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제목 테이퍼형 인터록의 기본 ①
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2020/04/29 13:42

테이퍼형 인터록의 기본 ①

 

사출 금형용 인터록은 다양한 종류가 시중에 나와 있다. 본 컬럼을 통해 가장 오래 사용돼 왔고 또 가장 널리 사용되고 있는 인터록 종류, 즉 테이퍼형 또는 경사형 셧오프가 있는 인터록에 대해 살펴보고자 한다.

 

사출 금형용 인터록(interlocks)의 종류, 크기 및 위치를 선택할 때는 인터록을 수행해야 할 작업이 무엇인지 잘 파악해 결정해야 한다. 그래야 인터록이 서로 맞물리는 두 개의 금형 플레이트 또는 구성 부품을 정렬하는 역할을 할 수 있다. 인터록은 부서지기 쉬운 셧오프(shutoffs)를 보호하는 역할을 할 수도 있다. 또는 플레이트의 휨을 막아주는 지지 역할도 한다.

다양한 종류의 인터록이 시중에 나와있지만, 그 중 어느 것도 이 세 가지 기능(정렬, 보호, 지지 역할)을 수행하는 데 있어 최상은 아니다. 본 컬럼을 통해 가장 오래 사용되어 왔고 또 가장 널리 사용되고 있는 인터록 종류, 즉 테이퍼형 또는 경사형 셧오프가 있는 인터록에 대해 알아본다.

모든 금형에 인터록이 필요한 이유를 먼저 설명해보면 리더 핀과 부싱 사이에0.0015~0.0025 인치의 유격이 있다. 이는 사용하지 않은 새 제품인 경우 그렇다는 말이다. 핀과 부싱의 보어홀을 지그 연삭, 즉 초정밀로 연마하지 않으면 밀링가공 위치 및 각도 상의 성능 차이로 인해 약간의 정렬 불량이 발생한다. 

의료용 튜빙용으로 설계된 정밀 압출 풀러(puller)/커터(cutter)

필연적으로 발생할 수밖에 없는 부싱의 마모, 특히 재질이 비교적 부드러운 알루미늄 청동으로 제작된 경우 부싱의 마모를 고려해야 한다. 시간이 흐르면서 부싱 보어홀이 길어질 수도 있다. 필자는 부싱이 너무 느슨해서 나사가 빠지지 않도록 금형 측면에 고정 나사를 설치한 경우를 본 적이 있다.

사출성형기 자체가 인터록의 필요성에 일조한다. 사출기 플라텐이 절대적으로 평행을 유지하고 있는 경우는 없기 때문이다. 또한 부싱과 지지 패드가 마모되어 플라텐이 기울어지는 경우도 있다. 오래된 사출기일수록 플라텐 기울기가 더 커진다. 인터록이 없는 금형을 사출기에 걸면, 금형 반쪽이 금형의 다른 반쪽보다 이 모든 유격을 합한 양만큼 낮을 가능성이 크다.

요점을 정리해 보면 리더 핀은 두 개의 금형 반쪽을 대략 정렬해주는 예비적 방법에 지나지 않는다. 금형이 닫힐 때 리더 핀의 끝이 부싱 입구에 부딪히는 소리를 들은 적이 있는지? 금형의 두 반쪽을 정확하게 정렬해주는 인터록이 없으면, 성형품의 두께가 고르지 않을 가능성이 높다. 이는 두꺼운 성형품에서는 문제가 되지 않을 수도 있지만, 얇은 성형품의 경우에는 수지 충전 패턴을 근본적으로 바꾸어 온갖 종류의 문제가 발생할 수 있다.

테이퍼형 인터록의 종류

테이퍼형 또는 경사형 셧오프가 있는 기성품 인터록은 2종이 나와 있다. 즉, 코니컬 타입(사진 1)과 직사각형 제품(사진 2)이 있다. 테이퍼의 경사는 일반적으로 미국의 경우 측면 당 10°, 유럽은 15°, 아시아는 5°다. 이 인터록들은 금형이 완전히 닫혀 경사면이 닿아야만 서로 맞물리는 두 개의 금형 구성부품 정렬을 수행한다. 이것이 바로 인터록의 주요한 기능인 정렬이다.

원뿔형 인터록은 중심 축을 중심으로 플레이트 또는 구성부품을 360° 범위로 정렬한다. 흔히들 직사각형 인터록은 플레이트 또는 구성부품을 한 방향으로만 정렬한다고 오해하고 있다. 하지만 그렇지 않다. 양쪽 플레이트가 직사각형 인터록의 길이와 평행으로 자유로이 슬라이딩 하지만, 경사 또는 회전 오정렬을 막아주는 것도 인터락의 길이다.

직사각형 인터록은 표 1에서 보는 바와 같이 원뿔형 인터록보다 표면 접촉 면적이 훨씬 더 넓다. 뿐만 아니라 금형에 보다 단단히 고정된다. 이런 까닭으로 정렬 불량 문제 해결에 가장 적합하며, 다른 유형의 인터록보다 오래 사용할 수 있다.

또 한 가지 오해는 코니컬 인터록 및 직사각형 인터록이 금형이 완전히 닫히기 전에는 경사형 셧오프를 지닌 금형 구성부품에 대해 보호 기능을 하지 못한다는 생각이다. 이 역시 사실이 아니다. 서로 맞물리는 구성부품의 셧오프 경사가 인터록의 셧오프 경사보다 크기만 하면 구성부품 보호기능을 할 수 있다.

그렇기 때문에 최소 2곳의 금형부품 공급업체들(미국 업체 1곳 및 해외 업체 1곳)이 측면 당 각 1°, 3°, 5° 또는 10° 테이퍼가 들어간 코니컬 인터록을 판매하고 있는 것이다. 또 다른 해외 공급 업체 한 곳은 측면 당 1°, 3° 또는 5° 테이퍼가 들어간 직사각형 인터록을 공급하고 있다.

기술적으로 측면 당 7° 또는 그 이하의 기울기로 서로 맞물리는 강철 부품을 자가잠금(self-locking) 테이퍼라고 한다. 그러나, 잠금 또는 고정력의 강도는 맞물리는 부품들 사이의 마찰계수, 표면 거칠기, 재료의 경도, 윤활제의 유무 그리고 가해지는 힘 등 여러 가지 요인에 따라 결정된다. 사출금형에서는 기울기가 1°~3°인 경우 잠금 불량 문제가 발생할 수 있지만, 그보다 큰 각도에서는 문제가 생길 가능성은 낮다.

테이퍼가 얕게 들어간 인터록을 사용하는 경우, 정렬 불량의 정도는 인접측면(adjacent side) 또는 빗변(hypotenuse)의 길이가 아니라, 기울기 각도를 마주보는 대변(opposite side)의 길이를 초과할 수 없음에 유의해야 한다. 그렇지 않으면 암 부품, 수 부품 양쪽 절반이 서로 맞물리지 않고 윗부분에서 부딪치게 된다.

 

열팽창

코니컬 타입 인터록은 한 가지 큰 단점이 있다. 어떤 이유로 해서 금형의 한 쪽이 다른 한 쪽 절반보다 뜨거울 경우, 양쪽 금형 하프의 열 팽창 정도가 달라져 인터록의 정렬에 문제가 생길 수 있다. 탄소강의 열팽창 계수는 6.7×10-6 in./in.-℉이다. 양쪽 인터록에 발생하는 오정렬의 크기는 0.0000067×인터록 간의 거리×맞물리는 양쪽 플레이트 간의 온도 차이와 같다. 따라서 코니컬 인터록을 얼마나 서로 멀리 떨어지도록 설치하느냐, 금형의 두 반쪽 사이의 온도 차이가 얼마나 되야 하는지를 고려해야 한다.

이것이 얼마나 중요한지 보여주기 위해 다소 ‘살 떨리는’ 예를 하나 들어 보자면 사진 2는 플레이트 간의 온도 차이로 인해 단 0.0005 인치 움직인 테이퍼형 인터록을 보여주고 있다. 이론적으로는, 이 대단히 미미한 이동으로 인해 10° 테이퍼를 지닌 인터록이 파팅라인에서 약 0.0034 인치나 분리되는 결과를 초래한다.

표 2는 인터록이 그렇게 많이 떨어져 있지 않고, 온도 차이가 그리 크기 않아도 이런 0.0005 인치 이상의 열팽창이 일어날 수 있음을 보여준다. 다행히도 이는 이론적 값들일 뿐이다. 실제 상황에서는 암금형 하프는 팽창하고, 수금형 하프는 압축되고, 플레이트의 포켓은 압력을 받아 휘게 된다.

하지만 이를 위해서는 높은 클램프 톤수가 필요하다. 열팽창 정도가 클수록 이를 극복하기 위해 필요한 클램프 톤수가 높아진다. 금형에 수지 플래시가 발생하는데, 엔지니어즈 블루로 검사해도 밀폐에 아무런 문제가 없을 때는 열팽창이 문제의 원인일 수 있다. 반대로, 금형에 열팽창 문제가 없는 경우, 주변 온도와 상관없이 금형의 양쪽 하프가 동일한 온도일 때는, 양쪽 인터록을 서로 더 멀게 할수록 정렬이 더 정확해진다.

 

금형 설계

인터록의 암금형 반쪽은 온도가 더 높은 쪽 금형 하프에, 수금형 부품은 온도가 더 낮은 쪽 금형에 장착해야 한다. 핫러너, 핫부싱 및 성형품이 들러붙는 문제 등으로 인해 금형의 더 뜨거운 쪽에서 대개 사출이 이루어진다. 수금형 하프가 암금형 하프보다 온도가 많이 올라갈 경우, 마모율 그리고 금형을 밀폐하는 필요한 힘과 마찬가지로 장착 높이도 증가한다.

인터록은 금형에 단단히 장착되기 때문에, 쉽게 제거할 수 있는 방법을 늘 고려해야 한다. 이는 기성품 인터록의 경우에는 일반적으로 문제가 되지 않지만, 직접 제작하는 경우에는 플라이 슬롯, 잭 나사 구멍, 펀치 핀 구멍 또는 관통 포켓 등이 필요하다. 시간이 흐름에 따라 인터록은 무거운 측면 하중으로 인해 보어나 포켓이 커질 수 있다.

어떤 금형 메이커들은 초기 설치 단계에서 코니컬 인터록의 외부 직경 또는 직사각형 인터록의 측면을 0.005 ~ 0.010 인치씩 연마해준다. 보어 또는 포켓이 길어지면, 스킴 절삭(skim-cut 살짝 긁어냄)하거나 수정 작업을 통해, 느슨해짐에 대한 염려 없이 인터록 세트를 설치할 수 있다. 이는 사이즈를 한 단계 크게 할 여유 공간이 없을 때 고려할 수 있는 방법이다.

코니컬 인터록의 한 가지 장점은 설치가 상대적으로 쉽고 가격이 저렴하다는 것이다. 코니컬 인터록은 두 개 이상의 플레이트를 함께 클램핑해 라인보링(line boring) 또는 부분 라인보링으로 설치하는 것이 바람직하다. 원뿔형 인터록의 양쪽 반쪽을 블라인드 보링하면 정렬이 대단히 어려워지기 때문에 피해야 한다. 플레이트 두께가 매우 두꺼운 경우에는 구멍을 라인보링한 뒤 경화 스페이서를 인터록 뒤에 추가해 필요한 만큼의 길이를 확보하는 것이 좋다.

일부 금형부품 공급업체들은 수형 및 암형 모두 전면에 카운터 보어가 있는 코니컬 인터록을 만들어 공급하기도 한다. 이를 활용하면 ‘전면 장착(face-mounting)’ 또는 파팅라인으로 설치 가능하다. 이 설치 방법의 장점은 인터록 아래에 냉각수관 또는 기타 금형 구성부품을 위한 공간을 확보할 수 있다는 것이다. 서로 맞물리는 전면이 원뿔형이 아니라 직사각형으로 되어 있는 원통형 인터록을 내놓고 있는 공급업체들도 있다. 이 하이브리드형 인터록은 설치가 쉽고, 직사각형 인터록과 동일한 이점을 제공하지만 반경방향(radial) 오정렬 방지를 위해 정확하게 키를 만들어 주어야 한다.

별난 금형설계의 사례를 들자면, 필자의 오랜 동료가 최근 자기 금형에 인터록을 설치할 공간 없이 해결했던 이야기를 해보려 한다. 그는 스텝 핀처럼 보이는 맞춤형 리더 핀을 만들었다. 하지만, 스텝에서 90°의 날카로운 안쪽 모서리가 아니라, 10°의 측면 각도로 작은 직경에서 큰 직경으로 옮겨가는 구조였고 리더 핀은 10° 원통형 시트가 있는 역시 주문 제작한 부싱과 맞물리도록 했다. 이를 통해 그는 금형에 인터록 공간이 부족했지만 원하는 정렬상태를 얻을 수 있었다.

 

위치

직사각형 인터록은 금형 측면에 수직으로 설치해야 하며, 금형 중심선과 “자”를 이루도록 하는 것이 바람직하다(사진 3). 사진 4처럼 금형 측면에 평행을 이루도록 설치해서는 안된다. 수직으로 자 대형으로 설계하면 공간을 다소 많이 차지하지만 열팽창 정도와 상관없이 문제없는 정확한 정렬이 가능하다.

직사각형 인터록을 금형 중심선 위에 설치해야 하는 까닭은 무엇일까? 중심선 위에 인터록을 설치하면 금형 양쪽이 팽창하는지 또는 금형의 한쪽만 팽창하는지가 문제가 되지 않기 때문이다. 금형이 팽창해도 인터록이 정렬 상태를 유지해준다. 중간선을 벗어나 인터록을 설치하는 경우, 금형의 한쪽이 다른 쪽보다 더 팽창하면 인터록이 가지런히 일렬을 이루지 못해 문제가 발생한다.

직사각형 인터록은 반드시 금형의 중심선에 설치해야 한다는 것은 아니다. 종종 아이볼트 구멍이나 냉각수로가 이 부위에 자리잡고 있는 경우도 많다. 중심에서 멀어질수록 열팽창 정도의 차이 문제가 발생할 위험이 커진다. 모든 인터록은 플레이트보다는 캐비티 및 코어 인서트에 직접 장착할 때 그 기능을 가장 잘 수행한다.

캐비티와 코어 포켓에는 릴리프가 들어가 있어 베어링 표면이 충분치 않은 경우도 있다. 플레이트를 정렬시킨다 해도 금형 인서트가 약간 떠돌 수 있다. 이때 인서트에 인터록을 설치해주면 인서트 정렬을 확실히 할 수 있다. 금형 캐비티와 코어 인서트에 양쪽 다 설치할 수 없는 경우에는 플레이트에 하나를 설치하고, 또 하나를 인서트에 설치하는 것이 플레이트에 두 개를 설치하는 것보다 낫다.

부품에 개구부 또는 뚫린 창이 있는 경우에는 수형 코니컬 인터록을 코어 상단의 셧오프 개구부에 장착할 수 있고, 암형 인터록은 캐비티 하단에 장착할 수 있다. 이 같은 인터록 설치 방법은 코어의 이동 방지에 매우 효과적이다.

스트리퍼 플레이트와 코어 플레이트 사이에 장착된 인터록은 경사진 셧오프 보호에 효과적이다. 인터록 테이퍼가 스트리퍼 플레이트 셧오프 테이퍼보다 작으면, 스트리퍼 플레이트 셧오프 앞에서 인터록이 맞물리게 된다.

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