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자동차부품 고무금형의 설계기술 ①
구조, 재료에 따라 금형설계도 ‘천차만별’
● 고무금형의 종류와 특징
작업방업에 의한 고무금형을 분류하면 COMPRESSION MOLD, TRANSFER MOLD, INJECTION MOLD, C.R.B.(cold Runner Block)INJECTION MOLD 등으로 나눌 수 있다.
INJECTION MOLD에서 사출방법에 의한 분류를 살펴보면 direct injection mold, parting line injection mold, compression injection mold, transfer injection mold, double deck injection mold 등이 있으며 이외에도 더 많은 종류로 분류할 수 있다.
COMPRESSION MOLD의 특징은 금형의 제작이 쉽고 수작업을 하는금형으로 시작형이나 소량 생산용 또는 소형 제품 등을 생산할 때적용하는 구조로 금형의 상형을 열고 원재료를 적정량 투입해 작업하는 구조로 재료 투입량에 따라 Burr두께가 좌우되어 사상업이 어려울 경우가 많기 때문에 Burr양이 제품의 기능에 영향을 주지 않을 경우 적용한다.
TRANSFER MOLD는 COMPRESSION 금형으로 작업시 사상이 곤란한 제품으로 Injection mold 제작이 곤란할 경우 적용하는 방법이다. 금형의 상·하형을 닫고 상형 윗부분에(Pot) 고무를 투입해 금이 닫혀지는 힘으로 고무를 제품 형상부에 재료를 투입한다.Burr량은 Compression mold보다 훨씬 적으나 Loss 양이 매우 많아 제품원가에 영향을 미치는 경우가 많고 작업 공정 시간도 Pot Loss를 제거하고 재료를 투입하기 위한 금형부 장치를 작동하느라 공정 소용시간이 길다. 보통 적은 제품으로 치수 정도가 정밀할 경우 많이 적용한다. INJECTION MOLD의 경우는 생산수량이 일정량 이상 될 경우 적용하며 재료가 금형에 투입되기 전에 예열이 되어 있어 성형시간이 단축되며 사출기 스큐루우 통과시 적절한 믹싱효과도 있어 품질이 우수한 제품을 얻을 수 있다. 제품의 형상이나 금형의 설계방법에 따라 다양한 작업성을 얻을 수 있다. 대량생산을 할 때는 적절하나 제품의 크기가 매우 적을 경우 부적합한 경우도 있다. C.R.B.(cold Runner Block) INJECTION MOLD는 금형내부에 제품 성형부분에 가열 장치와 런너부분에 저온 유지부가 있어 런너부의 온도를 일정하게 관리해 런너부 재료가 성형되지 않아 재사용할 수 있는 구조의 금형으로 런너로스를 월등히 줄여주고 또 런너 제거시간이 절약된다. Cavity부에 히터가 장치되므로 금형가열 시간도 단축되는 등의 원가절감, 품질향상의 효과가 있어 선호되는 금형구조이다. Injection 구조에는 모두 적용되나 재료의 흐름에 따라 많은 Cavity 경우는 검토가 필요하면 Scorch Time이 빠른 경우에도 Scorch Time을 조정할 필요가 있다. Direct injection mold는 제품이 크거나 중량이 많을 경우 적용되며 제품의 특성상 Gate의 크기가 품질에 영향을 미치지 않을 경우 적용한다. (자동차용 엔진마운팅류, Bush류, Air Hose류 등) parting line injection mold는 제품 형상이 적어 Direct 사출시는 Gate 크기가 크기 때문에 Direct 사출을 적용할 수 없거나 제품의 특성상 Gate크기를 적게 해야 할 경우 및 Cavity 수가 많을 경우 적용한다.(Gasket, Grommet, Plug cap 등) Pin Point Injection mold는 금형의 구조상 Runner와 Gate를 Parting Line 전면에 배치할 수 없을 경우나 Cavity가 많을 경우 적용한다.(Boots, Cap류) Compression injection mold는 제품의 특성상 제품에 Gate 흔적이 있어 수밀 및 기타 기능에 장애가 있을 경우 Gate 흔적이 없도록 할 경우 적용한다.(O-Ring) Transfer injection mold는 제품의 크기가 적거나 또 제품이 적어 일반적인 Gate크기를 적용할 수 없거나, 제품의 기능상 Gate 크기를 적게 할 경우에 적용하고 소형 제품으로 Cavity를 매우 많이 배치코져 할 경우 등에 적용한다.(Wire Seal 등) Double deck injection mold 의 경우는 제품 외형 치수가 크고 중량은 비교적 적고 생산 수량이 많을 경우 일반적인 사출기에 Cavity를 많이 할 수 없어 사출기가 많이 필요하게 될 때 적용하며 금형에 제품 성형부를 상,하 이중으로 배치해 최소의 설비로 최대의 생산효과를 볼 수 있는 방법이다. (Gasket, Fixed W/strip, Packing, Pad 등)
● 금형설계 시 고려사항
설계를 위해서 사전에 검토해야 할 사항이 있다. 금형은 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위해 만드는 형틀이기에 첫째 물건의 사용용도나 사용 목적, 둘째 만들고자 하는 물건의 수량, 셋째 제조원가에 따른물건의 단가, 넷째로는 물건의 요구 품질정도(보통, 정밀, 형상만, 장식용 등)를 체크해야 한다.그리고 필요로 하는 시간(긴급, 일반, 여유있게 등)과 예상 투자비용 등에 따라 설계가 달라진다. 금형의 구조와 금형의 사용재료 등이 바뀌며 이에 따라 금형의 설계 방법도 상이하게 되므로 초기 검토시 사용 목적에 따라 적합한 선택이 되어야 생산시 발생되는 문제점을 최소화 할 수 있다.금형의 구조는 주로 성형타입에 따라 결정된다. 적용설비, 품질수준, 생산수량, 생산원가, 예상 금형비, 제품 특성 등에 따라 구조는 바뀐다. 또 금형의 Cavitty 구조의 설정은 작업성을 위한 결정과 금형 가공방법에 따른 결정, Cavity의 배치방법에 따라 다르게 결정된다. 작업성을 위한 결정으로는 제품 취출 방법에 의한 결정, 재료 투입을 위한 결정, 금형분리를 위한 결정, GAS 배출을 위한 결정, Burr처리를 취한 결정, 공정단축을 위한 결정 등이 이에 속한다. 금형가공법에 의한 결정으로는 상,하 원판에 가공할 경우, 일부 Core를 조립할 경우, 전체 Cavity를 일체형으로 조립할 경우, 개별 Cavity를 일체형으로 조립할 경우, 형상부 가공을 위한 조립부를 분리할경우, 형 수리를 용이하게 할 경우 등이 있다. Cavity의 배치법은 Cavity의 수량과 금형구조에 의해 달라진다. Cavity수량에 의한 것은 월 소요량, 생산원가, 월 작업일 수, 설비의 능력, 작업자의 배치 등에 의해 결정된다. 금형구조와 작업성을 위한 배치에는 사출 Balance를 위한 배치(Injection mold 경우), 제품취출을 위한 배치, 재료 투입방법을 위한 배치, 수작업이냐 자동화이냐에 따른 배치 등으로 나눌 수 있다.
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