사출 성형기의 구조와 원리

3. 사출성형의 개요

앞서 설명한 것처럼 사출 성형은 플라스틱(열경화성 수지, 열가소성 수지)을 원하는 형태의 성형품으로 만드는 제조 기술이다. 성형품은 사출 성형기에서 수지를 용융 시켜 금형의 캐비티 안으로 사출하고 용융수지를 고화시켜 만드는 것이다. 금형은 금속으로 정해진 도면(금형 설계)에 따라 생산하고자 하는 제품(성형품)과 똑같은 형태로 가공한 성형상의 모체(母體)가 되는 것이다. 금형(金型 - Die & mould)은 일반적으로 광의와 협의의 의미로 구분하여 정의한다.

(1) 일반적 정의

광의의 금형은 재료의 소성(塑性-Plasticity), 전연성(展延性-Malleability, Ductility), 유동성(流動性 등의 성질을 이용하여 재료를 가공성형, 제품을 생산하는 도구로 '틀 ' 또는 '형(型)'의 통칭이라 할 수 있으며 학술적 의미로도 사용되고 있다. 이에 반 해 협의의 금형은 금속재료를 사용하여 만들어진 틀[型]을 말한다. 한편, 기술적 의 미에서 금형이란 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 만들어진 모체가 되 는 豊을 말한다.

3-2. 사출 성형의 원리

① 재료에 흡입된 수분을 제거하기 위해 재료를 1차 건조시킨 다음 사출성형기에 부착되어 있는 재료받이실인 호퍼(Hopper)에 채워지고, 사출기의 실린더내에 있는 사출스크루의 회전에 의해 원재료는 호퍼의 밑부분에 있는 것부터 실런더 내로 유 입되어 가소화된다. 이때 실린더는 외부가 히터로 감겨져 있어 유입된 재료는 가열 용융되어 유동성을 갖는다.

② 사출성형기의 노즐부(고정측 체결부)에 금형의 상형이 체결되고 이젝터부(가동 촉 체결부)에 금형의 하형이 체결되어진 상태에서, 사출기의 가동축이 고정축 방향 으로 이동하므로서 금형의 하형과 상형이 닫힌다, 이때 금형이 강한 사출압에 열리 지 않도록 강한 조임력(Mold Clamping Force)으로 금형이 닫혀져야 한다.

③ 금형의 상형부위 유동부분의 시작점인 스프루(Sprue)에 사출기의 노즐을 접촉시 키고 난 다음, 유압실린더로 사출스크루를 전진시켜 가열실린더 안에 있는 수지를, 금형의 유동부위를 거쳐 캐비티 내에 완전하게 골고루 충진되도록 높은 압력으로 사출한다. 이때 강한 사출압에 의해 금형이 열리지 않도록 강한 크램핑력이 금형에 작용하여 야 한다. 그렇지 않으면 금형이 열려 제품의 열림면에 후래쉬가 발생한다.

④ 금형 안에 충진된 프라스틱은 제품을 고화시키기 위해 금형을 냉각시키는 공정 에 의해 수축된다. 캐비티 안에서 프라스틱이 수축이 될 경우 제품의 품질(치수정 밀도 및 외관)이 저하되므로 이것을 방지하기 위해 고화되지 않은 상태에서 사출압 을 계속 유지해준다. 이것을 보압이라 한다. 이렇게 하면 재료가 수축되어 캐비티에 공간이 생긴 부위에 원재료를 더 보충할 수 있게 되어 품질 저하를 막을 수 있게 된다. 또한 강한 압력으로 사출을 하였기 때문에 강력한 압력으로 뒤에서 바쳐주지 않으면 원재료가 역류하여 밖으로 흘러 나몰 수가 있다. 이 두 가지를 위해 필요한 공정이 보압공정이며 이 공정은 게이트(Gate)가 굳어 원재료가 흘러 나오지 않거나 보충할 수 없을 때까지 지속된다.

⑤ 금형을 냉각시켜 제품이 고화되는 동안 사출 실린더 내의 사출스크루는 유압 모 터에 의해 회전되면서 호퍼로부터 재료를 공급받아 스크루의 산 사이를 통해 노즐 쪽으로 보낸다. 이때 재료는 실린더 벽면과의 사이에 압축되어 마찰되므로 열이 발 생하고, 밴드히터에 의해 가열되므로 용융되어 앞부분인 노즐 쪽으로 이동이 된다. 노즐부분인 앞부분에 원재료가 계속 채워지고 스크루는 수지계량을 위해 설치한 리 빗트 스위치를 누를 때까지 후진한다

⑥ 사출기의 가소화작업이 끝난 후 사출기의 노즐이 뒤로 후퇴하고 금형이 열린다. ⑦ 금형이 열린 후 사출거의 가동축 부위에 설치되어 있는 이젝터 봉이 유압 실린 더의 작동에 의해 앞으로 전진하여 금형에 설치되어 있는 이젝터봉을 앞으로 전진 시켜 이젝터판을 일므로서 이젝터 핀이 제품을 밀어내어 취출시킨다. ⑧ 다시금형이 닫힌다. 이러한 공정을 계속 반복하는 것이 성형공정의 원리이며 1 〜 8항까지 각 공정이 수행된 것을 1Cycle이라 한다

3-3. 사출성형의 장점

① 생산제품, 부품의 치수 정밀도가 높다.

② 제품규격이 동일하여 호환성이 있고 조립 생산이 쉽다.

③ 제품 생산시 금형을 이용하면 특수기술이나 숙련기술 없이도 제품을 만들 수 있 다.

④ 제품의 외관이 깨끗하고 미려하다.

⑤ 신제품의 개발 또는 모델의 변경이 쉽다.

⑥ 제품의 생산시간이 단축된다.

⑦ 다른 생산 방법보다 종업원 수를 줄일 수 있어 인건비가 절약된다. 컴퓨터등 자동화시스템을 이용하면 무인 생산공장 운영도 가능하다.

⑧ 두께가 얇은 제품의 생산이 가능하고 무게도 줄일 수 있다.

⑨ 기존 생산시설이나 공장 면적도 줄일 수 있다.

⑩ 제품을 만들기 위한 재료가 절약된다.

⑪ 제품의 품질을 균일화시킬 수 있다.

⑫ 제품에 따라 조립, 용접 등 2차 가공을 생략할 수 있다.

⑬ 제품의 표면이 깨끗하여 도금, 페인팅을 생략할 수 있다.

⑭. 제품의 생산원가를 줄일 수 있다

3-4. 사출성형의 단점

① 금형가격이 높다. ② 성형 사출기 및 부대 장치의 가격이 높다.

③ 성형품의 품질을 빠르게 결정할 수 없다.

④ 성형과정의 기본 지식을 모르면 문제를 야기시킬 수 있다.

⑤사출성형 과정을 잘 제어할 수 없다.

4. 사용수지

4-1. TPE란 무엇인가

최근 TPE(Thermo Plastic Elastomers)는 열가소성 탄성수지로서 다양한 산업 분야 에서 다양한 제품을 개발할 수 있게 한 플라스틱의 혁신을 가져온 재료이다. 그 이 유는 열가소성 탄성 수지가 조직과 거동측면에서 열가소성 수지와 고무의 중간에 위치하기 때문이라고 할 수 있다. TPE는 열가소성 수지의 장점을 가지며 아울러 탄성수지의 장점을 복합된 특성을 가져 제품설계자 및 성형 작업자에게 다양한 잇 점을 제공한다. 다시 말하면 TPE는 열가소성 수지처럼 열을 가하고 냉각되면 탄성을 가지게 된다.