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제목 수익향상에 도움이 되는 사출기 형체장치의 세부사항
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/05/01 13:12

 

 

형체장치(mold-clamping)의 세부사항을 확인하느라 애를 쓰는 것은 그리 신나는 일은 아니지만, 회사 수익에 영향을 미친다. 시간을 들여 작업자 및 설정 담당자에 대한 충분한 교육이 중요하고, 작업자에게 필요한 시간, 도구 및 장비를 제공해 적절히 수행하도록 해야 한다.

  

  

사출성형과 관련된 수백 가지 변수 중 형체장치 작동에 관한 설정은 전체설정 및 유지보수와 관련해 갖는 중요성에 비해 충분한 주의를 기울이지 않는 경우가 많다. 형체장치의 적절한 설정 및 작동을 위해서는 장비에 대한 어느 수준 이상의 이해와 세부사항에 대한 관심이 요구된다.

코어 풀(core-pull) 시퀀스 설정, 성형품 이형(break-away) 속도, 가속, 감속, 형체장치 톤 수, 금형보호작용, 에젝션 설정 등은 형체장치 설정의 일부다. 이런 모든 설정값이 성형품 품질(예를 들어, 플래시 불량), 형체장치 성능, 사이클타임, 성형품 원가 등에 영향을 준다.

형체장치를 통해 가공업체는 성형품 원가에 커다란 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 금형보호 설정을 제대로 하지 않은 경우 툴에 심각한 손상을 초래할 수 있으며, 빠른 시간 안에 복구하기 어려워 생산중단이 발생할 수도 있다. 형체장치 및 형판 메커니즘의 목적은 다음과 같다.

1. 금형의 고정

2. 적절한 코어 풀 시퀀스와 금형 보호작용을 통한 금형 밀폐

3. 적절한 코어 풀 시퀀스를 통한 금형 개방

4. 사출압력을 견딜 수 있는 충분하고 균일한 힘으 로 금형의 밀폐 유지

5. 에젝션(사출품의 이형)

 

위의 목적 하나하나마다 관련된 세부사항 수가 엄청나다는 것에 늘 놀라게 된다. 약 2년 전 4명의 동료와 함께 올바른 금형 설치방법에 대한 칼럼을 썼다. 비슷한 시기에 다른 동료 칼럼니스트가 로케이팅 링과 형판 손상에 관한 글을 별도로 발표했다.

위에서 언급한 여러 목적 가운데 첫 번째만을 다루는 데도 두 개의 다른 칼럼이 필요했다, 이 두 칼럼들은 여러 가지 세부사항과 조언 그리고 왜 이 부분이 그렇게 중요한가에 대한 이유를 잔뜩 담고 있다. 목록의 나머지 항목들에 관해서도 살펴보자.

금형을 다시 닫는 과정은 세부사항에 대한 주의가 필요하다. 맨 첫 번째 해야 할 작업이자 가장 까다로 작업 가운데 하나는 코어 풀, 캠 작동 및 기타 금형 내외부 동작시퀀스를 적절하게 설정해 올바르게 작동하도록 하는 것이다. 이는 결코 사소한 허드레 작업이 아니지만, 코어나 혼 핀(horn pins), 안전장치 등 여러 가지 자질구레한 일을 수반한다.

따라서 이에 관해 간단히 ‘해야 할 일(To Do)’ 리스트를 만들 수가 없다. 필자가 해줄 수 있는 말은 만일 가능하다면 금형가공자에게 자기가 제작한 금형의 최초 장착 및 공정용 설정을 해달라고 맡기는 것이다. 25만 달러짜리 금형 시운전에서 무언가를 망가트리게 되면 무척 면목 없는 일이 된다.

금형의 작동순서가 정해진 다음에는 금형의 안전작동모드를 사용해 낮은 압력으로 금형을 서서히 닫아가면서 금형 보호작용이 제 역할을 할 수 있는 금형/형체장치 위치를 파악해낸다. 금형보호 장치를 시작 위치에 맞추고, 느린 속도로 금형을 닫아 코어, 혼 핀 및 기타 민감한 금형부품을 보호한다.

금형이 접촉하기 직전 마지막 부분에서 그렇게 하라는 것이 아니다. 금형 보호작용 속도, 힘, 거리 등을 실제 생산시의 속도에서 가속도 때문에 금형 보호작용이 무력화되지 않을 정도로 설정해줘야 한다. 그런 다음 적절한 높이로 자른 발포컵을 사용해 설정이 제대로 되었는지 점검해야 한다. 사이클타임과 금형 보호작용 사이에는 섬세한 균형이 존재하는 경우가 많다.

금형 보호작용이 제대로 작동하지 않아서 코어 핀이 부러지는 경우도 많고, 수리를 위해 회사 수익을 잡아먹는 다운타임이 초래된다. 반대로 금형 보호작용 시퀀스가 너무 느리게 설정된 경우 사이클타임이 늘어나 수익을 줄이는 또 다른 원인이 된다.

그 다음은 금형의 개방이다. 이때 최초 몇 밀리미터 동안은 천천히 열 것을 권하고 싶다. 성형품이 항상 같은 순간에 모든 부위에서 균등하게 이형되지는 않는다. 때로는 성형품이 진공 때문에 금형에서 떨어지지 않거나 또 다른 요인 때문에 이형에 시간이 걸릴 수도 있다.

금형을 너무 급작스럽게 개방하면 문제가 악화될 가능성이 있다. 그러므로 금형을 천천히 단거리에서 움직여 개방해야 한다. 하지만 빠른 사이클타임을 얻기 위해 이렇게 하는 경우가 드물다. 그러나 성형품에 불량이 나오면 양품을 새로 다시 만들어야 하기 때문에 사이클타임 단축의 의미가 없다.

이형에 문제가 있는 경우, 이 문제를 완화시킬 수 있는 구조적 장치를 금형 안에 만들어 넣을 수도 있다. 성형품 이형을 돕고 사이클타임을 짧게 유지하기 위해 광택, 연마, 반경곡면, 진공방지기(air break)나 에어포핏(air poppet) 등을 금형에 추가하는 것도 큰 효과가 있다.

 

 

속도는 중요하다. 하지만 형판의 엄청난 질량과 그로 인해 발생하는 가속도 때문에 공정작업자는 프로세서 완전 개방위치에서 금형을 감속시킬 수 있는 적정 정도까지, 금형 개방속도 및 거리까지만 그 속도를 제한해야 한다. 이 같은 가속 및 감속원칙은 금형 밀폐동작에도 적용된다.

형판 질량이 엄청나기 때문에 설정이 잘못되면 심지어 사출기가 제 위치에서 벗어나 껑충 움직일 수도 있다. 사출업계에서 오래 일한 작업자들은 사출기가 전선과 냉각수관을 떼어버리고, 문자 그대로 작업장 바닥을 가로질러 춤추고 다닌 사례를 본 적이 있다. 이는 무엇보다 작업자의 안전에 중대한 문제가 될 수 있다.

사출기가 뛰어다니지 못하도록 하기 위해 바닥에 볼트로 고정 레일을 설치해 놓은 경우도 봤다. 물론 어떤 사출기들은 가속 및 감속 설정이 다른 사출기들보다 간편한 경우도 있다. 하지만 고속으로 오가는 대형 형판의 가속도를 적절하게 다루는 것이 극히 중요하다. 형판의 가속도 때문에 사출기가 덜커덩거리며 흔들려서는 안 된다.

금형을 열고 닫는 것이 중요한 문제라면 수지 주입의 1단계 및 2단계에 걸쳐 금형의 밀폐상태를 유지하는 것은 또 다른 문제다. 금형의 밀폐 유지는 듣기에는 간단하지만, 이 역시 제대로 하기 위해서는 세부사항에 주의를 기울여야 한다.

첫째, 금형은 형판 면적의 70% 이상을 차지해야 한다. 형체력의 대부분은 특히 토글식 형체장치에서는 금형 모서리에 가해진다. 따라서 형체력이 너무 높으면 금형의 중앙부위가 굽어 올라갈 수 있다. 이를 형판 랩(platen wrap)이라고 한다(그림 참조).

이것이 스포팅 프레스(spotting press)에서는 실제 사출성형기에서 어떤 일이 일어나고 있는지 정확히 알 수 없는 까닭이다. 스포팅 프레스는 성형기 형체장치와 같은 높은 압력을 제공하지 않는다. 파팅라인이 스포팅 프레스에서는 완벽하다가도 사출성형기에서는 그렇지 않을 수 있다.

금형가공기업들 중 실제로 금형 중앙에 길이가 살짝 더 긴 지지기둥을 사용해 금형에 예비응력을 보충해주는 경우도 있다. 형체장치 밀폐력은 균일해야 하며, 실제 필요한 수준보다 살짝 더 높아야 한다. 너무 높은 것은 좋지 않다.

사출기에 장착된 모든 금형에 대해 무턱대고 형체력을 최대한으로 높여서는 안 된다. 형체력이 너무 높으면 금형 마모가 빨라진다(특히 파팅라인과 통기구에서). 적용가능한 가장 낮은 형체력에서 시작해 필요에 따라 높이거나 낮춰주는 것이 좋다. 금형온도가 올라가 팽창할 때 사출기가 형체력을 자동 보정해주도록 하는 것도 좋다. 형체력의 일관성은 공정의 일관성에 큰 도움이 되기 때문이다. 따라서 이 기능은 사출성형기가 반드시 갖추고 있어야 한다.

끝으로, 마지막 단계인 사출품의 이형에서도 이를 제대로 수행하기 위한 세부사항이 있다. 여기서도 금형 개방시와 비슷한 방법을 제안하고자 한다. 처음 몇 밀리미터 정도에서는 천천히 이형시킨 다음 성형품이 이형되는 데 필요한 최소거리까지는 속도를 올려준다.

성형품이 금형에서 균일하게 이형되는 경우는 드물다. 믿기지 않는다면, 성형품이 이형되는 장면을 고속 촬영한 영상을 한 번 살펴봐야 한다. 번거롭고 시간이 드는 일이지만, 메커니즘을 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다. 성형품의 한 쪽 또는 모서리가 금형에 들러붙어 있거나 뒤틀려 있는 경우를 쉽게 관찰할 수 있다.

이형을 느린 속도로 수행하면 성형품이 뒤틀리거나 휘지 않고 금형을 빠져나올 수 있는 시간을 줄 수 있다. 또한 부품이 너무 갑자기 빠른 속도로 빠져 튀어나가 고정측 형판에 맞고 튕겨나오면서 긁히게 되거나 기름칠된 타이바 또는 레일로 날아가는 일이 발생돼도 막을 수 있다. 성형품을 잃어버리면 수익도 잃는 것이다.

더불어, 성형품을 이형시킬 수 있는 최소한의 압력을 사용하는 것이 중요하다. 에젝터핀은 경화처리된 소재로 만들기 때문에 스트로크를 여러 번 반복하면 골링(galling), 즉 박마(剝摩)가 발생하게 된다. 이 같은 골링이 심해지면 핀의 일부가 밖으로 튀어나온 채 핀이 박혀 부러질 수도 있다.

하지만 사출기가 에젝터 플레이트를 후퇴시키면 기계에 이상이 발생했다는 징후를 발견하기 힘들다. 그런 다음 다시 금형이 밀폐되면서 에젝터 핀의 파손된 조각이 반대편 금형으로 밀려들어가면 상당한 비용이 드는 손상을 입게 된다.

에젝션 압력이 에젝터 핀을 밀어내기에 충분할 정도로만 적절하게 설정돼 있다면 골링이 발생하더라도 이 상황에서 에젝션 스트로크를 완료할 수 있을 만큼 힘이 충분치 않아 경고음과 함께 사출기가 이형과정을 멈추게 된다.

그때 사출기 작동자는 금형 및 이형작업을 점검해 파손된 에젝터 핀을 발견하고 유지보수팀에 문의할 수 있다. 여기서도 다운타임이 발생할 수 있지만, 금형에 손상이 가는 것보다는 훨씬 저렴하다.

요점: 형체장치의 세부사항을 확인하느라 진땀을 빼는 것은 그리 신나는 일은 아니지만, 회사 수익에 바로 영향을 미친다. 시간을 내 공정작업자 및 설정담당자에 대한 교육을 충분히 하는 것이 중요하다. 작업자들에게 필요한 시간, 도구 및 장비를 제공해 성형공정에 필요한 세부사항을 적절히 수행할 수 있도록 해야 한다. 사출기, 금형, 작업자, 임금 등에는 큰 돈이 든다. 그렇기 때문에 이 같은 투자에 대해 최대한의 결과를 얻어야 한다.

 

 

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