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사출 성형

Injection moulding
사출 성형기
프로세스의 간단한 그림

사출 성형(미국 철자: 사출 성형)은 몰드에 용융 재료를 주입하여 부품을 생산하는 제조 공정입니다.사출성형은 주로 금속(다이캐스팅이라고 함), 유리, 엘라스토머, 제과 및 가장 일반적인 열가소성 및 열경화성 폴리머를 포함한 다수의 재료로 수행할 수 있습니다.부품의 재료는 가열된 배럴에 공급되어 혼합된 후 금형 캐비티에 주입되며,[1]: 240 여기서 냉각되고 캐비티의 구성에 따라 굳어집니다.일반적으로 산업 디자이너나 엔지니어가 제품을 설계한 후 금형은 금속(일반적으로 강철 또는 알루미늄)으로 성형된 후 원하는 부품의 특징을 형성하기 위해 정밀 가공됩니다.사출 몰딩은 가장 작은 구성 요소부터 자동차의 차체 패널 전체에 이르기까지 다양한 부품을 제조하는 데 널리 사용됩니다.일부 저온 열가소성 수지를 사출 성형하는 동안 녹지 않는 광중합체를 사용하는 3D 프린팅 기술의 진보가 일부 단순한 사출 성형에 사용될 수 있습니다.

사출 성형에는 사출 유닛, 몰드 및 클램프의 세 부분으로 구성된 특수 목적 기계가 사용됩니다.사출 성형할 부품은 몰딩 프로세스를 용이하게 하기 위해 매우 신중하게 설계되어야 합니다. 부품에 사용되는 재료, 부품의 원하는 모양과 특징, 몰딩 재료 및 몰딩 기계의 특성을 모두 고려해야 합니다.사출 몰딩의 다용도는 이러한 광범위한 설계 고려사항과 가능성을 통해 촉진됩니다.

적용들

사출 몰딩은 와이어 스풀, 포장, 병뚜껑, 자동차 부품 및 부품, 장난감, 포켓 빗, 일부 악기(및 그 일부), 원피스 의자와 작은 테이블, 보관 용기, 기계 부품(기어 포함) 및 오늘날 사용 가능한 대부분의 기타 플라스틱 제품과 같은 많은 제품을 만드는 데 사용됩니다.사출 몰딩은 플라스틱 부품을 제조하는 가장 일반적인 현대 방식이며, 동일한 [2]물체를 대량으로 생산하는 데 이상적입니다.

프로세스 특성

사출 성형용 열가소성 수지 펠릿

사출 몰딩은 램 또는 나사형 플런저를 사용하여 녹은 플라스틱 또는 고무 재료를 몰드 캐비티에 밀어 넣습니다. 그러면 몰드의 윤곽과 일치하는 형태로 응고됩니다.열가소성 고분자와 열경화성 고분자를 모두 처리하는 데 가장 일반적으로 사용되며, 고분자의 부피가 상당히 높습니다.[3]: 1–3 열가소성 수지는 재활용의 용이성, 다양한 [3]: 8–9 용도에 대한 다용도, 가열 시 유연하고 흐를 수 있는 능력 등 사출 성형에 매우 적합한 특성 때문에 널리 사용됩니다.열가소성 플라스틱에는 열경화성 폴리머가 주입 배럴에서 적시에 배출되지 않으면 화학적 가교 현상이 발생하여 나사 및 체크 밸브가 고착되어 주입 성형 기계가 [3]: 3 손상될 수 있습니다.

사출 몰딩은 원료를 몰드에 고압으로 주입하여 폴리머를 원하는 [3]: 14 형태로 성형합니다.곰팡이는 단일 캐비티 또는 여러 캐비티일 수 있습니다.다중 캐비티 몰드에서 각 캐비티는 동일하고 동일한 부품을 형성할 수도 있고 단일 사이클 동안 여러 개의 서로 다른 형상을 형성할 수도 있습니다.금형은 일반적으로 공구강으로 제조되지만 스테인리스강과 알루미늄 금형은 특정 용도에 적합합니다.알루미늄 몰드는 일반적으로 기계적 특성이 열악하고 주입 및 클램프 사이클 중에 마모, 손상 및 변형이 발생하기 쉽기 때문에 대량 생산 또는 치수 공차가 좁은 부품에는 적합하지 않습니다. 그러나 알루미늄 몰드는 몰드 제작 시 다음과 같이 적은 부피에서 비용 효율적입니다.ts 및 시간이 대폭 [1]단축됩니다.많은 강철 주형은 수명 동안 100만 개 이상의 부품을 가공하도록 설계되어 있으며 제작 비용이 수십만 달러에 달할 수 있습니다.

열가소성 수지를 성형할 때 일반적으로 펠릿화된 원료는 호퍼를 통해 왕복 나사로 가열된 배럴로 공급됩니다.배럴에 들어가면 온도가 상승하고 개별 체인의 상대적인 흐름에 저항하는 반데르발스 힘은 높은 열 에너지 상태에서 분자 사이의 공간이 증가하여 약해집니다.이 프로세스는 점도를 감소시켜 폴리머가 분사 장치의 구동력과 함께 흐를 수 있도록 합니다.이 나사는 원료를 전진시키고, 폴리머의 열 및 점성 분포를 혼합 및 균질화하며, 폴리머를 기계적으로 전단하고 상당한 양의 마찰 가열을 가함으로써 필요한 가열 시간을 단축합니다.이 물질은 체크 밸브를 통해 전방으로 공급되며 나사 전면에 모여 샷이라고 하는 볼륨으로 표시됩니다.샷은 몰드 캐비티를 메우고, 수축을 보상하며, 나사에서 몰드 캐비티로 압력을 전달하기 위해 쿠션(총 샷 부피의 약 10%)을 제공하는 데 사용되는 재료의 부피입니다.충분한 양의 재료가 모이면 재료는 고압과 속도로 캐비티를 형성하는 부품으로 강제됩니다.정확한 수축량은 사용되는 수지의 함수이며 비교적 [4]예측이 가능합니다.압력의 급증을 방지하기 위해 공정에서는 일반적으로 나사가 일정한 속도에서 일정한 압력 제어로 이동하는 95~98%의 전체 공동에 해당하는 전달 위치를 사용합니다.주입 시간이 1초 미만인 경우가 많습니다.나사가 이송 위치에 도달하면 패킹 압력이 가해져 몰드 충전이 완료되고 열수축이 보상됩니다. 열가소성 수지는 다른 많은 재료에 비해 상당히 높습니다.패킹 압력은 게이트(캐비티 입구)가 굳을 때까지 인가됩니다.크기가 작기 때문에 일반적으로 게이트는 전체 [3]: 16 두께에서 가장 먼저 굳어집니다.게이트가 굳으면 더 이상의 재료가 캐비티에 들어갈 수 없기 때문에 나사는 다음 사이클을 위해 왕복 운동하고 재료를 획득하며 몰드 내의 재료가 냉각되어 배출되고 치수가 안정됩니다.외부 온도 컨트롤러의 물이나 오일을 순환시키는 냉각 라인을 사용하면 이러한 냉각 지속 시간이 크게 단축됩니다.필요한 온도에 도달하면 금형이 열리고 핀, 슬리브, 스트리퍼 등이 전방으로 구동되어 물품을 분해합니다.그런 다음 금형이 닫히고 프로세스가 반복됩니다.

투샷 몰드의 경우 두 개의 개별 재료가 하나의 부품에 통합됩니다.이러한 유형의 사출 성형 방식은 노브에 부드러운 터치를 추가하거나, 제품에 여러 가지 색상을 부여하거나, 여러 [5]가지 성능 특성을 가진 부품을 제작하는 데 사용됩니다.

보온 세트의 경우 일반적으로 두 개의 다른 화학 성분이 배럴에 주입됩니다.이 성분들은 즉시 돌이킬 수 없는 화학반응을 시작하여 결국 물질을 하나의 연결된 분자 네트워크로 연결시킨다.화학 반응이 일어나면 두 개의 유체 구성 요소는 영구적으로 점탄성 [3]: 3 고체로 변환됩니다.주입 배럴과 나사의 응고는 문제가 될 수 있고 재정적 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 배럴 내의 열경화 경화를 최소화하는 것이 중요합니다.이는 일반적으로 주입 장치에서 화학적 전구체의 체류 시간과 온도가 최소화됨을 의미한다.배럴의 체적 용량을 최소화하고 사이클 시간을 최대화함으로써 체류 시간을 줄일 수 있습니다.이러한 요인들로 인해 반응 화학 물질을 열로 절연된 핫 몰드에 주입하는 열로 절연된 냉간 분사 장치를 사용하게 되었으며, 이로 인해 화학 반응 속도가 증가하여 고화된 열경화 구성 요소를 달성하는 데 필요한 시간이 단축됩니다.부품이 고화된 후 밸브가 닫혀 분사 시스템과 화학 전구체가 격리되고 몰드가 열려 몰드 부품을 배출합니다.그런 다음 금형이 닫히고 프로세스가 반복됩니다.

몰드가 열려 있는 동안 미리 성형되거나 가공된 구성 요소를 캐비티에 삽입할 수 있으므로 다음 사이클에서 주입된 재료가 형성되어 주위에 굳을 수 있습니다.이 프로세스를 인서트 몰딩이라고 하며, 단일 부품에 여러 재료를 포함할 수 있습니다.이 공정은 금속 나사가 돌출된 플라스틱 부품을 제작할 때 자주 사용되며, 플라스틱 부품을 고정했다가 풀기를 반복할 수 있습니다.이 기술은 몰드 내 라벨링에도 사용할 수 있으며 필름 뚜껑도 성형 플라스틱 용기에 부착할 수 있습니다.

파팅 라인, 스프루, 게이트 마크 및 이젝트 핀 마크는 보통 마지막 [3]: 98 부분에 있습니다.이러한 기능은 일반적으로 필요하지 않지만 프로세스의 특성상 피할 수 없습니다.게이트 자국은 용융 공급 채널(스프루 및 러너)을 캐비티를 형성하는 부품에 결합하는 게이트에서 발생합니다.파팅 라인과 이젝터 핀 자국은 미세한 오정렬, 마모, 가스 통풍구, 상대적인 움직임의 인접 부품 간극 및/또는 주입된 폴리머와 접촉하는 용해 표면의 치수 차이로 인해 발생합니다.치수 차이는 공정의 주입, 패킹, 냉각 및 배출 단계에서 급격한 사이클링을 경험하는 주입, 가공 공차, 몰드 부품의 열팽창 및 수축 시 불균일한 압력에 의한 변형에 기인할 수 있습니다.금형 부품은 열팽창 계수가 다양한 재료로 설계되는 경우가 많습니다.설계, 제작, 처리 및 품질 모니터링 비용이 천문학적으로 증가하지 않으면 이러한 요인을 동시에 설명할 수 없습니다.능숙한 몰드 및 부품 설계자는 가능한 경우 이러한 미적 손상을 숨겨진 영역에 배치합니다.

역사

미국인 발명가 존 웨슬리 하얏트는 그의 형제 이사야와 함께 [6]1872년 최초의 사출 성형기 특허를 취득했습니다.이 기계는 오늘날 사용되는 기계에 비해 비교적 단순했습니다. 플런저를 사용하여 가열된 실린더를 통해 플라스틱을 주형으로 주입하는 큰 피하 바늘처럼 작동했습니다.이 산업은 칼라 스테이, 단추, 그리고 머리 빗과 같은 제품들을 생산하면서 몇 년 동안 천천히 발전했다.

독일의 화학자 Arthur Eichengrün과 Theodore Becker는 1903년에 셀룰로오스 질산염보다 [7]인화성이 훨씬 낮은 최초의 수용성 형태의 셀룰로오스 아세테이트를 발명했다.그것은 결국 쉽게 사출 성형된 분말 형태로 사용 가능하게 되었다.Arthur Eichengrün은 1919년에 최초의 사출 성형기를 개발했습니다.1939년 Arthur Eichengrün은 가소화된 셀룰로오스 아세테이트 사출 성형에 대한 특허를 취득했습니다.

1940년대에 산업이 급속히 팽창한 것은 제2차 세계대전이 저렴하고 대량 생산되는 제품에 [8]대한 엄청난 수요를 창출했기 때문이다.1946년, 미국의 발명가 제임스 왓슨 헨드리는 최초의 나사 주입 기계를 만들었고, 이것은 주입 속도와 생산된 [9]물품의 품질에 대한 훨씬 더 정확한 제어를 가능하게 했다.이 기계는 또한 색소 또는 재활용 플라스틱을 원재료에 첨가하고 주입하기 전에 완전히 혼합할 수 있도록 하기 위해 주입 전에 재료를 혼합할 수 있었습니다.1970년대에 Hendry는 첫 번째 가스 보조 사출 성형 공정을 개발했는데, 이를 통해 빠르고 냉각되는 복잡하고 속이 빈 물품을 생산할 수 있었습니다.이를 통해 생산 시간, 비용, 중량 및 낭비를 줄이면서 설계 유연성과 제조 부품의 강도 및 마감 처리 능력을 크게 향상시켰습니다.1979년에는 플라스틱 생산이 철강 생산을 추월했고 1990년에는 알루미늄 주형이 사출 [10]성형에 널리 사용되었습니다.오늘날 나사 사출기는 모든 사출기의 대부분을 차지합니다.

플라스틱 사출 성형 산업은 수년간 빗과 단추의 생산에서 자동차, 의료, 항공우주, 소비자 제품, 완구, 배관, 포장 및 건설 [11]: 1–2 등 다양한 산업용 제품을 생산하는 데까지 발전해 왔습니다.

공정에 가장 적합한 폴리머의 예

모든 열가소성 플라스틱, 일부 열경화성 물질 및 일부 [12]엘라스토머를 포함한 대부분의 고분자가 사용될 수 있습니다.1995년 이후 사출 성형에 사용할 수 있는 총 재료 수는 연간 750개의 속도로 증가했습니다. 이러한 추세가 시작되었을 [13]때는 약 18,000개의 재료를 사용할 수 있었습니다.사용 가능한 재료에는 합금 또는 이전에 개발된 재료의 혼합물이 포함되어 있으므로 제품 디자이너는 다양한 제품 중에서 최상의 특성을 가진 재료를 선택할 수 있습니다.재료의 주요 선정 기준은 최종 부품에 필요한 강도 및 기능뿐 아니라 비용이다. 그러나 [11]: 6 각 재료는 고려해야 할 몰딩에 대한 다른 매개변수를 가지고 있다.사출 성형 재료를 선택할 때 고려해야 할 다른 고려 사항으로는 휨 탄성 계수 또는 손상 없이 재료가 구부러질 수 있는 정도, 열 편향 및 수분 흡수 [14]등이 있습니다.에폭시와 페놀과 같은 일반적인 폴리머는 열경화성 플라스틱의 예이며 나일론, 폴리에틸렌, 폴리스티렌은 열가소성 [1]: 242 플라스틱입니다.비교적 최근까지는 플라스틱 스프링이 불가능했지만, 고분자 성질의 진보로 인해 플라스틱 스프링이 상당히 실용화되었습니다.적용 분야에는 실외 장비 웨빙을 고정 및 분리하기 위한 버클이 포함됩니다.

장비.

주요 기사:사출 성형기
사출 성형 기계에서 열린 종이 클립 몰드. 노즐이 오른쪽에 보입니다.

사출 성형기는 재료 호퍼, 사출 램 또는 나사형 플런저 및 가열 [1]: 240 유닛으로 구성된다.플래튼이라고도 하며, 구성 요소가 성형되는 몰드를 고정합니다.프레스 정격은 톤수로 측정되며, 이는 기계가 가할 수 있는 클램핑 힘의 양을 나타냅니다.이 힘은 주입 프로세스 [15]중에 몰드를 닫힌 상태로 유지합니다.톤수는 5톤 미만에서 9,000톤 이상까지 다양할 수 있으며, 비교적 적은 제조 공정에서 높은 수치를 사용합니다.필요한 총 클램프 힘은 성형되는 부품의 투영 면적에 따라 결정됩니다.이 투영 면적에 투영 면적의 평방 센티미터당 1.8 ~ 7.2톤의 클램프력은 투영 면적의 평방센티미터당 1.8~7.2톤이다.경험으로 따지면, 대부분의 제품에는 4~5톤/in을2 사용할 수 있습니다.플라스틱 재료가 매우 딱딱할 경우 몰드를 채우기 위해 더 많은 주입 압력이 필요하며, 따라서 몰드를 [11]: 43–44 닫은 상태로 유지하기 위해 더 많은 클램프 톤수가 필요합니다.또한 필요한 힘은 사용된 재료와 부품의 크기에 따라 결정될 수 있습니다.부품이 클수록 클램프 [12]힘이 더 커집니다.

곰팡이

몰드 또는 다이는 몰딩에서 플라스틱 부품을 생산하는 데 사용되는 도구를 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어입니다.

금형은 제조하는 데 비용이 많이 들었기 때문에 보통 수천 개의 부품이 생산되는 대량 생산에만 사용되었습니다.일반적인 몰드는 경화강, 사전 경화강, 알루미늄 및/또는 베릴륨-동 [16]: 176 합금으로 구성됩니다.금형을 제작할 재료를 선택하는 것은 주로 경제성의 한 가지입니다. 일반적으로 강철 금형은 제작 비용이 더 많이 들지만 수명이 길기 때문에 마모되기 전에 제작된 부품의 수가 더 많아 초기 비용이 더 많이 듭니다.사전 경화강 몰드는 내마모성이 낮으며 부피가 작거나 더 큰 부품에 사용됩니다. 일반적인 강철 경도는 Rockwell-C 척도로 38-45입니다.경화강 몰드는 기계가공 후 열처리를 하므로 내마모성과 수명 면에서 월등히 우수합니다.일반적인 경도 범위는 50~60 Rockwell-C(HRC)입니다.알루미늄 몰드는 비용이 상당히 적게 들 수 있으며, 현대식 컴퓨터 장비로 설계 및 가공할 경우 수만 개 또는 수십만 개의 부품을 몰딩하는 데 경제적일 수 있습니다.베릴륨 구리는 금형의 빠른 열 제거가 필요한 영역이나 전단 열이 [16]: 176 가장 많이 발생하는 영역에 사용됩니다.금형은 CNC 가공 또는 방전 가공 공정을 사용하여 제조할 수 있습니다.

  • 측면 당김이 있는 사출 성형 금형
  • "A" side of die for 25% glass-filled acetal with 2 side pulls.

    25% 유리로 채워진 아세탈을 2개의 측면 당김으로 "A"면 금형.

  • Close up of removable insert in "A" side.

    "A" 쪽에서 분리 가능한 삽입물을 클로즈업합니다.

  • "B" side of die with side pull actuators.

    측면 당김 액추에이터가 있는 다이의 "B" 측.

  • Insert removed from die.

    인서트가 다이스에서 제거되었습니다.

금형 설계

표준 두 개의 플레이트 공구 – 코어 및 캐비티는 몰드 베이스에 삽입됨 – 5개의 다른 부품으로 구성된 "패밀리 몰드"

몰드는 사출 몰드(A 플레이트)와 이젝터 몰드(B 플레이트)의 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.이러한 구성 요소를 몰더 및 몰드 메이커라고도 합니다.플라스틱 수지는 사출 몰드의 스플루 또는 게이트를 통해 몰드로 들어갑니다. 스플루 부싱은 몰딩 기계의 사출 배럴 노즐에 단단히 밀착되어 배럴에서 몰드로 용융된 플라스틱이 흐를 수 있도록 합니다. 이를 [11]: 141 캐비티라고도 합니다.스프루 부싱은 녹은 플라스틱을 A 및 B 플레이트의 면에 가공된 채널을 통해 캐비티 이미지로 유도합니다.이 채널들은 플라스틱이 그들을 따라 흐를 수 있도록 하기 때문에 그들은 [11]: 142 러너라고 불린다.용해된 플라스틱이 러너를 통과하여 하나 이상의 특수 게이트로 들어가 캐비티[17]: 15 형상으로 들어가 원하는 부품을 형성합니다.

(A) 완구용 실제 사출 성형 제품의 스프루, (B)&(C)러너 및 (D)게이트

몰드의 스프루, 러너 및 캐비티를 채우는 데 필요한 수지의 양은 "샷"으로 구성됩니다.몰드에 갇힌 공기는 몰드의 가르마 선으로 접지된 공기 통풍구를 통해 빠져나오거나, 이젝트 핀과 슬라이드 주위로 빠져나갈 수 있습니다. 이젝트 핀은 이를 고정하는 구멍보다 약간 작습니다.갇힌 공기가 빠져나가지 못할 경우 유입되는 물질의 압력에 의해 압축되어 캐비티 모서리로 압착되므로 충전을 방지하고 다른 결함도 발생할 수 있습니다.공기는 심지어 너무 압축되어 주변의 플라스틱 [11]: 147 물질에 불을 붙이고 태울 수도 있다.

금형에서 금형 부품을 분리할 수 있도록 하기 위해, 리프터(Lifters)라는 구성 요소를 사용하여 금형의 일부가 그러한 돌출부 사이에서 이동하도록 설계되지 않는 한 금형 피쳐가 금형이 열리는 방향으로 서로 돌출되어서는 안 됩니다.

끌어당기는 방향과 평행하게 보이는 부품의 측면(코어 위치(구멍) 또는 인서트의 축은 일반적으로 금형이 열리고 [17]: 406 닫힐 때 금형의 상하 이동과 평행)은 드래프트라고 불리는 약간 각도가 있어 금형에서 부품을 쉽게 분리할 수 있습니다.통풍이 불충분하면 변형이나 손상이 발생할 수 있습니다.금형 방출에 필요한 드래프트는 주로 캐비티의 깊이에 따라 달라집니다. 캐비티가 깊을수록 드래프트가 더 많이 필요합니다.필요한 [17]: 332 드래프트를 결정할 때 수축도 고려해야 합니다.피부가 너무 얇으면 성형된 부품이 냉각 중에 형성된 코어 위로 수축하여 코어에 달라붙는 경향이 있습니다.또는 캐비티를 [11]: 47 떼어내면 부품이 휘어지거나 비틀리거나 물집이 잡히거나 균열이 발생할 수 있습니다.

금형은 일반적으로 금형이 열렸을 때 금형의 이젝터(B) 측에 확실하게 남아 있도록 설계되며 부품과 함께 러너와 스프루를 (A)측에서 끌어낸다.그런 다음 부품이 (B) 쪽에서 배출될 때 자유롭게 떨어집니다.해저 또는 몰드 게이트라고도 하는 터널 게이트는 분할선 또는 몰드 표면 아래에 위치합니다.분할선상의 금형 표면에 개구부를 가공한다.몰드 부품은 [17]: 288 몰드에서 배출될 때 러너 시스템에서 (몰드에 의해) 절단됩니다.녹아웃 핀이라고도 하는 이젝터 핀은 몰드의 절반(일반적으로 이젝터 절반)에 배치되어 완성된 몰드 제품 또는 러너 시스템을 [11]: 143 몰드 밖으로 밀어내는 원형 핀입니다.핀, 슬리브, 스트리퍼 등을 사용하여 물품을 배출할 경우 바람직하지 않은 인상이나 변형이 발생할 수 있으므로 금형을 설계할 때 주의해야 합니다.

냉각의 표준 방법은 냉각수(일반적으로 물)를 몰드 플레이트에 구멍을 뚫고 호스로 연결하여 연속 경로를 형성하는 것입니다.냉각수는 몰드의 열을 흡수하고(뜨거운 플라스틱의 열을 흡수) 몰드를 적절한 온도로 유지하여 플라스틱을 가장 효율적인 속도로 [11]: 86 고화합니다.

유지보수와 환기를 용이하게 하기 위해 캐비티와 코어는 인서트라고 하는 조각과 인서트, 블록 또는 체이스 블록이라고도 하는 하위 어셈블리로 나뉩니다.교환 가능한 인서트를 대체함으로써 하나의 몰드가 동일한 부품을 여러 개 변형할 수 있습니다.

보다 복잡한 부품은 보다 복잡한 주형을 사용하여 형성됩니다.슬라이드라고 불리는 섹션이 있으며, 이 섹션은 그리기 방향에 수직인 캐비티로 이동하여 돌출된 부품 피쳐를 형성할 수 있습니다.금형을 열면 고정 금형의 절반에 고정된 "앵글 핀"을 사용하여 슬라이드가 플라스틱 부품에서 당겨집니다.이 핀은 슬라이드의 슬롯에 들어가 몰드의 이동 반쪽이 열리면 슬라이드가 뒤로 이동합니다.그런 다음 부품이 배출되고 몰드가 닫힙니다.몰드의 닫힘 동작으로 인해 슬라이드가 각도 [11]: 268 핀을 따라 앞으로 이동합니다.

금형은 한 번의 "샷"에 동일한 부품의 여러 복사본을 생성할 수 있습니다.해당 부품의 몰드에 있는 "인상"의 수를 캐비테이션이라고 잘못 언급하는 경우가 많다.1인상의 공구는 흔히 싱글인상([18]: 398 캐비티) 몰드라고 불립니다.동일한 부품의 공동이 두 개 이상 있는 주형을 보통 다중 임프레션([18]: 262 동공) 주형이라고 합니다.생산량이 매우 많은 몰드(병뚜껑용 몰드 등)에는 128개 이상의 캐비티가 있을 수 있습니다.

경우에 따라서는 여러 개의 캐비티 툴링으로 동일한 공구에 일련의 다른 부품을 몰딩할 수 있습니다.일부 공구 제조업체는 이러한 몰드를 패밀리 몰드라고 부르는데, 이는 모든 부품이 관련되어 있기 때문입니다(예: 플라스틱 모델 키트).[19]: 114

일부 몰드는 이전에 성형된 부품을 다시 삽입하여 첫 번째 부품 주위에 새로운 플라스틱 층을 형성할 수 있도록 합니다.이것은 종종 오버몰딩이라고 불립니다.이 시스템은 일체형 타이어와 휠을 생산할 수 있습니다.

멀티샷 몰딩
컴퓨터 키보드의 투샷 사출 성형 키캡

투샷 또는 멀티샷 몰드는 단일 몰딩 사이클 내에서 "오버몰드"되도록 설계되었으며, 2개 이상의 분사 장치가 있는 특수 사출 성형 기계에서 처리해야 합니다.이 프로세스는 실제로 두 번 수행되는 사출 성형 프로세스이므로 오차범위가 훨씬 작습니다.첫 번째 공정에서는 베이스 색재를 두 번째 샷을 위한 공간을 포함하는 기본 형상으로 성형한다.그리고 두 번째 재료는 다른 색상으로 사출 성형됩니다.예를 들어, 이 과정에서 만들어진 푸시버튼과 키에는 마모되지 않고 많이 사용해도 [11]: 174 읽을 수 있는 표시가 있습니다.

금형창고

제조업체들은 높은 평균 비용으로 인해 맞춤 주형을 보호하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.완벽한 온도와 습도 수준을 유지하여 각 맞춤형 몰드의 수명을 최대한 연장할 수 있습니다.고무 사출 성형에 사용되는 것과 같은 맞춤형 몰드는 뒤틀림을 방지하기 위해 온도 및 습도가 조절된 환경에 보관됩니다.

공구 재료

공구강은 자주 사용됩니다.연강, 알루미늄, 니켈 또는 에폭시는 프로토타입 또는 매우 짧은 생산 [1]작업에만 적합합니다.적절한 몰드 설계의 현대식 경질 알루미늄(7075 및 2024 합금)은 적절한 몰드 [20]유지보수를 통해 100,000개 이상의 파트 라이프 사이클이 가능한 몰드를 쉽게 만들 수 있습니다.

ABS 수지용 사출 성형 금형의 베릴륨 구리 인서트(노란색)

기계 가공

금형은 두 가지 주요 방법, 즉 표준 가공과 EDM을 통해 제작됩니다. 표준 가공은 전통적으로 사출 금형을 제작하는 방식이었습니다.기술이 발전함에 따라 CNC 가공은 기존의 방법보다 짧은 시간에 보다 정확한 몰드 디테일로 보다 복잡한 몰드를 만드는 주요 수단이 되었습니다.

방전 가공(EDM) 또는 스파크 침식 공정은 몰드 제조에 널리 사용되고 있습니다.이 공정은 기계 가공이 어려운 형상의 형성을 가능하게 할 뿐만 아니라, 열처리가 필요하지 않도록 미리 경화된 주형을 성형할 수 있습니다.기존의 천공 및 밀링에 의해 경화된 몰드로 변경되는 경우 일반적으로 몰드를 부드럽게 하기 위해 아닐링이 필요하며, 그 후 다시 경화하기 위해 열처리가 필요합니다.EDM은 보통 구리 또는 흑연으로 만들어진 성형된 전극을 오랜 시간 동안 매우 천천히 몰드 표면으로 하강시켜 파라핀 오일(케로센)에 담그는 단순한 프로세스입니다.공구와 몰드 사이에 인가되는 전압은 [21]전극의 역형상 몰드 표면의 스파크 침식을 일으킨다.

비용.

몰드에 통합된 캐비티의 수는 몰딩 비용과 직접 관련이 있습니다.캐비티가 줄어들면 공구 작업이 훨씬 덜 필요하므로 캐비티 수를 제한하면 사출 금형을 만드는 초기 제조 비용이 줄어듭니다.

캐비티의 수가 몰딩 비용에 중요한 역할을 하므로 부품 설계의 복잡성도 마찬가지입니다.복잡성은 표면 마감, 공차 요건, 내부 나사산 또는 외부 나사산, 미세한 디테일 또는 [22]통합될 수 있는 언더컷 수와 같은 많은 요소에 통합될 수 있습니다.

언더컷이나 추가 툴링이 필요한 기능 등 세부 사항을 더 자세히 설명하면 금형 비용이 증가합니다.주형 코어 및 캐비티의 표면 마감은 비용에 더욱 영향을 미칩니다.

고무 사출 성형 공정은 내구성이 높은 제품을 생산하므로 가장 효율적이고 비용 효율적인 성형 방법이 됩니다.정밀한 온도 조절을 수반하는 일관된 가황 프로세스는 모든 폐기물을 현저하게 감소시킵니다.

주입 공정

비디오 설명
호퍼, 노즐 및 다이 영역을 보여주는 소형 사출 성형기

보통 플라스틱 재료는 펠릿이나 과립 형태로 형성되어 원료 제조 업체로부터 종이 봉투에 넣어 보내진다.사출 성형에서는 미리 건조된 입상 플라스틱이 호퍼에서 가열된 배럴로 강제 램에 의해 공급됩니다.나사형 플런저에 의해 과립이 천천히 앞으로 이동하면 플라스틱이 가열된 챔버로 강제되어 용해됩니다.플런저가 진행됨에 따라 녹은 플라스틱이 몰드에 기대어 있는 노즐을 통해 강제로 통과되어 게이트 및 러너 시스템을 통해 몰드 캐비티로 들어갑니다.금형은 차갑게 유지되므로 금형이 [1]채워지는 즉시 플라스틱이 응고됩니다.

사출 성형 사이클

플라스틱 부품의 사출 성형 중에 발생하는 일련의 현상을 사출 성형 사이클이라고 합니다.주기는 몰드가 닫힐 때 시작되고, 이어서 몰드 캐비티에 폴리머를 주입합니다.캐비티가 충전되면 유지압력이 유지되어 재료수축을 보상합니다.다음 단계에서는 나사가 회전하여 다음 샷을 전면 나사로 보냅니다.그러면 다음 샷이 준비될 때 나사가 수축됩니다.부품이 충분히 냉각되면 금형이 열리고 부품이 [23]: 13 배출됩니다.

과학적 성형과 종래의 성형

전통적으로 몰딩 공정의 주입 부분은 캐비티를 채우고 충전하기 위해 일정한 압력으로 수행되었습니다.그러나 이 방법에서는 사이클마다 치수가 크게 변동할 수 있었다.현재는 RJG Inc.[24][25][26]가 개척한 방법인 과학적 몰딩 또는 디커플드 몰딩이 일반적으로 사용되고 있습니다.이 경우 플라스틱 주입을 여러 단계로 "분할"하여 부품 치수를 더 잘 제어하고 사이클 간(업계에서는 일반적으로 샷 투 샷이라고 함) 일관성을 높일 수 있습니다.먼저 속도(속도) 제어를 사용하여 캐비티를 약 98%까지 채웁니다.압력은 원하는 속도를 허용하기에 충분해야 하지만, 이 단계에서의 압력 제한은 바람직하지 않습니다.캐비티가 98% 채워지면 기계는 속도 제어에서 압력 제어로 전환됩니다. 이 경우 원하는 압력에 도달할 수 있는 충분한 속도가 필요한 일정한 압력으로 캐비티가 "확장"됩니다.이를 통해 작업자는 부품 치수를 1인치 또는 [27]그 이상으로 제어할 수 있습니다.

다양한 유형의 사출 성형 프로세스

샌드위치 성형 칫솔 손잡이

대부분의 사출 성형 프로세스는 위의 기존 공정 설명에서 다루어지지만, 다음과 같은 몇 가지 중요한 성형 변화가 있습니다.

사출 성형 프로세스의 보다 포괄적인 목록은 [1][28]에서 확인할 수 있습니다.

프로세스의 트러블 슈팅

모든 산업 공정과 마찬가지로 사출 성형도 장난감에서도 결함이 있는 부품을 생산할 수 있습니다.사출 성형 분야에서는 종종 결함 부품을 검사하여 특정 결함을 확인하고 이러한 결함을 금형의 설계 또는 공정 자체의 특성에 따라 해결함으로써 문제 해결을 수행합니다.시행은 결점을 예측하고 [3]: 180 주입 공정에 사용할 적절한 규격을 결정하기 위해 전체 생산 전에 수행되는 경우가 많습니다.

새 몰드나 익숙하지 않은 몰드를 처음 주입할 때 해당 몰드의 샷 크기를 알 수 없는 경우 정비사/공구 세터가 전체 생산 작업 전에 시험 가동을 수행할 수 있습니다.작은 무게로 시작하여 점차적으로 채워져 금형이 95~99% 채워집니다.이를 달성한 후에는 소량의 홀딩 압력을 가하여 Gate freeze off(응고 시간)가 발생할 때까지 홀딩 시간을 증가시킵니다.게이트 프리즈 오프 시간은 홀드 시간을 늘린 후 부품의 무게를 달아 결정할 수 있습니다.부품의 무게가 변하지 않으면 게이트가 동결되어 부품에 더 이상 물질이 주입되지 않습니다.게이트 응고 시간은 생산 [29]공정의 경제성에 있어 중요한 문제인 제품의 품질과 일관성을 결정짓기 때문에 중요합니다.부품에 싱크대가 없고 부품 중량이 도달할 때까지 유지 압력이 증가합니다.

몰딩 결함

사출 몰딩은 생산 문제가 발생할 수 있는 복잡한 기술입니다.이러한 현상은 몰드의 결함 또는 몰딩 프로세스 [3]: 47–85 자체에 의해 발생할 수 있습니다.

몰딩 결함 대체명 설명 원인들
물집 물집이 잡음 부품 표면의 상승 또는 레이어드 구역 공구 또는 재료가 너무 뜨거우며, 공구 주변의 냉각 부족이나 히터 결함으로 인해 발생하는 경우가 많습니다.
화상 자국 공기 연소/가스 연소/디젤링/가스 자국/블로우 자국 게이트에서 가장 먼 지점 또는 공기가 갇힌 부분에 검은색 또는 갈색으로 탄 부분 공구의 통풍이 부족하여 주입 속도가 너무 빠릅니다.
색줄 국소적인 색상 변경 마스터배치가 제대로 섞이지 않거나 재료가 바닥나 자연 그대로 나오기 시작했습니다.노즐 또는 체크 밸브에 이전 색상의 물질이 "끌림"이 있습니다.
오염 불필요하거나 이물질 제품에서 볼 수 있는 다른 색상으로 인해 제품이 약해집니다. 잘못된 재활용 또는 재활용 정책으로 인해 유입된 불량 재료. 바닥 청소, 먼지 및 잔해 등이 포함될 수 있습니다.
델라미네이션 부분 벽면에 얇은 운모 모양의 층이 형성됨 ABS와 혼합된 PP와 같은 소재의 오염은 소재를 박리할 때 재료가 접합할 수 없기 때문에 강도가 매우 낮기 때문에 안전상 중요한 용도로 부품을 사용할 경우 매우 위험합니다.
플래시 정상적인 부품 형상을 초과하는 얇은 층의 과잉 재료 Mold가 과다하게 충전되었거나 공구의 파팅 라인이 손상됨, 분사 속도/자재가 너무 많이 주입됨, 클램프 힘이 너무 낮음공구 표면 주변의 오염물과 오염물로 인해 발생할 수도 있습니다.
매립 오염물 매립 미립자 부품에 내장된 이물질(연소재 또는 기타) 공구 표면의 입자, 오염된 물질 또는 배럴 내의 이물질 또는 너무 많은 전단열이 주입 전에 재료를 태웁니다.
플로우 마크 플로우 라인 '오프톤' 방향의 물결선 또는 패턴 분사 속도가 너무 느립니다(분사 중에 플라스틱이 너무 많이 냉각되었습니다. 분사 속도는 사용되는 프로세스 및 재료에 적합한 속도로 설정해야 합니다).
게이트 블러셔 헤일로 또는 블러셔 마크 게이트 주변의 원형 패턴, 일반적으로 핫 러너 금형에서만 문제가 발생함 분사 속도가 너무 빠르거나 게이트/스프루/러너 크기가 너무 작거나 용해/몰드 온도가 너무 낮습니다.
분사 분출은 폴리머 용융이 제한 구역을 통해 빠른 속도로 밀릴 때 발생하는 뱀 같은 흐름이다. 공구 설계 불량, 게이트 위치 또는 러너분사 속도가 너무 높게 설정되었습니다.게이트 설계가 좋지 않아 다이 부풀림이 너무 적고 분출이 발생합니다.
니트 라인 용접선 코어 핀 뒷면이나 창문의 작은 선이 선처럼 보이는 부분에 있습니다. 플라스틱 부품에 당당하게 서 있는 물체 주위를 흐르는 용융 프런트와 용융 프런트가 다시 합쳐지는 필의 끝부분에서 발생합니다.금형이 설계 단계일 때 금형 흐름 연구를 통해 최소화하거나 제거할 수 있습니다.금형을 만들고 게이트를 배치한 후에는 용융액과 금형 온도를 변경해야만 이 결함을 최소화할 수 있습니다.
고분자 분해 가수분해, 산화 등에 의한 고분자 분해 과립 내의 과도한 수분, 배럴 내의 과도한 온도, 과도한 나사 속도 때문에 높은 전단열이 발생하며, 재료가 배럴 내에 너무 오래 머무르게 되고, 너무 많은 양의 리그린드가 사용됩니다.
싱크 마크 싱크 국부적 저기압(두꺼운 구역 내) 유지 시간/압력이 너무 낮고 냉각 시간이 너무 짧으며, 스프루트 없는 핫 러너의 경우 게이트 온도가 너무 높게 설정되어 있을 수도 있습니다.과도한 재료 또는 벽이 너무 두껍습니다.
쇼트 샷 쇼트 필 또는 쇼트 몰드 부분 부품 재료 부족, 분사 속도 또는 압력이 너무 낮음, 곰팡이가 너무 차갑음, 가스 통풍구가 없음.
스플라이 마크 얼룩 또는 은색 줄무늬 일반적으로 흐름 패턴을 따라 은색 줄무늬로 나타나지만 재료의 종류와 색상에 따라 습기가 차서 발생하는 작은 거품으로 나타날 수 있습니다. 일반적으로 흡습성 수지가 부적절하게 건조되었을 때 재료의 수분.과도한 분사 속도로 인해 "리브" 영역에 가스가 갇힙니다.재료가 너무 뜨겁거나 너무 많이 깎여 있습니다.
끈적임 스트링 또는 롱게이트 새 샷에서 이전 샷 전송의 잔여물과 같은 문자열 노즐 온도가 너무 높습니다.게이트가 동결되지 않았고, 스크루가 감압되지 않았으며, 스프루가 파손되지 않았으며, 히터 밴드가 공구 내부에 배치되지 않았습니다.
빈 공간 부품 내 빈 공간(공기주머니 사용) 유지 압력이 부족합니다(유지 압력은 유지 시간 동안 부품을 포장하는 데 사용됩니다).너무 빨리 채워져 부품의 가장자리가 설정되지 않습니다.또한 몰드는 등록되지 않을 수 있습니다(두 개의 반쪽이 제대로 중심을 잡지 못하고 부분 벽의 두께가 동일하지 않은 경우).제공된 정보는 일반적인 이해입니다. 수정:팩 부족(유지하지 않음) 압력(유지 시간 동안 부품인 경우에도 팩 압력을 사용하여 포장합니다.빈 공간은 발생 장소가 없는 싱크대이기 때문에 너무 빨리 채워져도 이 상태는 발생하지 않습니다.즉, 캐비티 내에 수지가 부족했기 때문에 수지가 수축하면서 분리한 수지가 줄어든다.보이드는 어느 부위에서나 발생할 수 있으며, 부품의 두께가 아니라 수지 흐름과 열전도율에 의해 제한되지만, 리브나 보스 등 두꺼운 부위에서 발생할 가능성이 높습니다.공극의 추가적인 근본 원인은 용해 풀에서 녹지 않습니다.
용접 라인 니트라인/멜드라인/전송라인 두 흐름 전선이 만나는 변색된 라인 금형 또는 재료 온도가 너무 낮게 설정됨(만날 때 재료가 차가워 접착되지 않음).주입과 이송(패킹 및 홀딩) 사이의 전환 시간이 너무 빠릅니다.
뒤틀림 비틀림 일그러진 부분 냉각이 너무 짧다, 재료가 너무 뜨겁다, 공구 주변의 냉각이 부족하다, 잘못된 수온(공구의 뜨거운 쪽을 향해 부품이 안쪽으로 기울어짐) 부품 부위 간에 불균일하게 수축한다.
균열 크래징 용접 라인 전 상태의 두 오일 흐름의 부적절한 융접 홀 초과(다중점 게이트 제공), 프로세스 최적화, 적절한 공기 배출 등 복잡한 설계 부품에서 부적절한 게이트 위치로 인한 부품 사이의 나사선 간격.

산업용 CT 스캔과 같은 방법을 사용하면 이러한 결함을 내부적으로뿐만 아니라 외부에서도 찾을 수 있습니다.

허용 오차

공차는 부품의 치수에 따라 달라집니다.벽 두께가 0.125인치인 LDPE 부품의 1인치 치수에 대한 표준 공차의 예는 +/- 0.008인치(0.2mm)[17]: 446 입니다.

전력 요건

이 사출 성형 프로세스에 필요한 전력은 많은 요소에 따라 달라지며 사용되는 재료에 따라 달라집니다.제조 공정 참조 가이드에는 전력 요건이 "자재의 비중, 녹는점, 열전도율, 부품 크기 및 성형 속도에 따라 달라"라고 명시되어 있습니다.아래 표는 앞에서 언급한 것과 동일한 참조의 243페이지에서 가장 일반적으로 사용되는 재료에 필요한 전력과 관련된 특성을 가장 잘 설명한 표입니다.

재료. 비중[검증 필요] 녹는점(°F) 녹는점(°C)
에폭시 1.12 ~ 1.24 248 120
페놀류 1.34 ~ 1.95 248 120
나일론 1.01 ~ 1.15 381 ~ 509 194 ~ 265
폴리에틸렌 0.91 ~ 0.965 230 ~ 243 110 ~ 117
폴리스티렌 1.04 ~ 1.07 338 170

로봇 몰딩

자동화는 부품의 크기가 작을수록 모바일 검사 시스템이 여러 부품을 더 빠르게 검사할 수 있음을 의미합니다.자동 장치에 검사 시스템을 장착하는 것 외에도, 다중 축 로봇은 금형에서 부품을 제거하고 추가 [30]공정을 위해 부품을 배치할 수 있습니다.

특정 예로는 부품이 생성된 직후 금형에서 부품을 분리하거나 기계 비전 시스템을 적용하는 것이 포함됩니다.이젝트 핀이 연장된 후 로봇이 부품을 잡고 부품을 금형에서 분리합니다.그런 다음 보관 위치로 이동하거나 검사 시스템으로 직접 이동합니다.선택은 제품의 종류와 제조 장비의 일반적인 레이아웃에 따라 달라집니다.로봇에 장착된 비전 시스템은 인서트 몰드 부품의 품질 관리를 크게 강화했습니다.이동식 로봇은 금속 부품의 배치 정밀도를 더 정밀하게 결정할 수 있고 인간보다 더 빠르게 검사할 수 [30]있다.

갤러리

  • Lego injection mould, lower side

    Lego 사출 몰드, 하단

  • Lego injection mould, detail of lower side

    레고 사출 금형, 하단 상세

  • Lego injection mould, upper side

    레고 사출 몰드, 상부 측면

  • Lego injection mould, detail of upper side

    레고 사출 금형, 상면 상세

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

  • Lindsay, John A. (2012). Practical guide to rubber injection moulding (Online-Ausg. ed.). Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, U.K.: Smithers Rapra. ISBN 9781847357083.

외부 링크

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