적층형 사출 금형은 효율이 높고 빠르며 에너지를 절약하는 새로운 유형의 사출 금형입니다-. 우리나라에서도 점차 홍보 및 사용되고 있습니다. 기존 금형과 달리 적층된 사출 금형의 캐비티는 두 개 이상의 레이어에 분산되어 중첩 방식으로 배열되어 본질적으로 여러 금형 세트를 결합합니다.
일반적으로 사출성형기를 기존 금형과 함께 사용할 경우 사출량과 형개행행정이 정격용량의 20~40% 수준으로만 사용되어 기계의 성능을 충분히 활용하지 못하는 문제점이 있다. 기존 금형에 비해 적층형 사출 금형은 형체력을 5~10%만 높이지만 생산량을 90~95% 늘릴 수 있어 장비 활용도와 생산성이 크게 향상되는 동시에 비용도 절감됩니다.
적층형 사출 금형은 크고 평평한 부품, 얕은-캐비티 쉘 부품, 소형 다중 캐비티-얇은 벽-부품 및 대량 생산이 필요한 부품을 성형하는 데 가장 적합합니다.
I. 적층형 사출 금형의 설계 고려 사항
새로운 유형의 금형 기술인 적층형 사출 금형은 특히 핫 러너 기술의 통합을 통해 지속적인 개발을 거쳐 오늘날 플라스틱 금형 개발에 있어서 최첨단 기술이 되었습니다.- 기존의 금형 설계 이론은 더 이상 적층형 사출 금형 설계에 적용할 수 없습니다. 따라서 적층형 사출 금형의 설계를 안내하기 위해 완전히 새로운 금형 설계 이론을 개발하는 것이 시급합니다. 다음은 적층형 사출금형의 주요 설계 포인트에 대해 설명합니다.
1. 사출성형기의 최대사출량
적층형 사출 금형에는 콜드 러너나 핫 러너를 사용할 수 있습니다. 콜드 러너를 사용할 때는 게이팅 시스템의 응고에 사용되는 플라스틱의 양을 고려해야 합니다. 비반환 응고 생산을 달성하는 핫 러너를 사용하는 경우 핫 러너 플레이트와 중앙 메인 노즐의 재료는 금형에 필요한 사출량에 영향을 미치지 않으므로 무시할 수 있습니다. 따라서 사출성형기의 최대 사출량은 사례별로-}별로-결정되어야 합니다.
2. 사출성형기의 사출압력
사출 압력 검증에서는 주로 사출 압력이 성형 요구 사항을 충족할 수 있는지 여부를 확인합니다. 투영 면적이 크고 흐름 경로가 긴 얇은 벽의 플라스틱 부품을 주로 성형하는 적층형 사출 금형의 경우 충전 공정 중에 더 높은 사출 압력과 사출 속도가 필요합니다. 핫 러너 금형은 핫 러너 기술로 인해 콜드 러너 금형에 비해 사출 압력을 더 잘 전달할 수 있으므로 더 낮은 사출 압력이 필요합니다. 그러나 증가된 유동 경로와 돌출 면적으로 인해 단일-레이어 콜드 러너 금형보다 더 높은 사출 압력이 필요합니다. 사출압력을 검증할 때에는 다양한 플라스틱의 사출성형 공정과 컴퓨터 시뮬레이션 흐름분석을 바탕으로 플라스틱 부품의 사출압력을 결정한 후, 사출성형기의 정격사출압력과 비교해야 합니다.
3. 사출성형기의 최대 체결력
적층된 사출 금형의 캐비티는 "뒤-대-뒤로" 배열되어 이론적으로 조임력을 증가시키지 않고도 동일한 사출 성형기에서 원하는 수의 스택을 얻을 수 있습니다. 그러나 적층형 사출 금형의 중앙 메인 노즐과 매니폴드는 유동 채널을 증가시키기 때문에 플라스틱 부품과 파팅 표면의 게이팅 시스템의 투영 면적이 더 큽니다. 더욱이, 적층으로 인해 확장된 러너는 기존의 단일-층 금형보다 더 큰 압력 손실을 가져오며, 이에 따라 사출 압력과 캐비티 압력도 증가합니다. 따라서 클램핑력이 증가합니다. 체결력을 검증할 때 동일한 단층 금형에 비해 체결력을 10%-15% 높이는 것이 비교적 안전합니다.
4. 사출 성형기 개방 스트로크
적층된 사출 성형 부품은 두 가지 레벨에서 플라스틱 부품을 배출합니다. 오프닝 스트로크를 확인할 때 유압-기계식 클램핑 메커니즘을 사용하는 사출 성형 기계의 경우 금형 두께를 고려할 필요가 없습니다. 그러나 적층형 사출금형에 측면-파팅 코어-당김 메커니즘이 있는 경우 코어-당김 거리의 영향을 고려해야 합니다.
동일한 변속비를 갖는 기어 및 랙 또는 크랭크-커넥팅 로드 금형 개방 장치와 같은 동기식 금형 개방 메커니즘을 사용하면 적층된 사출 금형의 각 레이어의 스트로크가 제품 높이에 의해 제한되지 않습니다. 금형 개방 스트로크는 다-층 금형의 레이어 최대 개방 스트로크의 N배입니다(N은 적층 사출 금형의 레이어 수).
5. 메인 노즐 길이
중앙 메인 노즐은 너무 길거나 너무 짧아서는 안됩니다. 이렇게 하면 금형이 닫힐 때 중앙 메인 노즐이 사출 성형기 노즐이 기계 베이스에서 후퇴하거나 전진할 수 있는 최대 거리를 초과하지 않습니다. 센터 메인 노즐은 절단 시 금형의 중간 부분과 함께 이동하므로 형 개방 후 센터 메인 노즐이 고정 금형 섹션에 남아 있는지 확인하여 센터 메인 노즐의 헤드에서 흘러나온 물이 고정 금형 캐비티 벽에 떨어지는 것을 방지해야 합니다.
6. 게이팅 시스템
적층형 사출 금형은 기존 러너 게이팅 시스템(예: 콜드 러너 게이팅 시스템) 또는 핫 러너 게이팅 시스템을 사용할 수 있습니다. 핫 러너 게이팅 시스템은 사출 압력을 효과적으로 전달하여 플라스틱 부품의 성형 품질을 향상시키고 자동화된 생산을 촉진할 수 있습니다. 그러나 사용되는 플라스틱 유형에 대한 특정 요구 사항이 있으며 핫 러너 시스템은 비용이 많이 듭니다. 콜드 러너 시스템을 사용하면 플라스틱 부품의 성형 품질이 약간 떨어지지만 금형 가공이 쉬워져 비용이 절감됩니다. 따라서 게이팅 시스템의 선택은 특정 상황에 따라 달라집니다.
7. 금형 온도 조절 시스템
금형 온도는 플라스틱 부품의 성형 품질에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나입니다. 적층형 사출 금형 설계에서는 각 캐비티에서 일관된 온도 제어를 보장하는 것이 필수적입니다. 적층형 핫러너 사출금형의 경우 열전도로 인한 열손실을 줄이기 위해 금형과 핫러너 플레이트 사이의 접촉면적을 최소화하고 적절한 단열 패드를 설치해야 합니다.
8. 금형 개방 메커니즘
플라스틱 부품의 균일한 수축을 보장하려면 각 캐비티에 있는 플라스틱 부품의 체류 시간(냉각 시간)이 동일해야 합니다. 따라서 적층형 사출 금형에서는 각 캐비티의 분할 표면이 동시에 열리도록 해야 합니다. 기어 및 랙 전달 메커니즘과 기계적 연결 메커니즘은 일반적으로 적층형 사출 금형의 개방 메커니즘으로 사용됩니다. 전자는 더 나은 기술적 성능을 제공하고 더 경제적이지만, 후자는 더 큰 유연성을 제공합니다. 유압-을 이용한 금형 개방을 사용하면 개방 시간 제어가 더 용이하지만 구조가 더 큽니다.
9. 탈형 메커니즘
동일한 냉각 시간 요구 사항에 따라 적층형 사출 금형은 각 캐비티의 플라스틱 부품을 동시에 배출해야 합니다. 스프링 또는 고압{1}}공기 탈형 메커니즘을 통해 이를 달성할 수 있습니다.
II. 국내외 적층형 사출금형 개발 및 적용
KNOWLESER는 이미 1940년 12월에 적층형 금형에 대한 특허를 획득했습니다. 오늘날의 적층형 사출 금형은 기존 단일{2}}층 금형보다 저렴할 뿐만 아니라 적용 유연성도 향상됩니다. 수십 년간의 연구 개발 끝에 적층형 사출 금형은 콜드 러너 이중-층 사출 금형, 핫 러너 이중-층 사출 금형, 3-층 또는 4층 적층 사출 금형, 직각 게이트 핫 러너 적층 사출 금형, 회전식 적층 사출 금형 등 구조적 변화를 통해 진화해 왔습니다.
1. 해외 적층형 사출금형 개발 동향
스택형 사출 금형 기술은 일찍부터 시작되어 해외에서 비교적 성숙해졌습니다. 잘-잘 알려진 적층형 사출 금형 회사로는 Tradesco, Ferromatik Milacron, Foboha 및 Engel이 있습니다. 해외 핫 러너 기술의 급속한 발전으로 인해 핫 러너 적층 사출 성형 기술이 해외에서 널리 사용되고 있습니다. 또한 선진국은 새로운 적층 사출 금형 기술의 최전선에 있으며, 최근 개발된 회전식 적층 사출 금형 기술은 적층 사출 금형의 적용 역량을 넓혔습니다.
1960년대와 70년대에 일부 외국 기업이 적층형 사출 금형을 개발하기 시작했습니다. 스위스 회사인 Schottli는 산업용 응용 분야를 위한 적층형 사출 금형을 최초로 개발한 회사입니다.
1980년 독일의 Johnson T.는 콜드 러너 이중-층 사출 금형을 설계했습니다. 이 금형은 이동금형부, 고정금형부, 중간부로 구성되어 있다. 중간 섹션은 본질적으로 분기 러너와 두 개의 별도 캐비티 플레이트가 있는 메인 러너의 연속이었습니다. 플라스틱 부품을 배출하기 위해 기계식, 유압식 또는 공압식 방법을 사용하여 이동 및 고정 금형 섹션 모두에 배출 메커니즘을 설치했습니다.
1989년에 D. Gener와 Wiesbaden-Delkheim은 핫 러너 이중{3}}층 사출 금형을 설계했습니다. 또한 이동금형부, 고정금형부, 중간부로 구성되어 있다. 중간 섹션은 핫 러너, 재료를 캐비티에 공급하기 위한 핫 노즐, 완제품을 위한 두 개의 캐비티 플레이트로 구성되었습니다.
1991년에 Tradesco Die & Mold의 Rozema H. 는 4-층 적층 사출 금형을 설계했습니다. 이 금형은 핫 러너 이중-층 사출 금형을 기반으로 핫 러너를 확장하고 중간 섹션을 추가하여 성형 레이어 수를 4개로 확장하여 생산성을 4배로 높였습니다.
1992년 일본의 Hiroo Kasui와 Motoo Yamamoto는 비대칭으로 분포된 핫 노즐을 갖춘 핫 러너 스택 사출 금형을 발명했습니다. 그러나 합리적인 러너 설계를 통해 금형 캐비티 내 용융 흐름을 제어하여 평형을 이룰 수 있습니다.
2. 중국 스택 사출 금형의 개발 역학
스택 사출 금형 기술은 1980년대 후반에야 우리나라 금형 산업에 점차적으로 도입되었습니다. 따라서 우리나라의 스택 사출 금형 기술은 상대적으로 늦게 시작되었으며 생산에 사용되는 핫 러너 스택 사출 금형의 비율이 적습니다. 외국의 선진 스택 금형 기술과 비교하여 설계 및 적용에 일정한 격차가 있으며 일부 기술 영역(예: 회전 스택 사출 금형)에서는 중국이 여전히 백지 상태입니다. 따라서 치열한 시장 경쟁에 직면한 우리나라는 국제 시장에서 주도권을 잡고 기업의 생존을 보장하기 위해 스택 사출 성형 기술을 신속하게 개선해야 합니다.
1990년 베이징 No. 13 Plastics Factory의 Li Shuzan은 측면-게이트 공급을 사용하는 이중-캐비티 사출 금형의 구조 설계를 제안했습니다. 이 금형은 포인트-게이트 공급에 비해 금형 분할 표면의 수를 줄여 순차적 금형 개방을 촉진합니다. 그러나 깊은 구멍이나 상당한 탈형력이 필요한 부품을 성형할 때는 신뢰성이 떨어집니다.
1992년 Changzhou Light Industry School의 Bu Jianxin은 측면-게이트와 포인트-게이트 공급을 모두 사용하는 이중-캐비티 사출 금형을 도입했습니다. 상부 캐비티는 측면-게이트 공급을 사용하고 하부 캐비티는 포인트-게이트 공급을 사용합니다. 제한 후크와 제한 플레이트를 사용하여 순차적인 분리가 이루어지므로 다양한 유형의 플라스틱 부품을 성형할 수 있습니다.
1995년 Yi Qing은 2단계 메인 러너 시스템을 갖춘 특수 이중-캐비티 사출 금형을 설계했습니다. 1단계-메인 러너 상단에는 접시형 홈이 있습니다. 움직이는 금형 플래튼은 고정 금형의 이젝터 플레이트를 구동하여 체인 드라이브를 통해 플라스틱 부품을 배출합니다. 단점은 메인 러너 부싱을 사출하기 위해 사출 성형기 노즐을 고정 금형까지 확장해야 한다는 점과 부피가 큰 게이팅 시스템이 있다는 것입니다.
1997년에 Li Shu와 Chuan Chengzhi는 자동차 도어 및 창 씰링 스트립을 생산하기 위한 이중-층 핫 러너 사출 금형을 설계했습니다. 이 금형은 중심을 우회하여 용융된 플라스틱을 금형 가장자리에서 러너 플레이트로 옮겼습니다. 금형은 한 번의 사출 주기로 두 세트의 플라스틱 부품을 성형할 수 있으며, 각 세트에는 4개의 밀봉 스트립(앞, 뒤, 왼쪽, 오른쪽)이 포함되어 있습니다. 두 대의 차량에 사용되는 8개의 밀봉 스트립을 한 번의 작업으로 성형할 수 있습니다.
1999년 Zhejiang Weixing Group의 Wang Yuexing은 고{1}}효율성 반-형 이중-층 사출 금형을 설계했습니다. 한 쌍의 하프-슬라이더 블록을 공유하여 금형 구조가 단순해지고, 제조 비용이 낮아지고, 캐비티 수가 두 배로 늘어나고, 사출 성형 주기가 단축되고, 생산 효율성이 높아졌습니다.
2000년에 Feng Xiaozhong et al. 주류 유리 캡용 수중 게이트 이중{2}}층 사출 금형을 도입했습니다. 이 금형을 사용하면 -러너 응고 재료에서 플라스틱 부품의 각 레이어를 금형 내에서 분리할 수 있으며 각 레이어의 분할 표면을 동시에 배출할 수 있습니다. 이는 금형 구조를 단순화하고 분리 거리에 대한 요구 사항을 줄이며 자동화된 생산을 촉진합니다. 그러나 금형에 남아 있는 플라스틱 부품과 깊이 들어간 메인 런너 부싱에 대한 높은 신뢰성이 필요합니다. 2003년 Yan Yalin과 Huang Xiaoyan은 직각 게이트 핫 러너 적층 사출 금형을 설계했습니다.- 이 금형은 게이트의 위치를 변경하여 금형 개방 방향과 직각으로 중앙에 배치했습니다. 직각 사출 성형기가 필요하면서도 핫 러너 연장이 필요 없어 용융 플라스틱이 사출 노즐에서 매니폴드까지 이동하는 거리가 줄어들고 구조 설계가 단순화되었습니다.
2004년에 Chen Jianling, Liu Tinghua 등은 CD 포장 상자용 핫 러너 적층 금형을 설계했습니다. 순차 금형 개방을 위해 고정된-간격 타이로드를 사용하여 컴팩트한 구조, 탁월한 경제성, 인력 절감, 효율성 대폭 향상 및 제품 품질 보장이 특징입니다.
2007년에 Shen Honglei와 다른 사람들은 CD 홀더용 핫 러너 적층 금형을 설계했습니다. 이 금형은 기어, 랙 및 유압 실린더를 활용하여 순차적인 금형 개방 및 부품 배출을 달성하는 이중-층 핫 러너 구조를 사용합니다. 생산된 부품은 치수 및 외관 요구 사항을 충족하여 생산 효율성을 크게 향상시키고 생산 비용과 폐기율을 크게 줄입니다.
2008년에 Wang Zhenbao et al. 적층형 사출 금형 설계에 CAE 기술을 적용했습니다. Moldflow 분석 소프트웨어를 사용하여 플라스틱 충진, 압력 유지 및 냉각 공정을 분석하여 에어컨 패널 적층 금형의 성형 공정을 동적으로 시뮬레이션했습니다. 그들은 성형 공정에 영향을 미치는 주요 요인을 분석하고 공정 매개변수를 최적화했습니다.
III. 결론
적층형 사출 금형, 특히 핫 러너 적층형 사출 금형을 사용하면 사출 성형기의 기능을 최대한 활용하고 인력 및 장비 자원을 절약하며 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 적층형 사출 금형은 설계 및 제조 비용이 더 높지만 다음 영역의 개선을 통해 금형 비용을 크게 절감하고 적용 범위를 확장할 수 있습니다.
1. 적층형 사출 금형의 설계 이론을 개선하고 R&D 주기를 단축합니다.
2. 핵심 구성 요소(가열 요소 및 온도 제어 요소 등)의 서비스 수명을 연장합니다.
3. 적층형 사출 금형을 일반 사출 성형 장비와 호환되게 만듭니다.
4. 금형 구조를 최적화하기 위해 설계, 분석 및 제조에 CAD/CAE/CAM 기술을 활용합니다.
5. 적층형 사출 금형의 공통 부품을 표준화하고 상용화합니다.
6. 두꺼운-벽으로 둘러싸인 플라스틱 부품 생산에 적합하도록 압력 전달 기능을 개선합니다.
7. 적층 사출 성형의 공정 매개변수를 최적화합니다.
8. 적층사출성형의 완전 자동화를 실현합니다.
