
- 가스 빼기 불량으로 기포, 실버, 제팅. 외관 흐림 등의 성형불량과 소형 정밀성형품에서는 치수 불량의 원인이 되기도 한다.
3) 에어벤트의 방법
(1) 밀핀을 이용하는 방법
- 밀핀과 밀핀 구멍의 틈새를 이용하는 것으로 틈새는 핀지름 5~10mm에서는 0.02~0.03mm, 이보다 적은 지름에서는 0.01~0.02mm가 좋다.
(2) 코어 핀을 이용하는 방법
- 제품 일부에 놓은 보스나 리브가 있을 때는 밀핀을 이용 방법 또는 코어 핀 주위에 틈새를 설치하여 가스 빼기하는 방법도 있다.
(3) 분할형상의 인서트 블록에 의한 방법
- 바켓스와 같이 깊은 성형품, 높은 리브의 가스 빼기 방법으로 캐비티나 코어를 분할형상의 인서트로 하여 그 틈새를 이용하는 방법이다.
(4) 진공 흡입에 의한 방법
- 진공펌프를 이용해서 캐비티내의 가스를 빼내는 방법이다.
(5)파팅 라인(분할면)에 에어 벤트를 설치하는 방법
8. 금형의 강도
1) 금형의 강도
- 금형을 설계할 때에 금형이 성형압력 및 성형기의 형체력에 견딜수 있도록 고려해야 한다. 금형 강도 계산을 하는 경우에 우선, 사출된 성형재료가 성형부에 미치는 압력을 추정하는 것이 필요하다. 성형부내의 압력은 성형품 살두께, 재료의 종류, 성형조건에 의해 다르지만 강도 계산의 경우에는 약간 여유를 주어 500~700kg/㎠ 로 하는 것이 일반적이다. 강도 계산 때 성형압력에 의한 휨량을 다음의 값 이하로 억제해야 한다.
(1) 휨에 의한 플래시가 발생할 우려가 없을 때 ------ 0.1~0.2
(2) 휨에 의해 플래시가 발생할 우려가 있을 때 ------ 0.05~0.08(PA 이외)
0.025(PA의 경우)
(3) 고급 정밀 금형의 휨량은 다음의 경험식을 사용한다.
휨량 = 성형품 편균 살두께×성형수축률
2) 직사각형 캐비티의 측벽 계산
(1) 캐비티 바닥이 일체가 아닌 경우
① 쌍방의 측벽을 양단 고정보로써 계산
② 쌍방의 측변을 양단 단순 지지보로써 계산
③ 사각판으로써 계산
- 실제로는 측벽의 양단지지 상태는 완전한 고정으로 되지 않고, 단순지지로도 되지 않고, 사각의 판으로 계산하는 것이 실제에 가깝다고 생각된다.
- 그러나 ③의 계산은 복잡하고 실용적이 못되고 ②의 계산은 형재의 두께가 크게 되므로 ①의 방법으로 계산하여 어떤 안전계수를 넣어 주는 것이 좋다.
ⓐ 쌍방의 측벽을 양단 고정보로 보고 계산한다.
예) p=500kg/㎠, l=500mm, a=200mm, δ=0.05mm 라고 하면 모노그래프에서 p=500 점과 l=500의 점은 연결하여 pl과 교차하는 점을 구하고, 이 점과 b=300의 점을 연결하여 pl/b 과 교차하는 점을 구한다. 이 점과 a=200의 점을 연결하여 pla/b과 교차하는 점을 구하여, 이 점과 δ=0.05의 점을 이러 h선과 교차하는 점 h=185가 구하는 측벽의 두께가 된다.
3) 원통형 캐비티의 측벽 계산
- 금형을 원통형 캐비티로 한 경우, 성형 압력을 받는 원통의 응력이 원통내면에 생긴다.
4) 코어 받침판의 두께
- 코어 받침판은 성형압력의 작용에 의하여 휨이 생기며, 이 휨이 크게 되면 살두께가 변화하거나 플래시가 발생한다. 따라서 이 휨량이 크게 되지 않도록 할 필요가 있따.
(1) 서포오트 블록이 없는 경우(양단 단순지지보로 보고 계산)
(2) 스페이서 블록 사이에 n개의 서포트(surport)를 같은 간격으로 넣는 경우 n개 서포트가 있을떄 받침판 두께hn는
예: 성형품의 투영면적의 길이 (l)=100mm,폭(b)=130mm인 성형품을 성형압력(P)=500kg/㎠의 조건에서 성형하고자 할 때 받침판 두께는 얼마로 설계하나?
단, 형판의 폭(B)=220mm, 스페이서 블록 간격 (L)=120mm, 받침판의 허용변형량(δ)=0.08mm, 강으 ㅣ종탄성 계수 (E)=2.1×10 kg/㎠
① 서포트가 없을 경우 (l=L이라 하면)
② 서포트가 중앙에 1개 있을 경우 : h1은 약 385/2.51 는 약15.3mm
③ 서포트가 같은 간격으로 2갱 있을 경우 : h2는 약 385/4.33 는 약8.9mm
9. 가공성을 고려한 금형 설계
1) 금형 설계와 가공성
- 금형 가공이 쉽고 어려움은 금형의 제작기간과 단가에 큰영향력을 미치고 금형의 끝손질, 치수정밀도에도 영향을 준다. 또한 성형품의 품질을 좌우하게 된다. 따라서 금형의 설계는 성형품을 중요시한 적절한 구조의 선택과 가공성을 충분히 고려하여 설계하여야된다. 금형의 주요부인 캐비티, 코어의 가공에서 극히 간단항 형상들은 절삭가공으로 직접 형판에 가공하지만 일반적으로 절삭가공을 쉽게 한다든가 특수한 가공 또는 재료비절약을 위해 여러방법으로 제작하여 조합하는 경우가 많다. 금형 설계는 이들의 조합 적격여부가 가공성에 극히 큰 영향을 준다.
2) 금형의 분할방법
(1) 분할식의 필요성
① 성형품에 언더컷이 있어 분할하지 않으면 제품 취출이 불가능 할 때
②특정의 공작물을 사용하지 않으면 가공이 불가능하거나 그 공장기계가 없어서 부득이 다른공작기계를 이용하고자 할 때
③캐비티, 코어등 각 부품의 강도, 내마모성 등 기계적인 성능과 높은품질의 성형품을 요구하는 경우
(2) 분할식의 장단점
① 장 점
ⓐ 사용하고자 하는 제품에 대하여 적당한 소재 선택이 가능하다.
ⓑ 연삭,연마 가공이 용이하다.
ⓒ 금형부품의 치수 측정이용이하다.
ⓓ 성형품의 취출방향으로 연마가 가능하므로 빼기 구배가 작은 제품, 혹은 구배가 없는 것도 취출이가능하다.
ⓔ 가스빼기가 용이하므로 제품상 충진부족.가스탑.미성형등이 불량제거가 용이하다.
ⓕ 부품의 제작정도가 높기 Eoians에 부품의 호환성이 높아지며 보전이용이하다.
② 단 점
ⓐ 부품 수량이 많아 금형 가격이 상승되며 각 부품의 높은 가공정도를 필요로 한다.
ⓑ 캐비티,코어 등의 분해,조립 등 보수 작업에 긴 공정이 필요하다.
ⓒ 부품의 가공방법이 한정되어 있으므로 금형 제작에 가능한 사람이 정해진다.
ⓓ 분할 코어의 냉각방법이 어렵다.
(3) 일체식의 장단점
① 장 점
ⓐ 금형의 강도 및 기계적 성질이 높게 되어 금형이 튼튼하게 된다.
ⓑ 부품수가 작아서 분해, 조립이 쉽고 부품수 및 종류를 감소할 수 있다
ⓒ 성형품 외관상 분할선이 나타나지 않는다.
ⓓ 금형의 크기가 작게된다.
ⓔ 금형 제작에 방전기가 꼭 필요하며 국한된 기계가 사용될 수 있다.
② 단 점
ⓐ 가스 빼기가 설치가 어려우므로 성형시에 충진부족,가스탑,미성형 발생이 쉽다.
ⓑ 전극 제작에 정밀 연삭가공이 필요하다.
ⓒ 가공의 주체가 방전가공이기 때문에 다듬질 가공이 어렵다.
ⓓ 높은 정밀도의 방전가공이 필요.
3) 가공성을 고려한 금형 설계 예
(1) 캐비티 및 코어 부분의 짜넣기와 짜맞춤
① 형판을 관통 구멍으로 가공해서 캐비티 부분을 끼워 맞추는 형식
- 주조법에 다른 캐비티, 특수한 재료의 사용, 또는 가공 공수가 많은 캐비티부를 가능한 경량으로 해서 가공하는 경우 등에 사용한다. 그밖에 관통 구멍을 코어측의 형판과 맞추어서 가공하는 경우에도 사용한다.
② 분할면 뒷쪼에 캐비티 부분을 가공한 부품을 결합시키는 형식
- 특히, 캐비티가 깊은 경우 바닥가공이 곤란할 때 사용한다.
③ 캐비티 안쪽에 바닥이 있는 구멍을 가공하고, 캐비티 부분에 가공한 부품을 끼워 맞추는 형식
- 캐비티 바닥에 복잡한 형상의 가공이 필요할 경우에 사용한다.
④ 형판에 단 붙은 구멍을 가공하고, 캐비티 부분에 단을 붙여서 끼워 끼워 맞추는 형식
- 주조법, 호빙 가공 등에 의한 것으로 나사에 의한 형판의 고정이 곤란할 경우, 또는 코어측의 형판과 관통 구멍을 동시에 가공할 경우에 사용한다.
⑤ 형판에 단 붙이 구멍을 가공하고, 코어 부분에 단을 붙여서 끼워 맞추는 형식
- 냉각수, 이젝터 구멍을 가공하기 위해 코어 부착을 나사로 할수 없을 경우, 또는 캐비티측 형판과 관통 구멍을
- 동시에 가공하려 할 경우에 사용
⑥ 형판에 관통 구멍을 가공하고 코어 부분을 끼워 맞추는 형식
- 코어를 적게 해서 가공할 경우 또는 관통 구멍을 캐비티측 형판과 맞추어서 가공하려 할 경우 사용
⑦ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고 코어 부분을 끼워 맞추는 형식
- 코어의 형상이 복잡하고가공공수가 많을 경우에 가능한 코어를 작고 가볍게 해서 가공할 경우에 사용한다.
⑧ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고 성형품 부분의 가장자리에 기워 맞추는 형식
- 코어의 가장자리에 불규칙한리브형상을 가공하여야 하는 부분이 있고, 이부분의 가공이 곤란한 경우에 사용한다.
⑨ 형판에 바닥이 있는 구멍을 가공하고, 코어에 성형품 부분보다 작은 개소에서 단 붙이로 가공해서 끼워 맞추는 형식
- 코어의 높이가 특히, 높은 것으로 코어의 측면가공을 쉽게 할 때 사용한다.
⑩ 형판이 바닥에 있는 구멍을 가공해서 캐비티 부분을 끼워 맞추는 형식
- 주조법에 따른 캐비티 또는 특수한 재료를 사용하거나 담금질한 캐비티를 형판에 끼울경우에 사용한다.
(2) 가공성에 대한 일반적인 주의사항
① 성형품부의 설계에서 가공이 쉽게 되는 끼워맞춤을 생각한다
- 캐비티, 코어의 국부 장소에 구면(球面)이 있을 때 이 부분만 선삭 가공해서 맞추는 형식이 좋다.
- 부분에 따라 극단적으로 형판 두께각 다를 경우에 두꺼운 부분을 다른 부품으로 해서 맞추도록 하면 재료의 절약과 가공 공수가 쉽게 된다.
② 적은 구멍과 코어를 끼워 맞출 경우의 주의
-복잡한 캐비티의 중앙부에 돌기가 필요한 형은 깎아내기 가공이 매우 어렵다. 따라서 돌기 부분은 보통 코어 로 만드는데, 이경우에도 중앙 구멍의 가공 및 코어의 끼워맞춤이 어렵다. 이러한 경우에는 금형의 중앙을 분할하여 조합하는 형식으로 하면 가공이 매우 쉬워진다.
③ 리브,그 외에 적고 깊은 홈을 가공할 때의 주의
- 깊고 불규칙한 리브의 새겨넣기 가공이 매우 어려운 경우가 많다. 코어 형식으로 해서 코어 측면에 리브를 가공하도록 설계하면 가공이 쉽다.
- 둥글고 깊은 기브도 코어로 하면 가공이 간단하다.
④ 가공시 기준면을 고려한다.
- 원통형 금형에 원형 이외의 형조각을 할 때에는 원통형의 일부에 기준면을 만들어 두면 센터링, 위치결정이 쉽다.
- 수평면이 없고, 기준면이 선상이 되어 가공 정밀도가 부정확하게 된다. 필요 부분의 정확한 가공, 측정 등을 하기 위하여 기준면을 만들어 주는 것이 필요하다.
- 금형에 부착하는 수평 기준면이 없어 부착했을 때의 위치가 매우 불안전하므로 수평기준면을 만들어 주는 것이 필요하다.
⑤ 기계가공, 다듬질 가공을 고려한다.
- 이젝터 핀 등의 부착 구멍으로 피치가 좁은 경우에 스폿 페이싱을 공동으로 하면 가공 공수가 절감된다.
⑥ 끼워 넣기나 끼워 맞춤이 정밀할 필요가 없는 곳은 틈새를 만들어 가곡, 조립의 공수를 절감한다.
- 플래시 발생을 억제할 수 있는 최소한의 조합면으로 하고 불필요한 곳은 틈새를 주는 예 : 원통형의 단 불이 형식에서 단부분의 지름은 정밀도가 핑요하지 않으므로 틈새를 준다.
- 위치 어긋남 방지 및 보강에 활용한 구조의 예로 필요 부분만 파워 맞춤을 하고 불필요한 부분은 틈새를 준다.
- 슬라이드 코어의 단면이다. 이경우,필요한 부분만 끼워 맞추고 나머지 부분에 틈새를 준다.
⑦ 정확성을 요구하지 않는 구멍은 가능한 크게 가공한다.
- 가이드 핀,가이드 부시의 여유 구멍과 이젝터 핀의 파워 맞춤부분 이외의 구멍 등은 다소 핀심이 있어도 조립할 수 있도록 크게 가공한다.
⑧ 모서리 부분은 모따기를 하여 조립을 쉽게 한다.
- 끼워 맞춤 부분의 모서리 부분을 모따기하면 조립이 쉽다.각이 필요한 부분에는 모따기를 하면 곤란하므로 모따기 하지 않는 곳은 명확히 지시하는 것이 좋다
⑨ 직사각형 모양의 이젝터 핀 구멍 및 핀 형상에 대한 주의
- 구멍이나 픤 모두 가공이 어렵다.직사각형 쪽의 구멍이나 픤 가고잉 수월하다
⑩ 가공은 외측에서 가능하도록 한다.
- 외측에 이젝트용 홈 가공으로 인하여 가공상 형판측에 가공되므로 내측 가공이 어렵다. 코어측에 설치 하므로 코어 외측에 가공하므로 가공이 용이하다.
- 코어 조립시 위치를 결정하기 위하여 빠지기 방지의 단을 주위에 번부에 붙일 필요가 없다.양측에만 단을 붙임으로 가공 공수가 절약된다.
- 원통 형상의 내측에 단을 두어 조립하는 형식으로써 한단으로 상하의 위치가 결정되는 것은 2단으로 할 필요가 없다
⑪ 다듬질 가공을 해서 끼워 맞춤을 하는 부분은 될 수 있는대로 적게 한다.
- 원통 이외의 구멍과 코어의 끼워 맞춤 하는 부분을 될 수 있는 한 적게 하여 기계 가공 다듬질가공, 끼워 맞춤 가공을 적게 하도록 고려한다.
⑫ 가공시 여유 홈을 만들어 준다.
- 연삭 작업시의 안전홈 나사 절삭의 안전홈을 나타낸 것이다. 일반적으로 가공할 때 필요한 흠은 표시해 주는 것이 좋다.
⑬ 강한 힘이 작용하는 곳,담금질 부분의 모서리는 R로 한다.
- 강한 힘이 작용하는 부분의 모서리,담금질 부분의 모서리는 균열이나 파손이 되기 쉽다. 모서리 부는 부품 형상에 따라 적절한R를 만든다.
⑭ 모서리 부분 또는 경사면에 구멍을 사공할 경우에는 평평한 면을 만든다.
- 모서리 또는 경사면에서는 드릴이 미끄러져서 구멍 가공이 어렵다. 반드시 평평한 부분을 만들어 드릴 가공을 한다.
⑮ 담금질 부품을 셋트 할 때 주의한다
- 담금질한 부품을 형판에 셋트할 경우에 녹판을 사용하지 않는 것이 좋다. 담금질한 부품에 관통 녹핀 구멍을 가공할 수 있으면 좋으나 막힌 구멍의 경우에 보조 구멍이 가공되지 않는다. 이와같은 경우는 얇아도 좋으므로 끼워 넣기 형식으로하여 위치가 정해지도록 설계한다.
- 원통 형상의 담금질한 부품을 위치 정하기 셋트 할 때 녹핀의 사용을 피하고, 연삭 가능한 기준면을 가공해서 셋트한다
16. 표준 공구를 사용하도록한다
- 성형품에 관계 없는 부분의 가공,조립용 구멍 가공에는 표준직경의 공구를 사용하도록 설계한다
- 스프루우 부시의 테이퍼 구멍,핀 포인트 게이트의 데이터 구멍등은 표준 드릴,표준 리이 머를 준비하고 표준 공구에 의해 가공 되도록 설계한다
17. 조립,분해가 쉽도록 한다
- 핀의 깊이가 클 때 핀 구멍 바닥에 핀 뱨내기용 구멍을 가공한 예
18. 조립 작업이 쉽게 되도록 한다.
- 가이드 핀의 길이를 코어 높이 보다 약간 길게 한다.조립,조정할 때 가이드 핀이 짧으면 캐비티와 코어가 부딛쳐서 형을 손상시질 위헙이 있다.
19. 금형 운반 및 성형기에 부착할 때 조립작업을 쉽게 하기위한 훅 구멍을 만든다.
- 금형 무게 중심의 밸런스가 좋은 곳에 2개소 내지 4개소에 형의 중량에 적절한 크기의 훅 구멍을 표시한다.
4) 성형품 설계 변경 예
(1) 품질면에서 성형품 설계 변경
① 성형품 두께가 일정하지 않으면 냉각 불균일로 수축 불량(씽크 마크)이 발생한다. 살두께는 가능한 균일하게 한다.
② 단면 살두께가 두꺼운 곳은 리브로 강도를 유지할 수 있도록 변경하여 살두께는 균일하게 한다.
③ 리브의 두께가 성형품의 살두께에 비하여 두꺼우면 리브 이면에 씽크가 발생한다.
④ 깊은 리브를 잘 빼내기 위하여 가능한 크게 구배를 준다.
⑤ 단면이 T형으로 연결된 부분은 씽크 마크가 생기므로 코어측에 엣지(edge)를 만들어 살두께를 적게 한다.
⑥ 성형품 모서리 부분에 응력집중과 유동성을 고려해서 가능한 큰 R를 준다.
⑦ 고정측 코이쪽 보다는 가동측 코어쪽에 접촉 면적이 많도록 설계 변경을 하면 수지 수축 저항으로 제품은 가동측에 남는다.
⑧ 살이 얇고 엣지된 단면부분은 재료의 충전부족,응력집중이 되기 쉽다.
⑨ 보스이 강도를 보강하기 위해 리브를 만들고 보스부의 모서리에 R을 준다.
⑩ 성형시 인서트 물을 확실하게 고정시킬 수 있도록 인서트의 끝면에서 코어 핀을 분할하여 인서트가 움직이지 않도록 누름 여유를 준다.
(2) 가공성을 고려한 성형품 설계 변경
① 파고 들어갈 때 좌우 대칭의 형상은 가공이 쉽다.
② 오목한 문자는 볼록한 문자보다 가공이 어렵다. 그러나 호빙 가공은 이와 반대가 된다.
③ 물결 모양의 이음부의 골의 각은 금형으로써 예각이 되지 않도록 한다.
④ 오목 들어간 부분보다 볼록 나온 부분이 절삭가공이 쉽다. 호빙 가공은 마스터를 만들게 되므로 이와 반대가 된다.
⑤ 기울어진 보스 또는 모양은 금형의 구조가 복잡 또는 대형화가 되므로 라인에 대하여 직각이 되도록 한다.
⑥ 내부의 브라켓에 구멍을 뚫으려고 할 때에는 경제성을 고려하여 복잡한 금형구조를 피하여야 한다.
⑦ 코어부에 비교적 큰 사이드 코어를 관통시키면 고장 원인이 되기 쉬우므로 두 방향의 두개의 사이드 코어를 사용한다.
⑧ 성형품의 깊이가 가능한 한쪽방향으로 붙도록 한다.
⑨ 측면의 구멍을 가늘한 사이드 코어로 하지 않는 것이 좋다.
⑩ 살두께 얇은 벽이나 언더컷 일부를 없애기 위해 U형으로 구멍을 늘린다.
10. 금형용 재료
1) 금형용 재료의 구비 조건
- 금형 소재의 적부는 금형의 수명 및 가공성에 큰 영향을 주는 것으로 그 선택은 금형이 요구하는 조건과 이것을 만드는 가공설비를 충분히 검토한 후에 결정하는 것이 좋다.
- 사출 성형용 금형의 사용조건은 약 250C의 이하이고 성형품도 비교적 연질이기 때문에 금속 단조용 형강, 다이캐스팅용 형강 등의 고급 합금은 억제하고 가격이 저렴한 탄소공구강 ,구조용탄소강, 저합금강이 주로 사용된다.
- 다음의 구비 조건을 전부 만족하는 금형용 재료는 존재하지 않는다. 그러므로 금형의 구조상 재료의 요구에 따라 만족하는 조건을 정하는 것이 필요하다.
(1) 기계 가공성이 양호할 것
- 일반적으로 경도가 높을수로 기계 가공성이 나쁘고,경도가 낮으면 기계 가공성이 좋은 반면,열적 기계적 강도, 연마성이 등 여러 면에서 금형재료로서의 성능이 떨어지므로 이 양쪽의 장점을 잘 균형시켜 적당한 강도, 적당한 기계 가공성을 갖는 프리 하드(綱) 등이 범용적으로 사용되는 성분조성에 의해 쾌삭성(快削性)을 갖게 한 것도 있다.
(2) 충분한 강도, 인성이 있고, 내마모성이 양호할 것.
- 금형은 성형시에 압축응력과 인장응력을 항상 반복해서 받는데 최근에는 정밀도를 올리기 위해 더욱 고압으로 사출성형을 하는 경우도 빈번하고, 또 유리섬유나 금속분말 또는 무기질을 다량충전한 성형재료가 많아지므로 형재의 강도, 인성.내마모성은 금형의 수명, 정밀도 유지 등에 매우 중요시 된다.
(3) 핀 호울,비금속 개재물 등의 결함이 없고, 마무리 표면이 깨끗할 것.
- 금형의 표면 재료의 광택, 연마성이 문제가 된다. 광택 연마성에서 금형에 요구되는 성질은 ①핀호울,②흠이 없고, ③비금속 개재물이 극히 적은 것, ④균일한 조직,⑤결정 입도가 미세한 것,⑥적당한 경도로써 ①,②,③은 일반 형재에서는 얻기 어렵고 진공용해,진공주조 등에 의해 잘제조된 금형 응력이 집중하여 광택이 연마상태가 나빠지고, ⑤의 결정 입도가 거칠은 것은 아무리 광택 연마를 잘 하여도 바둑판 비슷한 모양이 나타난다.
(4) 열처리가 용이하고 열처리에 의한 변형(치수오차)이 적을 것.
- 강재는 일반적으로 담금질, 템퍼링, 어니일링 ,노멀라이징 등의 열처리를 함으로써 그 성질을 개선하여 사용하는 것이 보통이다.
- 열처리 성능으로써는 다음 것을 들 수 있다.
① 열처리 효과가 큰 것 : 열처리에 의해 큰 성질 개선을 기대할 수 있는 것.
② 열박음성이 좋은 것 : 뒤틀림, 균열,처리조작을 생각해서 공냉으로도 충분히 경화되는 것.
③ 질량 효과가 적은 것 : 금형 재료의 크기에 관계없이 표면이나 내부가 같게 열처리 효과가 있는 것.
④ 열처리 취급이 용이한 것 : 열처리 기술이 간단한 것.
⑤ 열처리에서의 뒤틀림, 담금질, 균열이 등이 적을 것.
(5) 내식성(耐蝕性)이 좋을 것.
- PVC,POM,FEP는 성형시 C,Hc 의 부식성 가스를 발생하고, 발포 성형재료도 유기계 발포제의 사용에 의해 암모니아성 가스를 발생한다. 이 밖에 최근에는 할로겐, 인산에스테르계의 첨가형 난연제나
- 염소, 브롬,인 등이 난연화부여 원소를 가진 화합물을 배합하는 반응형 나연제를 사용하는 경우가 늘어서,종전보다 금형의 내식성을 보다 중요시 한다.
- 이들에 대해서는 내식도가 낮은 SC재에 크롬 도금으로써는 불충분하며, 크롬 함유량이 큰STD61내지 11이 사용되는데 더욱 충분한 내식성을 필요로 할 경우는 스테인레스 스틸을 사용한다.
(6) 내열성 및 열팽창 계수가 적을 것.
- PC,PETP,FEP,PPO 등 비교적 성형 온도가 높은 성형 재료가 많아졌고, 형온온도를 높여서 성형해도 슬라이드부의 긁힘 등이 발생하지 않도록 팽창이 적은 형재가 바람직하다.
(7) 수정시에는 살붙이기 용접이 가능할 것.
① 금형을 일부 수정할 필요가 있을 때 지정된 살붙이기용 용접봉을 이용한다.
② 그 작업 전 및 작업 후의 열처리는 될 수 있는데로 간결한 것이 바람직하다.
③ 강종에 따라서는 살붙인 후의 시효처리만으로 강도를 부여할 수 있는 것도 있다.
(8) 열전도가 좋을 것.
- 금형의 냉각, 가열에 있어서 열전도도가 좋으면 그만큼 정확하고 빠른 온도조절이 용이하므로 사이클을 단축 시킬 수 있으며, 형재 가공시에 절삭열의 전도가 빨라서 열응력의 감소로 변형이 방지 된다.
(9) 도금성이 좋을 것.
- 금형의 표면처리 등으로 크롬, 니켈, 카드뮴 등을 도금할 경우가 많다.
- 금형에 도금을 하는 목적은 다음과 같다.
① 광택 연마성을 좋게 한다.(경도 높은 도금을 한다.)
② 이형을 용이하게 한다.(광택 연마면이 양호해서 마찰계수가 작다.)
③ 상처의 방지(경도가 높다.)
④ 내식, 내마모성
(10) 입수하기 쉬울 것.
- 시장성이 적으면 입수하는데 기간이 요하기 때문에 시장성이 큰 것을 선택할 필요가 있다.
2) 금형용 재료의 종류
- 사용 목적에 따라 금형재료, 가공법도 각각 다르다. 일반적으로 철강이 가장 많이 사용되나 그용도에 따라 철강 이외의 것도 쓰이고 있다. 박판의 압축가공의 프레스 금형은 고무 성형법이라하며, 상형에 고무를 쓴다든지, 또는 합성수지, 아연합금을 사용해서 주조에 의하여 다품종 소량생산의 금형을 경제적으로 제작할 수도 있다. 또 복잡한 모양의 블랭킹 금형 등의 숫금형 의 펀치플레이트 쪽의 고정에는 셀로매트릭스(Cellomatrix)라는 저용융합금 및테브콘을 사용하므로써 작업을 간소화 할 수 있다. 대량 생산용 금형 강재로서는 초경합금도 많이 사용된다.
- 금형 재료를 구분하면 다음과 같이 분류된다.
(1) 공구강 금형 재료
(2) 철계 주조용 금형 재료
(3) 비철계 금형 재료
(4) 비금속계 금형 재료
(5) 기 타
(6) 공구강 금형 재료
- 공구강 금형 재료는 그 용도에 의해서 냉간용과 열간용으로 구분된다. 전자는 냉간 블랭킹, 냉간단조, 판금 벤딩 가공등에 사용하고, 후자는 단조, 압출, 다이캐스팅, 플라스틱, 유리, 고무등의 가공용에 사용된다.
① 냉간용 금형강
- 프레스 가공용의 금형 재료는 주로 냉간 즉, 상온근방에서 사용된다. 칼날 또는 압력을 직접 받은 부분은 연속작업 때문에 다소의 온도가 상승한다. 따라서 그 피가공물의 종류, 모양, 크기, 경도 이외에 기계적 성질 등에 따라 다르나 중요한 요구조건은 다음과 같다.
ⓐ 경도 및 인성이 클 것.
ⓑ 마모저항이 클 것.
ⓒ 열처리에 의한 치수 변화가 작을 것.
ⓓ 열처리가 용이할 것.
ⓔ 기계 가공성이 좋을 것.
(가) 탄소 공구강(STC)
- 탄소 공구강은 금형재료 중에서도 가장 가격이 저렴하고 가공도 용이하며, 단순한 프레스 금형에 많이 사용되고, HRC58-62정도의 경도로써 사용한다. 이 재료의 결점은 담금질에 의한 변형이 크고, 담금질 균열이 많고, 담금질 심도가 낮고, 내마모성이 낮으므로 고급 정밀금형이든가 수량이 많을 경우에 STS, STD를 사용한다.
(나) 합금 공구강 S종(STS)
- 정밀 부품의 블랭킹 등에는 고탄소 크롬의 STS2또는 STS3가 많이 사용된다. 다이강에 비하여 성능이 떨어지나 내마모성도 있고 담금질 변형도 적고, 담금질성이 있으며, 다이강에 비해서 금형 재료의 값이 싸므로 중간정도의 금형 재료로써 사용된다.
(다) 합금 공구강 D종(STD)
- 다이강에서는 STD1, STD11만이 사용된다. 자경성 담금질 경도, 담금질 심도, 담금질 변형등 STS보다 더 우수하고 내마모성이 크고 내충격성도 있다.
- 흑피재 경강, 규소강판, 스테인레스판 등 경화된 것과 인성이 높은 소재를 블랭킹할 경우에는 특히, 진가를 달리한다, 블랭킹 금형 이외에 드로오잉 금형, 압축 금형 등에 적용된다.
(라) 고속도 공구강(SKH)
- 고속도강은 C, Cr, W, V, Co, 등의 특수 원소를 많이 함유한 합금강이고 적당한 열처리를 하므로써 현저하게 경화되고 마모저항도 크고 그 박의 성질도 우수하나 고가이기 때문에 소형물의 펀치 다이 등에 많이 사용된다. 특히, 판두께에 비해 직경이 작은 펀칭 등에 적당하다. 또 고온에서 경도마모가 상온에 비하여 큰 변화가 없기 때문에 고온가공의 금형 재료로써 잘 이용된다.
② 열간용 금형강
- 열간가공에 있어서의 작업은 단조, 압출, 다이캐스팅과 같은 작업에 대해서 사용되는 금형강으로 중요한 구비조건은 다음과 같다.
ⓐ 작업온도에 있어서 기계적 성질 특히, 경도 및 인성이 클 것
ⓑ 작업온도에 있어서 내마모성 및 내열성이 양호할 것
ⓒ 가열에 대한 연화 저항이 클 것
ⓓ 담금질 경화능이 좋고 열처리가 용이할 것
ⓔ 열처리에 의한 변형율이 적을 것
ⓕ 일류선(elusion)에 대한 저항이 클 것(특히, 다이캐이트 용에 대해서)
ⓖ 열전도율이 양호할것
ⓗ 기계가공이 양호할 것
- 금형에 요구되는 경도, 내마모성, 인성 등은 냉간가공의 경우와 동일나나 온도상승에 따른 산화 및 장시간 가열에 의한 연화에 대한 저항성과 반복, 가열, 냉각에 의한 열피로 등에 견딜수 있는 것이 필요하다.
- STD4, STD5는 W계 열간 다이강이고, STD6,STD61은5% Cr계 열간 다이강이며, 또한 STF2~는 소위 단조용 금형강이다. 그밖의 합금공구강 STS4, STS2 등도 일부는 열간 가공용 금형강으로써 사용되고 있다
(가) 단조형 금형강
- 단조용 금형재료는 단조 작업중 1200。C정도의 가열재료의 저함으로 금형온도가 300。C 전후가 되며, 특히 금형의 예리한 부분이나 얇은 도출구 등에서는 600。C정도까지 상승한다. 또한 높은 압력이 반복작용하고 드럼 햄머에 의한 큰 충격하중을 받는다. 한편, 재료의변형에 수반되는 재료와 금형 표면과의 고온고압하의 상대적 미끄럼에 의해 금형 표면과의 마모를 일으키는 등 염격한 조건하에서 사용된다. KS에서는 STF6까지가 있고 특수한 경우에는 SKH도 사용된다.
(나) 다이캐스트용 금형강
- 극히 소량의 생산에 사용되는 금형을 제외하고서는 일반적으로 다이캐스트 금형 재료의 쇠물이 고온에 접하는 부분에 일반적으로 다이강(Diesteel)합금공구강 등을 열처리해서 사용하고 그밖의 부품에는 주조용 합금강 및 단조품을 사용한다.
- 중요부분에 대해서 설명하면 다음과 같다.
① 외 형
- 일반적으로는 SM45C~SM50C를 사용한다. 특히, 수명을 길게하기 위해서는 SCM4, STF2,
- STF3, STD^등을 사용할 때도 있다. 또 대형의 금형에서는 주조품의 FCD45, SCC, M1등을 사용한다.
② 코어형
- 아연합금용의 금형에는 일반적으로 SCM3~5, STF2, STF3 등을 사용한다. 그러나 수량이 많은 금형, 코어형에서는 STD6,STD61 재료는 내열성, 공냉 담금질성, 열처리변형 등이 양호하므로 고정밀도의 다이캐스트 금형재료에 적합하다.
- 일반적으로 플림상태에서 가공하여HRC42~45정도로 열처리해서 사용한다. 특히, 정밀도를 요구하는 금형에서는 쾌삭성의 STD6,STD61 등을 기계가공 전에 열처리(HRC40~45)를 하고 금형을 조각하여 사용한다.
- 동합금용의 금형에서는STD4,STD5등이 사용된다.
③ 플라스틱스용 금형강
- 플라스틱스 성형법은 많은 종류가 있어 사용되는 금형재료도 대단히 많다. 예를 들면, 주입성형, 진공성형법 등은 석고, 목형, 주철, 황동, 동, 아연합금, 알루미늄등의 금형재료가 사용된다.
- 이송성형, 압출성형, 사출성형용 금형강에는 SM 45C, SM50C, SM55C등의 기계구조용 탄소강, 또는 탄소공구강, STC7,C,-Mo강,SCM4등이 사용되고 있다.
- 그러나 최근에는 플라스틱스의 이상적인 발전에 의하여 그 생산 수량도 대량화되고, 콜드 호오닝, 방전가고 등의 가공법의 향상과 금형 수명의 증대의 요구에의해 금형 가공후 열처리는 상식화 되어 가고 있다. 그러므로 열처리 변형이 적은 고급 강종이 필요하게된다. 일반적으로압축성형, 사출성형 금형의 강재는 대체로 동일하게 사용하며, 치수 정밀도가 요구되는 곳은 열처리 변형이 적은 다이 캐스트용 금형강을 사용한다.
(2) 주조용 금형재료
- 주철은 기본적인 고업재료로 주조성, 절삭성, 내마모성, 윤활성도 좋고, 강도도 강 이외의 금형 재료에 뒤떨어지지 않으며 특히 항압력이 높고 복잡한 모양도 자유롭게 가공되므로 대형 금형에 서 면압이 비교적 낮은 성형금형 및 드로인 금형 등에 널리 사용된다.
- 일반적으로 사용하는 재료는 회주철의 GC 25 정도, 특히 강인성을 요구할 때는 특수원소가 첨가되는 합금주철 및 구상흑연주철이 사용된다.
(3) 비철계 금형재료
① 아연 합금
- 이 합금은 고순도 아연(99.9％)에 Al 14％, Cu 3％ 정도를 함유한 합금으로 성질은 연강과 유사하고 용융온도가 380℃에 가까울 정도로 낮아 손쉽게 사형(砂型), 석고형, 쇼우프로세스 금형으로 주조되고 용융온도가 낮으므로 가스의 흡수 발생이 적고, 블로호울이 적어 아름다운면이 얻어진다. 또한 금형이 불필요하면 다시 용해해서 반복 사용할 수 있는 금형재료이다. 따라서 제작시간이 짧고, 쇼트(Shot)수가 적은 시험형(試驗型)에 사용되고, 150～200℃에 열변화를 일으키므로 금형온도가 낮은 것에 바람직하다.
- 아연 합금은 그 특성상 주조후 수축에 의해 치수의 변화가 생기므로 주조후 24시간 이상 방치하여 치수변화를 안정시킨후 가공하는 것이 좋다.
② 동- 알루미늄 합금
- 스텐레이스가, 내열강, 전탄소강과 같이 대단히 인성이 큰재료를 프레스가공으로 성형할 경우 형재가 공구강인 금형으로 성형하면 때때로 용착 또는 끝 상처가 생기는 경향이 있다. 이를방지하기 위한 소재와 다른 계통의 금형재료로 다듬질가공이 좋고, 마찰열 발생이 적으며, 프레스 압력에 견디는 강도를 가진 동-알루미늄 합금이 있다.
- 이 합금은 강과 비슷한 강인성을 가지고 정밀 주조법 및 기계 가공이 가능하다. 금형재료로써는 드로잉 금형 등에 많이 사용한다
③ 동- 베릴륨 합금
- 동에 0.5～3%의 베릴륨(Be)과 약간의 Co를 함유한 합금으로 보통 정밀주조 및 압력주조에 의해 정밀한 캐비티를 가공하는데 사용한다.
- 열전도성이 매우 좋고 열처리에 의해 중탄소강 이상의 (HRC 40～50) 높은 경도가 얻어지며, 치수정밀도가 극히 높은 것이 특징으로 기계가공에서는 불가능한 복잡한 형상도 재현 가능하다. 금형를 그대로 동-베릴륨 합금으로 제조하면 단가가 높아지므로 캐비티만 주조해서 부시로 하는 일이 많다
④ 초경합금
- 주로 텅스텐탄화물(W.C)의 분말을 Co로 소결한 분말제품으로 내축격성, 인성은 떨어지나 경고가 대단히 높고 (HRC85～90), 내마모성이 좋으므로 대량 생산용의 금형재료로 많이 사용된다.
- 가공은 다이아몬드가공, 방전가공, 연삭가공으로하나 특히, 주의가 필요하다.
⑤ 스델라이트
- 스텔라이트는 Co, Cr, W를 주성분으로 한 비철합금으로 경도가 높고 내마모성, 내열성, 내산화성을 가지고 있어 금형 등의 마모가 심한 부분 등에 용착해서 금형수명의 증가를 가한다.
3) 사출성형용 금형재료
- 현재 사용되고 있는 사출성형용 금형재료를 분류하면,
(1) 일반구조용 압연강재(SB) KS D 3506)
(2) 기계구조용 탄소강(SM) KS D 3752)
(3) 탄소공구강(STC KS D 3751)
(4) 합금공구강(STS) KS D 3753)
(5) 니켈 크롬강(SNC) KS D 3708)
(6) 고탄소 크롬 베어링강(STB) KS D3525
(7) 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) KS D 3709
(8) 크롬 몰리브덴강 (SCN) KS D 3711
(9) 알루미늄 크롬 몰리브덴강(SACM) JIS G 4202등이 있다, (1), (2)는 보통 단조, 압연 또는 인발(引拔)한 상태로 사용되나, (3)에서 (9)까지의 가의 종류는 어니일링해서 사용하는 것이 일반적이다.
(10) 단조, 압연 또는 인발된 상태로 사용하는 강재
- 단조 및 압연한 상태로 사용하는 강재로써는 일반구조용 압연강재 SB41, SB50, 기계구조용 탄소강 SM25C, SM50C, SM55C의 종류가 가장 많이 사용된다.
① 일반구조용 압연강재(SB)
- SB41, 뉴50은 값이 싸고 입수가 용이하나 강도, 경도가 약하고 핀효율의 결점이 있으므로 형판재로는 부적합하다.
② 기계구조용 탄소강(SM)
- SM25C, SM50C, SM55C는 값이 싸고 입수가 용이하고 가공성이 좋은 구조용 강재이다. 단조 및 압연한 상태 또는 노멀라이징한 상태로 사용하는 경우와 담금질, 템퍼링해서 사용할 경우가 있다.
ⓐ SM25C는 전자의 경우로 금형의 일반 부속품, 발임판, 로케이트링, 스푸루우 부시, 서포트 스톱볼트 등 외에 형판도 사용하는 경우가 있다.
ⓑ SM50C, SM55C는 HR28～35정도의 경도까지 담금질, 템퍼링하여 가공성을 높여서 사용한다. 표준적인 형판재로서 가장 많이 사용된다.
(11) 어니일링 처리를 해서 사용하는 강재
① 탄소공구강(STS)
- STS 3 ,STC 5, STC 7, 등은 탄소함유량 0.6% 이상의 고탄소강으로 STC3 STC5의 담금질 경도는 HR50～60 STC7는 HR50～55 정도로 높고, 내마모성이 양호하며 공구강 중에서는 값이 싸다. 습동하는 부분과 경도 및 내마모성이 필요한 가이드 핀, 가이드 부시, 이젝터 핀, 리턴핀 등에 사용한다.
② 합금공구강(STS)
- STS2 STS3 STD11 STD61 등이 일반적으로 사용되고 있으며 STS재는 STD재에 비하여 내마모성이 떨어지고, 경화 변형이 큰 결점이 있다.
ⓐ STS 2, STS 3는 탄소공구강에 크롬, 텅스텐을 첨가하여 담금질 경화성, 내마모성을 높인 것으로 경도는 HR50～60정도로 경도와 내마모성이 필요한 캐비티 블록, 코어 등과 탄소공구강과 같은 재질이 필요한 부품에 사용되고 있다.
ⓑ STD 11 STD61은 STS재의 텅스텐 대신 바나듐을 첨가한 것이다. STS재보다 담금질, 내마모성이 우수하고 경화 변화가 극히 적으며 STD 11의 경도는 HR55～60으로 캐비티. 코어등에 사용되고, STD 61의 경도는 HR45～51이며 STD11보다 내열성, 인성이 우수하므로 경도와 내마모성이 필요한 캐비티, 코어 등에 사용된다.
③ 니켈 크롬강(SNC)
- SNC2 SNC3 은 탄소강에 니켈과 크롬을 첨가하여 경화성과 인성을 갖게 한 구조용강이다. 경화 템퍼링 경도는 HS36～42정도로 캐비티 블록, 코어 등에 사용한다.
④ 고탄소 크롬 베어링강 (STB)
- STB 주로 베어링용으로 사용되며,내마모성,경화성이 양호하고 경도는 HRC 55~60으로 섭동 부분과 경도 및 내마모성을 필요로 하는 부분에 사용된다.
⑤ 니켈 크롬 몰리브텐강(SNCM)
- SNCM 2는 담금질성과 내마모성이 좋으므로 구조용 재료인 니켈 크롬과 같은 용도로 사용된다.
⑥ 크롬 몰리브덴강(SCM)
- SCM3,SCM4는 탄소강에 크롬과 몰리브덴을 첨가한 구조용 강재로 강도,인성이 모두 탄소강보다 우수하다.
⑦ 알루미늄 크롬 몰리브덴강
- SACM1은 보통 질화처리를 하면 내마모성이 대단히 높아지므로 (질화층의 경도 HS95),습동하는 부분과 경도와 내마모성을 필요로하는 이젝터 핀 등에 사용된다. 강재의 경도는 HS34~42하는 부분과 경도와 내마모성을 필요로하는 이젝터 핀 등에 사용된다. 강재의 경도는 HS34~42 정도.
(12) 금형 재료의 종류
① 철강-열처리를 시행하지 않고 사용하는 구조용 강재 (SM50C)
② 탄소공구강-가격도 저렴하고 가공도 용이하나 내마모성이 낮고,또 담금질 변형,담금질 균형등의 결점이 있다(STC3~STC5)
③ 합금공구강-고탄소,저크롬 등의 합금원소를 합류하는 것으로 중급 정도의 금형재료(STS2,3)
④ 다이강-자경성,담금질 경화,담금질 심도,담금질 변형 등 합금공구강 보다 더 우수한 고급 금형재료(STD1,STD11)
⑤ 고속도강-다이강보다 더 우수한 최고급 금형재료이나 고가로 인해 소형물용에 주로 사용한다.(SKH)
⑥ 주철-복잡한 형상도 자유로이 주조가 되므로 면압이 낮은 성혐금형 등에 사용된다.(GC25)
⑦ 구리,알루미늄합금-달라 붙어 끌겨치는 상처,용착 등이 적기 떄문에 스테인레스강 등의 드로잉 금형에 주조해서 사용한다.(HZ합금)
⑧ 초경합금-텅스텐을 주체로 한 소결합금이고,내마모성이 우수한고,대량 생산용에 쓰이나 가공은 다이아몬드 및 반전가공 밖에 할수 없다.(WC)
⑨ 아연합금-연강에 유사한 기계적 성질을 갖고,380`C에서 용해되고,간단히 주조가 되므로 소량 생산용에 사용된다.(ZAS,MAK #3)
⑩ 저용융합금-쇠물온도(70`C)에서 용해되는 특수 금속이고,용융사출,주조가 되고,시험금형등에 사용된다.(셀아로이)
⑪ 합성수지-에폭시,수지 등 몰드성형에서 금형을 손쉽게 만들수 있는 소량 생산성에 해당(에폭시,수지 후에 노루수지)
⑫ 폴리우레탄-고무와 플라스틱의 중간 성질을 갖는 탄성체이고,스프링의 대용,판귀노울형에 사용된다.
⑬ 유섬재-유황에다 광물성 섬유를 혼합한 것이고,대형물 소량의 드로잉 금형 등에 사용된다.
⑭ 기타-고무,석고,목재,콘크리트 등의 경우에 따라서는 사용된다.
4) 사출성형용 금형 강재의 열처리와 표면처리
- 강재는 적절한 열치리나 표면처리를 함을로써 경도, 강도, 내마모성, 인성 등의 기계적 성질을 현저하게 증가시킬 수 있다. 또한 그 사용목적에 적합한 표면처리는 성형품 외관의 향상과 이형(離型)이 잘 되게 하고 성형성을 증대시킬 수 있다.
- 따라서 성형품의 품질을 향상시키고, 금형 수명을 늘리기 위해서는 적절한 강재의 선정과 열처리나 표면처리 방법의 선택이 매우 중요하다. 다음은 금형 강재에 많이 활용되는 열처리와 표면처리 방법에 대하여 설명한다.
(1) 불림(소준:normalizing)
- 주조, 단조, 압연 또는 고온 과열에 의해 생긴 거칠은 조직을 적당한 조직으로 개선하거나 가공으로 생긴 내부응력을 제거할 목적으로 하는 열처리 방법으로 A3 또는 Acm 변태점 이상(30도~50도)의 높은 온도로 가열한 것을 대기중에서 냉각시킨다. 큰 금형 강재를 구조용강으로 사용할 경우에는 강재를 단조한 후 불림처리하고 형조각을 한다.
(2) 풀림(소둔:annealing)
- 철 또는 강의 연화(軟化), 결정조직의 조정(調整), 또는 내부응력 제거를 위하여 적당한 온도로 가열한 후 서서히 냉각시키는 열처리 방법으로 결정조직의 조정을 위해서는 A3 또는 Acm 변태점보다 약 50도 높은 온도로 가열한 후 노중 또는 재속에서 냉각한다.
- 금형가공에서 일반적으로 풀림처리를 하는 것은 가공응력의 제거, 강재의 연화, 절삭성의 향상을 목적으로 다음과 같은 것이 있다.
① 응력제거를 위한 풀림
- 가공으로 생긴 내부응력을 제거하기 위해 행하는 풀림으로써, 특히 담금질을 필요로 하는 금형인 경우, 거친 가공 및 중가공(中加工)의 공정으로 하는 경우가 많다.
- 풀림을 하지 않으면 가공에 의한 내부응력과 담금질할 때의 마르텐 사이트 변태에 의한 변형이 가해져서 담금질(quenching crack) 휨(warp) 등의 원인이 된다. 두꺼 25mm에 대해 600도~650도 정도의 온도로 2시간 이상 유지한 후 서냉하는 것이 좋다.
② 완전풀림(full annealing)
- 820도~900도로 가열한 후 노내에서 서서히 냉각시킨다.
③ 2단 풀림(two-stepped annealing)
- 830~900도로 가열한 후 불꽃색이 없는 온도(550도 정도)까지 서서히 냉각시키고 그 후에 급수 냉각시킨다.
④ 항온 풀림(isothermal annealing)
- 소정의 풀림 온도에서 650~700도까지 냉각시키고, 이 온도에서 30~60분간 항옹(恒溫)보존하여 항온변태를 완료시킨 후 공냉시킨다.
⑤ 구상화 풀림
- 가공성을 좋게 함과 동시에 담금질 후의 인성을 증가시키며 담금질 균열을 방지하기 위하여 강의 탄화물을 구상화(球狀化)로 변화시키는 것이 필요할 경우에 750도 정도로 가열한 후 서냉한다.
(3) 담금질(소입:quenching : hardening)
- 강의 경도(硬度)나 강도(强度)를 증가시킬 목적으로 변택점 보다 30~50도 높은 온도로 가열한 후 적당한 용매액(溶媒液) 속에서 급냉시킨다.
① 보통 담금질
- 강의 변태점 이상의 온도로 가열한 후 물 또는 기름속에거 급냉(急冷)하여 마르텐사이트 조직을 얻는 방법이다. 이 경우 가열에서 산호<탈탄의 방지이다 즉,금형부품과 같이 두께가 불균일한 경우 불균일한 가열에 의한 각 부분의 온도차로 인하여 열팽창차 및 변태차가 생기면서 균열의 원인이 된다.
- 또 산화, 탈탄의 방지로 분위기 조정로(雰圍氣조整爐)나 염욕(?浴)을 사용하는 것이 좋지만, 이것을 사용할 수 없을 때는 철제로 된 상자속에 칩등으로 피복하여 가열한다,
- 그 밖에 열처리 변형을 방지하기 의해거는 담금질 온도가 낮은 강 또는 자경성(自硬性)이 크고 공냉(空冷)정도로 담금질이 되는 강을 선택할 필요가 있다
② 마르퀘니칭(marquenching)
- 담금질온도까지 상승한 피처리강(被處理綱)을 냉각하여 As점 (냉각시에 있어서 오오스테나이트→마르텐사이트 변태의 시작온도)보다 조금 높은 온도의 열욕조(熱浴槽)에 투입하여 온도가 균일하게 된후에 노에서 꺼내 공냉시키므로써 마르텐사이트 변태를 천천히 일으켜서 경화되는 방법으로 공냉후 뜨임 (tempering)처리하므로 담금질균열이나 담금질 변형이 거의없는 최적의 담금질 방법이된다
③ 마르템퍼(martemper)
- 담금질온도로 가열한후 Ms점 (냉각시에 있어서 오오스테나이트→마르텐사이트 변태가 완료하는 온도)내의 열욕(100-200。C)에서 담금질하여 과냉 오오스테나이트를 서서히 마르텐사이트로 변화시켜 변태가 완료될 때까지 장시간 항온유지하고 나중에 공냉하는 방법이다.
- 이 처리 방법은 템퍼링에 의한 것보다는 강인성을 갖고 있으므로 유효한 열처리방법이다.
(4) 뜨임(소려:tempering)
- 강재는 담금질한 상태로는 대단히 단단하지만, 잘부서지며 불안정한 상태로 되어있다.
- 뜨임이한 담금질에 의해서 생긴 내부응력을 제거하여 안전상태로 하기위해 A1변태점이하로 가열냉각함으로써 각각의 용도에 맞는 경도의 인성을 주는 것이다.
- 뜨임에는 그 목적에 따라 저온 뜨임과 고온뜨임의 두가지로 나누어진다
① 고탄소강을 EM임 온도200。C전후에서 저온 뜨임의 처리하면 담금질에 기인하는 응력을 제거 할 수 있다
② 구조용강인 경우 조직을 솔르바이트화해서 강인성 경화를 갖게하기 위해 500-600。C의 고온뜨임을 한다
③ 고합금강이나 니켈 크롬강등은 1회의 뜨임으로그 효과가 충분치 않을 경우는 2회 3회로 반복하는 것이 좋고, 또 기계적 성질을 향상시키기위한 목적으로 2회 3회 반복해서 뜨임 하는 경우도 있다
(5) 침탄 담금질(carburizing)
- 저탄소강 저탄소합금강등의 탄소함유량을 증가시키기 위하여 적당한 침탄제 중에서 가열하여 표면에 탄소를 확산 침투시켜 표면층을 고탄소상태로 하고 담금질을 경화시키는 방법이다 보통 850-900。C로 8-10시간을 가열하면 강의 표면으로부터 2㎜정도의 깊이로 침탄된다
- 침탄제에는 다음 3종류가 있다.
① 고체 침탄제(목탄,코우크스)
② 가스 침탄제 (일산화탄소 및 탄화수소를 함유한 석탄 가스)
③ 액체 침탄제(청화 가리, 청화 소오다 등)
(6) 고주파 담금질
- 표면 담금질법의 일종이며 주로 표면의 내마모성의 향상을 목적으로 행한다.
- 강재의 표면을 고주파로 급격히 가열하여 담금질 온도에 도달하는 순간에 가열을 중지하고,적당한 냉각제를 사용하여 담금질하는 방법이다.
- 사용 재료는 보통 0.4%~0.5%의 탄소강이 적당하나 담금질 정도에 따라 탄소를 함유한 탄소강 또는 합금강이면 이 방법으로 담금질을 행할 수 있다. 금형 부품중에 표면만 경화시켜도 충분한 효과가 있는 가이드 핀, 리터언 핀, 앵귤러 핀 등에 활용한다.
(7) 질 화
- 질화는 강의 표면을 경화시킬 목적으로 암모니아 가스 또는 질소를 함유한 적당한 모제 중에서 가열하여 강의 표면에 질소 함유량을 증가시키는 방법을 말한다.
- 질화시간은 소요질화 깊이에 따라 결정되나 대체로 50시간에는 0.5mm의 깊이가 표준으로 100시간에 0.7mm의 깊이로 된다. 질화를 방지하는데는 그 부분에 주석도금 또는 니켈 전기도금을 한다.
- 일반으로 흔히 질화에 사용되는 강은 질화강이라고 해서 표준성분은 대체로 탄소 0.35의 질화 온도는 500~550。C이고 표면경도는 빅커스 경도로 900~1000이 얻어진다.
- 질화법으로 처리된 표면은 단단하고 내마모성이 우수하여 내식성도 있으므로, 금형의 마찰부분에 사용하여 큰 효과를 올리고 있다.
- 질화법에는 그 매제에 따라 일반적으로 가스질화, 액체질화, 연질호 (저온 염욕질호법이라고 한다)로 나눌 수 있다.
① 가스 질화법
- 피저리 부품을 질화상자에 넣고, 노속에 넣어 암모니아 가스의 온도를 500。C~550。C정도에서 50~100시간 통과시키므로 질화시키는 것이다.
- 이것은 저온처리 방법으로 열처리 변형이 비교적 적다. 질화층은 매우 견고하여 대체로 Hv1000~1200정도이며 질화층의 두께는 질화용 강의 경우 50시간에서 0.5mm,100시간에서 0.7mm정도가 표준이다.
② 액체 질화법
- 용융 솔트 속에서 질화하는 방법으로 그 온도는 가스질화(500~550。C)와 같게 한다. 액체 침탄과 청화법은 강의 A 변태점 이상에서 용융 솔트에 의해서 처리하는 것인데, 액체질화는 변태점 이하에서 가열하여 처리한다. 액체침탄보다는 액체질화가 질소가 많고 탄소를 적게 한 솔트를 사용한다. 원리적으로는 가스질화와 같으나 가스질화는 심층용에 액체질화는 박충용 처리 온도가 낮고 변형이 적은 것도 특징의 하나이다.
- 솔트는 시안화 나트륨염 60~70%의 시안화칼륨염 40~30%를 570에서 12~16시간 가열하여 욕중의 시안화물을 줄이고, 시안산염과 탄산염을 증가시켜 사용하는 것이 보통이다.
- 이 시안산염이 질화작용을 하므로 시안화물과 시안산염의 비율은 중요하다.
- 질화처리를 560에서 2~3시간 행한다. 이 방법에도 가압, 공기취입법의 2가지가 있다.
③ 저온 염욕 질화법
- 저온 염욕 질화법은 520。～570。C의 저온으로 질화만을 주 목적으로 하는 염욕법으로 경도가 가스질화의 약 절반정도로 저온 염욕 질화법이라고 불리워지고 있다.
- 저탄소강을 사용하여 온도 550。C 전후에서 1～2시간의 처리를 하는 저온 염욕 질화법에서는 경도가 그다지 높아지지 않으나 내마모성, 내피로성이 현저히 향상된다.
- 연질화법의 염욕은 질소와 탄소를 기본원소로 한 시안화칼리염 50～60% 시안산칼리 33～35%로써 이 솔트를 티탄포트(POT)에 넣어서 용융한다.
- 이 방법에 의해 얻어진 표면층의 경도는 저탄소강 중탄소강의 HV570～680 정도이며 상기한 우수한 성질로 되므로 눌어 붙음 갉아먹음 등의 우려가 있는 금형 부품 예를 들면 밀 핀등의 처리에는 효고가 있다.
(8) 화염경화
- 산소- 아세틸렌 화염에 의해 희망하는 표면을 담금질 온도까지 급속히 가열하고 이어서 이것을 물로 냉각해서 경화시키는 방법을 화염경화라고 한다.
- 특징은 외주부만을 담금질 경화시키므로 담금질 변형이 적어 어떠한 형상 크기의 강제품에서도 쉽게 응용되는 것이다.
- 담금질 방법에는 크게 두가지로 나누어진다.
① 전면 동시 담금질
- 비교적 작은 면을 처리하는 경우에 쓰이는 방법이며 전면을 동시에 가열한 후 그면을 냉각시켜 담금질하는 방법이다.
② 이동 담금질
- 큰면은 동시에 처리하기가 곤란하므로 가열과 냉각을 조합한 버어너를 차례를 이동시켜 주위 전면에 걸쳐서 행하는 방법이다. 전면 담금질이 곤란한 금형의 국부 담금질 혹은 부품의 마찰면 등에 이용되어 내마모성을 높이고 금형의 수명을 연장시킬 수가 있다.
(9) 도 금(鍍金)
- 강을 가열처리 하지 않고, 강의 표면을 다른 금속으로 피복(被覆)함으로써 표면의 강도를 높이고,표면의 광택을 증가시키며 ,내식성을 증대시키는 표면 처리법을 도금이라 한다. 도금은 성형 재료에 의한 부식을 방지함과 동시에 성형품 표면의 광택을 높일 수 있으므로, 사출성형용 금형의 캐비티, 코어 등에 이 방법이 사용되어지고 있다.
① 경질 크롬 도금
- 금형에 가장 많이 사용하는 방법이다. 이 도금방법은 금형의 도금할 부분을 무수(無水)크롬산을 주체로 한 도금액 속에 넣어 전류를 통하게 함으로써 크롬을 형재(型材)의 표면에 석출(析出)시켜 금형의 표면에 전착(電着)시키는 방법이다.
- 보통 도금의 두께는 0.005~0.05mm 정도이지만 금형에 도금할 경우는 0.01~0.02mm 정도의 두께로 도금한다. 경도는 빅커스 경도로 900~1,000 정도이다.
- 특징으로는,
ⓐ 경면 마무리()로 되어 있는 도금면은 이형(離型)이 매우 우수하다.
ⓑ 내마모성이 있어서 흠이 나기 어렵다.
ⓒ 크롬은 염산,묽은 유산 ()을 제외한 약품에 대해서 내식성이 좋다.
ⓓ 이 처리를 한 금형으로 만든 성형품은 광택이 좋아서 상품가치가 향상된다.
② 무전해(無電解) 니켈도금
- 이 방법은 전해작용을 일으키게 하지 않고 순수한 화학작용에 의존하는 것으로 도금액에 담겨진 피처리재의 촉매작용에 의해서 처리재와 니켈이 치환(置煥)되어 표면에 도금이 되는 것이다.
- 특징으로는,
ⓐ 전기 도금에서 피할 수 없는 도금 두께의 차(差)가 거의 없고, 비교적 균일하게 도금된다.
ⓑ 핀호울(pin hole)이 없고 매끄럽고 단단하다. 도금한 채로 빅커스 경도로 500 정도인데, 열처리하므로 Hv800~900 까지도 높일수 있다.
ⓒ 밀착성이 좋고 떨어지기 어렵다.
ⓓ 내식성이 좋다.
- 도금면의 화학적 내식성은 순니켈과 거의 변함이 없다.
11. 성형불량
- 사출성형에 의한 성형품 불량 현상의 원인은 성형기의 기능, 성형조건의 부적정, 성형춤의 설계 및 금형 설계의 부적합, 수지 선정의 부적합 등.여러 인자가 서로 복잡하게 연관되어 발생한다.
- 따라서 그대책은 한가지 요인이 아니므로 단순하게 처리하기가 어려운 경우가 많다. 그러나 불량 현상을 찾아 그 대책을 세워 신속하게 처리하므로 생산성을 향상시킬 수 잇기 위해서 성형 불량의 원인과 그 대책에 대해 충분한 이해와 성형과정에서의 관찰과 경험을 쌓아서 대응할 수 있도록 해야한다.
1) 성형 불량과 그 주 원인
(1) 충전부족(Short Shot)
- 수지에 의해 금형이 완전하게 충전되어 있지 않는 상태로 성형품의 일부가 부족되는 현상이다.
- 그 주 원인은
① 수지의 공급량 부족
② 수지의 유동성 부족
③ 유동저항이 너무 크다.
④ 캐비티안의 가스 빼기 불량
⑤ 성형기의 용량 부족
⑥ 재료 공급량 부족
- 이중 가장 결정적인 요인은 금형의 형상과 수지의 유동성이다.
(2) 플레시(Flash)
- 금형의 파팅 면,부시,이젝터 핀,슬라이드의 압절면(押切面)등의 금형을 구성하는 각 부품의 틈새에 용융수지가 흘러 들어감으로써 성형품에 여분의 수지가 붙어 있는 현상.
- 그 주 원인은
① 맞춤면, 압절면(押切面)등의 금형불량
② 형체력의 부족
③ 수지의 유동성이 너무 좋다.
④ 공급량의 과다
(3) 씽크 마크 (Sink Mark)
- 성형품 표면에 생기는 오목현상으로 금형내에 주입된 용융수지가 냉각될 때 체적수축이 생긴다. 금형에 접하는 표면이 빨리 냉각되어 고화 수축하고,체적 중심부는 늦게 냉각되면서 수축되므로 빨리 수축되는 표면쪽으로 재료가 움직이므로 늦게 냉각되는 중심부분은 수지량이 부족하게 되어 기포가 생긴다. 씽크 마크는 성형품의 냉가이 비교적 늦은 부분에 있는 수지의 옹집력에 의해 표면의 수지가 내부의 기포발생을 없애는 방향으로 끌려서 오목면이 발생하는 형상.
- 그 주 원인은
① 성형품 살두께의 불균일
② 금형의 냉각 불균일
③ 금형내의 수지압력
④ 재료의 수축이 큰 경우
(4) 웰드 라인(Weld Line)
- 용융수지가 금형내를 분기해서 흐르다가 재차 합류하는 곳에 생기는 가는 선을 말한다.재차 합류할 때 용융수지가 완전히 융합되지 않기 때문에 생기며, 표면과 이면 모두 동일한 곳에 가느다란 선이 되어서 나타난다.
- 그 주 원인은
① 수지의 분류(分流)가 잇다.
② 유동성의 부족
③ 공기,휘발유의 배출분량
(5) 태 움(Burn)
- 금형내의 공기가 단열압축되면 고온의 공기가 된다. 이것에 의하여 수지가 타서 검은 점이 되는 현상.
- 그 주 원인은
① 공기의 배출불량
(6) 플로우 마크(Flow Mark)
- 성형품의 표면에 흐름무늬가 발생하는 현상으로 캐비티내에 최초로 유입한 수지의 온도가 저하되고, 다음에 흘러 들어오는 수지와의 사이에 경계가 생겨서 발생한다고 생각된다.
- 그 주 원인은
① 수지의 유동성이 나쁠 때
② 금형온도의 불균일
③ 수지온도의 불균일
(7) 실버 스트리크(Sliver Streak)
- 성형품의 표면에 수지의 흐름방향으로 발생하는 매우 가는 선의 다발로, 투명 재료에서 은백색의 선으로 보이는 현상.
- 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, AS수지 등에 흔히 발생한다.
- 그 주 원인은
① 수지에 수분이 있다.
② 수지에 함유된 휘발분이 완전히 빠지지 않는다.
③ 충전중인 수지온도의 심한 저하로 캐비티 내면에 접촉된 부분이 급냉 고화되면서 엷은 층을 형성한다.
④ 이종수지의 혼입으로 인하여,운모모양 또는 비늘모양을 하고, 은백색의 광택을 나타낸다.
(8) 흑 줄 (Black Streak)
- 가열 실린더내에서 수지나 수지 중의 첨가제 또는 윤활제가 열분해하고 연소해서 성형춤에 검은 줄모양으로 되어 나타나는 형상이다.
- 그 주 원인은
① 성형 사이클이 길 때, 성형기의 용량에 비해 성형품이 과소할 때, 재료가 불필요하게 실린더 안에 오래 채류할 때에 수지의 과열분해에 의해 발생
② 수지나 수지 중의 첨가제 또는 윤활제의 열분해로 인한 휘발유의 연소
③ 가스 빼기 불량으로 단열압축에 의한 연소
(9) 광택불량(표면 흐림)
- 성형품의 표면이 수지 원해의 광택과 다르고, 충상에 유백색의 막이 형성되어 안개가 낀 것과 같은 현상.
- 그 주 원인은
① 금형 제품면의 면 정밀도가 나쁘다.
② 휘발분이 금형면에 응고해서 담백색의 흐림발생
③ 금형면에 수분, 윤활제가 부착되어 있다.
④ 결정성 수지의 경우 결정화도가 크다.
⑤ 다른 재료가 혼입되어있다.
(10) 기 포
- 씽크 마크와 동일한 이유로 발생하지만 성형품 내부에 생기는 공간으로 그 생성과정에 따라, 비교적 성형품의 두꺼운부위의 내부에 생기는 진공홀, ②수분이나 휘발유에 의해 살두께와 관계없이 생기는 기포로 분류한다.
- 그 주 원인은
① 수지의 수분 및 휘발분이 있다.
② 스프루우,러너,게이트 등에서 압력손실이 크다.
③ 설정 압력이 낮고, 보압시간이 짧다.
④ 내부에 비해 외부의 냉각 고화가 너무 빠르다.
(11) 제 팅(Jecting)
- 충전과정에서 게이트로부터 캐비티에 분사된 수지가 끈모양의 형태로 고화해서 성형품의 표면에 남겨지는 현상,게이트 위치가 나쁘고,캐비티로 유입하는 수지의 유속이 너무 빠르고,유로가 너무 길면,최초에 사출된 비교적 저온의 수지가 끈모양인 채 고화하고, 차례 차례 사출되는 고온의 수지에 밀려 내려가게 되는데 잘 융합되지 않는 상태로 표면에 나타난다.
- 그 주원인은
① 캐비티가 가늘고 긴 실모양으로 충전된다.
② 수지의 점도가 높다.
(12) 크레이징과 크렉
- 크레이징이란 연신율이 비교적 적은, 또는 무른 타입의 열가소성 플라스틱에 내부응력으로 인하여 표면또는 내부에 생기는 가는 선 모양의 미세한 금을 말한다. 이 잔금이 더욱진행되어 보다 커진 상태가 크렉이다.
- 그 주 원인은
① 살두께의 급격한 변화, 코너 부분의 날카로운 각, 재료의 흐름이 갑자기 바뀌는 장소가 있으면 난류를 일으켜서 잔류응력이 커진다.
(13) 백 화
- 백화는 언더커트,이젝터 핀의 압력 등의 외력에 의해서 발생한 미세한 많은 가는 선.
- 그 주 원인은
① 이젝터 핀의 배치,접촉 면적의 부족
② 형열기,밀어내가의 속도가 빠르다.
2) 성형기,금형 및 성형재료별 성형불량 원인
(1) 사출성형기에 의한 것
① 충전 불량
- 사출압력이 너무 낮다.
- 실린더의 온도가 너무 낮다.
- 실린더 또는 노즐이 막혀 있다.
- 노즐이 너무 작다.
- 재료의 공급이 적다.
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 사출압력의 부족
- 사출속도가 너무 빠르다.
- 가압(보온,형조으기) 시간의 부족
③ 표면 광택 불량
- 실린더내의 가열의 불균일
- 노즐이 일부 막혀 있다.
- 노즐의 지름이 너무 가늘다.
- 성형품이 성형기의 용량을 초과해 있다.
- 실린더의 온도가 너무 낮다.
- 재료 공급량의 부족
④ 웰드라인
- 노즐의 온도가 너무 낮다.
- 사출압력의 부족
- 사출속도가 느리다.
⑤ 플래시의 생성
- 사출압력이 너무 높다.
- 형체력의 부족
- 성형재료의 공급량이 많다.
- 가압 시간(보압, 형조으기)이 너무 길다.
⑥ 싱 크
- 사출압력 부족
- 가열온도가 너무 높다.
- 사출속도가 너무 느리다.
- 재료공급량의 부족
- 성형품이 성형기의 용량을 초과해 있다.
- 가압 시간이 너무 짧다.
- 금형구조 불량
⑦ 성형품이 금형에 붙는다.
- 사출압력이 너무 높든가 또는 재료공급이 너무 많다.
- 가열온도가 너무 낮든지 또는 너무 높다.
- 가압 시간이 너무 길다.(보압, 형조으기)
- 돌출 기구(이젝터 잘치)가 나쁘다.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.(블랙 스트리크)
- 실린더 속에 그을린 재료가 만들어져 있다.
- 실린더에 금이가 있다.
- 노즐이 잘 맞지 않는다.
- 호퍼부근의 냉각 부족
- 실린더의 온도가 너무 높다.
⑨ 스프루우 또는 러너가 금형에 붙는다.
- 스프루우의 노즐 터치부 치수가 틀리다.
(2) 금형에 의한 것
① 충전 불량
- 케이트의 위치가 부적당하다.
- 가스빼기 방법의 불량
- 러너가 너무 좁다.
- 형의 온도가 너무 낮다.
- 코올드 슬러그와 러너 또는 게이트가 막혀 있다.
- 성형품의 어느 한 곳에 특히 얇은 곳이 있다.
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 게이트의 위치가 부적당
- 가스빼기 방법의 불량
- 성형품의 두께의 불균일
- 러너가 너무 좁다.
- 성형품을 금형내에서 필요 이상으로 냉각시켰을 때
③ 표면 광택 불량
- 도금 불량
- 게이트 또는 러너가 너무 좁다.
- 코울드 슬러그 웰의 결여
- 금형 표면에 물이나 기름이 묻어 있다.
- 금형온도가 너무 낮다.
- 벤트 방법이 나쁘다.
④ 웰드라인
- 게이트 런너가 너무작다.
- 게이트 위치의 부적합.
- 금형온도가 너무 낮다.
- 벤트 방법이 나쁘다.
⑤ 플래시의 생성
- 금형이 딱 들어맞지 않는다.
- 금형에 이물이나 플래시가 생겨서 완전하게 닫을수가 없다.
- 캐비티의 외곽에 오버 프루우설치 잘못으로 재료가 잘 괴게 되어 있다.
⑥ 싱 크
- 금형온도가 너무 높든가 또는 불균일
- 게이트가 너무 작다.
- 성형품의 두께가 불균일
- 러너가 너무 작다.
- 노즐이 너무 작다.
- 사일클이 너무 빠르다.
- 보압 시간의 부족
⑦ 스프루우 또는 셩형품이 금형에 붙음
- 노즐과 금형과의 접합이 나쁘다.
- 노즐이 스프루우 입구보다도 굵다.
- 스프루우의 구배가 작다.
- 스프루우에 홈이 있다.
- 금형온도가 너무 높다.
- 캐비티 내면에 홈이 있다.
- 캐비티의 구배 부족
- 캐비티에 언터것이 있든가 혹은 코오너에 모가 너무 예리하게 서 있다.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.
- 캐비티에 기름이나 구리이스가 붙어 있다.
- 제품취출 기구에서 기름이나 구리이스가 스며 나오고 있다.
(3) 성형재료에 의한 것
① 충전 불량
- 유동성이 나쁘다.
- 윤활재의 부족
② 가스, 기포, 홈, 반점
- 유동성이 나쁘다.
- 습기를 흡수하고 있다.
- 휘발성 물질을 함유하고 있다.
③ 표면 광택, 불량
- 습기를 흡수하고 있다.
- 휘발성 물질을 함유하고 있다.
- 이물질이 혼입되어 오염돼 있다.
④ 웰드 라인
- 재료가 너무 빨리 굳는다.
- 습기를 흡수하고 있다.
- 윤활재의 불량
⑤ 플래시의 생성
- 재료의 흐름이 너무 잘 된다.
⑥ 싱 크
- 재료가 너무 무르다.
⑦ 스프루우 또는 성형품이 금형에 붙음
- 윤활재의 부족
- 성형재료에 접착물 삽입되어 있음.
⑧ 성형품에 검은 흐름이 있다.
- 분해가 빠르다.
3) 스틸렌계 수지의 성형불량 원인과 그 대책
(1) 충전 부족
① 성형품의 체적 과대
- 성형능력이 큰 성형기를 사용한다.
- 다수개 빼기의 경우 몇 개의 개비티를 폐쇄한다.
② 러너 또는 게이트의 과소
- 러너 또는 게이트를 넓힌다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 압출압력을 올린다.
③ 노즐온도가 낮다.
- 노즐온도를 올린다.
- 대형 노즐을 사용한다.
④ 재료온도 또는 사출압력이 낮다.
- 재료온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다
⑤ 캐비티내의 유동길이가 너무 길다
- 러너길이를 짧게 한다.
- 실린더 온도를 높인다.
- 유동성이 좋은 성형재질로 바꾼다.
⑥ 금형 온도가 낮다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다.
- 실린더 온도를 올린다.
⑦ 사출속도가 느리다.
- 사출속도를 올린다.
- 실린더 온도를 올린다.
⑧ 배기 불량
- 사출속도를 느리게 한다.
- 금형에 에러 벤트를 설치한다.
- 게이트 위치를 변경한다.
- 성형품의 살두께를 변경한다.
⑨ 수지의 유동성 부족
- 실린더 온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 낮춘다.
- 금형온도를 올린다.
⑩ 유동 저항
- 노즐 구경을 크게 한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트, 러너 길이를 짧게 한다.
- 게이트 위치를 조절한다.
- 콜드 스러그 웰(Cold SlugWell)을 설치한다.
- 금형의 도금을 좋게한다
⑪ 수지의 공급불량
- 수지의 공급량을 올린다.
- 호퍼 하부의 실린더 온도를 내린다.
- 사출시간을 길게 한다.
- 펠렛 형상이 균일한가 확인한다.
(2) 플 래 시
① 형체력 부족
- 형체압력을 올린다.
- 사출압력을 내린다.
- 기존 성형기보다 용량이 큰 성형기를 사용한다.
- 토클의 조정을 확실히 한다.
② 금형 불량
- 가이드 부시 또는 가이드 핀의 마모부를 보수한다.
- 금형 설치판을 보정한다.
- 다이롯트의 강도가 충분한 성형기를 사용한다.
- 금형면의 형합을 확실히 한다.
③ 금형면의 이물
- 이물을 제거한다.
④ 성형품의 투영면적 과대
- 대형 성형기를 사용한다.
⑤ 재료온도가 너무 높다.
- 재료온도를 내린다.
- 사출속도를 느리게한다
⑥ 공급량 과잉
- 적정 공급량으로 한다.
⑦ 사출압력이 높다.
- 사출압력을 내린다.
- 재료온도를 내린다.
⑧ 유동성이 너무 좋은 경우
- 실린더 온도를 내린다.
- 사출압력을 내린다.
- 금형온도를 내린다.
(3) 씽크마크
① 러너 또는 게이트의 과소
- 게이트를 넓힌다.
- 사출압력을 올린다.
② 성형품의 살두께 차가 크다.
- 살두께를 될 수 있는 한 균일하게 한다.
- 급격한 살두께가 없도록 한다.
③ 재료 온도가 높다
- 재료온도를 내린다.
- 씽크 마크부의 냉각을 좋게한다
④ 게이트에서의 유동거리가 길다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 성형품에 리브와 살두께부를 설치한다.
⑤ 금형 온도가 너무높다.
- 금형온도를 내리고 코어가 냉각이 될 수 있도록 한다.
⑥ 사출압력이 낮다.
- 사출압력을 올린다.
⑦ 냉각시간이 짧다.
- 냉각시간을 길게 한다.
- 금형온도를 내린다.
⑧ 압축 불량
- 수지의 공급량을 증가시킨다.
- 사출속도를 빨리 한다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출시간을 길게 한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트 위치를 수정한다.
- 용량이 큰 성형기를 사용한다.
⑨ 수축량이 많은 경우
- 실린더 온도를 내린다.
- 금형온도를 내린다
⑩ 냉각의 불균일
- 금형 온도를 균일하게 한다.
- 금형의 두께를 균일하게 한다.
(4) 플로우 마크
① 재료의 유동불량
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 콜드 스러크 웰을 설치한다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
② 금형온도가 낮다.
- 냉각수량을 줄이고 온수를 통한다.
③ 노즐 또는 게이트의 과소
- 노즐 또는 게이트를 크게 한다.
- 재료온도를 올린다.
④ 수지의 점도가 높다.
- 실린더 온도를 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 콜드 스러그 웰(Cold Slug Well)을 설치한다.
- 스프루우, 러너, 게이트를 크게 한다.
- 게이트 위치를 수정한다.
⑤ 수지온도가 불균일하다.
- 노즐의 온도를 올린다.
- 노즐의 구경을 크게 한다.
(5) 은색 흔적(씰버스트리크)
① 재료온도가 너무 높다.
- 재료온도를 내린다
- 사출속도를 내린다.
② 금형온도가 낮다.
- 금형온도를 올린다.
③ 배기 불량
- 금형 형합면에 가스 빼기용의 벤트를 만든다.
- 금형을 분할형으로 가공한다.
- 진공배기 기구를 설치한다.
④ 성형품 또는 금형의 설계 불량
- 게이트 또는 러너를 크게 한다.
- 급격한 살두께의 변화가 없도록 한다.
- 직각부를 둥글게 해서 난루가 생기지 않도록 한다.
- 스프루우 또는 러너에 콜드 스러그 웰을 설치한다
⑤ 금형면의 수분 또는 휘발분
- 금형이 과냉되지 않도록 한다.
- 윤활제또는 이형제를 줄인다.
⑥ 이종 재료의 혼입
- 재료 관리를 엄격히 한다.
⑦ 휘발분
- 수지의건조를 충분히 한다.
- 금형 온도를 내린다.
- 스크류 회전수를 줄인다.
- 배압을 올린다
- 가스 빼기용 벤트를 설친 한다.
- 금형 모양을 수정하고 구께의 급변을 적게 한다.
- 용량.가소화 능력이 큰 성형기를 사용한다.
⑧ 수지 온도가 낮다
- 노즐,스프루우,러너,게이트를 크게한다
- 게이트 위치를 수정한다.
- 콜드 슬러그 웰을 크게 한다.
(6) 표면의 흐림
① 윤활제 또는 휘발분이 많다.
- 재료를 충분히 건조시킨다.
- 윤활제를 줄인다.
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
② 이형제 과다
- 사용량을 줄니다.
(7) 웰드 라인
① 재료온도가 낮다.
- 재료온도를 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다.
② 게이트 설계 부적당
- 게이트 수를 늘린다.
- 게이트를 크게 한다
- 게이트 위치를 변경한다.
③ 재료중의 휘발분 또는 이형제 과다
- 재료를 충분히 건조한다.
- 이형제를 줄인다.
- 캐비티내의 배기를 잘한다.
④ 재료의 고화가 빠르다.
- 재료온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 콜드 스러그 웰을 설치한다.
⑤ 성형품 설계 부족
- 웰드부에 리브를 설치한다.
- 성형품의 살두께를 두껍게 한다.
⑥ 유동성 부족
- 수지온도를 올린다.
- 금형온도를 올린다.
- 사출압력을 올린다.
- 사출속도를 올린다.
- 노즐, 스프루우, 러너, 게이트를 크게 하고 게이트, 러너의 길이를 짧게 한다.
- 유동성이 좋은 수지로 바꾼다.
(8) 기 포
① 수지압 부족
- 사출속도를 빠르게 한다.
- 사출압력을 올린다
- 수지의 공급량을 증가시킨다.
- 스프루우, 러너 , 게이트를 크게 한다.
② 수분에 의한 것
- 수지의 건조를 충분히 한다.
③ 휘발분에 의한 것
- 호퍼 아래의 실린더 온도를 내린다.
- 배압을 올린다.
④ 두께의 불균일
- 금형두께를 균일하게 한다.
⑤ 게이트 또는 러너의 과소
- 게이트 또는 러너를 크게 한다.
- 터브 게이트를 한다.
⑥ 배기 불량
- 공기가 생기기 쉬운 장소에 돌출 핀을 설치한다.
- 재료온도를 내린다.
- 가스 빼기를 한다.
(9) 흑색 및 탄화물의 생성
① 재료 과열
- 재료온도를 내린다.
- 성형주기를 짧게 한다.
- 소형의 성형기를 사용한다.
- 스크류의 회견수를 줄인다.
② 성형기 불량
- 실린더 내부의 상처를 없앤다.
- 스크류의 상처를 없앤다.
- 스크류의 편심을 수정한다.
③ 금형의 설계 불량(게이트가 작고, 배기 불량)
- 게이트를 크게 한다.
- 사출속도를 느리게 한다.
- 돌출핀과 금형의 간격을 넓힌다.
- 금형 형합면에 배기용의 벤트를 낸다.
- 진공배기법을 채용한다.
④ 단열압축
- 호퍼 아패의 실린더 온도를 낮춘다.
- 배압을 올린다.
- 사출속도를 느리게 한다.
- 가스 빼기 기구의 위치를 수정한다.
- 게이트의 위치를 수정한다.
(10) 크레이징
① 사출압력이 너무 높다.
- 사출압력을 내린다.
② 재료의 유동불량
- 재료의 온도를 올린다.
- 금형의 온도를 올린다.
- 급격한 살두께 변화를 피한다.
- 직각부를 둥글게 한다.
③ 배기불량
- 돌출핀과 금형의 간격을 넓힌다.
- 금형을 3단으로 한다.
④ 보압의 조정불량
- 유지압력을 낮춘다.
- 보압 기간을 짧게한다.
- 게이트 밸브를 사용한다.
- 노즐에 체크밸브를 사용한다.
⑤ 열적 변형이 크다.
- 성형품을 풀림한다.
(11) 제 팅
① 게이트 설계 부적당
- 제품 두께가 두꺼운 방향으로 흐르도록 게이트를 수정한다.
- 게이트의 단면적을 크게 한다.
- 터브 게이트로 한다.
② 사출 속도가 빠르다.
- 사출 속도를 느리게 한다.
③ 재료 온도가 낮다.
- 재료 온도를 올린다.
④ 금형 온도가 낮다.
- 금형 온도를 올린다.
(12) 휨
① 냉각 불충분
- 냉각 시간을 길게 한다.
- 금형 온도를 내린다.
② 냉각 불균일
- 성형품의 살두께를 될 쉬있는 한 균일하게 한다.
- 캐비티와 코어의 온도차를 적게한다.
- 리브를 작게한다.
- 냉각수구 수정.
③ 사출압력의 부적당
- 가장 휨이 적은 압력으로 한다.
④ 게이트 위치가 부적당
- 게이트 위치를 변경하거나 휨이 발생하는 반대쪽에 설치한다.
⑤ 코어의 편심
- 코어를 수정한다.
- 게이트의 설계를 변경한다.
⑥ 게이트의 유동길이의 차가 크다.
- 다점 게이트로 한다.
- 게이트를 크게한다.
(13) 이형불량
① 과충전
- 사출압력을 내린다.
- 실린더 온도를 내린다.
- 금형 온도를 내린다.
- 사출시간을 짧게한다.
- 수지의 공급량을 줄인다.
② 금형 불량
- 이형제를 사용한다.
- 고정측과 가동측의 금형온도를 조절한다.
- 배기구, 언더컷(under cut) 부분의 마무리를 좋게한다.
- 금형온도를 낮춘다.
- 이젝터 핀의 크기를 조절한다.
(14) 기 타
① 광택 불량
- 이형제의 사용량을 줄인다.
- 금형 내면의 연마 및 도금을 한다.
- 실린더 온도 및 금형 온도를 올린다.
- 사출압력을 올리고 사출속도를 빨리한다.
② 외관의 홈 및 손상
- 금형의 언더컷 부분을 연마한다.
- 금형 재료를 경질재로 바꾼다.
- 이형 구배를 적절히 수정한다.
- 실린더 온도를 적절히 보정한다.
③ 충 발리 현상
- 재료의 이물 혼입 여부를 점검한다.
- 재료의 예비건조를 충분히 실시한다.
- 금형온도를 올린다.
- 스프루, 런너, 게이트를 크게한다.
- 게이트 랜드(gate land)의 길이를 짧게한다.
④ 색상의 변화가 심하다.
- 실린더 온도를 낮추고, 금형온도를 올린다.
- 이물의 혼입여부를 점검한다.
- 원료의 예비 건조를 충분히 한다.
- 게이트, 런너, 스프루를 크게한다.
- 게이트 랜드의 길이를 짧게한다.
출처 : 꿈★은 이루어진다
글쓴이 : 부산갈매기 원글보기
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