사출 성형 금형의 특성 및 요소 기술

 사출성형기에 금형을 부착한 후, 적정한 온도로 용융된 수지를, 제품 형상의 금형 캐비티 내에 적정한 압력과 속도로 충진 시킨 다음, 일정한 시간을 두고 충진 된 수지를 냉각고화시켜 성형품을 생산하는 공정이다. 즉 금형의 상하형이 닫힌 상태에서 사출기의 실린더 내에 용융된 사출 원재료를 금형에 강한 압력으로 충진 시킨 후, 용융된 원재료를 냉각시켜 제품 형태로 굳힌 다음 금형의 상하형을 열은 다음, 제품을 꺼내는 전체의 공정이, 금형을 이용한 제품 생산과정이 되며 이의 반복이 제품의 연속생산방식이 되는 것이다.

 

▶ 사출성형 금형의 특성

1. 생산하고자 하는 제품의 형상에 대해 살펴보면

1) 3차원 자유곡면의 형상이 프레스 금형보다 많다.

2) 복잡한 형상의 제품도 다은 생산공법보다는 쉽게 작업할 수 있다.

2. 설게 및 제작 측면에 대해서 살펴보면

1) 플라스틱 부품의 사용범위가 점점 넓어짐에 따라 금형의 설계 및 성형 조건이 다양하다.

2) 고압의 사출 압력이 캐비티 및 코어 부위에 연속 반복적으로 작용되기 때문에 이를 견디기 위해 금형의 구조 및 사용재료가 강도 및 강성이 유지되어야 한다.

3) 제품 형상에 해당하는 금형의 표면의 거칠기가 제품 표면에 그대로 전사되기 때문에 표면 거칠기가 중요하다.

4) 강한 사출 압과 열충격에 의해 제품의 형상 부위(core)가 깨지는 경우가 발생하므로 표면은 높은 경도가 유지되도록 열처리되고 내면은 표면보다는 Soft 하게 처리를 하여 열충격을 흡수하게 사용하는 것이 좋다.

5) 플라스틱 제품의 경우 한번 생산(1 Soht 또는 1 Cycle이라 부른다)에 많은 제품이 생산되고, 사출 성형 공정이 자동화되어 무인 작업으로 생산되기 때문에 성형품의 후가공 및 다듬질 등이 없도록 구조가 되어야 한다.

6) 대부분의 제품 형상이 3차원 자유곡면으로 형성되어 있으므로 제작 시 기계가공이 어려운 경우가 많다. 그러므로 컴퓨터를 이용한 기계공작 업(CAM) 즉 머시닝센터, 방전가공기 및 와이어 컷팅 머신 등 CNC 기계를 이용하여 작업하는 비중이 크므로 CAM 가공, NC Program 및 공구 및 절삭가공 등에 관란 기술이 많이 요구되는 분야이다.

7) 하나의 금형을 설계 제작할 때 고려해야 할 주변 요소 기술이 매우 다양하다. 따라서 요구하는 금형의 적정 품질을 보증하기 위해서는 이러한 모든 기술들이 금형의 설계단계에서 충분히 검토되어 설계 제작되어야 한다.

 

▶ 사출 성형 금형의 요소 기술

1. 제품 설계 기술

여기서 말하는 제품은 사출성형기에서 생산되는 사출부품을 말하며 이 부품이 완성품으로 사용되는 경우도 있고 조립품의 일부로 사용되는 경우도 있다. 이러한 사출부품을 위한 제품 설계 기술은 기본적인 목표가 사용되는 부품의 용도, 즉 기능 및 성능의 만족, 합리적인 가격, 적기 공급 측면에서 만족하여야 한다. 이러기 위해서는 다음과 같은 항목을 고려할 수 있는 제품 설계 능력이 필요하다.

2. 금형설계기술

생산하고자 하는 성형제품의 사양을 만족시킬 수 있는 금형을 설계하는데 필요한 지식을 말한다. 금형의 설계이론과 실제 금형을 Drafter를 이용하여 제도하거나 Computer를 이용하여 설계 제도할 수 있는 CAD 기술 및 금형의 강도와 수명을 유지할 수 있도록 적절한 금형 재료를 선택하고 적절한 열처리 방법을 선정하는 기술이 중요하다.

3. 금형 제작 기술

설계된 금형 도면에 준하여 금형을 제작하기 위해서는 다음과 같은 기술이 사용되며 그러한 기술들은 실제 금형공장에서 각 공정으로 분류되어 기술자들이 분담하여 그 역할을 수행하고 있다. 이러한 기술은 금형뿐만 아니라 일반부품 생산공장에서도 사용되고 있으므로 자기의 적성과 관련하여 관심을 갖는 분야가 있다면 좀 더 깊숙하게 지식과 기술을 익히는 것도 바람직스럽다고 하겠다.

4. 사출성형기 관련 기술

 금형을 설계하기 위해서는 금형이 취부 되어 사용되는 사출기에 대한 제원에 대해 자세하게 알고 있어야 한다. 사출기의 사출 용량, 금형 체결을 위한 면적 및 길이방향의 제원 타이바의 간격, 클램핑력(Clamping Force), 사출기 노즐의 제원 등이 금형 설계할 때 Data로서 참고로 사용되므로 각 사출기 제조회사에서 발행된 카탈로그를 보고 설계에 적용할 수 있는 능력을 갖추어야 한다.

5. 관리 기술

 금형을 설계 제작하는 과정에 필요한 관리기술은 설계과정과 제작과정에 필요한 기술로 나눠질 수 있다.

1) 설계 관련 관리기술

a) 실제 설계과정에 필요한 여러 가지 참고문헌을 통한 기술 Data와 금형을 설계 제작하는 과정에서 터득하고 수집한 Data를 잘 정리하고 표준화함으로써 설계사들이 필요할 때 쉽게 찾아볼 수 있도록 Data를 집계하고 표준화하고, 이를 계속적으로 최신화시킬 수 있는 기술관리 기술이 사용된다.

b) 앞으로 설계해야 할 작업 건수와 실제 설계사 각자가 설계하고 있거나 설계해야 할 총 작업 보유건수를 파악하여 사전에 파악된 설계사 개인의 Capacity와 비교하여 부하관리를 함으로써, 납기 내에 설계가 완료될 수 있도록 하는 기술이 사용된다. 세부적으로는 일정관리, 인원관리, 인당 생산성 관리, 불량률 관리 등이 행하여진다.

2) 제작 관련 관리기술

a) 제작담당 엔지니어는 부품 가공을 위하여 작업순서, 작업기계, 작업방법, 작업시간을 표준화하여 품질이 일정하고, 기능이 약한 사람도 쉽게 가공할 수 있고, 불량을 감소시킬 수 있도록 작업을 표준화하여 현장에 제공하여 준다. 이러한 것을 작업표준이라 하며 범위에는 작업표준, 작업조건의 표준, 작업 지도서 등이 포함된다.

b) 현장 담당 리서는 각 공정에서 각 작업자의 기술능력을 파악하여, 작업의 순서를 결정하고, 적합한 작업자에게 작업을 분배하고, 작업 진도를 체크하여 작업일정 계획 내에 작업이 완료될 수 있도록 한다. 이것을 현장의 작업일정관리라 한다. 세부적으로는 개인 능률 관리, 불량률 관리, 진도관리, 생산성 관리 등이 이루어진다.

c) 기타 현장에서 사용되는 여러 공구에 대한 공구 관리가 이루어지며, 부품을 만드는데 필요한 자재 및 기타 표준품 및 소모품 등에 관한 관리가 이루어지며 이를 자재관리라 한다.

d) 가공과정 및 가공 후에 부품이 도면대로 제작되었는지를 점검하기 위해 부품에 대한 검사가 이루어진다. 이때 필요한 기술은 여러 가지 측정공구를 다루는 기술이다. 즉 정밀측정 기술이 사용된다. 또한 각 공정에서 요구된 가격 및 납기를 준수하기 위해서는 일정 수준으로 부품가 공공 정의 공정능력을 관리하여야 한다. 이것을 품질관리라 하며 생산 전부분에 걸쳐 사용된다.