사출 성형기의 구조와 기능-2차

1. 사출 성형기의 구조와 기능

스크류 성능
- 스크류의 압축비: Feed depth(공급부의 공간)의 값을 Compression depth(계량부 말단)로 나 눈 값을 의미하며, 대체로 

  2.0∼3.0의 값을 갖음
- 스크류의 L/D: 스크류 길이(Flight length)를 지름(Outside diameter)로 나눈 값을 의미함 18:1 ∼ 20:1 → 균일한 용융

   22:1 이상 → 과도한 체류시간으로 수지의 열화 우려 (16:1 ∼24:1 → 최대 한계 범위) 
- 계량영역의 길이는 1D∼3D(특별한 경우 3D∼4D)

 

스크류 재질
- 스크류는 회전할 때의 비틀림 응력(twist stress)과 사출할 때의 압축응력을 충분히 견딜 수 있는 피로 강도를 유지해야 

  하며, 동시에 내마모성과 내식성이 우수해야 함
- 크롬•몰리브덴(Cr-Mo)강, 고탄소강에 경질 크롬(Cr) 도금이나 무전해 니켈(Ni) 도금한 것, 질화강 등이 널리 쓰임

 

유압구동
- 형체기구, 사출기구의 동작은 유압실린더를 통해 이루어지며 그 유압실린더에 Energy를 공급하는 기구.
- 전동기, 펌프등의 동력원, 압력제어,유량제어, 방향제어 밸브, 유압 배관등으로 구성

 

유압구동 내용
- 유압은 작은 기구로 커다란 힘을 발휘할 수 있는 장점이 있음
- 펌프란 회전 에너지를 유압 에너지로 전환하는 기구
- 유압 모터는 유압 에너지를 회전 에너지로 전환하는 기구
- 솔레노이드 밸브는 유압유의 방향을 제어하는 기구
- Check Valve는 유압유의 흐름을 한 방향으로만 제어
- 유압유의 압력을 제어
- 유압유의 유량을 제어(속도를 제어)
- 적층하여 설치할 수 있는 밸브로 압력, 유량, 방향제어 밸브가 있음
- Logic 밸브 자체 만으로는 On, Off기능만이 가능하므로 다른 밸브와 조합하여 사용

 

2. 사출성형기의 역사
1) 1830년대 후반 다이케스팅 기계가 개발되어 사용되면서 사출성형기의 원리가 시작됨.
2) 1872년 셀룰로이드 성형을 위해 사출성형기가 발명됨.
- 사출방식: Plunger Type
- 수지(셀룰로이드)의 용융: 증기 이용
- 용융된 셀룰로이드를 절환 노즐를 통해 수냉금형에 압입
3) 1919년 독일에서 “Cellulose Acetate”라는 사출성형 재료가 발명됨.
4) 1921년 나사프레스식으로 사출량 12g의 사출성형기 개발.
5) 1922~1923년 독일에서 수동으로 수압 또는 공기압을 이용한 사출량 40g 수직 사출성형기 개발.
6) 1926년 공기압을 이용한 사출량 50g의 횡형 사출성형기 개발.
7) 1927년 최초 횡형 자동 사출성형기 개발로 현재의 사출성형기 모습을 갖추기 시작함

 

3. 사출성형기의 구성
1) 형체기구
- 금형을 닫고 강력한 힘으로 금형을 폐쇄하고, 사출한 Plastic을 냉각 고화한 후 금형을 열어 제품을 취출하는 기구
- 형개폐장치, 승압장치(Clamping Cylinder, toggle Link), 형판, Tie Bar, 압출장치등으로 구성
2) 사출기구
- 성형재료를 가소화 용융시켜 계량한 후 금형내로 용융 수지를 사출하는 기구
- 사출 실린더, Screw구동장치, 가열실린더, Screw, Heater 등으로 구성됨
3) 유압구동부
- 형체기구, 사출기구의 동작은 유압실린더를 통해 이루어지며 그 유압실린더에 Energy를 공급 하는 기구.
- 전동기, 펌프등의 동력원, 압력제어,유량제어, 방향제어 밸브, 유압 배관등으로구성
4) 전기제어부
- 유압구동 및 온도제어가 설정된 Sequence에 따라 행하여질 수 있도록 제어하는 기구
- 가열실린더 및 노즐 온도제어부(Heater 회로)
- 동작제어부(제어회로)
- 동력제어부(모터회로)
5) FRAME
- 형체, 사출, 유압구동기구를 취부하는 토대로써 각각의 기구에서 발생하는 압력과 진동을 지지하고 기계의

  정도를 유지함  
- 유압 Tank를 구성하는 기구
→ 일반적으로 사출성형기는 형체기구, 사출기구, 유압구동부, 전기제어부, FRAME으로 구성

 

4. 사출성형기의구조와기능
1) 형체장치
플라스틱제품을만들기위한금형(틀)을장착하고,가압하는힘을발생하는장치
2) 형체장치종류
- 직압식 : 유압실린더 내의 Ram에 이동형판을 직접 연결하여 유체의 압력으로 직접 금형을 체결하는 형체방법
- Toggle식 : 유압실린더에서 발생하는 힘을 Link 기구를 활용하여 힘을 증대하는 형체방법
- 복합식 : 기계적 결합 방식(Half Nut)과 유압을 복합적으로 활용한 방식으로 Two-Platen 기계에 주로 이용됨.기계의

             설치 Spacer를 줄일 수 있는 장점이 있음
3) 직압식 형체기구의 동작원리
부스터 실린더에 유압을 공급하여 이동형판을 고속으로 전진시킨 후 프리필 밸브를 닫고 형체Ram에 고압을 가하여

형체력을 발생
4) 토글식 형체기구의 동작원리
- 토글식(Toggle Clamp)
유압실린더등의 동력원으로 발생한 힘을 토글기구에 의해 확대하여 큰형체력을 얻는장치, 형체결초기에는 가동측이

빠르게 움직이지만 힘의 확대율은 작고 형체결에 접근하게되면 급격히 속도는 감소하나 힘의 확대율이 증가되어

큰형체력을 얻음

- 토글식장단점
1) 빠른형개폐로 싸이클타임 축소
2) 유압실린더가 소형이라 에너지절감
3) 금형이 부분적으로 눌려지는 문제는 더블토글로 많이 개선됨
4) 기계적인 힘에 의해 형체력을 발생시키므로 형체력을 정확히 알지 못함
5) 계속 작업시 금형으로부터 전달된 열에의해 초기사출시설 정거리보다 토글암이 팽창하여 형체력이 과다 작용하므로, 

   수시로 늘어난만큼 거리조정너트로 재설정해야함

- 토글직압식
토글식의 빠른형개폐 및 에너지절감 성능과 유압식의 장점인 형체력의 정확한 조절을 위해 설계됨
1) 금형개폐 시작은 용량•고정밀•고속유압 펌프 사용.
2) 형체 발생시 큰 용량 유압 펌프 사용
3) 가격이 비쌈

 

5. 복합형체 기구의 동작원리
1) 복합형체(Direct Lock) 방식특징
- 기계 중량의 감소 : 직압식 대비 약 33% 감소
- 작동유량 저감 : 직압식 대비 55% 저감
- Spacer가 필요 없으므로 금형 교환이 용이하고 교환시간이 단축됨.
- 형판 간격이 넓어 대형 금형의 취급에 유리
2) 동작원리
- 고속 형판 전진
ㄱ. Boost cylinder의 P1P1에 유압 공급 - 이동 형판 전진 ㄴ.이동 형판 AA부가 BB부에 접촉되기 직전 저속으로 절환
- 저속 저압 형판 전진
ㄱ. AA부와 BB부가 접촉되면 Tie Bar도 전진 ㄴ. 전진중에 Half Nut CC가 체결. 이때는 금형 보호를 위해 저속

    저압으로 전진
- 고압형체
ㄱ. 금형이 닫히면 Clamp Cylinder P2P2에 고압유를 공급하여 필요한 형체력 발생
- 고속형개
ㄱ. P4P4 에 작동유 량을 증가시켜 고속 후퇴
- 저속형개
ㄱ. 고압 형개 후 유압이 P4P4 작용하여 이동형판만 저속 후퇴
- 고압형개
ㄱ. 유압이 P3P3 부에 작용하여 고압 형개

 

6. 직압식/토글식 일반적 비교
1) 구조 : 금형 변형 및 보호
- 직압식
ㄱ. 형체력 발생이 단순하고 정확하다
ㄴ. 금형 보호 구간의 설정이 용이하여 금형 보호성이 우수(금형 수명이 길다)
ㄷ. 임의의 구간에서 고속, 저속 설정이 가능
ㄹ. 온도 변화에 의한 금형의 신축에 따른 형체력이 기계, 금형 수명에 영향을 미치지 않는다
ㅁ. 형체력이 넓은 형체램에 의해 균등 분포되므로 금형의 변형이 적어 수명이 길다
- 토글식
ㄱ. 형체력 발생이 복합적이며 부정확하다
ㄴ. 형체력 조정이 어렵고 OVER CLAMPING 우려가 있다
ㄷ. 형체결 행정이 고정되어 있으므로 금형 신축에 따라 형체력이 변화하여 기계, 금형에 직접 영향
ㄹ. 집중 하중에 의해 금형의 변형이 직압식에 비해 크다.
ㅁ. 형개방 시 금형의 불균형 발생
2) 금형 취부 정도 및 안정성
- 금형 취부 평행도 : 작압식-정확, 토글식-비교적 부정확함 (형두께 조정 창치의 정도에 의해 변화)
- 성형중 형체력의 변화 : 직압식-정확, 토글식-금형, 토글핀 등의 온도변화에 의해 변함
- 형체장치의 정도 유지 : 직압식-양호함(구조가 간단하여 마모가 작다), 토글식-어렵다(구조가 복잡하여 마모부가 많다)
3) 금형 교환 작업성
- 금형두께 조정 : 직압식-용이(화면 설정에 의해 간단히 조작), 토글식-어렵다(금형두께 조정장치에 의함)
- 형체력의 설정 : 직압식-용이(압력설정으로 간단히 조작), 토글식-어렵다(특별한 장치에 의하지 않고는 확인 불가)
- 작업자의 숙련도 : 직압식-낮아도 좋다, 토글식-숙련도를 요한다
- 금형 교환 시간 : 직압식-짧다, 토그릭-길다
- 금형 교환의 자동화 : 직압식-비교적 용이, 토글식-어렵다
4) 보수
- 급유개소 및 급유빈도 : 직압식-적다, 토글식-많다(강제급유를 요함.)
- 보수 점검 개소 : 직압식-적다, 토글식-많다
- 보수에 요하는 시간 : 직압식-짫다, 토글식-길다
- 기계의 수명 : 직압식-길다, 토글식-비교적 짫다