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제목 충전은 원료의 중량이 아니라 부피가 기준
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2018/12/04 08:49

 

 

대부분의 성형품은 중량이 아니라 부피 기준으로 1단계에서 90~99% 충전을 마쳐야 한다. 이것이 중요한 이유다. 1단계 충전만으로 성형품을 만드는 방법을 소개한다.

  

‘과학적 성형법’에서 금형이나 캐비티에 플라스틱을 사출하는 과정은 두 단계로 나눠진다. 즉, 충전(1단계) 그리고 패킹 및 보압(pack-and-hold, 2단계) 이 그것이다. 이 칼럼을 준비하면서 몇주에 걸쳐 1단계가 끝나는 시점의 성형품 충전은 어느 정도가 바람직한가를 두고 많은 사람에게 의견을 묻고 토론을 진행하기도 했다.

 

그런데 1단계 종료시까지 90% 이상의 충전이 필요하다고 할 때, 이는 중량을 기준으로 할 것일지, 아니면 부피를 기준으로 할 것인지 결정 하는 것은 매우 중요한 질문이다. 그러면 그 해답은 어디서 찾아야 할까?

 

우선은 용어를 정확히 아는 것이 좋다. 사출의 1단계와 2단계를 두고 여러 가지 다른 명칭과 표현들이 통일되지 않고 섞여 사용되고 있기 때문이다.

 

충전(fill), 패킹(pack), 보압(hold), 고압(high-pressure), 저압(lowpressure), 압력 대 시간비(V-to-P) 등 다양한 용어들이 사용되고 있다.

 

이 용어들은 모두 같은 내용을 가리키는 것일까? 아니라면 어떻게 다를까? 그 뜻이 명확하지 않은 용어들의 혼재 때문에 정확한 의미전달이 어렵고, 오해와 혼란이 생겨나고, 특히 현장에서 실무자 교육을 해야 할 때 큰 어려움에 부딪히게 된다. 그래서 여기서 말하고자 하는 1단계와 2단계 사출을 분명한 이해가 필요하다면 그림 1을 참조하기 바란다.

 

이 그래프는 1단계와 2단계의 사출압력(플라스틱압력) 대 시간의 관계를 나타내고 있는 것으로, 전부는 아니지만 대부분 사출성형공정에 통상적으로 적용되는 내용이다(예를 들어, 성형품 사이즈가 너무 작아 1단계와 2단계를 분리할 수 없는 마이크로성형의 경우에는 해당되지 않는다).

 

요약하자면, 1단계 사출을 통해 성형품을 90% 이상 충전하고, 2단계 사출에서 성형품 충전 완료에 필요한 나머지 양의 플라스틱을 주입함으로써 패킹, 즉 완전 충전하는 과정을 거치면 싱크마크(sinks)를 제거해주고 성형품의 적정 치수를 달성할 수 있다.

 

 

그다음으로는 1단계 충전만으로 성형품을 만드는 과정을 다뤄보 자. 여기서 목표는 90% 이상 충전을 달성할 수 있는 1 단계 사출용 숏을 만드는 것이다. 아주 간단해 보인다.

 

결국 1단계 충전만으로 성형품을 만드는 요령은 2단계 사출을 건너뛰면 되는 것이기 때문이다. 하지만 문제는 2단계 사출을 건너뛰는 데는 3가지 다른 방법이 있다는 점이다.

 

- 2단계 사출 타이머를 제로로 맞춘다.

- 2단계 사출 압력을 매우 낮은 값으로 맞춘다. 필자가 권하는 수준은 50psi(0.5~3.5bar)를 최소한 0.50 초 동안 또는 2단계 사출 타이머 시간보다 길게 유지하는 것이다.

- 2단계 타이머를 제로로 하고 사출 압력을 아주 낮은 값으로 줄여준다.

  

이 3가지 방법을 각각 실험해보면 각 방법으로 얻게 되는 1단계 충전 성형품이 제각기 다르다는 것을 알 수 있다. 그렇다면 어떤 방법이 가장 좋을까? 필자는 두 번째 방법을 권장하고 싶다.

 

그 까닭은 대부분의 사출성형기는 가속도(momentum) 내지 초과이동, 즉 오버트래블(over-travel) 문제가 발생한다. 다시 말해, 스크류가 미리 설정해놓은 지점에 정확히 멈추지 않는다. 따라서 1단계 충전을 전개할 때 공정작업자가 이 오버트래블 문제를 제대로 살피고 이해한 후 대처하는 것이 매우 중요하다.

 

더불어 공정작업자는 1단계 충전 성형품이 사출이나 1단계 충전이 압력의 제한을 두지 않는 조건 아래서 성형될 수 있도록 하는 것도 매우 중요하다. 사출 도중의 실제 피크 압력이 아니라 10% 높은 압력설정값 혹은 그저 주어진 압력을 사용하는 경우가 아주 많다. 필자는 이와 같이 널리 통용되는 경험칙이 부적절하다고 본다.

 

1단계 충전만 거친 성형품을 만드는 과정은 확인했으니, 이제 충전은 어느 정도가 가장 적합한지 알아보자. 이에 대해 간단하고 분명한 해답은 없다. 중량이 아니라 부피를 기준으로 90%에서 99%까지의 어느 지점이 적절한지 이를 결정하는 데는 성형품의 유형, 캐비티 수, 충전의 균형, 충전 종지부의 웰드라인(weld line) 유무, 리빙힌지(living hinge) 유무 등 여러 요인이 영향을 미친다.

 

하지만 성형품의 99%에 적용되는 요점은 1단계 충전 성형품은 충전이 눈에 띌 정도로 덜 진행돼 과도한 충전으로 인한 싱크마크가 나타나지 않아야 한다. 그렇다면 그 기준을 중량이 아닌 부피로 삼는 까닭은 무엇일까?

 

이 주제에 대해 필자가 업계 종사자들로 받은 이메일과 자료조사 과정에서 읽어본 블로그들은 부피가 기준이 되어야 하는지 아니면 중량이 기준이 되어야 하는지와 관련해, 용융수지 밀도대 고형수지 밀도, 싱크마크, 바운스백(bounce-back) 및 기타 여러 요인을 언급하며 그야말로 다양한 논거들을 제시하고 있다.

 

필자가 보기에 캐비티 압력곡선에 대해 관찰하고, 파팅라인에 나타나는 마모와 그 결과로 성형품에 나타나는 플래시(flash)를 살펴보면 그 기준이 부피가 돼야 한다는 것을 분명히 알 수 있다.

 

그림 2는 1단계와 2단계 충전에서 사출 압력곡선 그리고 중량에 따라 달라지는 1단계 캐비티 말단 압력곡선을 나타내고 있다. 거의 수직에 가까운 캐비티 압력의 신속한 급상승에 주목해야 한다. 이는 금형 파팅라인에 상당한 힘을 가함으로써 때 이른 마모를 발생시켜 결국 플래시 발생으로 이어진다.

 

그림 3은 1단계와 2단계 충전에서의 사출 압력곡선 그리고 부피에 따라 달라지는 1단계 캐비티 말단 압력곡선을 나타내고 있다. 완만한 충전 종지부 캐비티 압력곡선을 보면 파팅라인에 발생하는 응력이 적어 마모로 인한 플래시가 발생하기까지 훨씬 더 많은 수의 숏을 가공할 수 있음을 알 수 있다.

 

파팅라인 마모에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있으며, 이것은 그 가운데 하나일 뿐이다. 더불어, 충전 종지부 캐비티 압력곡선의 모양은 성형 품에 따라 달라진다는 점도 유의해야 한다.

 

요약하자면, 1단계 충전을 진행하되, 2단계 충전 타이머를 켜놓은 상태로 작업하고 충전 정도의 기준은 부피로 해야 한다. 이렇게 하면 파팅라인 마모가 훨씬 적다. 

 

 

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18274   ‘동일한’ 성형품 가공에 필수적인 기록작업 플라스틱코리아