기술강좌
 
홈으로로그인회원가입사이트맵이메일
 
HOME 기술강좌 사출성형
전시회 일정
국내전시일정
해외전시일정(상반기)
해외전시일정(하반기)
관련링크
관련협회
연구소
관련도서
관련 채용정보
제목 일관된 충전시간의 중요성 (Ⅱ)
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/04/02 08:32

 

 

동일한 부품을 만들기 위해서는 충전시간을 일정하게 유지해야 한다. 지난달 1부에서 그 이유를 알아보았다. 이번 달 2부에서는 그 방법을 알아보자. 모든 사출기는 적절한 Delta P(델타 P)를 설정해주기만 하면, 개방형 루프 사출기든, 폐루프 사출기든, 전동식이든, 유압식이든 충전시간을 일정하게 유지해준다.

  

2회에 걸쳐 연재하는 이 칼럼의 1부에서는 사출성형 도중 점도가 변할 수 있는 까닭을 집중적으로 살펴봤다. 이렇게 점도가 가변적인 변수의 하나이기 때문에 충전시간을 일정하게 유지하면 이러한 변수들의 영향을 최소화하고, 공정을 보다 안정적으로 만들어 일관성 있는 성형품을 얻을 수 있다.

동일 전단속도로 가공하는 경우 점도 변화를 최소화해 보다 일관된 공정을 만들 수 있다. 사출기를 가동할 때마다, 숏 하나하나마다, 여름이든, 겨울이든, 사출기가 달라지든, 동일한 충전시간을 유지해주면 보다 일관된 공정을 구현할 수 있다.

제대로 된 성형품 가공이 가능한 충전시간을 한 번 찾으면 금형 수명기간 내내 그 충전시간만 지키면 된다. 그렇다면 어떤 방법으로 충전시간을 일정하게 유지할 것인가? 업계 내에서는 이를 두고 의견이 갈라진다.

가공작업을 현장에서 진행하는 작업자들 가운데 어떤 이들은 점도 변화를 조정하는 것이 자신이 해야 하는 일 아니냐고 생각한다. 하지만 작업자가 사출기 곁에 지키고 서서 점도 변화를 조정하는 것이 정말로 가능한가? 혹은 칭찬받을 만한 제대로 된 방법일까?

필자는 사출기가 점도를 자동적으로 조절하도록 하는 편이 더 낫다고 믿고 있다. 마치 계속 동일 속도를 유지하도록 해주는 자동차의 크루즈 컨트롤 기능처럼 말이다. 사출기 설정을 제대로 하면 일정한 충전시간을 유지해준다. 대부분의 공정 및 사출기에서 충전시간의 변동을 ±0.04초 미만으로 유지시켜주면 된다.

하지만 이것은 충전시간이 0.06초 또는 그보다 길 때는 해당되지 않으므로, 이 경우 충전시간 변동의 허용범위를 정할 때는 일반적 상식을 사용해야 한다. 필자는 이렇게 감히 말하고 싶다. 경험에 의존하라! 모든 사출기는 적절한 Delta P(델타 P)를 설정해주기만 하면 개방형 루프 사출기든, 폐루프 사출기든, 전동식이든, 유압식이든 충전시간을 일정하게 유지할 수 있다.

델타 P는 1차 주입 단계에 사용하도록 설정된 압력과 1단계 수지주입 중에 도달하는 피크압력(peak pressure) 사이의 차이다. 시스템에 ‘부하보상(load-compensating)’ 회로를 갖춰 이 값과 결합하면 점도 변화를 감쇠시켜준다. 각 사출기에 맞는 델타 P를 찾으려면(그렇다, 델타 P는 기계에 따라 달라진다) 실제 주입 중의 피크압력에 비해 1차 주입단계에 설정해 둔 압력 또는 1단계에서 사용할 수 있는 압력이 얼마나 높은지를 파악해야 한다.

이 원리는 전동식 사출기에서나 유압식 사출기에서나 마찬가지이다. 설정압력 또는 가용압력은 주입 중의 피크압력(1단계에서 2단계로 넘어가는 전환시점의 압력이 아니라)보다 높게 설정돼 있어야 한다. 때로 피크압력과 전환시점 압력(pressure at transfer)이 같게 나타날 수도 있지만, 사출공정 설정에서 이 두 가지는 전혀 다른 개념이다.

이를 위해서는 충전 또는 1단계 주입 중에 도달하는 피크압력을 정확히 알아낼 수 있어야 한다. 문제는 피크압력보다 1단계 가용압력 설정을 얼마나 높게 해야 사출기가 충전시간을 제어할 수 있는가 하는 것이다.

  

 

델타 P 설정방법

본론으로 들어가기에 앞서 주의사항 한 가지는 실제 사출기를 충분히 다뤄본 경험 없다면 이 방법을 시도해서는 안 된다. 전체 절차를 제대로 이해하지 못하면 안전문제가 생길 수도 있고, 금형이나 사출기에 손상을 줄 수도 있다. 작업과정에서 고온 및 고압이 사용되기 때문이다. 조금이라도 어떻게 해야 할지 확실치 않을 때는 즉시 작업을 중지하고 도움을 청해야 한다.

첫 번째, 성형품의 가공이 진행되고 있으며, 금형 및 사출기의 작동과 관련된 일체의 안전유지 수칙이 지켜지고 있는 상태에서 사출기를 정상 작동상태로 놓고, 1단계 사출 중의 피크유압을 정확하게 확인해야 한다. 피크압력은 전환압력과는 다르다. 특히 사출속도 설정에 있어서 이 두 가지는 전혀 다른 개념이다. 압력측정장치 또는 게이지, 변환기 등의 위치는 유량제어밸브 뒤나 유압사출실린더(펌프 가까이가 아니라) 위에 바로 자리 잡아야 한다.

전동식 사출기를 사용하는 경우라면 장치 스크린에 표시된 사출압력을 사용해야 한다. 또한 ‘주입시작’부터 스크류가 컷오프(cutoff) 전환(transfer) 또는 스위치오버(switchover)라고도 한다. 위치에 도달할 때까지의 시간을 정확히 측정해야 한다. 이 시간이 바로 충전시간이다. 이 시간을 재는 타이머는 0.01초까지 측정할 수 있어야 한다. 스크류의 위치를 사출기가 1단계 주입에서 2단계 주입으로 전환되고 있는지 확인해야 한다.

두 번째, 숏을 짧게 했을 때 성형품이 들러붙지 않도록 유의해야 하고, 스크류가 회전하고 있는 동안 성형품 충전이 진행되지 않도록 유의해야 한다. 게이트 동결 시간이 길고, 스크류 회전 중에 금형 안으로 플라스틱수지를 밀어 넣을 정도로 배압이 너무 높으면 발생할 수 있다. 숏이 짧아서 성형품이 들러붙으면 성형품의 이형이 쉽게 이뤄질 수 있도록 이형제 또는 기타 필요한 조처를 취해야 한다. 쉬운 부품 제거를 위해 필요한 것을 사용하고, 짧은 숏을 이 방법 전체에서 사용하게 된다. 이는 프로세스상의 문제가 아니라 적절한 관리로 해결해야 한다.

세 번째, 2단계(팩킹 및 보압)를 해제한다. 이는 유압 15psi(1bar) 또는 플라스틱압력 100psi(7bar) 정도가 되도록 2단계의 압력을 아주 매우 낮게 만들어 주는 것을 의미한다. 꼭 필요한 경우가 아니고는 보압시간을 제로(0)로 설정하지 말아야 하고, 사출기 타이머에서 시간을 제로로 설정하는 방법으로 2단계를 없애버리면 이후 다시 2단계 시간을 제대로 설정하거나 보압 시간을 설정하고자 할 때 툴에 손상이 발생할 수 있다.

네 번째, 현재 충전시간보다 최소한 3초 이상 길게 1단계 시간설정 타이머를 조정하고, 타이머에 주어진 시간이 다하기 전에 스크류가 컷오프 위치에 도달 할 수 있도록 타이머를 충분히 길게 맞춰놓아야 한다. 이 단계뿐 아니라 지금 쓰려는 방법의 절차 전체에서 절대로 유의해야 할 점은 항상 숏을 짧에 만들어줘야 하고, 스크류가 끝까지 가지 않도록 해야 한다는 것이다. 쿠션을 줘 숏을 짧게 해주지 않으면 금형이나 사출기나 작업자에게 피해가 발생할 수 있다.

다섯 번째, 1단계에서 피크압력을 정확히 확인해 이 값을 1단계에 설정해둔 한계압력과 비교한다.

여섯 번째, 처음 설정해 놓은 한계압력을 충전시간이 큰 변화(증가)를 보일 때까지 낮춰준다. 필자의 경우 얇은 성형품이 아닌 경우라면 1초쯤 길어지는 지점을 찾는다. 대개 이렇게 하면 유압식 사출기의 경우는 위의 단계 5에서 확인한 피크압력에서 약 400psi(28bar) 낮은 지점이 되고, 전동식의 경우 피크압력에서 약 2500psi(172bar) 낮은 지점이 나온다. 숏이 짧기 때문에 문제없이 이형이 될 수 있도록 신경을 써야 한다.

이 단계에서는 의도적으로 ‘제한된 압력상태에서’ 공정을 실행하는 것이 목표다. 주의할 점은 어떤 사출기들은 1단계에 설정해 둔 압력 또는 가용압력을 매우 크게 넘어서는 압력으로 주입이 이뤄진다. 이는 다시 말해 제어장치 스크린에서 설정한 한계압력이 실제 발생하는 피크압력보다 낮음을 의미한다.

일곱 번째, 1단계 설정 한계압력, 충전시간, 주입 중 도달하는 피크압력 등을 정확히 기록해둬야 한다(표 참조).

여덟 번째, 압력 제한상태로 가공하면서 유압식 사출기의 경우에는 1단계 한계압력을 100~200psi(7~14bar)로 늘려주고, 전동식의 경우 500~1000psi(35~70bar)로 늘린다.

아홉 번째, 다음의 2가지 기준이 충족될 때까지 앞의 여덟 번째 단계를 반복하면서 1단계 설정압력 또는 허용압력을 증가시켜 나간다. A) 충전시간이 더 이상 줄어들지 않고 일정해진다. B) 피크압력이 상승 추세를 멈춘다. 이것이 바로 지금 사용하고 있는 사출성형기의 적정 델타 P이다. 하지만 사출기가 델타 P를 확립하게 충분한 압력을 공급하지 못하는 경우에는 적정 델타 P를 얻지 못할 수도 있다. 잊지 말아야 할 것은 각 숏마다 약간의 쿠션을 줘 샷을 짧게 만들어줘야 한다.

측정 데이터를 바탕으로 위에서 보는 것과 비슷한 데이터 표를 만들어보자. 이 표에서 ‘적정상태’는 이 유압식 사출기에 필요한 최소한의 델타 P를 나타낸다. 표에 나온 333psi의 유압은 일반적으로 보통 권장되는 10% 높은 압력보다 훨씬 높다. 이 경우에는 25%가 훨씬 넘는다.

그리고 무턱대고 사출기의 최대가능압력 수준으로 습관적으로 허용압력을 설정해 델타 P의 중요성을 무시해서는 안 된다. 그 까닭은 캐비티가 여러 개 있는 금형에서 설정압력을 사출기의 최대압력으로 해두거나 피크압력보다 크게 높게 만들면 캐비티 중 하나가 콜드슬러그 때문에 막힐 수 있다.

그러면 어떤 일이 생길까? 사출기에 걸린 금형 내의 다른 캐비티들에 오버패킹, 즉 수지충전이 과도해지는 상황이 생기고 이 때문에 플래시가 발생하게 된다. 사출기에 필요한 델타 P를 설정했으면 제어기에 이 값에 대한 설명메모를 작성해 저장해두도록 하자. 작업자들에게 도움이 될 것이다. 현장 작업자들에게 열 대, 스무 대가 넘는 사출기의 델타 P값을 일일이 기억하도록 요구할 수는 없다. 더불어, ‘부하보상(load-compensating)’ 회로에 관해서도 확인해봐야 한다.

요점: 동일한 품질의 성형품을 얻으려면 충전시간이 일정해야 한다. 여기에는 적정한 델타 P를 사용하고, 부하보상 회로도 제대로 작동하고 있어야 한다. 사출기가 충전시간이 똑같이 유지되도록 조정작업을 수행하도록 하면 된다. 사출기는 그렇게 하도록 설계돼 있다. 하지만 이를 위해서는 사출기 설정을 올바르게 해야 한다.

  

  

#사출성형 #충전시간 #사출기 #DeltaP #델타P #개방형루프 #폐루프 #전동식 #유압식 #유지비결 #점도변화 #가변변수 #공정일관성 #성형품 #전단속도 #금형수명기간 #가공작업 #동일속도 #자동차 #크루즈컨트롤 #허용범위 #주입단계 #수지주입 #피크압력 #peakpressure #시스템 #부하보상 #loadcompensating #전동사출기 #유압식사출기 #설정압력 #가용압력 #전환시점 #pressureattransfer #사출공정 #설정방법 #안전문제 #금형손상 #고온고압 #작동상태 #피크유압 #전환압력 #사출속도 #압력측정장치 #게이지 #변환기 #유량제어밸브 #유압사출실린더 #장치스크린 #사출압력 #주입시작 #컷오프 #cutoff #전환 #transfer #스위치오버 #switchover #시간측정 #타이머 #플라스틱수지 #배압 #이형제 #부품제거 #프로세스 #팩킹 #보압해제 #15psi #1bar #플라스틱압력 #2단계압력 #보압시간 #사출기타이머 #보압시간 #툴손상 #시간설정 #타이머조정 #한계압력 #이형 #제어장치스크린 #설정압력 #허용압력 #최대가능압력 #콜드슬러그 #오버패킹 #수지충전 #플래시 #제어기 #플라스틱코리아plastickorea

작성자   비밀번호
18669   일관된 충전시간의 중요성 (Ⅰ) 플라스틱코리아