사출성형기의 구조
형체부
형체부는 금형이 용융수지의 내부 압력으로 인해 열리지 않도록 제어하는 역할을 합니다. 이 부분은 금형을 열고 닫거나 고정하는 작업을 수행하며, 주요 구성 요소로는 형체 실린더, 가동형판, 고정형판 등이 있습니다. 형체 실린더는 금형의 개폐 동작을 담당하며, 가동형판은 이동하여 금형을 열고 닫고, 고정형판은 금형을 안정적으로 고정합니다.
사출부
사출부는 고체 상태의 수지를 용융시키고, 이를 금형 내부로 주입하는 역할을 합니다. 사출부의 구성 요소로는 수지 원료를 투입하는 호퍼, 실린더를 가열해 수지를 용융시키는 히터, 용융된 수지를 이송하고 압력을 생성하는 스크류 등이 포함됩니다. 이 부분은 수지를 가열 및 주입하여 최종 제품을 성형하는 핵심 역할을 합니다.
제어부
제어부는 사출성형기의 온도, 동력, 유압 등을 제어하여 안정적인 작동을 지원합니다. 주요 구성 요소로는 동력 및 전기제어부와 유압구동부가 있습니다. 동력 및 전기제어부는 온도와 전력 공급을 조정하며, 유압구동부는 실린더를 움직여 형체와 사출 동작을 수행합니다. 이 부분은 기계의 전반적인 작동을 통제하며, 성형 과정의 효율성과 정밀도를 보장합니다.
사출성형기의 작동원리
1. 가소화 및 계량
고체 상태의 수지가 호퍼를 통해 실린더로 투입됩니다. 이 과정에서 히터가 실린더를 가열해 수지를 용융시키고, 스크류가 회전하며 일정량의 용융수지를 계량합니다.
2. 충진 (1차 가압)
계량된 용융수지가 스크류에 의해 금형 내부로 주입됩니다. 이 단계에서는 고속으로 금형의 빈 공간을 채우는 충진 작업이 이루어집니다.
3. 보압 (2차 보압)
충진이 완료된 후, 수지가 수축하면서 발생하는 빈 공간을 채우기 위해 추가적인 압력을 가합니다. 이 보압 단계는 성형품의 밀도와 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
4. 냉각
금형 내부에서 용융수지가 냉각되며 고체 상태로 굳어집니다. 냉각 시간은 성형품의 두께와 재료 특성에 따라 결정됩니다.
5. 성형품 이형
금형이 열리면서 성형품이 금형에서 분리됩니다. 이형핀이나 이형 장치가 성형품을 안전하게 꺼냅니다.
6. 재료 재공급 (계량)
새로운 성형 사이클을 준비하기 위해 다음 성형에 필요한 수지가 계량됩니다. 이 단계에서 스크류는 다시 회전하여 용융수지를 준비합니다.
가소화 단계란?
플라스틱 원료는 펠릿이나 분말 형태로 호퍼를 통해 스크류의 후부 날개 부분으로 이동합니다. 이 원료는 스크류가 회전하면서 점차 실린더의 선단 부분으로 밀려가고, 이 과정에서 스크류의 후퇴가 이루어집니다. 단단했던 원료는 실린더를 둘러싼 밴드히터가 전달하는 열과 스크류의 회전으로 발생하는 전단력에 의해 마찰열이 생성됩니다. 이러한 열 작용으로 원료는 글라스전이 온도를 초과하면서 점차 연화되고, 결국 용융 상태로 변화하게 됩니다.
충진 단계란?
충진이란, 용융된 수지가 금형의 캐비티 내부로 주입되는 단계를 의미합니다.
사출 공정은 크게 충진 단계와 보압 단계로 나뉩니다. 이 중 충진 단계에서는 스크류 후단에 연결된 유압 실린더의 힘에 의해 스크류가 회전하며 전진합니다. 스크류의 전진으로 실린더 선단에 있는 용융된 원료가 금형의 캐비티 내부로 이동해 채워지게 됩니다. 따라서, 충진은 용융된 수지가 캐비티를 가득 채우는 과정으로, 사출 공정에서 매우 중요한 초기 단계입니다.
보압 단계란?
보압은 주입된 수지가 고화되는 동안 발생하는 수축으로 줄어든 부피를 보충하기 위한 단계입니다.
금형이 충진된 후에는 금형 내부 압력이 급격히 상승하며, 성형품은 표면부터 냉각되기 시작합니다. 이때 수축 현상이 발생하며, 줄어든 체적을 채우기 위해 스크류가 회전하며 전진합니다. 보압 단계에서는 사출 압력이 유지되며, 게이트가 굳어질 때까지 용융된 원료가 계속해서 캐비티 내부로 흘러 들어갑니다. 이 과정을 패킹이라고 부르며, 이때 캐비티 내부로 원료를 밀어 넣기 위해 작용하는 힘을 보압이라고 합니다. 보압은 성형품의 밀도를 높이고, 치수를 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
냉각 단계란?
냉각은 성형이 완료된 후, 고온의 수지를 냉각시키기 위해 냉각매체를 공급하는 과정입니다.
보압이 끝난 후, 게이트가 응고되면 스크류는 후진을 시작하고, 더 이상의 열 공급은 이루어지지 않습니다. 이때 수지의 열은 금형을 통해 냉각 채널 내의 냉각수로 전달되어 수지가 서서히 냉각됩니다.냉각 단계에서는 생산성 향상을 위한 효율적인 냉각 효과와, 제품의 균일한 온도 분포를 유지하는 것이 중요합니다. 이를 통해 성형품의 품질을 안정적으로 관리하고, 생산 속도를 높일 수 있습니다.
이형과 재공급, 계량 단계란?
이형은 제품이 냉각되어 굽힘이나 변형이 발생하지 않을 정도로 단단해지면, 캐비티에서 바로 꺼내는 과정입니다. 실제 성형 시, 제품의 온도가 완전히 균일해질 때까지 기다리지 않고, 일정한 상태에서 즉시 취출합니다.
재공급/계량은 금형이 열려 있는 동안 스크류가 회전하며 후진하는 과정에서, 성형 재료가 호퍼로부터 가열 실린더로 공급되는 과정을 의미합니다. 이때 공급되는 재료의 양을 계량이라고 합니다. 이형 후 금형이 닫히고 금형 조임이 시작되면, 앞서 언급한 공정이 계속해서 반복되며 사출 공정의 흐름이 이어집니다.
