사출 금형 온도: 제조 효율성을 위한 최적화

사출 성형은 플라스틱 부품을 대량 생산하는 데 가장 널리 사용되는 제조 공정 중 하나입니다. 일관된 부품 품질과 최적의 생산 효율을 보장하기 위해, 금형 온도 제어해야 할 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 금형 온도는 충전 중 플라스틱 용융물의 유동 거동과 부품의 냉각 속도에 상당한 영향을 미칩니다. 금형 온도가 너무 낮으면 용융물이 캐비티를 완전히 채우는 데 어려움을 겪어 미성형이나 기타 결함이 발생합니다. 반대로 금형 온도가 너무 높으면 플라스틱이 고화되는 데 시간이 더 오래 걸려 사이클 시간이 증가합니다. 이 글에서는 온도가 사출 성형에 미치는 영향과 금형 온도를 더 효과적으로 제어하는 구체적인 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.

금형 온도 제어 시스템 설명

금형 온도 제어 시스템의 구성 요소

금형 온도 제어 시스템은 함께 작동하는 몇 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다.

• 전자 제어 시스템: 다른 시스템의 정보를 처리하고 명령을 내립니다.
• 기계 시스템(순환 펌프) : 가열 시스템에서 금형으로 열을 전달합니다.
• 액체 레벨 모니터링 시스템: 냉각수 레벨 및 리필 신호를 모니터링합니다.
• 난방 시스템: 냉각수를 설정 온도까지 가열합니다.
• 냉각 시스템: 간접 냉각을 위해 종종 판형 열교환기를 사용하여 과도한 열을 제거합니다.
• 온도 감지 시스템: 금형 온도를 측정하고 제어 시스템에 데이터를 전달합니다.
• 압력 방출 안전 시스템: 압력이 너무 높아지면 배출하고 압력을 방출합니다.

금형 온도 조절기 유형

금형 온도 조절기에는 사용되는 가열 매체에 따라 두 가지 주요 유형이 있습니다.

1. 수온 조절기 
   – 온도 범위는 일반적으로 180°C 이내입니다.
   – 일반형 : 최대 120°C, 고온형 : 최대 180°C

2. 오일 온도 컨트롤러
   – 180°C 이상, 최대 350°C의 온도에 사용됨  
   – 일반형 : 최대 200°C, 고온형 : 최대 350°C

작동 원리

물형 금형 온도 조절기의 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같습니다.
1. 순환 펌프는 시스템을 통해 물을 밀어냅니다.
2. 가열 시스템은 물을 설정 온도까지 가열합니다.
3. 뜨거운 물이 금형의 채널을 통해 흐르면서 열을 전달합니다.
4. 온도 감지 시스템은 금형 온도를 측정합니다.
5. 온도가 너무 낮으면 제어 시스템은 히터를 켜도록 신호를 보냅니다.
6. 온도가 너무 높으면 냉각 시스템이 과도한 열을 제거합니다.
7. 압력 방출 시스템은 압력이 위험할 정도로 높아지면 냉각수를 배출합니다.

금형 온도를 정밀하게 제어함으로써 이러한 시스템은 사출 성형 시 결함을 최소화하고, 사이클 시간을 최적화하며, 전반적인 부품 품질과 일관성을 향상시킵니다. 고객의 특정 성형 요구 사항에 맞춰 제작된 우수한 금형 온도 제어 시스템에 투자하면 제조 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

금형 온도가 사출 성형에 미치는 영향

낮은 곰팡이 온도의 영향

1. 표면 외관 및 마감이 좋지 않음

• 금형 온도가 낮으면 플라스틱 용융물의 유동성이 낮아져 충전이 불완전해지고 표면 광택이 떨어지게 됩니다. 특히 ABS와 같은 소재의 경우 그렇습니다.
• 금형 온도가 질감이 있는 표면에 비해 너무 낮으면 용융물이 질감의 미세한 부분을 완전히 채우지 못해 금형 표면의 복제가 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.

2. 내부응력 및 휨 증가

• 금형 온도가 낮으면 분자가 빠르게 냉각되고 "동결"되어 부품 내부에 응력이 발생합니다.
• 금형 온도가 낮아 냉각과 수축이 고르지 않으면 성형품이 휘어지고 치수가 불안정해질 수 있습니다.
• 부품 표면에 눈에 띄는 용접선이 형성되어 강도가 감소할 수 있습니다.

3. 기계적 성질의 변화

• 금형 온도가 낮으면 높은 금형 온도에 비해 성형된 부품의 인장 강도가 낮아질 수 있습니다.
• 낮은 온도에서 급격하게 냉각하면 부품의 취성이 증가하고 충격 강도와 피로 저항성이 낮아질 수 있습니다.

4. 더 긴 사이클 시간

• 금형 온도가 낮으면 냉각 시간은 단축되지만 용융 유동성이 감소하여 캐비티를 채우려면 더 높은 사출 압력이 필요합니다.
• 특히 치수 안정성을 위해 충분한 냉각이 필요한 결정질 재료의 경우 전체 사이클 시간이 늘어날 수 있습니다.

높은 곰팡이 온도의 영향

1. 표면 마감 및 외관 개선

• 금형 온도가 높을수록 플라스틱이 더 쉽게 흐르고 미세한 표면 세부 사항을 채울 수 있어, 특히 ABS와 같은 소재의 경우 표면이 더 광택이 있고 더 매력적으로 마감됩니다.
• 온도가 높을수록 플라스틱 구성은 금형 표면에 더 가까워져 질감이 더 잘 재현됩니다.

2. 향상된 기계적 성질

• 금형 온도가 높을수록 성형된 부품의 인장 강도가 낮아질 수 있습니다.
• 결정질 플라스틱의 경우, 금형 온도가 높으면 결정화에 더 많은 시간이 소요되어 부품의 강성과 내열성이 증가합니다.

3. 내부응력 및 휨 감소

• 금형 온도가 높으면 냉각 과정이 느려지고, 분자가 이완되고 더 균일하게 배열되어 부품의 잔류 응력이 줄어듭니다.
• 더 높은 금형 온도에서 점진적으로 냉각하면 성형된 부품의 차등 수축과 뒤틀림이 최소화됩니다.

4. 사이클 타임 증가 및 결함 가능성

• 금형 온도가 높은 경우의 주요 단점은 냉각 시간이 길어져 전체 사이클 시간이 늘어나고 생산성이 떨어진다는 점입니다.
• 온도가 지나치게 높으면 플라스틱이 금형에 달라붙어 밝은 반점이나 기타 표면 결함이 생길 수 있습니다.
• 금형 온도가 너무 높으면 플라스틱이 오랫동안 용융 상태를 유지하므로 플래시와 버가 형성될 위험이 커집니다.

5. 재료 특성 저하 가능성

• 일부 폴리머는 지나치게 높은 금형 온도에서 가공할 경우 열 분해나 산화가 일어날 수 있으며, 이로 인해 분자량과 기계적 특성이 감소합니다.
• 높은 금형 온도, 높은 용융 온도, 긴 체류 시간이 결합되면 성형 중 재료가 저하될 위험이 가장 커집니다.

곰팡이 온도를 더 잘 제어하기 위한 조치

1. 금형 온도 조절기 활용

• 금형 온도 조절기는 금형 온도를 정밀하게 조절하고 유지하는 필수 장치입니다. 가열과 냉각 모두에 사용됩니다.
• 특정 금형의 요구 사항을 충족시키기 위해 충분한 유량과 압력 용량을 갖춘 금형 온도 컨트롤러를 선택하세요.

2. 냉각수 유량 모니터링

• 적절한 냉각수 유량은 금형을 얼마나 빨리 냉각할 수 있는지를 결정하고 제품 품질과 사이클 시간에 영향을 미치므로 매우 중요합니다.
• 유량이 너무 낮아서 온도 조절이 제대로 이루어지지 않는 경우도 있고, 너무 높아서 낭비적이고 비효율적인 경우도 있으니 주의하세요.

3. 온도 구배 제어 설정

• 금형 전체에 일정한 온도를 유지하여 결함을 방지합니다. 적절한 온도 구배 제어는 성형품 내부의 내부 응력을 최소화합니다.
• 금형 설계자는 뒤틀림을 줄이기 위해 코어와 캐비티 사이의 온도 차이가 5°C를 넘지 않도록 노력해야 합니다.

4. 냉각 채널 설계 최적화

• 냉각 채널의 위치, 깊이, 피치는 금형 표면 온도 균일성에 상당한 영향을 미칩니다.
• 냉각 채널 깊이(이상적으로 채널 직경의 1~2.5배)와 피치(채널 직경의 2.5~3배)를 최적화하여 금형 표면 온도를 균일하게 유지하세요.

5. 적절한 금형 재료 선택

• 금형 소재는 열 교환에 큰 영향을 미칩니다. 금형 소재를 선택할 때는 열전도도를 고려하십시오.
• 높은 허용 오차가 필요한 적용 분야에서는 낮은 온도 차이를 유지하고 뒤틀림을 줄이기 위해 구리 합금이 필요할 수 있는 반면, H13 강철과 같은 저렴한 재료는 허용 오차가 낮은 부품에 사용할 수 있습니다.

6. 급속 가열 및 냉각 기술 구현

• 급속 열 사이클 성형(RHCM)은 플라스틱 흐름을 원활하게 하기 위해 금형을 녹는점 이상으로 빠르게 가열한 다음, 응고를 가속화하기 위해 빠르게 냉각하는 방식입니다.
• RHCM은 표면 품질과 정밀도를 개선할 수 있지만, 에너지 집약적이기 때문에 특수 용도로만 사용해야 합니다.

이러한 조치를 실행하고 금형 온도 성능을 지속적으로 모니터링함으로써 사출 성형업체는 이 중요한 공정 매개변수를 더욱 엄격하게 제어할 수 있습니다. 이를 통해 부품 품질 향상, 결함 감소, 그리고 사이클 시간 최적화를 통해 제조 효율을 높일 수 있습니다.

다양한 플라스틱의 사출 성형 온도

다음 표는 다양한 플라스틱에 대한 권장 사출 성형 온도를 요약한 것입니다.

참고: 최적의 성형 온도 범위는 특정 등급, 첨가제, 부품 형상, 원하는 물성 균형 및 사이클 타임에 따라 달라집니다. 사출 성형에서 높은 부품 품질과 제조 효율을 달성하려면 용융 온도와 금형 온도를 신중하게 제어하는 것이 매우 중요합니다.