플라스틱 사출 성형 또는 사출 성형은 사출 성형기를 사용하여 플라스틱 부품을 대량 생산하는 방식입니다.
작동 원리를 이해하려면 사출 금형에 대한 기본적인 지식이 있어야 합니다. 금형이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 어디에서 구할 수 있는지, 그리고 특정 작업에 가장 적합한 사출 금형은 무엇인지 알아야 합니다.
다행히 이 글에서는 사출 성형 금형을 작동하기 전에 알아야 할 모든 세부 정보를 제공합니다.
사출금형이란?
사출 금형 또는 플레이트는 플라스틱 사출 성형 공정에 사용되는 기계 가공 도구입니다. 용융된 플라스틱을 성형하여 완제품 플라스틱 제품을 만듭니다.
사출 성형기에서 녹은 플라스틱이 통과하는 입구를 스프루 부싱이라고 합니다. 스프루는 러너(스프루와 금형 캐비티를 연결하는 터널)와 연결됩니다.
캐비티 이미지는 사출 금형 내의 빈 공간으로, 용융된 플라스틱을 원하는 모양과 크기로 변형시키는 역할을 합니다.
일반적으로 사출 성형 금형은 생산량에 따라 단일 캐비티 또는 다중 캐비티를 가질 수 있습니다. 단일 캐비티 금형은 단입 캐비티 금형이라고 하며, 다중 캐비티 금형은 다입 캐비티 금형이라고 합니다.
이젝터 금형이란 무엇인가요?
이젝터 금형 또는 B 플레이트는 사출 성형 금형에서 플라스틱 부품이 사출 금형 밖으로 배출되는 출구 역할을 하는 부분입니다.
용융된 플라스틱이 금형을 형성하면 클램핑 장치가 B 플레이트를 사출 금형에서 밀어내어 배출구를 만들고 이젝터 핀을 사용하여 플라스틱 제품을 사출 금형 밖으로 밀어냅니다.
오버몰딩이란 무엇입니까?
오버몰딩은 사출 금형을 이용하여 하나의 제품 주위에 여러 층을 형성하는 공정입니다. 이는 사출 성형된 부품을 금형에 다시 넣어서 이루어집니다.
하지만 이 공정을 성공적으로 수행하려면 여러 개의 사출 장치가 있는 특수 사출 성형 금형이 필요합니다.
오버몰딩 공정은 간단합니다. 먼저 기본 색상의 소재로 플라스틱 제품을 성형하는데, 이때 다른 색상의 플라스틱 제품을 추가로 성형할 수 있도록 충분한 공간을 남겨두어야 합니다.
사출 금형 툴링 게이트 유형
금형이 열릴 때 생기는 작은 구멍을 게이트라고 합니다. 플라스틱은 이 구멍을 통해 금형 캐비티로 들어갑니다. 사출 금형에는 크게 두 가지 유형의 게이트가 있습니다. 다음과 같습니다.
- 자동 조절식 게이트: 이 게이트는 작업자의 개입 없이 자동으로 열립니다. 따라서 손상이나 흠집이 줄어듭니다. 이러한 게이트에는 핫 러너 게이트, 밸브 게이트 및 이젝터 핀 게이트가 포함됩니다.
- 수동 분리형 게이트: 이러한 게이트 유형은 한 사이클이 완료되면 작업자가 부품을 런너에서 분리해야 합니다. 여기에는 스프루 게이트, 스파이더 게이트, 오버랩 게이트 등이 포함됩니다.
사출 금형의 종류
사출 금형은 생산하고자 하는 플라스틱 제품에 따라 모양과 크기가 다릅니다.
플라스틱 사출 성형 공정에 사용할 수 있는 사출 금형의 종류는 여러 가지가 있지만, 그중에서도 2판 성형 방식이 가장 널리 사용됩니다.
다양한 플라스틱 사출 성형 금형은 다음과 같은 기준에 따라 분류됩니다.
금형 캐비티의 수
사출 성형을 구분하는 주요 방법 중 하나는 금형 캐비티의 개수입니다. 이 범주에는 세 가지 유형의 사출 금형이 있습니다. 다음과 같습니다.
- 패밀리 금형: 패밀리 금형은 여러 개의 서로 다른 캐비티를 가지고 있습니다. 제조 회사들은 이를 사용하여 다양한 모양과 크기의 플라스틱 부품을 생산합니다.
- 단일 캐비티 금형: 캐비티가 하나뿐이므로 한 번의 성형 공정으로 하나의 성형 부품만 생산할 수 있습니다. 일반적으로 대량 플라스틱 생산에는 적합하지 않지만 다른 금형보다 가격이 저렴합니다.
- 다중 캐비티 금형: 이 사출 성형 금형은 유사한 용기를 대량 생산하기 위해 여러 개의 동일한 캐비티를 가지고 있습니다.
먹이주기 시스템
플라스틱 사출 성형 금형을 구분하는 또 다른 방법은 용융된 플라스틱을 금형 캐비티로 유도하는 러너, 게이트, 스프루 등의 통로로 구성된 공급 시스템을 살펴보는 것입니다.
이 범주에 속하는 다양한 종류의 금형은 다음과 같습니다.
- 절연 러너 사출 금형: 이 사출 성형 방식은 가열되지 않은 러너를 사용하여 용융된 플라스틱을 캐비티 이미지로 유도하고, 카트리지 히터를 사용하여 용융된 플라스틱 주변에 단열층을 형성합니다.
- 핫 러너 사출 금형: 이 금형은 외부 또는 내부 가열 로드를 사용하는 사출 성형에 사용됩니다. 금형은 플라스틱 부품과 함께 배출되는 것을 방지하기 위해 매니폴드 플레이트로 영구적으로 둘러싸여 있습니다.
- 콜드 러너 사출 금형: 단열 러너 사출 금형과 마찬가지로 콜드 러너는 가열되지 않은 러너를 사용하여 용융된 플라스틱을 캐비티로 유도하므로 열에 민감한 플라스틱 부품을 생산할 때 가장 적합한 옵션입니다.
금형판
앞서 언급했듯이 금형판은 플라스틱 용기를 생산하는 데 사용되는 성형 도구 중 하나입니다. 금형판의 개수를 통해 다양한 플라스틱 사출 성형 도구를 구분할 수 있습니다. 금형판의 종류는 다음과 같습니다.
- 2단판 사출 성형: 이 사출 금형은 금형 제작 비용이 저렴하고 거의 모든 러너 시스템과 호환되므로 수십만 개의 플라스틱 제조 회사에서 가장 많이 사용하는 사출 금형입니다. 하지만 이들 회사는 단일 캐비티 금형에 더 익숙합니다.
- 3판 사출 성형: 단일 분할선이 있는 2판 금형과 달리, 2개의 분할선이 있는 추가 스트리퍼 플레이트가 있습니다. 이 분할선은 작동 시스템과 사출 성형 부품을 분리합니다.
- 스택형 사출 금형: 이 범주에서 가장 비싼 사출 금형이지만, 효율성이 높아 전반적인 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 사이클당 더 많은 클램프 톤수를 사용합니다.
플라스틱 사출 금형 재료 선택
금형 재료 선택은 사출 성형 금형 설계에서 가장 간과되기 쉽지만 매우 중요한 요소 중 하나입니다. 재료 선택은 사출 금형의 수명에 상당한 영향을 미칩니다.
알루미늄이나 강철을 사용하여 금형을 제작할 수 있습니다. 하지만 알루미늄은 정밀도가 높은 플라스틱 부품을 생산할 때는 최적의 선택이 아닙니다. 따라서 정밀도가 낮은 부품을 제작할 때만 알루미늄을 사용하는 것이 좋습니다.
다음 사항도 유의하시기 바랍니다.
- 사출 금형의 강도와 내구성을 균형 있게 유지하려면 적절한 강철 경도와 등급이 매우 중요합니다.
- 러너와 게이트 같은 금형을 마모시킬 수 있는 유리 섬유 강화 재료를 성형하려면 더 단단한 강철이 필요합니다.
- 강철의 경도를 이용하여 강철의 취성을 나타낼 수도 있습니다. 따라서 측면 하중에 취약한 공구 부품에는 사용하기에 가장 적합한 방법은 아닙니다.
정밀한 공구 제작 복잡성과 정밀 공차 간의 관계
금형 설계, 캐비티 형성, 그리고 재료는 플라스틱 사출 금형의 공차에 영향을 미칩니다. 복잡한 부품은 캐비티 개수와 같은 여러 변수를 고려해야 하므로 공차를 유지하기 어려워질 수 있지만, 단순한 공정일수록 더 정밀한 공차를 얻을 수 있고 유지할 가능성이 높습니다.
일반적으로 나사산이나 언더컷과 같은 추가 기능이 있는 복잡한 부품을 생산하려면 정교한 플라스틱 사출 성형 금형이 필요합니다. 복잡한 형상의 경우 추가적인 회전 기계식 기어가 필요할 수도 있습니다.
사출 성형 금형 제작 공정
사출 성형 금형 제작 과정은 그다지 복잡하지 않습니다. 하지만 제품의 종류, 재료, 그리고 충족하고자 하는 사양에 따라 과정이 달라질 수 있습니다.
그렇다면 사출 성형 공정의 기본 단계는 다음과 같습니다.
설계 및 엔지니어링
사출 성형 공정의 첫 번째 단계는 설계 및 엔지니어링입니다. 이 단계에서는 사출 금형의 3D CAD 모델을 제작하고 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 원하는 모양, 크기 및 공차를 가진 플라스틱 부품을 생산하는지 성능을 테스트합니다.
프로토 타입
다음 단계는 설계를 테스트하기 위해 시제품 금형을 제작하는 것입니다. 이를 통해 모델이 원하는 결과를 제공할 수 있는지 여부를 판단할 수 있습니다. 또한 이 단계를 통해 최종 단계에 이르기 전에 금형 설계를 개선할 수도 있습니다.
도구 제작
이 단계에서 실제 금형을 제작합니다. 금형 제작에는 알루미늄이나 강철과 같은 다양한 재료와 방전가공(EDM), CNC 가공, 3D 프린팅과 같은 기술을 사용할 수 있습니다.
금형 검증
사출 성형 금형 제작의 다음 단계는 여러 개의 시험 부품을 생산하고 성형된 플라스틱의 특성과 치수를 측정하여 요구되는 사양 및 표준을 충족하는지 확인하는 것입니다.
대량 생산
금형이 적합한지 확인했으니 이제 대량 생산에 사용할 수 있습니다. 대량 생산은 금형의 여러 구멍에 녹인 플라스틱을 채우고 충분한 시간 동안 식혀 굳혀 금형 모양을 만드는 과정을 포함합니다.
유지보수
사출 성형 공정은 한 번의 생산으로 끝나는 것이 아닙니다. 고품질 제품 생산을 지속하려면 사출 성형기를 꾸준히 관리해야 합니다. 즉, 마모된 부품을 수리하고, 필요한 조정을 하고, 주기적으로 청소해야 합니다.
플라스틱 금형 제조 업체를 선택할 때 고려해야 할 사항
맞춤형 사출 성형 공정에 가장 적합한 제조 업체를 찾는 것은 다소 어려울 수 있습니다. 어떤 질문을 해야 하고 어떤 답변을 얻어야 하는지 알아야 합니다.
성형 공정에 가장 적합한 제조업체를 찾으려면 다음 사항을 고려하십시오.
- 경험 연수: 경험은 중요합니다. 경험이 많은 제조업체일수록 불량품 발생률이 낮아 총 운영 비용을 절감할 가능성이 높습니다.
- 국내 생산: 현지 제조업체를 고용하면 자체 설비를 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.
- 명확한 소통: 신뢰할 수 있는 제조업체를 고용하려면 진행 상황을 투명하게 알려주는 곳이어야 합니다. 사전에 제작 과정을 설명해 달라고 요청하고, 필요한 자재에 대해서도 문의하세요. 제조업체가 목표를 어떻게 제시하는지 살펴보고, 함께 소통할 수 있는 업체인지 판단하세요.
결론
이제 플라스틱 사출 성형 금형의 작동 원리를 알았으니 프로젝트를 시작할 수 있습니다. 이 공정은 비교적 간단하여 합리적인 시간 내에 대량의 플라스틱 용기를 생산할 수 있습니다. 또한 비용 효율적이며, 최대한 짧은 시간 안에 고품질 제품을 생산하는 데 도움이 될 것입니다.
