| [ 射出金型設計 理論 ]
1. 사출제품 설계의 원칙 합리적인 성형품을 얻기 위해서는 다음과 같은 일반적 통칙에 주의하여 설계해야 한다. 1.1 파아팅 라인 금형에서 성형품을 집어내기 위해서는 금형을 열지 않으면 안 되는데, 이 부분에 「플래시」 또는 「플래시 모양」의 선이 생긴다. 이 파아팅 라인(P.L.)을 정하는 데는 다음 점의 주의를 요한다. (1) 눈에 잘 띄지 않는 위치, 또는 형상으로 한다. (2) 언더컷이 없는 곳에 한다. (3) 마무리가 잘 될 수 있는 위치에 한다. (4) 게이트의 위치 및 그 형상을 고려한다. 1.2 빼내기 구배 금형에서 성형품을 쉽게 뽑아내기 위해서는, 드래프트가 필요하다. 이 드래프트는 성형품의 형상, 성형재료의 종류, 금형의 구조, 표면의 끝손질 정도 및 끝손질 방향 등에 따라서 다르나, 보통의 경우 드래프트는 1/30∼1/60(2∼10)이 적당하게 여겨지며, 실용 최소한도는 1/120(1/20)로 되어 있다. 드래프트를 잡는 방법에 대한 정확한 수치나 공식 같은 것은 없고 거의가 경험치에 의해서 정해지는 수가 많다. 드래프트를 많이 붙여도 상관이 없을 때에는 가능한 범위까지 많이 붙이는 것이 좋다. 이에 관한 여러 가지 실례를 다음에 든다. (1) 상자 또는 덮개 H가 50㎜까지의 것 컵과 같은 것은 캐비티 쪽보다 코어 쪽의 드래프트를 약간 많이 잡을 때가 있다. (2) 격자
격자의 형상치수 및 격자부 전면적의 치수에 의하여 드래프트를 약간 바꾸어도 좋다. 1) 격자의 피치(p)가 4㎜ 이하로 될 경우에는 드래프트를 1/10 정도로 한다. 2) 격자부의 치수(C)가 클수록 드래프트를 많이 잡는 것이 좋다. 3) 격자의 높이(H)가 8㎜를 넘는 높이의 격자, 또는 2)의 경우에서 드래프트를 충분히 잡을 수 없을 경우는, 캐비티의 격자의 1/2H 이하의 격자 모양의 것을 붙여서 성형품을 가동측에 남도록 한다. (3) 세로 리브 보강으로서 많이 쓰이는 세로 리브의 드래프트는 일반적으로는 측벽, 바닥 두께의 의하여 치수가 정하여지는데, 이 경우 가장 많이 쓰이는 드래프트를 나타낸다. A=T X ( 0.5 ~ 0.7 ) 공작상의 제한이 있기 때문. (4) 바닥 리브 바닥 리브는 세로 리브와 같은 용도에 쓰이며, 세로 리브와 같은 사고방식으로 드래프트를 정하면 된다. 가장 많이 쓰이는 드래프트는 A = T X (0.5 ~ 0.7)
다소 차질이 생겨도 좋을 경우는 (0.8∼1.0)으로 할 수도 있다.
(5) 보스 보스는 다른 성형품 또는 금속 부품과 조합시키기 위하여 쓰인다. 보스의 높이가 30㎜ 이상이며 강도를 필요로 하는 보스의 드래프트는 고정측(固定側)
가동측(可動側)
고정측은 가동측보다 드래프트를 많이 잡도록 한다. 1.3 살두께 살두께는 균일하게 하는 것이 원칙이다. 그러나 성형품의 구조, 혹은 성형상에서 살두께를 변형시킬 필요가 있으나, 경제적인 면에서도 살두께를 적당하게 할 필요가 있다. 다음점을 고려하여 살두께를 정할 필요가 있다. (1) 구조상의 강도
1.4 보강과 변형 방지 (1) 귀퉁이에 "R"을 붙인다. 내부응력은 면과 면의 접합점인 각부(角部)에 집중한다. 변형을 감소시키기 위해서는 귀퉁이에 R을 붙여서, 내부응력을 분산시킴과 동시에 재료의 흐름이 용이하도록 한다든가, 돌출에 대한 강도상으로도 유리하다. (2) 살 붙이기와 형상을 변화시킨다. 측벽 및 둘레에 강성(剛性)을 붙이는 방법으로서 많이 쓰인다. 이것은 변형에 견디는 강도와 다른 살두께와의 수축을 균일하게 하기 위해 효과가 있으며, 또 흐름이 나쁠 경우에 보강의 의미만이 아니고 재료의 흐름을 잘 하기 위하여도 쓰이는 수가 있다. (3) 리브를 붙인다. 리브의 효과는 살두께를 두껍게 하지 않고, 강성(剛性)이나 강도(强度)를 가지게 할 수 있다. 또, 넓은 평면이 있을 경우 휨을 방지하기 위해서도 쓰이고 있다. 1.5 보스 보스는 구멍의 보강이라든가 조립을 할 때의 끼워넣기, 또는 적당한 높이로의 끼워 붙이기용으로 쓰이고 있다. 이들도 리브와 같이 살두께를 두껍게 하면 싱크 마아크의 원인이 된다. 등이 높은 보스는 공기가 괴고 그을림이나 충전 부족을 일으키기 쉬우므로 되도록 피하는 것이 좋다. 만약 높게 해야만 할 때에는 보스의 측면에 리브를 붙여서 재료의 흐름을 잘 되게 한다든가 보강을 하는 것이 바람직하다. 1.6 구멍 구멍은 성형품에 반드시라고 할 정도로 잘 쓰이고 있다. 구멍은 성형품에 웰드를 날기고, 강도를 줄이는 역할을 하는 요인이 되므로 다음과 같은 점에 주의해야 한다. (1) 구멍과 구멍의 피치는 구멍 지름의 2배 이상으로 잡는다. (2) 구멍 주변의 살두께는 두껍게 한다. (3) 구멍과 제품 끝과의 거리는 구멍지름의 3배 이상이 바람직하다. (4) 성형 재료의 흐르는 방향에 직각인 막힌 구멍으로서, 1.5ø 이하의 경우 핀이 굽어질 우려가 있으므로, 깊이(L)는 구멍 지름(D)의 2배 이상은 바람직하지 않다. (5) 핀으로 맞대는 구멍의 경우는 상하 구멍이 편심(偏心)할 우려가 있으므로, 어느 한 쪽의 구멍을 크게 잡는다. 1.7 성형나사 나사를 끼울 때는 느슨하게 하도록 하는 것이 중요하다. 다음 점은 충분히 주의할 필요가 있다. (1) 나사산은 32산(약 0.75㎜피치) 이하는 가급적 피한다. (2) 긴 나사는 수축을 하는 관계상 피치가 틀려지므로 피한다. (3) 공차가 수축 값보다 작을 경우는 피한다. (4) 나사의 끼워 맞추기는 지름에 따라 다르나, 0.1∼0.4㎜ 정도의 틈새를 만든다. (5) 나사에는 반드시 1/15∼1/25의 드래프트를 붙인다. 2. 충전재 충전재는 조립을 편리하게 하는 데 쓰이며, 그외에도 전기 기구의 절연난자에도 사용된다. 충전재는 금형에 잘 끼워 넣을 수 있어야 하는 것이 제일이며, 성형 능률을 저하시키지 않도록 유지방법을 특히 고려하지 않으면 안 된다. 3. 각종 사출 성형 재료의 성형성 3.1 각종 성형 재료의 특징 및 성형·금형의 포인트
3.2 사출 성형품의 성형수축의 요인과 그 관계 (1) 성형조건과 성형수축 1) 재료온도 (a) 게이트가 작을 때는 실린더 온도를 높이면 수축은 작아지나, 다른 요인에 비교해서 그 영향은 적다. (b) 그러나 이 영향은 결정성 재료에서 보 수 있는 일로서, 비정성(非晶性) 재료로서는 적다. 2) 사출압력 (a) 사출압력을 올리면 수축은 작아진다.
(a) 금형온도를 높게 하면 성형수축은 커진다. (2) 수축차 1) 흐름방향은 일반적으로 직각방향보다 크다.
1) 살두께가 두꺼워짐에 따라 수축은 커진다. (4) 게이트 크기와 성형수축 게이트의 단면적이 커짐에 따라 성형수축은 작아진다. (5) 경시변화(經時択化)와 성형수축 (6) 어니일링과 성형 수축 1) 금형온도가 높고, 살두께가 두꺼울수록 수수축은 적다.
4. 성형품의 치수 정도(精度) 4.1 플라스틱 성형품의 치수오차 발생의 주된 원인 (1) 개요 플라스틱 성형품의 치수오차에 대해서는 일반적으로 금형의 제작정도만이 크게 거론되는 경향이 있으나, 치수오차의 발생은 많은 여러 가지 원인이 겹쳐진 결과에 의한 것이다. 이들 여러 원인 가운데 주된 것을 들면 다음과 같다.
(2) 금형에 직접 관련한 요인 금형에 직접 관련한 요인 가운데는, 금형 각부의 제작정도는, 물론 가장 중요한 요소이나, 금형의 기본적인 구조, 예를 들면, 임수 두 형의 끼워 맞추는 방법, 파아팅 라인의 위치, 사이드 코어(슬라이딩 코어)의 구조 등도 성형품의 치수오차의 발생에 관련한다. 또 장기간 사용하는 금형에서는 사출압력에 의한 금형 각 부분의 변형 혹은 이완, 형(型)을 조으는 압력에 의한 변형 혹은 형을 조으는 행정 중의 암수 두 형의 엇갈림 등, 금형의 구조 혹은 재료, 강도, 열처리 등의 점에서 고려를 요하는 사항이 많다. (3) 성형 재료에 관련하는 요인 성형 재료에 관련하는 요인은 모두 성형추축률의 차질로써 나타나게 된다. 이 가운데 성형 재료의 표준 성형수축률은 사용하는 재료에 따라 각각의 표준치가 있으나 여하튼 그 값이 큰 것은, 성형조건과 기타 다른 것이 약간씩 변동한 경우라도 성형수축률의 차질이 크게 나타나므로, 표준 성형수축률이 작은 재료일수록 치수오차가 적어진다. 예를 들면, 표준 성형수축률이 작은 폴리카아보네이트(2/1000∼5/1000)는 성형수축콜이 큰 폴리에틸렌(15/1000∼25/1000)이나 나일론 등보다도 정확한 치수를 낼 수가 있다. (4) 성형공정에 관련한 요인 전기와 같이 성형조건의 차질은 성형수축률의 차질이 되어 나타나는 것이므로, 성형조건의 관리는 성형품의 치수정도의 관리상 가장 중요한 원인이 된다. 사출 성형품의 성형수축률에 영향을 미치는 성형조건, 즉 공정원인의 주된 것은 다음과 같다. ① 가열통 온도(재료온도) ② 금형온도 ③ 사출압력 및 사출압력 유지시간 ④ 사출량(그램/쇼트) ⑤ 사출속도 ⑥ 냉간시간 및 형 조작시간(성형 사이클) 4.2 성형품의 치수오차와 금형구조와의 관계 금형의 정도가 성형품의 치수오차에 직접 영향을 미치는 것은 당연하나 앞에서 말한 바와 같이 금형의 구조, 즉 금형의 설계에 따라 크게 달라진다. 금형의 마모에 관해서도 마찬가지이다. 이상과 같이 금형에 관련한 오차의 발생원인은 단지 금형의 정도만이 아니고 금형의 양식이나 구조와 큰 연관을 가지고 있다. 성형품의 각 부분의 치수를 금형의 구조와 관련하여 유별하여 고찰하면 다음의 표와 같이 수종류의 그룹으로 나누어진다.
1. 우수한 금형 설계의 조건 (1) 성형품에 필요한 형상과 치수정도를 줄 수 있는 구조일 것 성형품 디자인의 특색이 살려지고, 또 기능을 충분히 다할 수 있는 치수정도를 가지는 성형품을 얻을 수 있는 것이어야 한다. (2) 성형품의 끝손질 또는 2차 가공이 적을 것 성형품의 끝손질 가공이 불필요하고 또 구멍, 창 혹은 홈 등은 되도록 모두 금형으로서 성형이 되도록 한다. (3) 성형능률이 좋은 금형 구조일 것 짧은 시간에 사출이 될 수 있는 러너 시스템일 것. 성형품의 냉각이 빨리 되는 것일 것. 이젝션이 신속하고도 확실한 것일 것. 또 러너, 게이트의 제거가 용이한 것일 것. (4) 내구성이 있는 구조일 것 마모, 손상이 적고, 장시간 연속운전하여도 고장이 일어나지 않을 것. (5) 제작기간이 짧고, 제작비가 싼 값으로 될 수 있는 구조일 것 위의 여러 조건에 만족하고 더욱 제작에 있어서는 낭비를 없애고 적은 공정으로서 가공되는 구조일 것. 2. 금형 설계의 절차 (1) 부분 수량 및 배열의 결정 사용하는 성형기의 규격을 고려하여 정하여지지 않으면 안되나, 일반적으로 성형품의 생산수량이 적을 경우나, 성형품의 크기가 클 때, 또는 정도가 특히 높은 경우에는, 부분이 1개 또는 2∼4개의 금형이 쓰인다. 한편 생산량이 많을 경우, 또는 생산 코스트를 싸게 할 경우는 많은 수의 부분이라든가 또는 세트의 금형이 쓰이기도 한다. (2) 분할선(파아팅 라인) 및 러너, 게이트의 결정 이것에 의하여 금형의 기본적 구조가 정하여짐과 동시에 성형품의 플래시가 나오는 위치, 따라서 성형품의 외관 및 끝손질 공수 등도 정하여지게 된다. (3) 언더컷의 처리 및 이젝션 방법의 결정 성형품에 언더컷 부분이 있을 때, 그것을 어떠한 방법으로 성형하여, 금형으로부터 뽑아내느냐에 따라 사이드 코어, 나사감기 등의 형구조가 정해진다. 이젝션은 일반적으로 이젝터 핀 또는 슬리이브 돌출 구조가 채택되나, 성형품에 된 흔적이 나는 것을 싫어할 경우나 살두께가 얇을 경우, 혹은 케이스, 컵류(類)의 형상의 것에서는 스트리퍼 플레이트 방식이 쓰인다. 또 폴리에틸렌 성형품 등의 경우, 공기로 뿜어내는 방식이 쓰이기도 한다. (4) 캐비티와 코어의 재료 및 가공법의 결정 금형의 재료경도 또는 가공법에 따라서는 끼워넣기, 부시식(式)을 채택할 필요가 생긴다. 또 그럴 때 끼워넣기선을 어느 위치, 혹은 어느 방향으로 하는가를 결정해야 한다. (5) 온도 콘트롤 방법의 결정 사출성형에 있어서는, 성형품의 냉각 때문에, 금형은 적당하게 온도 콘트롤이 이루어져야 한다. 그 때문에 물, 또는 냉각액, 공기 등 이 중 어느 하나를 어떻게 금형에 흘리는가를 결정한다.
4. 사출 성형기의 규격 4.1 성형기의 형식 성형기 형식의 분류방법은 다음의 세 가지로 된다. 즉, 사출기구와 형조으기 기구와 배열에 의한 거, 사출 기구의 구조에 의한 것, 형조으기 기구의 구조에 의한 것,. 여기서는 금형에 관계가 깊은 것에 관한 특징을 설명한다. (1) 사출 기구와 형조으기 기구의 배열에 의한 것 1) 수평식 (a) 기계 각 부분의 점검, 조정이 용이하다. (b) 성형의 자동화 및 고속화가 하기 쉽다. 2) 수직식 (a) 인서어트가 있는 성형품에 편리 (b) 2색 성형에 적합하다 (c) 노즐 터치가 곤란 (d) 설치 면적이 작아도 된다. (2) 사출 기구의 구조에 의한 것 1) 스프루 타이프(스크류 인 라인) (a) 가소화(可塑化) 능력이 크다 (b) 재료의 혼합(混合)작용이 양호하고 사출압력이 적어도 되며, 유동성이 나쁜 재료가 쉽게 성형된다. (c) 재료의 체류장소가 적기 때문에 분킝하기 쉬운 재료에 적합하다. (d) 재료의 색채 바꿈이 쉽다. 2) 플런저 타이프 (a) 성형기의 값이 싸다. (b) 비교적 작은 것이 고속으로 성형된다. (3) 형조으기 기구의 구조에 의한 것. 1) 직압식(直壓式) (a) 스트로우크를 크게 할 수가 있고 그 조정도 용이하다. (b) 금형의 설치 조정이 용이하다. (c) 형을 조으는 힘이 커짐에 따라 기계중량이 커진다. (d) 형의 개폐속도 제어가 쉽게 된다. (e) 유량에 의하여 금형을 조여 붙이고 있기 때문에, 사출할 때 형 열기에 대한 저항이 토글식보다 약하다. 2) 토글식 (a) 기구적으로 제약을 받기 때문에 형 체결 스트로우크를 길게 하기가 어렵다. (b) 형 체결, 형 열기의 시간을 단축하는 것이 비교적 쉽다. (c) 형 체결 압력의 실효치가 크기 때문에 플래시가 생기기 어려우며, 형의 개폐속도도 크다. (d) 토글은 메탈 부분이 많기 때문에 마모에 의해 기계정도가 틀리기 쉽다. 4.2 사출용량 사출 용량은 일반적으로 노즐에서 1회에 사출되는 재료의 최대중량으로 나타내고 있다. 사출 중량은 사용하는 재료에 따라서도 다르며, 보통의 경우, 일반용 스티롤(밀도 1.05)의 최대중량으로 표시되고 있다. 또 성형할 수 잇는 성형품의 중량과 스프루, 러너 부분의 중량을 가산하여 고려하지 않으면 성형 불량의 원인이 된다. 사출 용량의 최대로서 사용하는 것은 바람직하지 않고, 70∼80%로서 사용하는 것이 바람직하다. 호칭단위: 그램, 온스(28.35g)
4.3 형 조으기 힘 그형을 결합시키는 힘의 최대치를 말한다. 재료가 사출되는 캐비티내의 재료압력은 금형을 열 수 있도록 작용하기 때문에, 형을 조으는 힘은 이것을 상희하고 있지 않으면 안 된다. 여기서 캐비티내의 단위면적당 평균압력을 P, 캐비티의 투영면적을 A, 형 조으기 힘을 F라고 하면 4.4 형 조으기 장치 (1) 직압식(直壓式) 유압 실린더를 쓰며, 유압에 의하여 금형을 조여 붙이는 것 1) 형 조으기 스트로우크 금형 개폐의 최대 이동거리이며 성형품 깊이의 최대를 정하는 것이다. 그러므로 형 조으기 스트로우크가 큰 것일수록 길이가 깊은 물건의 성형이 가능하며 일반적으로 성형품의 최대 길이는 스트로우크의 1/2 이하가 아니면 성형품을 빼내기는 불가능하다. 2) 다이 플레이트 간격의 최대와 최소 다이 플레이트 간격의 최대치는 형 조으기 램의 가장 후퇴한 위치에서, 최대 다이 플레이트 간격의 최대치는 전진한도의 가동반 및 고정반이 전진할 수 있는 최소간격을 말하며, 최소의 형의 두께에 상당한다. 또 형 두께의 증가에 따라 그 분만큼 형 조으기 스트로우크는 감소하게 된다. 사용하는 형(型)의 두께가 앞서 말한 최소의 형(型)두께보다도 얇은 경우에는 적당한 스페이서 블록을 금형(金型)과 가동반(可動盤) 사이에 넣어서 이것을 보충한다. (2) 토글식(기계적 형(型)조으기 장치에 의한 것) 1) 형 조으기 스트로우크 토글식에 있어서는 형 조으기 힘은 토글 링크가 늘어난 위치에서 발생하는 것이므로 형 조으기 스트로우크는 늘 일정하다. 2) 다이 플레이트 간격 성형기(成形機)의 규격이 허용하는 범위 안에서 조정할 수 있으며, 형의 두께는 형 조으기 스트로우크에 관계가 없다. 5. 이젝터 장치 사출성형의 능률과 성형품의 품질을 높이기 위해서는 아무래도 자동운전을 할 수 잇는 것이 필요하나 그러기 위해서는 스프루, 러너 및 성형품이 자동적으로 확실하게 낙하하지 않으면 안 된다. 그러나, 소량 생산의 제품으로서 금형제작 일수(日數)나 가격이 한정되어 있다든가 성형품의 형상이나 게이트의 종류에 의하여 자동낙하가 되지 않는 경우도 있으나, 그런 경우라도 성형품의 스프루, 러너를 가장 잘 집어낼 수 있는 돌출기구를 결정해야 한다. 같은 형상의 성형품일지라도 재료의 종류에 따라 돌출의 방법이나 게이트의 형식이 달라지므로 각각의 케이스에 가장 알맞는 방법을 조합시켜서 사용할 필요가 있다. 5.1 성형품의 돌출 성형품의 돌출 방법의 결정에 있어서는 성형품의 재료나 형상에 따라 좌우되나, 원칙으로는 성형품의 분할, 마찰 등의 발생이 없고 가장 확실하게 이형(異形)이 되며 또한 고장이 적고, 또 고장이 생겨도 보수가 간단히 잘 되는 것이어야 한다. 같은 형상의 성형품일지라도 요구되는 외관, 정도(精度) 성형성에 따라 각각 다른 돌출 방법이 쓰인다. 돌출의 방법으로서는, 일반적으로 핀(스트레이트핀, 단(段) 달린 핀), 슬리이브, 스트리퍼 플레이트, 에어 등이 쓰이며, 단독으로 쓰이는 것과 병용해서 쓰이는 것이 있는데, 금형 수명이 길고, 금형가공이 쉬운 것을 선택해야 한다. (1) 돌출의 종류 1) 이젝터 핀 핀은 가장 가공하기 쉽고, 경도를 필요로 하는 경우 담금질 연삭 등이 다른 방법에 비하여 쉬우며, 성형품의 임의의 자리에 배치할 수 있으므로 가장 많이 쓰이고 있다. 구멍도 가공하기가 쉽고 끝손질이나 정도도 바라는 대로 잘 이룩할 수 잇으며, 취동저항이 가장 적으므로 긁히는 사고가 잘 일어나지 않는다. 따라서 금형의 수명도 길고 또 교환성이 좋으며 파손시의 보수가 잘 된다. 그러나 작은 면적으로 돌출하는 것이므로 성형품의 일부에 돌출응력이 집중해서, 컵이나 상자모양에 있어서 드래프트가 적어 이형(離形)저항이 큰 성형품 등에 사용하면 이글어지거나 빠져 나와 버리므로 부적당하다. 2) 각형(角形) 또는 판상(板狀)의 이젝터 핀 판 모양의 돌출은 판 그 자체는 가공, 열처리에 그다지 난점은 없으나, 구멍의 가공은 곤난하며, 방전가공 등의 특수한 가공을 요한다. 형판(型板)이나 코어의 부분을 분할해서 조합하는 형으로 하면 가공은 쉽게 할 수 있으나, 공수(工數)는 증가하게 되며, 성형품에 분할의 선이 나타나고 투명한 것일 때는 외관이 좋지 않아서 허용되지 않을 경우도 잇다. 또 취동저항도 둥근 판에 비하여 많고, 판이 얇을수록 부러지며, 좌굴하기 쉬우므로, 되도록 사용은 피하는 것이 좋다. 3) 스트리퍼 플레이트 스트리퍼 플레이트는 플레이트나 코어의 가공은 그다지 어렵지 않으나 핀에 비하여 기계가공 취동면의 끼워맞추기에 많은 시간을 요하며, 취동면이 긁혀 도는 경우가 있으므로 담금질이 필요하지만 열처리가 곤난하다. 또 교환성을 가지기 어려우며 보수에 많은 공수를 필요로 한다. 스트리퍼 플레이트와 코어의 맞춤면의 평면형상이 원형 또는 각형(角形)은 기계가공이나 맞추기가공은 비교적 쉬우나, 곡선의 연속 등의 변형의 것은 어려워진다. 또 교환성을 갖게 한다든가, 담금질을 잘 하기 위해서 부시를 넣어두면 보수가 쉬우며 특히 다수개 빼기의 경우는 파손 개소만 교환하면 된다. 스트리퍼 플레이트는 다른 방법에 비하여 돌출 면적이 가장 넓으므로 성형품이 확실하게 이형(離形)되며 이형저항이 큰 컵이나 캡 등의 성형품에 유효해서 많이 쓰인다. 또 외관상으로도 돌출의 흔적이 거의 나타나지 않으므로 그 점에 있어서도 우수하다. 5) 공기압(空氣壓)에 의한 것 공기압에 의한 방법은 공기를 통하는 틈새나 밸브 등을 만드는 정도로 가공이 간단하여 컵이나 상자 등의 깊이 성형품의 이형방법(離型方法)으로서 매우 유효하다. 5.2 나사가 있는 성형품의 집어내기 성형품에 나사가 있을 경우의 이형방법(離型方法)으로서는 다음의 세 가지가 있다. 1) 금형 나사부를 분할형(分割型)으로 한다. 2) 금형 나사부를 치중자(유리코아)로 한다. 3) 성형품이나 혹은 금형 나사부를 회전시킨다. (1) 금형 나사부를 분할형(分割型)으로 할 경우 이 방법은 바깥나사(수나사)에 적합하며 금형 구조나 제작이 비교적 간단하여 돌출도 확실하게 된다. 그러나 성형품의 나사부에 분할선이 들어가므로 플래시가 생겼을 경우에는 성형품의 끝손질이 어렵고 상대나사와의 끼워넣게에 지장을 가져올 경우가 있다. (2) 금형 나사부를 치중자로 할 경우 금형 구조상, 분할형이나 회전 자동 집어내기가 불가능하다든지, 금형 구조를 간단하게 할 경우에 치중자가 사용된다. 그러나, 이 방법은 돌출 후, 일일이 치중자를 성형품에서 집어내야 하며, 성형품이 바깥나사인 경우는 그 수축에 의해 떼어내기가 쉬우나 안나사의 경우에는 치중자와 성형품과의 접촉면적이 클수록 떼어내기가 어렵고, 성형품의 재료나, 접촉면적의 크기에 따라서는 떼어내기가 곤난하다. (3) 성형품이나 혹은 금형 나사부를 회전시킬 경우 일반적으로 캡 등의 안나사가 있는 성형품은 회전 자동 빼내기가 많이 쓰인다. 이 겨웅 성형품이나 금형의 어느 한쪽으로 회전과 이송(移送)을 주든가, 한쪽은 회전만으로서 다른쪽으로 이송을 주든지의 어느 쪽을 택하는 것인데, 반드시 성형품에 슬립멈춤(회전 멈춤)을 할 필요가 있다. 성형품 바깥둘레에 슬립 멈춤이 있고, 핀 포인트게이트의 금형으로서 형 열기와 동시에 회전이 시작될 경우에는 성형품과 그형 나사부의 형 떼기에 의하여 파아팅 라인이 눌려 열어지므로 파아팅 라인의 형 열기저항이 많으면 성형품 나사산이 찌글어지든가 혹은 깨어져 버린다. 이것을 방지하기 위하여 나사의 이송과 같은 속도로 작용하는 파아팅 라인의 형열기 기구를 만들 필요가 있다. 또 성형품에 나사부 이외의 이형저항(離型底抗)이 강한 곳이 있을 경우는 회전 개시와 동시에 나사의 이송과 같은 속도로 작용하는 돌출을 마련하지 않으면 안 된다. 회전을 하는 쪽으로서는 금형의 고정측 가동측 중 어느 쪽으로 하여도 가능하나, 일반적인 성형기(成形機)는 노즐과 이젝터가 반대쪽에 있으므로, 스프루, 러너의 배치나 돌출의 관계상 가동측에 회전기구를 마련하는 것이 금형 구조나 성형 능률상 유리하다. 5.3 핀 포인트 게이트의 스프루 러너의 돌출 사이드 게이트와 같이 성형품의 집어내기면에 러너 게이트가 잇을 경우에는 성형품과 동시에 낙하 시킬 수 있는 것이므로 자연낙하를 시키기 쉬우나, 핀 포인트 게이트 등의 경우에는 자연 낙하가 곤난하다. 5.4 2단 돌출 (1) 용도 스트리퍼 플레이트를 써서 돌출시킬 경우 스트리퍼 플레이트의 안쪽에 성형품의 조각부가 있으면 돌출 후에도, 그 부분이 스트리퍼 플레이트에 부착한 채로, 다시 어떠한 방법에 의하여 성형품을 들어내지 않으면 안 된다. 그러할 때 자동적으로 이형시키기 위해서는 2단 돌출 기구가 필요한 것이다. 2단 돌출의 경우 2조의 이젝터 스트로우크는 차가 있어야 하며, 스트로우크가 큰쪽의 이젝터는 다른 쪽과 동시, 또는 처져서 작동시키지 않으면 안 된다. 성형기의 돌출 기구에는 이젝션 실린더에 의한 것과 고정 로드에 의하는 것이 있으나, 전자의 경우에는 한쪽의 이젝터를 고정측으로부터 프라보울트, 체인 또는 링크 등을 쓰며, 형 열기의 스트로우크에 의해서 잡아 당기며, 다른쪽을 성형기의 돌출 기구에 의하여 작동시켜 2단 돌출을 할 수가 있다. 그러나 후자의 경우에는 같은 방향에서 2단 돌출을 하지 않으면 안 되므로, 2조의 이젝터 스트로우크의 타이밍 및 스트로우크 조절 기구가 필요하게 된다. 5.5 이젝터 플레이트의 빨리 되돌리기 기구 분할형(分割型)이나 사이드 코어를 사용하는 금형으로서 이젝터 핀을 만들면, 형을 조을 때 슬라이드 블록이 되돌아오기 이전에 확실하게 이젝터 핀을 되돌리지 않으면 양자는 충돌해서 파손할 수가 있다. 1) 스프링에 의한 방법 이젝터 플레이트를 스프링에 의하여 빨리 되돌아오게 하는 경우는 금형 구조나 가공은 매우 간단하고 스페이스도 적어도 된다. 그러나 이젝터 핀이 긁혔을 경우에는 불확실하여서 빨리 되돌리기를 하지 않고 슬라이드 블록과 이젝터 핀이, 충돌해서 금형이 파손한다. 그리고 돌출 스트로우크가 클 경우일수록 스프링의 압축비가 커져서 상당히 강한 스프링을 사용하여도 이젝터 플레이트는 도중에까지만 돌아오지 않을 경우가 있으므로, 되도록 사용을 피하는 것이 좋다. 2) 링크에 의한 방법 작동은 확실하며 결점도 그다지 없다. 다만 고정측에서 바아가 상당히 길게 튀어 나오므로 성형품을 집어내는 데에 지장이 없는 자리에 설치토록 한다. 3) 바아에 의한 방법 장점과 단점은 거의 링크와 같다. 4) 랙에 의한 방법 작동의 확실함은 링크와 같으며, 성형품을 집어내기에 관하여는 링크와 바아와 같은 고려가 필요하다. 다른 방법과의 상이점은 이젝터 플레이트의 작동이 왕복 모두 랙에 의하여 이루어지므로, 이젝터 플레이트의 돌출이 안정이 되도록 고려할 필요가 있다. 5) 유압 실린더에 의한 방법 이 방법은 기구 및 장단점이 2단 돌출의 경우와 같이 작동이 확실하고 타이밍도 자유로이 조절이 되나 장치가 복잡하다. 6. 언더컷의 처리 6.1 개요 언더컷의 처리 방법에는 많은 방법이 있으며, 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다. 그러나 언더컷이 있으면 성형 사이클이 떨어지며, 또 금형도 파손이 잘 되므로 설계 전에 언더컷을 피하는 제품의 디자인을 한 번 생각해야 하는 것이다(성형품의 디자인항 참조). 언더컷이 있어도 재료의 탄성을 이용하여 이형(離形)이 잘 되게 할 수도 있다. 성형 재료에는 스티롤, ABS, AS 등의 단단한 재료나 폴리에틸렌, 폴리프로피렌 등의 비교적 연하고 탄성이 충분한 재료 및 그 중간의 것이 있으며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등은 얼마간의 언더컷도 탄성을 이용해서 이형시키는 것이 가능하다. 이 경우의 이형에는 이젝터 핀, 스트리퍼 플레이트를 이용하는 방법 또는 손으로 이형시키는 방법이 있다. 6.2 외부에 언더컷이 있을 경우의 처리 방법 (1) 분할형(分割型) 외부에 나사가 있을 경우, 보빈처럼 외부에 콜러가 잇을 경우, 또는 풀리와 같이 외부에 흠이 있을 경우 등은, 캐비티부를 2개 또는 수 개로 나누어서 금형을 제작한다. 분할형의 이동 방법에는 앵귤러 핀을 쓰는 방법, 이젝터 플레이트, 또는 이젝터 로드를 사용하는 방법 등이 있다. 금형의 작동 순서로서는 성형이 끝나면, 형열기에 의하여, 먼저 로킹 블록이 해방되고, 앵귤러 핀에 가이드 되어서 분할형이 이동하고 이젝터 플레이트가 전진해서 성형품이 돌출하게 된다. 이어서 형 조으기가 시작되고 이젝터 로드가 후퇴하면 이젝터 플레이트는 스프링의 힘으로 후퇴하며 그 뒤 앵귤러 핀에 가이드 되어서 분할형이 전진하며, 로킹 블록으로서 고정된다. 이 경우에 문제가 되는 것은 이젝터 플레이트의 작동이 스므스하며 스프링의 힘으로 확실히 돌아오게 되나, 어떠한 원인에 의하여 이젝터 플레이트의 작동이 誛어질 경우, 만약 돌아오지 않게 되면 이젝터 핀과 분할형은 충돌해서 금형이 파손된다. 이 사고를 방지하기 위해서는 리미트 스위치를 달아서, 이젝터 플레이트가 돌아오지 않으면 형이 조여지지 않도록 전기적으로 결합하는 방법도 있다. (2) 사이드 코어 성형품의 바깥쪽에 언더컷이 있을 경우는, 가동측에 사이드 코어를 달아서 고정측에서, 앵귤러 핀 또는 앵귤러 캐을 세워서 이동하는 것이 일반적인 방법이다. 이 경우에 성형품은 이동측에 붙어 잇어서 사이드 코어가 후퇴해서 뒤로 돌출된다. 금형이 열렸을 경우에는, 사이드 코어는 자동(自動)에 의해서 내려지고, 스토퍼에 닿아서 위치가 느슨해지는 일은 없다. 만약 사이드 코어를 옆으로 하여, 성형기에 설치하는 경우에는 스톱 핀에 의하여 사이드 코어의 자리 정하기를 한다. 또 사이드 코어를 매달든지 혹은 밀어 올림으로써 형열기하는 중에 사이드 코어의 위치에 차질이 생기는 것을 방지한다. (3) 사이드 코어의 이동량이 클 경우 앵귤러 핀의 경우는 경사각이 25°정도까지는 좋으므로 스트로우크가 큰 것에는 부적당하다. 스트로우크가 큰 것에는 유압실린더를 사용한다. 성형기에는 성형기의 유압 회로에서 유압실린더용의 유압을 들어낼 수 있는 것과 끌어낼 수 있는 것이 있으며, 유압을 끌어낼 수 없는 성형기의 경우는 별도로 유압 유니트를 준비하지 않으면 안 된다. 6.3 성형품 내면에 언더컷이 있을 경우의 처리 방법 상형품의 내면에 언더컷이 잇을 경우의 처리 방법으로는 크게 나누어서 다음의 네 가지가 있다. 1) 치중자 2) 언더컷부를 돌출하여서 성형품을 손으로 옆으로 늘이면서 이형시킨다. 3) 코어를 좁아들게 한다. 4) 안쪽 슬라이드 코어 1) 치중자 가장 간단한 방법이나 생산성은 극히 나쁘다. 안나사를 치중자로서 성형하였을 경우 치중자를 2조 이상 제작하여, 성형 중에 성형품을 들어 매어 두도록 한다. 또 들어 내는 데는 간단한 공구 또는 장치를 제작할 필요가 있다. 2) 언더컷부를 성형품과 더불어 돌출시키는 방법 수평보스부를 돌출핀과 동시에 돌출시켜서 손으로 성형품을 집어 낸다. 3) 코어를 오므리는 방법 이젝터 핀이 성형의 개폐방향으로 움직이는 역할을 한다. 이 금형은 스트리퍼와 이동 코어가 일체로 되어 있어서 코어는 오물어지면서, 성형품을 돌출시키는 작용을 한다. 4) 내측의 슬라이드 코어 성형품의 안쪽에 조그맣게 튀어나온 것이나 들어간 곳이 있을 경우에는 이젝터 플레이트에서 기울어진 슬라이트 코어를 만들어, 이젝터 플레이트에서 기울어진 슬라이드 코어를 만들어, 이젝터 플레이트가 전진함에 따라 슬라이드 코어는 성형품을 돌출시키면서 옆으로 이동하여 언더컷을 뗀다. 7. 러너 시스팀 성형 능률과 성형품의 품질을 크게 좌우하는 것은 러너와 게이트이다. 이 러너와 게이트는 금형 설계의 중요사항으로서 취금해야 한다. 또 성형품을 디자인 할 때에도 미리 충분히 검토할 필요가 있다. 7.1 러너 게이트의 선택 기준 (1) 성형품의 수 1개 잡이의 경우에는 어떠한 러너 시스팀이라도 가능하지만, 2개 잡이 이상의 경우는 러너, 게이트의 배치 방법이 제한되어 말티플 노즐 이외는 다이렉트의 방법은 사용되지 않는다. (2) 성형품의 기능 성형품의 표면에 게이트의 절단 자리가 남아서, 외관이나 기능을 그르치게 할 경우에는 문제가 없는 위치에 게이트를 고른다. (3) 사용성형 재료 아크릴, 폴리에틸렌, 경질 염화비닐, 폴리아세탈(데를린) 등과 같은 성형성이 나쁜 재료는 러너 및 게이트에 따라 성형 사이클, 성형품의 기능과 외관에 영향을 준다. 따라서 그 성형 재료에 각각 알맞는 것을 고른다. (4) 후가공 후가공은 성형품의 외관 및 기능에도 영향을 미쳐 코스트가 높아지게도 되므로, 되도록 후가공의 필요가 없는 게이트를 고른다. (5) 성형품의 잔류 틀어짐 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 성형품에 다이렉트 게이트를 체댁했을 경우, 게이트 주변에 잔류 틀어짐이 집중해서 변형하기 때문에, 2개 이상의 핀 포인트 게이트를 달아서 변형을 방지하는 수가 있다. (6) 성형품의 형상, 치수에 의한 제한 평면적으로 큰 성형품의 경우 한 곳에서부터로는 성형되지 않을 경우는 게이트 수를 늘임으로써 성형이 가능하게 될 경우가 있다. (7) 성형기의 다이 플레이트의 크기에 의한 제한 예를 들면, 보통 게이트로 하려면 다이 플레이트에 대하여 편심하기 때문에 금형의 설치가 불가능하게 될 경우는 스리 플레이트라든가 다른 게이트 시스팀을 선택하지 않으면 안 된다. (8) 생산성 성형 사이클을 빠르게 하기 위해 고려한 러너, 게이트로 하지 않으면 안 된다. 또 적당한 러너, 게이트에 의해 재료의 절약을 생각해야 하는 것이다. 이상 말한 러너, 게이트의 선택 기준은 단일한 것이 아니고, 몇 개의 요소를 조합해서, 품질과 경제성을 고려해서 검토하지 않으면 안 된다. 7.2 게이트와 러너의 유동성 녹은 재료가 노즐에서 나와서부터 압력을 잃게 되는 것은 재료가 금형에서 온도강하와, 통로 중에 있어서의 마찰 손실에 의한 것이어서, 이 조건에서 생각하면 러너는 굵게 하지 않으면 안 되나, 한쪽에 있어서 재료의 절약상 성형재료를 최소로 하는 것이 바람직하다. 러너가 너무 크면 냉각이 늦어지고, 성형 사이클이 늘어져 코스트가 높아지게 되는 것이다. 원형의 러너는 어떤 모양보다도 유동성, 방열도 등 모든 점에서 우수하다. 8.3 게이트 밸런스와 러너의 배치 다수 개 잡이 금형이 각각 게이트에 도달하는 시간이 다르면, 최초의 게이트에 재료가 이르러도 다른 게이트에 아직 재료가 닿지 않을 동안은 사출압력은 그다지 높지 않으며 최종의 캐비티에 거의 충만할 즈음부터 급격히 상승한다. 이 때 최초의 게이트는 이미 식어서 굳어져 가고 있으므로 충전 부족이라는 현상이 일어나는 수가 잇다. 다수 개 잡이 성형시에 불량품이 되는 플로우 마아크나 「들어감」 혹은 충전부족(쇼오트쇼트)은 이와 같이 하여 생기는 일이 많다. 이상의 이유에서 녹은 재료는 거의 동시에 각 게이트에 고르게 도달되게 할 필요가 있다. 따라서 스프루에서 먼 위치에 있는 게이트는 가까운 것에서부터 크게 하는 것이 원칙이다. 7.4 게이트의 종류 게이트는 성형성과 내부 왜곡에 큰 영향을 미치는 것임에도 불구하고, 실제에는 성형품의 형상만으로 단순하게 정해버리는 일이 많다. 그러나 성형품에 알맞는 게이트, 러너를 쓰지 않으면 안 된다. (1) 다이렉트 게이트 가장 일반적으로 성형서이 좋은 게이트 방법이긴 하나, 성형품의 표면 또는 이면에 게이트 위치를 정하기 때문에 그 절단, 뒷손질이 필요하게 되어 외관상 아무래도 게이트 자욱이 남게 되는 것이다. 그러나 사출 압력의 손실이 적은 것은 성형이 비교적 어떤 재료에도 쉽게 할 수 있으므로, 대형의 깊은 성형품에는 자주 이용된다. 그 반면, 성형 재료에 따라서는 얕고 납작한 성형품의 경우에 성형 후 휘어지기 웝이 생기게 되므로 주의를 요한다. 또 게이트부의 이면에는 콜드슬랙의 고임받이를 마련해서 식은 재료가 캐비티 안에 흘러 들어 가는 것을 방지하는 것도 성형상 필요하게 된다. 그리고 성형 후의 잔류응력이 게이트 부근에 집중하여 크랙의 원인이 되는 경우가 있으므로, 게이트의 선정에는 이러한 점을 고려하지 않으면 안 된다. 깊이가 깊은 성형품에 있어서 성형기의 다이 스트로우크를 최대한으로 사용하여 성형품을 집어내고 있는 것에 대해서는 스프루의 길이를 되도록 짧게 하고 최소한의 형 열기로서 집어낼 수 있게 할 필요가 있다. 그리하면 성형의 능률도 좋아지고 좋은 결과를 얻을 수도 있다. 그럴 경우에는 특수하게 길게 만든 노즐을 사용하는 것도 하나의 방법이다. 성형 사이클에 관계하는 게이트부(部)의 지름도 그다지 굵게하지 않고, 성형품의 크기와 살두께에 알맞는 것으로 하지 않으면 성형품은 이미 고화되어 버리고 있는데 스프루가 아직 반융상태이기 때문에 다시 냉각시간을 갖지 않으면 안 되고 성형 능률이 나빠진다. 단, 대형의 성형품으로서 성형이 대단히 어려운 것에 대해서는 당연히 스프루 지름을 굵고 짧게 하는 수가 있다. (2) 보통의 러너, 게이트 다이렉트의 경우에는 성형품은 1개 잡이로 한정되어 있으나, 이 방식은 다수 개 잡이 게이트로서 일반적으로 널리 이용되고 있다. 물론 1개 잡이의 성형품에도 여러개 게이트를 마련해서 성형하는 수도 있다. 일반적으로는 사이드 게이트 방식이라고 불리고 있다. 이로부터 변화한 게이트 방식으로서 수 종류가 있으며 제한 게이트, 터브 게이트는 성형 재료에 따라 고안된 방법이다. 또 성형품의 형상, 크기 등에 따라 필름 게이트, 디스크 게이트, 링 게이트 등이 있다. 스프루에서 게이트까지에 흐르는 러너의 단면 형상은, 원형, 사다리꼴이 좋다. 지름은 성형 재료, 러너 길이, 성형품 치수에 따라 다르나, 보통 5ø∼10ø의 것이 많이 쓰인다. 5ø이하의 것이 되면 온도 강하가 커지며 압력의 저하를 잘 일으키게 된다 그러나 소형의 것에 있어서는, 3ø∼4ø로 사용될 경우가 있다. 너무 굵으면 성형 재료와의 접촉면이 커져서 온도 조정이 문제가 되며 재료를 지나치게 많이 쓰게 되고, 더욱이 성형 사이클이 늘어나는 원인이 되기도 한다. 대형 러너는 캐비티의 어느 한쪽에만 파들어가는 것만으로도 좋으므로, 치수는 비교적 간단하게 누를 수가 있다. 그러나 원형에 비하여 같은 단면적일지라도 재료와의 접촉면이 큰 결점이 있다. 반원형, 직사각형 등의 단면형상의 러너는 모든 점에서 뒤지기 때문에 사용하지 않는 것이 좋다. 1) 제한 게이트 제한 게이트는 게이트가 급속하게 굳어지는 것을 가능하게 할 정도로 게이트의 길이가 제한당한 것을 말하며, 사이드 게이트의 게이트 치수를 적당하게 조은 것을 말한다. 이것을 사용하면 성형 재료에 따라서는(예를 들면, 경질 염화비닐) 다음과 같은 특징이 있으므로 이용가치는 충분히 있다. [특징] (a) 잔류성형응력(殘留成形應力)의 감소(특히 게이트 부근) (b) 휨, 균열의 감소 (c) 다수 개 잡이 캐비티의 게이트 밸런스를 취하기 쉽다. (d) 사이클 단축 (e) 열변형의 감소 (f) 게이트의 끝손질이 쉽다. 이상의 외에도 성형시 유효한 여러 가지 장점이 있다. 단, 제한 게이트를 사용할 경우에는 협소한 단면을 통하게 하기 위한 압력 손실이 대단히 중대한 문제가 된다. 만약 이 압력 손실이 크면, 성형 재료의 흐름이 나빠지고, 캐비티내에 도중에서 냉각 또는 고화(固化)가 생겨 완전한 충전이 저해를 받게 되어서, 필요 이상의 가출 압력을 가하지 않으면 안 된다. 따라서 이 압력손실을 막기 위해서 게이트 랜드(길이)를 짧게 하여 높은 압력을 가하지 않아도 성형이 되게 할 필요가 이끨. 일반적으로 1㎜정도의 게이트 러너를 쓰면, 큰 압력손실은 없어지게 될 것인데 최소한 0.8㎜ 정도이다. 제한 게이트의 단면형사으로서는 다음과 같은 것이 있으며, 이들은 각각 장단점이 있다. 직사각형은 가장 밸런스를 취하기 수비고 치수를 정하기가 용이하다. 그 밖의 것은 밸런스를 취하기 어렵다. 특히 반원형이나 타원형은 치수도 정확하게 내기가 어렵고 부적당하다. 다음에 게이트의 깊이는 중간 사이즈의 성형품의 경우, 가장 좋은 깊이의 범위는 0.8∼1.2㎜이다. 더 작은 크기의 성형품이면 더 얇은 게이트로서도 좋으나, 얇아질수록 게이트를 통한 압력저하가 현저해진다. 대형의 성형품에 대해서는, 더욱 두꺼운 게이트가 바람직하다. 이것은 캐비티를 충전하는 시간을 짧게 하기 때문이다. 게이트의 폭에 대해서는 러너의 중심을 대칭으로 다소 좁게 해서 쓰는 것이 보통이다. 그것은 러너의 중심에 있어서는, 표면층보다도 용융성형 재료의 온도가 높고 유동성이 있기 때문이다. 2) 터브 게이트(경질비닐, 아크릴에 적합하다) 염화비닐 등과 같이 성형온도의 허용폭이 적고 더욱이 유동성이 나빠서 성형하기 어려운 재료는, 성형할 때 비교적 높은 압력을 넣기 때문에 게이트부에 변형이 집중된다. 따라서 이럴 경우에는 터브게이트가 유효하다. [이점] (a) 게이트 국부의 응력집중을 완화한다. (b) 터브에 의하여 게이트 주변의 「들어감」을 방지할 수 있으므로 사출압력으로 인한 과잉 충전에 따른 변형을 배제할 수 있다. (c) 게이트에 이르기 까지의 온도강하를 터브에 의한 조으기 부분의 마찰에 의하여 재가소화(再可塑化)하여 러너에서의 온도강하를 보완할 수 잇다. 이상과 같은 결과 성형이 쉽게 되고, 표면의 광택이 잘 되는 것과 , 게이트 주변의 플로우마아크가 개량된다. 그 반면, 사출압력이 보통 러너, 게이트의 2배 정도 필요해진다. 그것과 게이트를 성형품의 얇은 살두께부에 붙이면 웰드라인이나 더러운 마아크를 남기게 되므로, 되도록 살두께가 두꺼운 곳에 붙이는 것이 좋다. 3) 필름 게이트, 팬 게이트, 링 게이트, 디스크 게이트 여기에 들은 게이트 방식은 성형품의 형상에 따라 선택되는 것이며, 어떤 성형품에도 모두 적합한 것은 아니다. 예를 들며, 평판이며 면적이 비교적 큰 성형품일 경우에는, 필름 게이트나 팬 게이트를 쓰는 경우가 많다. 보통의 게이트에서는, 폭이 좁고, 따라서 성형품에 기포나 플로우 마아크를 남길 염려가 잇을 경우에 쓰인다. 게이트 폭을 크게 잡아 균일한 흐름에 의해 성형하려고 하는 것으로 얼룩이 없는 좋은 성형품이 가능하다. 성형 후의 뒷마무리도 게이트 폭이 넓어진 만큼 여분으로 걸려오게 되는 것으로, 보통의 사이드 게이트로서는 도저히 성형되지 않는 경우에만 이용되고 있다. 또 링 게이트의 경우도 역시 성형품의 형상이 선택의 조건이 되어 잇으며, 파이프 모양의 것이 많이 이용되고 있다. 그것도 비교적 가늘고 긴 성형품에 특히 많으며, 그 이외의 경우는 링 게이트를 사용하지 않아도 성형되는 경우가 많다. 디스크 게이트는 성형품의 중앙 부근에 스프루 지름보다 큰 뚫린 구멍이 있을 경우에 한하여 언제나 쓰일 수 있는 것은 아니다. 그러나 이 뚫린 구멍을 게이트로 하면 러너가공은 필요가 없든지 혹은 간단하고 짧은 것으로 다이렉트 게이트로 되기 때문에 성형의 압력손실은 적다. 단, 게이트로서 이용하는 뚫린 구멍의 위치는 성형품의 중앙 부근에 없으면, 성형기에 설치하였을 때에 편심하게 되고 사출압력의 밸런스가 취해지지 않으며 성형기에 무리가 생긴다. 그 때문에 되도록 성형품의 밸런스가 잡힌 위치에 있는 뚫림 구멍을 쓰지 않으면 안 된다. 4) 핀 포인트 게이트 핀 포인트 게이트 방식도 제한 게이트의 일종으로서 생각할 수 있다. 그러나 이들은 앞에서 말한 제한 게이트의 경우와는 금형의 구조가 달라 있으며, 별개의 러너로서 들어보는 바이다. 주로 스티롤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 성형에 쓰이고 있으며, 다시 최근에는 다른 성형 재료에도 이용되고 있다. [이점] (a) 큰 성형품의 경우, 수 개소에서 주입이 되므로, 성형 왜곡, 변형이 적다. (b) 제한 게이트로서 게이트 지름을 정하면, 앞에서 말한 특징이 있다. (c) 성형품의 표면에 거의 흠자욱이 눈에 띄지 않을 정도로 게이트 자욱이 마무리 된다. (d)다수 개 잠이의 성형에 적합하다. (e) 게이트 위치의 선정이 비교적 제한되지 않고 자유로이 잡을 수 있다. 그러나 보통의 게이트에 비하면 작으므로 사출 압력은 높게 하지 않으면 안 된다. 그러기 때문에 되도록 게이트랜드(길이)를 짧게 하고, 유동저항을 적게 할 필요가 있다.. 그리고 다시 이형시(離型時) 성형품과 게이트가 전달 되었을 때, 게이트부의 고화된 재료가 캐비티 내에 남지 않도록 하지 않으면 안 된다. 보통은 캐비티 족에서 게이트를 향하여 알맞는 모떼기를 하고, 반드시 게이트부가 성형품과 더불어 들어낼 수 있도록 하는 경우가 많다. 5) 서브마린 게이트(터널 게이트) 게이트 방식으로는 핀 포인트 게이트와 큰 차이가 없으나, 핀 포인트 게이트처럼 성형품 표면에 게이트 자욱을 남기지 않고 측면 또는 이면에 만들 수가 있으므로 외면에 게이트 자리를 남기고 싶지 않을 경우에 많이 이용된다. 다시 이형(離形)할 때 게이트부가 자동적으로 절단되어서 성형품과 러너, 게이트부가 별개로 되므로 게이트의 뒷손질 공정이 생략된다. 그러나, 러너, 게이트의 조각 가공이 상당히 언더컷이 되기 때문에, 러너 돌출시 도중에서 부러진다든가, 게이트가 캐비티내에 남지 않도록 하지 않으면 안 된다. 따라서 이 언더컷의 허용치수와 재료의 강성이 문제가 된다. 일반적으로는 다음과 같은 방식이 쓰이고 있다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이 금형 구조는 보통 러너 게이트 방식과 같으며 핀 포인트 방식보다도 간단하다. 6) 러너레스 방식 1), 2), 3)의 여러 방식은 모두가 성형시에 스프루, 러너가 그 때마다 성형품과 동시에 성형되고 있으며, 성형 능률상으로나 경제상으로도 낭비가 있으며, 불필요한 경비를 소모하고 있을 경우가 많고 자동운전 기타 불합리한 경우가 많다. 러너, 스프루가 1사이클마다 집어내지 않고서도 성형이 가능할 셩우가 있고, 이 방식을 태용할 경우에는 금형의 온도 콘트롤 및 성형 재료의 특성 또는 성형품의 형상등을 충분히 고려할 필요가 잇다. 특히 러너를 가열하기 위하여, 캐비티의 온도 콘트롤에 대해서는 성형품의 살두께가 얇은 것 또는 다수 개 잡이에 대해서 반드시 이 방법이 유리하다고는 말할 수 없다. (a) 웰타이프 노즐(물굄식) (b) 익스텐션 노즐(노즐 연장형(延長型)) (c) 호트러너(가열러너) (d) 인슐레테드 러너(단열러너) (e) 기타 밸브 게이트 방식
이 가운데서 어느 것을 사용할지는 주로 성형품의 형상, 재료의 종류, 금형의 잡이수, 사용 성형기 등에 따라 선정하지 않으면 안 된다. 그 중에는 특히 성형 재료에 의하여 러너레스에 알맞는지 아닌지 또 러너레스로 하였을 경우, 성형상 금형온도의 제어 등에 지장이 일어나지 않는지의 여부를 미리 검토해 두지 않으면 안 된다. (a) 웰타이프 노즐(물굄식) 노즐 끝에 물이 고이는 자리를 가지고 있는 것으로서 성형 사이클 중에는 항시 용융한 성형 재료가 담겨져 있으며, 노즐과 금형은 연속 운전 중은 떨어져 있지 않고 붙어 잇다. 따라서 성형 사이클이 긴 경우라든가 성형온도 허용 범위가 작은 성형 재료로서는, 이 고이는 곳이 고화하기 쉽고 특히 게이트 선단부에 있어서 냉각당하므로 다음의 사출이 되지 않게 된다. 그 때문에 캐비티와 이 고이는 곳과는 온도차를 두지 않으면 안 된다. 일반적으로 이 고이는 곳은 다른 부시로서 캐비티와의 접촉 면적을 되도록 작게 하고 노즐 터치면과 실제의 게이트의 길이를 되도록 짧게 하여 용융 재료의 온도가 저하하지 않도록 고려하여야 한다. (b) 익스텐션 노즐(노즐 연장형) 앞에서 말한 물굄식에서는 게이트부가 고화해서 성형되지 않을 경우에 이 노즐 연장형을 쓰면 좋다. 이것을 직접으로 노즐이 캐비티의 일부를 형성하든지 또는 게이트부까지 노즐이 연장되어 있는지 두가지 중의 하나이므로 보통의 다이렉트 게이트나 형성이 될 재료이면, 스프루가 없는 성형품으로서 성형이 된다. 노즐은 일단 성형품 치수에 맞추어서 특별하게 제작하지 않으면 안 되므로, 어느 금형에나 사용되는 것은 아닌 것이다. 따라서 되도록 이용도가 많은 형상으로 해두는 것이 필요하다. 성형상의 문제로서는 물굄 방식과 같이 노즐과 캐비티와의 접촉면을 적게 하여, 노즐의 온도저하에 의한 게이트의 고화를 방지하는 것이 필요하다. 또 캐비티는 노즐 접촉면이 상당히 고온이 되기 쉬우므로 그 부분의 온도 조정이 될 수 잇도록 되어야 한다. 그리고 캐비티와 노즐의 맞춤면에 플래시가 발생하기 쉬우므로 주의해야 한다. (c) 인슐레이티드 러너(단열 러너) 이것은 스퍼플레이트 방식에 의한 게이트 방법과 닮은 것이다. 그러나 그 러너 지름은 훨씬 커서(약12ø이상) 러너가 가고 있는 분리면은 성형 중 닫힌 채로 유지되어 있지 않으면 안 된다. 따라서 성형이 되는 재료도 한정되어, 주로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이다. 웰타이프 노즐에서는 다수 개 잡이는 되지 않으나, 이 인슐레테드 방식에서는 큰 성형품이든 또 다수개 잡이이든 성형이 되는 특징이 있다. 또 금형구조도 간단하므로 단열 방법을 확실하게 할 수만 있으면 자동 성형운동은 쉬운 것이다. 인슐레이트드 러너의 재료의 흐름은 반드시 전단면이 균일하게 움직이고 있는 것은 아니고 러너의 외주에서부터 약 2∼4㎜ 안쪽의 재료가 유동하여 충전되는 것이다. 즉 러너의 바깥쪽은 온도가 낮은 금형에 접촉하고 있으며, 그 부분은 반용융 상태나 또는 고화하기 시작하고 있다. 이 층이 단열 작용으로써 러너 내부 용융 재료의 온도저하를 막아서 연속성형이 되는 것이다. 따라서 성형 사이클이 길 경우에는 이 층이 두거워지며, 실제로 유동하는 단면적이 좁혀져서 성형 재료의 유동저항이 증가하고, 성형불가능이 되기 쉽다. 그러나 러너 단면을 극단으로 크게하는 것은 금형과의 접촉면적이 커져서 역시 문제가 되어 온다. 보통 성형에 쓰이는 러너의 지름은 대체로 16ø∼24ø의 범위이며, 그 이하에서는 약간 사이클이 길어지면 고화하기 쉽고, 너무 커지면 캐비티의 온도 콘트롤이 어려워진다. 또 러너가 파여져 있는 금형 부분에 열 전도성이 나쁜 것을 써서 금형에 열이 빼앗기는 것을 막는 것도 효과가 있다. 게이트부는 이형시에 성형품 쪽에 게이트가 따라가도록 모떼기를 하고 게이트 치수는 앞에서 말한 핀 포인트 게이트보다 크게 하는 것이 바람직하다. (d) 호트 러너(가열 러너) 호트 러너 금형은 러너를 가열할 수 있는 러너 플레이트에 내장시켜, 러너내의 재료를 항상 용융상태로 유지하는 것으로, 가열 실린더가 금형 내부에까지 연장되어 있는 것으로 생각하면 된다. 그러나 이와 같은 금형은 온도제어를 확실하게 해야 하나, 이것이 되지 않는 데에 문제가 있다. 성형품의 한쪽에 있는 충전 노즐은 재료가 가소화된 상태에 있도록 온도를 유지하지 않으면 안 되며, 그 반면 캐비티 쪽의 한쪽에 있어서는 성형품이 굳어지기에 충분한 온도를 낮추지 않으면 안된다는 것이다. 이 양쪽의 조건을 만족시키는 것은 매우 어렵다. 최근 이들을 개량하기 위한 새로운 설계나, 충전 노즐의 재질의 개량 등에 의하여 해결이 되도록 되어 있다. [호트 러너의 문제점으로서는] 1. 러너 플레이트에 필요한 열량은 얼마 정도인가(일반적으로 러너 플레이트의 넓이의 평방인치당 60W 이상 필요로 하고 있다) 2. 러너 플레이트의 온도가 균일하게 같아지는가 아닌가 3. 러너 플레이트와 금형과의 연결점은 어떻게 하면 되는가 4. 러너 플레이트와 금형과의 열절연은 어떻게 하면 좋은가 5. 캐비티와 노즐의 단열 방법은 어떻게 하면 좋은가 6. 게이트는 굳어지지 않는가, 어떤가 7. 금형 캐비티의 온도가 고속 사이클에 있어서 조정이 되는가, 어떤가 등이 주요한 사항이다. 호트 러너에 있어서 러너 플레이트내의 러너 형상은, 전단면이 사출된 용량만큼 유동하지 않으면 안 된다. 만약 러너의 굽어지는 부분이나 귀퉁이에 유동하지 않는 재료가 있으면, 체류 시간이 길어진다든가 과열되어서 재료의 분해작용을 일으킨다. 이것이 성형품에 검은줄이나 광택의 나쁜 것이 되어서 나타나게 된다. 그 때문에 러너 플레이트의 설계에 있어서는 어느 단면에 있어서도 늘 유동하고 있도록 하지 않으면 안 된다. 따라서 극단적으로 단면적을 변화시킨 부분은 절대로 피해야 하는 것이다. 이와 같이 호트 러너 자체에 많은 문제가 있으므로 이것을 해결해서 금형을 제작하기 위해서는 다른 스리 플레이트 방식에 비하여, 가격에서도 비싸기 쉽다. 따라서 성형품의 수량, 코스트를 충분히 검토하여 보다 좋은 방법을 고르는 것이 중요하다. 8. 금형의 온도 콘트롤 8.1 온도 콘트롤의 필요성 (1) 성형성을 목적으로 하는 온도 콘트롤 성형품의 외관, 재료의 물리적 성질, 성형 사이클은 금형 온도에 다라 현저하게 영향을 받는다. 일반적으로 금형온도를 저온으로 유지하여 쇼트수를 올리는 것이 이상적이지만 성형품의 형상(금형의 구조), 성형푸의 재료의 종류에 따라서는 성형 사이클을 희생하여서라도 금형 온도를 높게 하여서 충전을 하지 않으면 안 될 경우도 잇다. (2) 변형을 방지하기 위한 온도 콘트롤 이것은 성형품의 재직적인 문제로서, 여기서 요구되는 것은 균일한 냉각 속도이다. 만약 냉각 속도가 너무 짧아서 일부가 경화하고 일부에 연화의 부분이 있을 경우에는 불균형한 수축에 의해 변형되는 것을 막을 수가 없다. 즉, 냉각으로 인한 변형은 적당한 온도 콘트롤에 의하여 개량될 수 있는 성질의 것이다. 실제의 금형 설계에 있어서는 슬라이드코어나 돌출 핀 등의 관계로서 냉각구멍을 뗄 수 없을 경우가 있다. 이런 경우에는 빨리 냉각경화하는 부분을 온수 등으로 가열해서 캐비티 각부의 냉각(수축) 속도가 균일하게 되도록 콘트롤 한다. (3) 성형 재료의 결정화도를 조절키 위한 온도 콘트롤 폴리아미드(나일론), 폴리아세탈, 폴리프로필렌 등의 결정성 재료는 결정화도를 조절하고, 기계적 성질을 개량하기 위하여 일반적으로 형의 온도를 높게 한다. 8.2 기술적인 문제 (1) 온도 콘트롤에 요하는 전열 면적 금형 전열 면적의 계산식으로서
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α: 냉각구멍의 지름(m) 라고 하면, (2) 냉각홈의 분포 성형 사이클을 단축하기 위해서는 여러 가지 요소가 있으나, 냉각 효과가 뛰어난 구조의 금형을 만드는 것이 큰 문제로 되게 된다. 냉각이 불균일하게 급격히 이루어지면 성형품에 내부응력을 발생시켜 변형이나 크라크를 일으키게 된다. 따라서 캐비티의 형상이나 살두께에 다라, 균일하고 더욱이 고능률로 냉각이 되도록 연구된 금형 구조가 있어야 하는 것이다. 또 금형에 수로를 가공할 경우에 고려할 문제로서, 수로의 수와 크기의 선정이다. (3) 냉각용 수량 금형내에 적당한 흐르는 길이 마련되면 다음은 적당한 온도와 적당한 냉각용수량에 대해서 고려되지 않으면 안 된다. 금형에서 나온 온수를 재순환시킬 경우는, 금형 입구 온도까지 되돌리기 위한 냉각수 온도 조절기 또는 열교환기의 선정을 필요로 하고, 또 열을 흡수하는데 필요한 충분한 수량을 보내주지 않으면 안 된다. 냉각수는 금형내를 통과한 사이에 열에 의하여 상승한다. 이 온도상승은 금형온도의 부분적 불균일을 발생시키는 원인으로도 되기 때문에 그다지 크지 않게 하지 않으면 안 된다. 냉각수량에는 냉각수 온도조절기 또는 펌프 등에서 오는 경제적인 한도가 있다. 8.3 러너레스 모울드의 온도 콘트롤 (1) 익스텐션 노즐 이것은 노즐 연장형이라고도 하며, 금형의 냉각을 효과적으로 이룩함과 동시에 노즐을 사이클마다 떼어서 금형으로서의 열전도를 되도록 적게 한다. 그에 의해서 노즐의 열이 게이트의 시일을 방해하지 않고, 또 노즐의 선끝이 식어서 막히는 일이 없어진다. (2) 웰타이프 노즐 이것은 물굄식 노즐 또는 이탈리언스 또는 플루우라고도 하는 러너레스 금형으로서 용융재료는 노즐 끝에 녹은 상태로서 고이고 노즐에서부터 압력이 가해지면, 핀 게이트를 지나서 캐비티로 흘러 들어간다. (3) 호트러너 다수개잡이의 경우 러너 블록 가열방식에 쓰이는 본격적 러너레스 금형으로서 러너의 보온을 하기 위하여 카아트리지 히이터로 가열하는 금형은 냉각되지 않으면 안 되므로, 러너 블록과 금형 본체의 사이는 단열판으로 절연이 된다. 노즐은 적당한 온도 콘트롤에 의해서 막히지 않도록 할 필요가 있다. 노즐과 캐비티를 단열하는 방법에는 다음과 같은 종류가 있다. 1) 반단열 노즐 게이트부에서 노즐과 스프루 부시가 접촉하지 않도록 노즐 선단 주위에 틈새가 있고, 거기에 재료가 들어가서 단열작용을 하낟. 노즐에 베릴륨 구리를 쓰면 전열 효과도 좋다. 2) 완전단열 노즐 게이트는 되도록 작게(0.4∼0.6㎜) 또 랜드에는 구배를 붙여서 잘 빠져나오게 함과 동시에 고화를 방지하기 위해서 짧게 하지만, 필연적으로 스프루 부시 게이트 부근의 살두께가 얇아지고, 금형의 그 부분이 약해진다. 3) 내부 가열 노즐 이 노즐은 노즐의 내부에 카아트리지 히이터를 넣어서 내부 가열(특히 선단부)을 할 수 있도록 한 것이다. 이들 히이터는 온도조절기가 장치되어, 온도의 조정이 자유로이 될 수 있도록 되어 있다. 노즐의 내부 가열을 하기 때문에 노즐의 선단이 스프루우 부시와 접촉하는 것이 허용되므로, 노즐의 길이를 단축할 수 있다. (4) 인슐레이티테드 러너 이것은 러너의 단면적을 비교적 크게 하고(16ø∼18ø㎜), 바깥쪽에 접촉 경화한 재료의 단일성에 의존해서 내부의 재료를 용융상태로 유지하는 것이다. 9. 강도 계산 금형 설계시에, 금형이 성형압력과 성형기의 형조으기 압력에 견딜 수 있도록 고려되지 않으면 안 되는 것은 두 말할 나위도 없는 것이나 단, 강도적으로 부서지기 쉬운 강도를 갖는 것은 불충분하여서, 금형의 변형을 필요한도 이내로 멎게 해야 하는 것이다. 금형의 강도를 갖는 것은 불충분하여서, 금형의 변형을 필요한도 이내로 멎게 해야 하는 것이다. 금형의 강도를 계산할 때 먼저 사출된 성형재료가 캐비티에 어느만큼의 압력을 주는지를 알 필요가 잇다. 캐비티내의 압력은 살두께, 성형 재료의 종류, 성형 조건에 따라 다르나, 강도 계산의 경우는 500∼700kg/cm2로 잡는 것이 보통이다. 9.1 구형 캐비티의 측벽계산 (1) 캐비티의 바닥이 일체가 아닐 경우 정확한 계산은 불가능하므로 다음의 계산 방식을 생각할 수 잇다. 1) 각 측벽을 양단(兩端) 고정의 비임으로서 계산한다. 2) 각 측벽을 양단 단순 지지의 비임으로서 계산한다. 3) 4각의 판(板)으로서 계산한다. 강도 계산에 있어서는, 성형 압력에 의한 처짐량을 다음 값 이하로 누르지 않으면 안 된다. 처짐에 의한 플래시의 우려가 없을 때 0.1∼0.2 처짐에 의한 플래시의 우려가 있을 때 0.05∼0.08(나일론 이외) 0.025 이하(나일론) 일반적으로 대형일 때는 큰 수치를, 소형일 때는 작은 수치를 취한다. 라고 하면 양단 고정의 등분포하중을 받는 비임의 계산식에서
(예1) =500
(2) 캐비티의 바닥이 일체일 경우 캐비티의 바닥이 일체일 경우는 (1)에서 설명한 것보다 훨씬 강하다. h=측벽의 두께 ㎜ δ=허용할 수 있는 변형량 ㎜ 라고 하면
(예2) =500
9.2 원형 캐비티의 측벽 계산 원형 캐비티에 있어서 바닥이 바져 있는 경우는 살이 두꺼운 원통형의 식에 따라, δ=안반지름의 변형량 ㎜ 라고 하면
(예3) r=75㎜, R=125㎜, =630
9.3 가동형(可動型)의 휨 가동형은 성형압력에 의하여 휘게 된다. 이것이 커지면 살두께가 변화하든지, 플래시를 발생시키게 되므로 최대의 휨을 0.1∼0.2㎜라고 할 필요가 있다. P=성형압력
간단하게 하기 위하여 이라 가정하면,
(예4) L=500㎜, t=500㎜, p=700kg/cm2, B=700㎜, δ=0.1㎜의 경우 ⑤식에서 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(A : 아래쪽의 리브, B : 세로쪽의 리브)
성형 재료의 용융온도 
성형품을 집어낼 때의 온도 
성형 재료의 비열
매시간의 쇼트 수 
···········① 
···········②
···········③ 
···········④ 
···········⑤
