금형설계-1차

1.금형설계 순서의 개요

1.1 금형 설계를 시작하기 전에 검토하여 둘 사항
1. 제품의 떼기수, 캐비티의 배열 결정.
2. 금형의 분할면과 게이트의 위치.
3. 언더컷 부분의 처리와 제품을 밀어내는 방법의 결정.
4. 온도 컨트롤의 방법을 조정.
5. 금형에 사용되는 재료와 표면처리 방법을 결정.
6. 금형 부품의 가공 방법에 대해 검토 (통 CORE or 쪽 CORE)

1.2 금형설계 시방서


2캐비티 및 코어 부분

2.1 사출성형 금형은 어떠한 부분으로 되어 있는가.


2.2 사출성형 금형의 종류
1. two 플레이트 형 -- 2장의 형판으로 구성 러너와 게이트 부분이 금형의 분할면에 위치.
가장 일반적인 금형구조.
2. three 플레이트 금형 -캐비티와 코어를 수용하는 2장의 형판 위에 러너 제거용의 형판이
부가 되어 주요 부분이 3장으로 되어 있는 것. ex) pin point 사용 금형.
3. 러너레스 금형 ----- three 플레이트 형의 연장으로 러너나 2차 스프루 부분을 가열하여
용융재료를 언제나 유동 상태로 유지해 각 쇼트마다 제품만을 추출
하는 구조의 금형.

2.3 캐비티 및 코어 부분의 기본적인 구조
1. 직조방식 - 캐비티나 코어가 되는 부분을 형판에 직접 가공하는 방식. 강도면에서 유리.
2. insert 방식 - 캐비티나 코어 부분을 형판에 끼워 넣는 방식. 정밀도 좋고 일반적으로 많이

쓰임.

2.4 고정축 형판과 가동축 형판의 중심 맞추기
1. 가이드핀과 가이드 핀 부시에 의한 방법.
a. 가이드핀과 부시와의 공차는 0.04-0.06mm 정도이다.
b. 가이드 핀과 부시 만으로 바른 중심 맞추기가 어려우며 그에따른 문제 발생요인은 아래 와 같다.
① 가이드 핀과 부시의 습동으로 인한 클리어런스 증대.
② 성형 압력에 의한 형판의 변형.
③ 형 내압의 언밸런스에 의한 금형 부품의 변경 또는 어긋남.
④ 성형기의 불비, 형체력에 의한 다이 플레이트의 변형, 금형 중량에 의한 타이바의 처짐.
2. 인로구조(inrow) 에 의한 방법.


3.몰드베이스 및 표준 부품

3.1 금형 부품의 표준화 ; KS 로 표준부품에 대한 규격화가 되어 있음.

3.2 몰드베이스 ; 캐비티와 코어 부분을 수용하는 형판을 위시하여 플레이트류가 주체가 되어 구성하고 있다.

3.3 캐비티 리테이너 세트-- 형판류를 총칭함.

3.4 각종 핀 및 부시 ----- a형과 b형 2종류가 있고 기타 공업규격에 정해져 있음.
1. 가이드 핀 및 가이드 핀 부시
2. 다웰핀 및 다웰핀 부시 ; 형판끼리의 엇갈림을 방지하며 캐비티나 코어 까지의 위치를

유지하기 위하여 사용.
3. 이젝터핀 및 이젝터 슬리브
4. 리턴핀 --- 이젝터 플레이트를 밀어내려 이젝터 핀을 복귀시키는데 사용.
5. 서포트 핀 -- 핀 포인트 게이트 금형의 구조에 있어서 고정측 형판이나 러너 스트리퍼

플레이트의 중량을 지지하고 고정측 형판의 움직임을 규제하는데 사용.
6. 이젝터 플레이, 가이드 핀
7. 스톱 핀 -- 이물, 변형에 영향 받지 않고 이젝터 프레이트를 정확한 위치에 오도록 위치를

결정하기 위한 핀.

3.5 서포트 필러 -- 가동측 고정판의 휘어짐을 방지하기 위해 사용. 이젝터 플레이트를 관통하는 구멍에 삽입하여 사용.

3.6 로켓링및 스프루 부시

3.7 냉각수용 니플 -- 냉각수용 구금 (mouth piece)


4.런너와 게이트를 정하는 법

4.1 런너 시스템

4.2 런너 시스템의 설계와 플라스틱 재료의 성형 특성

4.2.1 플라스틱 재료의 유동성
-- 폴리스틸렌이나 폴리아미드(나일론)는 가열 온도에 민감하여 온도를 올리면 유동성이
좋아지지만 폴리아세탈, 폴리에틸렌 등은 가열온도를 올려도 유동성은 그다지 좋아지지
않는다. 또한 경질 염화비닐은 온도, 압력을 올려도 유동성이 거의 변화지 않아 성형하

기가 대단히 어렵다.
(1) 멜트인덱스(MI 값) 에 의한 방법 -- 10분간당의 유출량(g/10분) 으로 표시, MI 값이 클수록 유동성이 좋은 재료.
(2) 스파이럴 플로에 의한 방법.
(3) 유동비 ( L/t) 에 의한 방법.


4.2.2 용융재료의 유동 배향 (오리엔테이션)
* 유동배향-- 강화 플라스틱이 용융상태로 런너와 게이트와 같은 긴 옷을 통과하면 충전
되어 있는 섬유가 흐름 방향으로 배열하는 성질. 분자 배향의 정도는 플라스틱의 종류에 따라

크게 상이 하지만 결정성 플라스틱은 분자배향이 현저하다. 폴리프로필렌 성형품이 쉬운

것도 이 분자배향 때문이다.

4.2.3 성형품의 잔류응력
* 잔류응력의 발생 원인

1. 용융재료의 유동 배향에 의해 성형품 내부의 성형수축 상태 에 이방성이 생긴다.
2. 성형품의 각부에 균등한 성형압력이 가해지기 어렵고, 특히 gate 가까이 에서는
과잉압력이 가해지기 쉽다.

3. 성형품 두께의 불균등이나 냉각방법의 불비 등에 의해 각부 의 냉각이 균일하게 되지
않아 얇은 곳은 빨리 냉각되고 두 꺼운 곳은 냉각이 늦기 때문에 빨리 냉각된 부분에 잡아

당 겨져 잔류응력 발생의 원인이 된다.
4. 금형의 밀어내는 방법이 균등하지 않으면 이형시 성형품에 무리한 힘이 가해진다.

4.2.4 플라스틱의 열안전성
폴리아세탈이나 폴리카보네이트 는 성형 온도가 너무 높으면 급속하게 열분해를 일 으켜 탄

부분이나 흑조가 생겨 투명성이 저하됨. 난연성 grade의 성형 재료는 특히 이 경향이 강

하다. gate 가 좁으면 재료가 흐를 때 마찰열로 온도가 상승하게 되는데 주의요.

4.3 용융재료의 충전상태 밸런스
(1) 런너 및 게이트의 밸런스 ; 밸런스가 안맞을 경우 특정 cavity 의 충전부족 현상을 일으킴.
* 개선방법 --- a. 스프루에서 각 cavity 로의 유동 거리를 동등하게 준다.
b. 스프루로 부터 거리에 따라 게이트의 치수 (폭,깊이) 를 바꾼다.
(2) 투영면적의 밸런스

4.4 스프루


4.5 런너 -- 런너의 단면적이 클수록 유동성이 좋아지지만 너무 굵으면 냉각시간이 길어져
성형 사이클이 떨어질 뿐만 아니라 재료 손실도 증가 한다.

4.6 스러그 웰

4.7 게이트

4.7.1 게이트의 역할
4.7.2 게이트의 종류(형상)
(1) 다이렉트 게이트(스프루 게이트) -- 런너가 없고, 사출압력 손실이 적고 재료의 흐름이 좋음.
따라서 흐름이 나쁜 재료도 성형이 용이. 단, 게이트 응력집중에 따른 스트레스 크랙킹이
발생하는 경우도 있음.
(2) 표준 게이트 (사이드 게이트) -- 게이트가 제품의 측면에 있는 것.
(3) 오버랩 게이트 -- 표준 게이트의 일종이며 게이트가 제품의 단면에 중첩되게 설치되어
있고 점프게이트라고도 한다. 오버랩 게이트는 단면적을 크게 한 것과 동일한 효과가 있어
용융재료가 캐비티에 유입할 때 저항이 적어 질 뿐 아니라 제팅의 발생을 방지하는 효과가 있다.
(4) 터브 게이트 -- 제품 단면에 작은 부분(터브) 를 설치하여 게이트로 한것. 충격형 게이트에
속하며 경질 염화 비닐, P.C, 메타크릴수지(아크릴) 등 흐름 이 나쁜 재료에
사용되며 제팅에 의한 flow mark 방지에 도움이 된 다. 게이트 부분의 과

충전으로 파급하는 것을 방지 할 수 있으므로 변 형이나 크랙의 발생을

방지하고 불량을 적게 한다.
(5) 팬 게이트 -- 유동 배향에 의한 제품의 유동 방지에 유용.
(6) 필름 게이트 -- 필름 게이트는 폴리 아세탈 이나 폴리 프로필렌 등과 같이 배향성이 강한 결

정성 플라스틱의 유동배향에 의한 휨이나 변형을 일으키기 쉬운 재료로 평판

형상의 제품을 성형 하는데 사용.
(7) 디스크 게이트 (다이어 플램) 게이트 -- 다이렉트 게이트와 유사하나 게이트 주위에 잔류응

력이 집중하지 않는 게이트 방식.
(8) 스포크 게이트 (스파이더 게이트) -- 원통형 제품의 내측에 몇 개소의 게이트를 설치하는 것

으로서 표준 게이트의 응용 게이트 임.
(9) 링 게이트 -- 가늘고 긴 원통형의 제품의 단면 외주에 링 형상의 서브 런너를 설치 하 고

서브 런너에서 링 형상의 필름으로 제품과 연결한 게이트.
(10) 서브머린 게이트 (터널 게이트) -- 일반적인 게이트는 금형이 분할면에 설치한 것이나

서브머린 게이트는 분할면에서 형판을 경사지게 들어가 제품 측면에 연락하도록 한 것이다.

서브머린 게이트는 용융재료의 유동배향이 나타나기 쉬운 것이 결점이지만 제품의 형상에

따라서는 2-3점 게이트로 하면 이를 완화시킬 수 있다.
(11) 핀 포인트 게이트 (핀 게이트) -- 바늘의 앞부분과도 같은 작은 점(구멍)으로 캐비티와

연결 되어 있다. 전자동 성형에 적합하다. 다수 떼기형 금형일 경우 각 캐비티 간의 충전상태

밸런스도 잡기 쉽다. 게이트 포인트가 작기 때문에 게이트 주변 부분에서의 잔류응력이 적다.

4.7.3 게이트 레이아웃 (게이트 설계)
(1) 게이트 설치법의 일반적인 룰
1. 게이트 위치는 가능한 한 두께가 두꺼운 곳에 설치하는 것이 보통이다. 이것은 얇은
곳에서는 재료의 고화가 빨라서 얇은 곳에 게이트를 달면 그곳부터 앞 부분에 용융 재료가
흐르기 어렵게 되기 때문.
2. 구멍 부위 주변에 게이트 설치는 피하는 것이 좋다.
3. 웰드라인이나 가스고임 상태를 고려해서 결정하는 것이 좋다.
4. 게이트 부분은 일반적으로 잔류응력이 발생하기 쉬우므로 외력이 작용하기 쉽거나
강도가 문제되는 곳은 피한다.
5. 폴리프로필렌의 힌지 특성을 이용하는 제품에 있어서는 게이트를 힌지 부분에서 훨씬
먼 부분에 설치하여 힌지 부분에서의 수지의 유동배향을 이용이 부분의 강도가 증가하도록 연구한다.
(2) 게이트 설치법과 제품의 변형
1. 용융재료의 유동배향에 의한 것.
2. 잔류응력에 의한 것.
3. 재료 품질의 불균일에 의한것. (제품 두께의 불균일, 금형의 냉각장비 불비)

4.8 러너레스 금형

4.8.1 러너레스 금형의 개요 -- 스프루나 런너를 항상 고온으로 유지, 이 부분의 재료를 응고 시키

지 않도록 양호한 용융상태로 유지해 두고 스프루나 런너를 금형에 남긴 채로 제품만을

밀어내게 한 것을 러너레스 금형이라 한다. 잇점은 재료의 로스를 절감하고 고속도 전자동

성형이 가능하다

4.8.2 러너레스 금형의 기본적인 형식
1. 익스테션 노즐방식 - 사출성형기의 노즐을 연장하여 금형 캐비티에 접합하도록 한것. 스프

루레스 방식.
2. 웰 타입, 노즐 방식 - 스프루 부시에 상당하는 부분에 용융재료 체류장을 설치 재료를 항상
용융상태로 유지하는 것. 현재는 사용치 않음.
3. 핫 러너 방식 ;2차 노즐을 히터로 가열 런너나 노즐내의 용융재료를 사출성형기의 가열실린더
내의 재료를 거의 동일한 상태로 유지하는 방식.
4. 인술레이티드 런너 방식