사출 금형 냉각: 사이클 시간 및 품질 최적화

사출 금형 냉각 시스템 설계

냉각 시스템은 사출 금형 설계 시 균일한 냉각과 효율적인 온도 제어를 보장합니다. 이는 성형품의 품질뿐만 아니라 사이클 타임과 냉각 효율에도 상당한 영향을 미칩니다. 배플, 버블러, 열 핀은 사출 금형의 온도 분포를 최적화하는 데 사용되는 특수 냉각 전략으로, 특히 일반 드릴 채널로는 효과적으로 도달하기 어려운 까다로운 영역에서 사용됩니다. 이러한 시스템은 냉각수 접촉 표면적을 늘리거나 상변화 열전달을 활용하여 열 제거를 향상시킵니다. 이러한 기능의 적절한 설계는 균일한 부품 냉각을 달성하고 사이클 타임을 최소화하는 데 매우 중요합니다. 이제 각각의 고유한 기능을 자세히 살펴보겠습니다.

방해물

• 배플은 주 냉각 라인에 수직으로 뚫린 냉각 채널로, 채널을 두 개의 반원형 통로로 분리하는 블레이드가 달려 있습니다.
• 냉각수는 메인 라인에서 블레이드의 한쪽으로 흐르고, 팁을 돌아 반대쪽으로 돌아간 후 다시 메인 라인으로 흐릅니다.
• 방열판은 일반적으로 냉각이 부족한 부분에 냉각수가 도달할 수 있는 표면적을 늘려줍니다.
• 방벽을 형성하는 금속판은 직경 12~50mm의 나선형 모양으로 꼬아서 더욱 균일한 온도 분포를 제공할 수 있습니다.
• 단일 또는 이중 비행 나선형 코어는 방벽의 또 다른 발전형입니다.

버블러

• 버블러는 방수판과 비슷하지만 칼날 대신 작은 튜브를 넣었습니다.
• 냉각수는 튜브 바닥으로 흘러 들어가 위로 "거품"을 형성한 후 튜브 바깥쪽을 따라 흘러 다시 주 채널로 돌아옵니다.
• 버블러는 가느다란 코어에 가장 효과적인 냉각 기능을 제공합니다.
• 버블러의 내경과 외경의 비율은 동일한 흐름 저항을 위해 0.707이어야 합니다.
• 버블러는 드릴링 채널을 수용할 수 없는 평평한 금형 부분을 냉각하는 데에도 사용할 수 있습니다.

열 핀

• 열 핀은 유체로 채워진 밀폐된 실린더로 구성된 방벽과 버블러에 대한 대안입니다.
• 유체는 금형에서 열을 흡수하면서 증발하고, 냉각수로 열을 지속적으로 방출하면서 응축됩니다.
• 열 핀은 구리나 구리 합금 인서트보다 열전달 효율이 약 10배 더 높습니다.
• 최적의 열전도를 위해 열핀과 금형 사이의 공기 간격은 피하거나 전도성이 높은 실런트로 채워야 합니다.

다양한 유형의 사출 금형 냉각 시스템

적절한 냉각 시스템은 균일한 온도 분포를 보장하고, 뒤틀림과 수축을 최소화하며, 에너지 효율성과 냉각 효과를 향상시킵니다.

수냉식 시스템

수냉식 시스템은 열 제거 효율과 효과성으로 인해 사출 성형에서 가장 일반적으로 사용되는 냉각 방식입니다. 이 시스템은 금형 내부의 채널을 통해 냉각수를 순환시켜 금형과 용융 플라스틱의 열을 흡수합니다. 이 방식은 뛰어난 온도 제어 및 열 흡수 기능을 제공하므로 복잡한 금형과 온도에 민감한 소재에 특히 효과적입니다.

공랭식 시스템

공랭식 시스템은 팬이나 송풍기를 이용하여 금형 표면의 열을 대류를 통해 방출합니다. 이 방식은 수랭식 시스템에 비해 구현이 간단하고 비용도 저렴합니다. 공랭식은 온도 변화에 덜 민감한 덜 복잡한 금형 설계와 소재에 적합합니다. 그러나 수랭식 시스템에 비해 열 흡수 및 온도 제어 효율이 떨어집니다.

오일 냉각 시스템

오일 냉각 시스템은 매우 빠른 냉각이 필요한 경우에 사용됩니다. 이 시스템은 오일을 순환시켜 공기보다 열을 더 효율적으로 제거할 수 있습니다. 오일 냉각은 일반적으로 수냉이나 공냉보다 비용이 많이 들지만, 대규모 사출 성형 작업이나 고온에서 저온으로 매우 빠르게 전환해야 하는 소재에 선호됩니다.

극저온 냉각 시스템

극저온 냉각 시스템은 액체 질소와 같은 극저온 물질을 사용하여 금형을 빠르게 냉각합니다. 이 첨단 방식은 냉각 시간과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있지만, 복잡성과 비용 때문에 일반적으로 특수 용도에 사용됩니다.

혼합 매체 냉각 시스템

열 관리를 최적화하기 위해 공기와 물 등 다양한 냉각 매체를 혼합한 혼합 매체 냉각 시스템을 사용할 수 있습니다. 이러한 하이브리드 시스템은 물의 빠른 냉각 효과와 공기 시스템의 간편함 등 각 매체의 장점을 활용하여 특정 사출 성형 분야의 효율을 최적화하는 것을 목표로 합니다.

사출 금형 냉각이 성형 제품에 미치는 영향

사출 성형 공정에서 냉각 단계는 성형품의 품질, 효율성 및 전반적인 성공률을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 단계는 성형 사이클, 성형 방식, 치수 정확도 및 기계적 특성을 포함한 최종 제품의 다양한 측면에 직접적인 영향을 미칩니다.

성형 사이클

냉각 시간은 사출 성형 사이클에서 중요한 부분을 차지하며, 전체 사이클 시간의 약 50%에서 80%를 차지합니다. 효율적인 냉각은 성형 사이클 시간을 단축하여 생산 효율과 생산량을 높이는 데 필수적입니다. 잘 설계된 냉각 시스템은 성형 제품의 품질을 저하시키지 않으면서 냉각 시간을 크게 단축하여 생산 속도를 높이고 제조 비용을 절감할 수 있습니다.

모달리티

성형 제품의 형태는 표면 마감, 휨, 그리고 싱크 마크나 용접선과 같은 결함의 존재를 포함한 물리적 및 미적 특성을 나타냅니다. 냉각 단계는 금형 내에서 재료가 응고되는 방식에 영향을 미쳐 이러한 특성에 영향을 미칩니다. 균일하고 제어된 냉각은 결함을 방지하고 고품질 표면 마감을 보장합니다. 반대로, 불균일한 냉각은 휨 및 기타 결함을 유발하여 제품의 외관과 기능을 저해할 수 있습니다.

치수 정확도

치수 정확도는 사출 성형 부품의 성능 및 조립에 매우 중요합니다. 냉각 단계는 재료의 수축 및 휨에 직접적인 영향을 미치며, 이는 최종 제품의 치수 정확도에 영향을 미칩니다. 적절한 냉각은 균일한 수축을 보장하고 휨을 최소화하여 정밀한 치수 사양을 충족하는 부품을 생산합니다. 금형 온도, 냉각 채널 설계, 냉각 매체 등의 요소를 최적화하여 원하는 치수 정확도를 달성할 수 있습니다.

기계적 특성

냉각 단계는 사출 성형 제품의 강도, 강성, 내충격성과 같은 기계적 특성에도 영향을 미칩니다. 급속 또는 불균일한 냉각은 재료 내부에 잔류 응력을 유발하여 강도를 저하시키고 하중 하에서 균열이나 파손 가능성을 증가시킬 수 있습니다. 제어된 냉각은 반결정질 폴리머의 균일한 결정화를 촉진하고 잔류 응력을 최소화하여 최종 제품의 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

결론적으로, 사출 성형에서 냉각 단계는 성형 사이클의 효율성, 성형 제품의 품질 및 형태, 치수 정확도, 그리고 기계적 특성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 소재와 성형 부품의 특정 요구 사항에 맞춰 설계된 냉각 시스템은 성능 및 미적 기준을 충족하거나 초과하는 고품질 사출 성형 제품을 생산하는 데 필수적입니다.