사출 성형에서 수축을 방지하는 방법: 주요 전략

수축은 사출 성형에서 가장 흔한 문제 중 하나이며, 사출 성형 부품의 정확도와 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 수축을 방지하는 가장 효과적인 방법은 재료 선택, 금형 설계, 가공 설정 및 냉각 조건을 제어하는 것입니다.

이러한 요소들을 잘 관리하는 사람들은 치수 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라 낭비와 생산 비용을 절감합니다. 오늘 Moldie.com에서는 사출 성형 시 수축을 방지하는 전략을 살펴보겠습니다.

사출 성형의 수축 이해

수축 사출 성형 용융 플라스틱이 냉각되고 수축하여 성형품의 최종 크기가 줄어들 때 발생합니다. 이러한 변화는 치수 안정성, 표면 마감, 그리고 전반적인 제품 성능에 영향을 미칩니다. 수축을 관리하려면 수축의 발생 원인, 품질에 미치는 영향, 그리고 수축으로 인해 발생하는 결함 유형을 이해해야 합니다.

수축이란 무엇이며 왜 발생합니까?

사출 성형에서 수축은 용융된 폴리머가 금형 내에서 냉각되어 응고될 때 발생하는 부피 감소입니다. 모든 플라스틱은 어느 정도 수축하지만, 그 정도는 폴리머 종류, 금형 설계 및 가공 조건에 따라 달라집니다.

나일론이나 폴리프로필렌처럼 결정성이 높은 열가소성 플라스틱은 일반적으로 ABS와 같은 비정질 소재보다 수축률이 더 큽니다. 결정질 구조는 냉각 시 더 단단하게 뭉쳐져 수축률이 더 높습니다.

불균일하거나 빠른 냉각은 국부적인 수축을 유발하여 치수 안정성에 영향을 미칩니다. 보압과 보압 시간 또한 응고 전 금형에 재료가 채워지는 양을 조절하기 때문에 수축에 영향을 미칩니다.

재료 특성, 금형 온도, 그리고 벽 두께는 복잡한 방식으로 상호 작용합니다. 예를 들어, 두꺼운 벽은 냉각 속도가 느려 얇은 부분에 비해 수축률이 더 커지는 경우가 많습니다.

수축이 제품 품질에 미치는 영향

수축은 성형 부품의 정확도와 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 수축이 균일하지 않으면 부품이 사양을 충족하지 못해 조립 불량이나 맞춤 불량으로 이어질 수 있습니다.

수축률이 일정하지 않으면 표면 결함이 발생할 수도 있습니다. 부품이 휘거나 고르지 않게 보일 수 있으며, 이는 외관을 손상시키고 정밀 가공에 어려움을 초래합니다.

치수 안정성은 자동차 및 의료 기기와 같은 산업에서 특히 중요한데, 이러한 산업에서는 작은 편차라도 기능적 문제를 야기할 수 있기 때문입니다. 또한, 제어되지 않은 수축은 내부 응력으로 인해 재료가 약화될 수 있으므로 기계적 강도를 저하시킬 수 있습니다.

제조업체는 종종 일관성을 개선하기 위해 패킹 압력, 냉각 시간, 금형 온도와 같은 성형 매개변수를 조정합니다. 적절한 재료 선택 또한 제품 변동성을 줄이고 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

재료 선택 및 수축에서의 역할

수지의 선택, 분자 구조, 그리고 첨가제의 사용은 모두 성형품이 냉각될 때 수축되는 정도에 영향을 미칩니다. 재료의 적절한 건조 및 취급 또한 정확도 유지 및 결함 감소에 직접적인 영향을 미칩니다.

재료 수축률

모든 플라스틱은 특정 수축률을 가지고 있으며, 이는 일반적으로 재료 공급업체에서 명시합니다. 이 수축률은 성형 후 부품이 얼마나 수축되는지를 나타냅니다.

반결정성 플라스틱 등 폴리프로필렌 (PP) 그리고 폴리아미드(PA/나일론) 일반적으로 비정질 플라스틱보다 더 많이 수축됩니다. 폴리카보네이트(PC) 또는 ABS예를 들어, PP는 최대 2%까지 수축할 수 있는 반면, PC는 종종 0.7% 이하로 유지됩니다.

재료	일반적인 수축률	노트
피피	1.0–2.5%	자동차에 흔히 있는 높은 수축률
PA(나일론)	0.7–1.5%	수축은 습도에 따라 달라집니다.
피씨	0.5–0.7%	수축률이 낮아 정밀성이 좋습니다.
ABS	0.4–0.7%	안정적이며 전자 분야에 널리 사용됨

수축률이 낮은 재료를 선택하면 허용 오차를 더욱 좁게 유지할 수 있으며 금형 및 부품 설계 조정의 필요성이 줄어듭니다.

분자 구조의 영향

폴리머의 내부 구조는 수축에 큰 영향을 미칩니다. 반결정성 플라스틱 냉각되면서 질서 있는 영역이 형성되어 수축이 더 심해집니다. 비정질 플라스틱 이런 질서 있는 구조가 없기 때문에 수축이 덜하고 균일하게 진행됩니다.

예를 들어, 나일론(PA)은 반결정 구조를 가지고 있어 ABS보다 수축률이 더 큽니다. 이러한 차이로 인해 치수 안정성이 요구되는 부품에 ABS가 자주 사용됩니다.

분자량 또한 중요합니다. 분자량이 높은 폴리머는 흐름에 저항하여 금형 내 충진 불량을 발생시키고, 이는 두꺼운 부분의 수축을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 구조적 차이점을 이해하면 엔지니어가 부품의 형상 및 공차 요구 사항에 맞는 재료를 선택하는 데 도움이 됩니다.

첨가제의 영향

첨가제와 충전재를 사용하면 수축을 크게 줄일 수 있습니다. 유리섬유, 활석, 또는 탄산칼슘 냉각 중 폴리머 매트릭스가 수축되는 정도를 제한합니다.

• 유리 충전 나일론 충전되지 않은 나일론보다 수축률이 낮고 치수 안정성이 더 뛰어납니다.
• 활석이 채워진 폴리프로필렌 수축을 줄이고 강성을 높여 자동차 패널에 유용합니다.

필러의 비율 또한 결과에 영향을 미칩니다. 필러 함량이 높을수록 일반적으로 수축률은 낮아지지만, 재료의 취성이 커질 수 있습니다. 엔지니어는 필러 등급을 선택할 때 수축률 제어와 기계적 성능의 균형을 맞춰야 합니다.

건조 및 취급의 중요성

재료, 특히 나일론(PA)과 같은 흡습성 수지의 수분 함량은 수축에 직접적인 영향을 미칩니다. 건조가 제대로 이루어지지 않으면 흡수된 수분이 성형 과정에서 가수분해를 일으켜 수축률 불균형 및 부품 약화를 초래할 수 있습니다.

밀폐 용기에 적절히 보관하고 건조제를 사용하면 재료의 안정적인 물성을 유지하는 데 도움이 됩니다. PC와 ABS의 경우, 소량의 습기만으로도 기포나 표면 결함이 발생하여 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.

취급 또한 중요합니다. 오염되거나 품질이 저하된 펠릿은 유동 거동을 변화시켜 불균일한 충전 및 수축을 초래할 수 있습니다. 일관된 건조 및 청결한 취급을 통해 성형 과정에서 재료의 성능을 예상대로 유지할 수 있습니다.

수축을 줄이기 위한 금형 설계 최적화

사출 성형에서 수축은 금형 설계 방식과 금형 내부에서 플라스틱이 냉각되는 방식에 따라 발생하는 경우가 많습니다. 금형 치수, 벽 두께, 냉각 시스템을 신중하게 계획하면 재료 흐름과 응고를 제어하여 불균일한 수축을 줄이고 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

금형 치수의 수축 고려

모든 플라스틱 소재는 금형 설계 시 반드시 고려해야 하는 알려진 수축률을 가지고 있습니다. 이를 무시하면 최종 부품의 치수가 의도한 치수와 일치하지 않게 됩니다. 설계자는 재료 공급업체의 수축률 데이터를 활용하여 금형 캐비티 크기를 조정하여 냉각된 부품이 필요한 크기에 도달하도록 합니다.

이 프로세스에는 종종 조정이 포함됩니다. 공동 치수 작은 비율로. 예를 들어, 수축률이 1.5%인 소재의 경우, 금형은 목표 부품보다 약간 더 커야 합니다.

정밀 응용 분야에서 엔지니어는 방향성 수축도 고려합니다. 일부 플라스틱은 흐름 방향을 따라 수축률이 가로 방향보다 더 큽니다. 이러한 이방성을 고려하면 부품이 조립품에 정확하게 장착될 수 있습니다.

주요 관행은 다음과 같습니다.

• 공급업체 수축 데이터 사용
• 캐비티 치수를 적절하게 조정
• 방향성 수축 효과 고려

균일한 벽 두께 보장

불균일한 벽 두께는 수축률 변화의 가장 흔한 원인 중 하나입니다. 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 냉각 속도가 느려 휨과 같은 오류가 발생합니다.

디자이너의 목표는 다음과 같습니다. 균일한 벽 두께 부품 전체에 걸쳐 균일한 냉각과 일관된 수축을 촉진합니다. 두께 변화가 불가피한 경우, 필렛이나 테이퍼와 같은 부드러운 가공을 통해 응력과 변형을 줄이는 데 도움이 됩니다.

간단한 지침은 많은 열가소성 플라스틱의 경우 두께를 좁은 범위(예: 2~4mm)로 유지하는 것입니다. 강도를 위해 리브나 보스가 필요한 경우, 과도한 수축을 방지하기 위해 인접한 벽 두께의 50~70mm(TP3T)를 넘지 않아야 합니다.

벽 두께에 대한 모범 사례:

• 일정한 두께 유지
• 섹션 간 점진적인 전환을 사용하세요
• 벽에 대한 리브 및 보스 치수 제한

효과적인 냉각 채널 설계

금형의 냉각 시스템은 수축에 직접적인 영향을 미칩니다. 불균일한 냉각은 온도 차이를 발생시켜 불균일한 수축을 유발합니다. 적절하게 배치된 냉각 채널 열을 고르게 제거하여 왜곡을 줄이고 사이클 시간을 개선합니다.

채널은 금형 구조를 약화시키지 않으면서 금형 표면에 가깝게 배치해야 합니다. 채널 간격과 직경은 효율성과 금형 강도의 균형을 맞추도록 최적화해야 합니다.

고급 설계에서는 채널이 캐비티 모양을 따라 형성되는 형상적응형 냉각 방식을 사용할 수 있습니다. 이 방식은 복잡한 부품의 온도 제어를 개선하고 국부 수축을 줄입니다.

디자인 고려 사항:

• 중요 영역 주변에 채널을 고르게 배치합니다.
• 일관된 채널 깊이와 간격을 유지하세요
• 부품 형상이 복잡한 경우 적응형 냉각을 사용하세요.

처리 매개변수 제어

가공 매개변수를 정밀하게 제어하면 치수 오차를 줄이고 일관된 부품 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다. 주요 요인으로는 압력, 속도, 온도, 시간 설정이 있으며, 각 요소는 성형 부품의 수축 거동에 직접적인 영향을 미칩니다.

사출 압력 및 유지 압력

사출 압력은 용융 플라스틱이 금형 캐비티에 얼마나 잘 채워지는지를 결정합니다. 압력이 너무 낮으면 재료가 완전히 충전되지 않아 기포가 발생하고 수축률이 높아질 수 있습니다. 그러나 과도한 압력은 응력과 뒤틀림을 유발할 수 있습니다.

압력을 유지하는 것도 마찬가지로 중요합니다. 금형에 충전된 후, 일정한 압력을 가하면 냉각 과정에서 재료가 뭉쳐진 상태를 유지합니다. 이는 재료의 수축을 보상하여 체적 수축을 줄여줍니다.

압력 제어를 위한 주요 고려 사항:

• 금형을 완전히 채우기에 충분한 사출 압력을 유지하세요.
• 수축을 상쇄하기 위해 압력을 가합니다.
• 부품에 응력을 발생시킬 수 있는 과도한 압력을 피하세요.

주입 압력과 유지 압력을 균형 있게 조절하면 부품이 원래 상태를 유지합니다. 의도된 치수 과도한 포장 없이.

사출 속도 최적화

사출 속도는 용융된 폴리머가 금형으로 유입되는 방식에 영향을 미칩니다. 충전 속도가 너무 빠르면 유동이 고르지 않거나, 공기가 갇히거나, 용접선이 발생할 수 있습니다. 충전 속도가 너무 느리면 조기 냉각이 발생하여 수축과 결함이 증가할 수 있습니다.

일반적으로 적당하고 일정한 사출 속도는 치수 안정성을 향상시킵니다. 부품 형상과 소재 종류에 따라 사출 속도를 조정해야 합니다. 예를 들어, 얇은 두께의 부품은 불완전한 충전을 방지하기 위해 더 높은 속도가 필요한 경우가 많습니다.

속도 제어를 위한 모범 사례:

• 두꺼운 부품에는 내부 응력을 방지하기 위해 더 느린 속도를 사용하세요.
• 짧은 샷을 방지하려면 얇은 부분에 더 빠른 속도를 적용하세요.
• 여러 개의 캐비티에 걸쳐 흐름 균형을 모니터링합니다.

배럴 및 금형 온도

통 온도 폴리머의 용융 상태를 조절합니다. 용융 온도가 너무 낮으면 제대로 충전되지 않아 수축이 발생할 수 있습니다. 용융 온도가 너무 높으면 폴리머의 온도가 낮아짐에 따라 분해되거나 수축이 더 심해질 수 있습니다.

금형 온도 또한 중요한 역할을 합니다. 금형 온도가 낮을수록 사이클 시간은 단축되지만, 빠른 수축으로 인해 수축률이 증가할 수 있습니다. 금형 온도가 높을수록 냉각이 균일해져 치수 정확도가 향상될 수 있습니다.

온도 조절 요소:

• 일관된 용융 점도를 유지하기 위해 배럴 구역을 설정합니다.
• 각 폴리머에 대해 권장되는 범위 내에서 온도를 유지하세요.
• 온도 조절 장치를 사용하여 덥거나 차가운 지점을 피하세요.

유지 및 냉각 시간

유지 시간은 재료가 응고되는 동안 압력을 유지하는 데 도움이 됩니다. 유지 시간이 너무 짧으면 기공이나 싱크 마크가 생길 수 있습니다. 유지 시간이 너무 길면 사이클 시간이 크게 향상되지 않고 오히려 길어질 수 있습니다.

냉각 시간도 마찬가지로 중요합니다. 냉각이 불균일하거나 불충분하면 내부 응력과 수축 불균형이 발생합니다. 전체 성형 공정이 제어된 조건에서 진행되도록 하면 부품이 두께 전체에 걸쳐 고르게 응고되는 것을 보장할 수 있습니다.

시간 관리를 위한 지침:

• 부품의 벽 두께에 맞춰 보유 시간을 조정하세요.
• 두꺼운 부품의 경우 뒤틀림을 방지하기 위해 냉각 시간을 늘리세요.
• 균일한 온도 분포를 유지하려면 균형 잡힌 냉각 채널을 사용하세요.

유지 및 냉각 시간을 최적화하면 수축을 줄이는 동시에 사이클 시간을 효율적으로 유지할 수 있습니다. 적절한 타이밍을 유지하면 부품의 치수 안정성을 확보하고 일반적인 성형 결함을 방지할 수 있습니다.