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사출기
사출기(射出機) 또는 사출성형기는 압력을 이용하여 고체 또는 점성 매체를 금형에 통과시키는 산업용 기계이다. 사출기는 사출성형 작업을 하는데 있어서 반드시 필요한 기계이다.
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개요[편집]
사출기는 금속 인서트로 복잡하고 정밀한 크기 또는 조밀한 플라스틱 제품을 한 번에 성형하는 기능을 가지고 있으며 국방, 전기 기계, 자동차, 운송, 건축 자재, 포장, 농업, 문화, 교육 및 건강에 널리 사용되고 있다. 오늘날 플라스틱 산업의 급속한 발전과 함께 사출성형기는 수량 및 모델 측면에서 중요한 위치를 차지하고 있다. 사출 성형품은 크기나 형상, 기능, 재질, 생산 수량에 따라 요구되는 사출성형기의 능력이나 크기가 다르다.
사출성형기는 기본적으로 형체부와 사출부로 나눈다. 이 둘은 통해 금형을 제어하고 형체력을 발생시키는 것이다. 형체부에서는 금형이 주입된 용융수지로 인한 내부 압력에 의해 열리지 않도록 개폐시키는 역할을 하는 형체 실린더, 가동형판, 고정형판 등으로 구성돼 있다. 사출부에는 고체 수지를 넣어 용융한 후 용융 수지를 금형 내부로 넣는 부분으로써 수지 원료가 들어가는 호퍼, 실린더를 가열시키는 히터와 원료를 이송시키는 스크류 등으로 구성돼 있다. 그리고 사출성형기를 제어하기 위한 동력 및 전기제어부는 온도와 동력을 제어하는 역할 수행하며 실린더를 움직이는 유압 구동부가 있다.[1][2]
동력원에 따른 분류[편집]
유압식 사출기[편집]
유압식 사출기는 전동식 사출기가 개발되기 이전에는 가장 널리 쓰이던 방식으로 동력원은 전기이지만 각종 실린더의 작동이나 스크류의 회전 등 직접적인 구동장치는 유압장치를 사용하고 있다. 최근에 소형인 경우 전동식 사출기가 일반화되고 있으며 유압식 사출기는 중형에서 초대형까지 사용되고 있다. 하지만 이마저도 에너지 절감의 요구에 따라 절전형 사출기로 변화가 빠르게 진행되고 있다.
장점[편집]
- 작동력의 빠르기를 넓은 범위에서 무단계로 선택이 가능하다.
- 운전의 원격조작이 가능하고 조작의 전자동화가 쉽다.
- 진동이 적고 원활한 조작이 가능하다.
- 과부하에 대한 보호를 간단하고 확실하게 할 수 있다.
- 마찰손실이 적고, 내구성이 뛰어나다.
단점[편집]
- 기름이 누설되기 쉬워 기계 주변이 지저분해진다.
- 작동유의 온도 변화에 의해 유압 장치의 작동 속도가 변화한다
- 작동유는 가연성이므로 화재의 위험이 있다.
전동식 사출기[편집]
전동식 사출성형기는 사출장치, 형체 장치 등에 피드백 제어기능을 가진 전동기 즉 AC 서보모터를 사용하고 볼스크류를 이용해 서보모터의 회전운동을 직선운동으로 전환해 동작하도록 한 사출기이다. 1983년 일본의 닛세이공업사에서 서보모터를 이용한 전동식 사출성형기가 개발된 이래 대용량의 서보모터가 계속 개발되면서 점차 대형기에도 채용되고 있으며 2001년 LG전선㈜에서 국내 최초로 전동 사출성형기를 출시했다. 전동 사출성형기의 장점은 다음과 같은 기능을 갖추고 있다.
- 고출력, 고응답 AC 서보모터를 적용해 뛰어난 사출속도.
- 5점 Toggle 방식의 고속 형체 기구 및 고강성 사출 메커니즘.
- 에너지 절감, 저소음 및 Clean 성형 실현.
- 동시동작을 채용한 생산성 향상
- 안전 규격에 의한 설계(KC, CE Mark).
- 편리한 운전조작 및 안정된 제어 시스템.
절전형 Hybrid 사출기[편집]
최근에는 친환경 및 에너지 절감에 대한 소비자들의 관심이 높아짐에 따라 절전형 사출기 시장이 급성장하는 환경에 맞춰 절전 효과를 극대화한 절전형 Hybrid 사출기가 일반화되고 있는 추세이다. 절전형 Hybrid 사출기도 서버 펌프 시스템 및 각 구동부의 구동원을 서버모터를 사용함으로써 아래와 같은 장점을 실현하고 있다.
- 회전수 제어와 토출량 가변 제어를 통해 All 유압식 대비 에너지 절감. 평균 55% 이상 실현.
- 회로 및 응답 특성 개선을 통한 사이클타임 단축으로 생산성 향상(15% Up).
- 정밀 성형으로 인한 고품질 확보
- 냉각용수 절감(표준 대비 30% 절감) 및 오염 감소효과(작동유 소모량 30% 개선).
- 서보 시스템 적용으로 저소음(30% Down).
- 작동 유온 안정(5℃ Down) 및 기계 수명 연장.[3]
종류[편집]
범용성형기[편집]
표준 성형기로서 가장 많이 보급된 종류의 성형기이다. 좌측의 형체부와 우측의 노즐부가 수평방향으로 조합이 된 것으로 특징을 살펴보면 아래와 같다.
- 고속 성형이 가능하며 조작이 편리하다.
- 금형 교환이 쉽다.
- 성형품의 취출이 편리하다.
- 보수, 점검이 편하다.
- 성형 재료의 공급이 편리하다.
수직성형기[편집]
형체부와 노즐부가 모두 수직으로 구성되어 있는 성형기로서 일반적으로 형체부 위에 노즐부가 배치된다. 수직 성형기의 특징을 살펴보면 아래와 같다.
- 기계의 설치면적을 적게 차지한다.
- 인서트 사출시에 인서트 부품 삽입이 쉽고 안정된다.
- 노즐부가 세로로 놓임으로 수지의 흐름이 균일하다.
복합형 성형기[편집]
복합형 사출기란 형체부가 수직으로 구성되고 또 노즐부가 횡형으로 구성된 사출성형기를 말한다. 복합형 사출성형기 역시 통상 수직형 성형기로 불리기도 하지만 엄밀히 따지면 복합형이라 부르는 것이 맞다. 범용과 수직형의 이점만을 살려 만든 성형기로 양방의 장점을 고루 갖춘 성형기이다. 장점을 살펴보면 아래와 같다.
- 설치면적이 적다.
- 인서트 성형시 인서트 부품의 삽입이 쉽고 안정된다．
- 고속 성형이 가능하며 조작이 편리하다.
- 보수, 점검이 편하다.
- 성형 재료의 공급이 편리하다.
２색 성형기[편집]
２색 성형기는 기계의 명칭대로 ２가지 색의 성형품을 만드는 것이다. 주로 부가가치를 높인 제품에 사용된다. 범용성형기와 같은 형상을 하고 있으나 노즐부를 살펴보면 ２개의 실린더로 구성이 된 것을 알 수가 있다. 실린더의 배치에 따라（ㄴ）자형으로 배치한 것과 상하로 배치한 것도 있다. ２색 성형기는 금형이 회전하여 ２회 사출로서 성형품이 완성되는 방식이다.
로터리 성형기[편집]
냉각 시간이 긴 제품의 성형시에 사이클 시간이 길어져 생산성이 악화된다. 때문에 ２개의 금형을 준비하여 회전 원반상에 배치하여 차례로 사출을 하여 회전 원반이 １회전 할 시간과 성형 사이클 시간을 맞추도록 한 것이 로터리 성형기이다. 금형이 회전하는 방식과 실린더가 회전하는 방식 ２가지가 있다.[4]
작동순서[편집]
금형 담힘과 체결[편집]
사출성형의 사이클은 금형의 닫힘으로 시작되고 금형의 보호를 위하여 저압에서 이루어지며 금형이 닫히면 강한 힘으로 전환되어 사출 시에 고압의 사출 압력에 의해 금형이 열리지 않도록 금형이 체결됨.
노즐 접촉과 사출[편집]
금형의 고정측 형판이 있는 쪽으로 사출장치가 전진하여 노즐의 선단이 금형의 스프루 부시에 접촉됨. 노즐 접촉이 끝나면 스프루가 피스톤 역할을 하여 실린더 내의 용융 재료를 캐비티 내로 사출함.
보압[편집]
고압으로 사출된 용융 재료는 고압으로 충전되기 때문에 역방향으로 압력이 작용하여 용융 재료가 고화될 때까지 사출 압력을 일정 시간 동안 유지해 주어야 하는데 이 압력을 보압 또는 2차 압력이라 함. 보압은 성형품의 체적 감소에 의한 수축 방지의 목적도 있음.
냉각 및 가소화[편집]
금형 캐비티 내에 주입된 성형 재료는 이형이 가능하도록 일정 시간 동안 냉각•고화시켜야 하는데 이것을 큐어링이라 하고 성형 사이틀 타임 중에서 가장 비중이 큼. 노즐 후퇴와 금형 열림 가소화가 완료된 사출장치는 후퇴하여 노즐이 금형의 스프루 부시에서 이탈됨과 동시에 사출성형기의 가동측 형판이 후퇴하여 금형이 열림.
이젝팅[편집]
금형이 열리면 이젝팅 로드에 의해 성형품을 금형 캐비티에서 밀어내어 취출하고 이후에 금형이 닫히면서 새로운 성형 사이클을 시작하게 됨.[5]
구조[편집]
- 가열 실린더(Barrel): 호퍼로부터 수지를 공급받아 용융시키는 역할을 하는 부분으로서 외부에는 밴드 히터가 부착되어 온도를 구간별로 조절.
- 히터 밴드(Heater Band): 전기 에너지를 열에너지로 변환시켜 실린더 온도를 높이는 역할.
- 호퍼(Hopper): 성형을 위해 가열 실린더와 연결된 수지 저장소, 최근에는 자동 수지 공급장치인 호퍼 로더(Hopper Loader)를 주로 사용함.
- 사출 램: 사출 실린더의 힘을 스크류로 전달.
- 고정측 형판(Stationary Platen): 금형이 부착되는 고정반이며, 노즐이 스프루 부시(Sprue Bush)와 접촉할 수 있도록 한가운데에 구멍이 뚫려 있음(Locate Ring), 금형 크기에 따른 취부홀(혹은 T홈)이 규칙적으로 배열됨.
- 이동측 형판(Moving Platen): 고정측 형판과 마주 보고 있으며 금형 취부홀이 배열되어 있음, 이젝터 핀(Ejector Pin)을 작동하기 위해 이젝터 로드(Ejector Rod)가 지날 수 있는 구멍이 뚫려 있음, 토글식 사출성형기의 경우에는 형개폐 구동을 위한 토글 링크가 테일 스톡을 통해 이동측 형판과 연결됨.
- 형체 실린더(Clamping Cylinder): 사출압에 의해 금형이 열리지 않게 형체력을 발생시키고 이동측 형판의 개폐 동작을 담당(부스터 실린더).
- 유압 모터: 유압에 의해 가동되며 스크류를 회전시켜 수지가 계량될 수 있도록 함.
- 유압 펌프: 사출기의 엔진과 같은 부품, 유압식 사출기는 모든 구동력이 유압에 의해 발생.[6]
사양 결정[편집]
- 형체력 : 금형을 달아 조이는 힘의 최대값으로 성형기의 성형 능력을 의미한다.
- 형개거리 : 고정반과 이동반의 개폐거리로서 일반적으로 성형품을 금형의 암형, 숫형으로부터 취출하기 위한 필요거리로 금형두께와 형개 거리 최대치 검토 시 필요하다.
- 에젝터 stroke & 에젝터력 : 성형품을 금형으로부터 취출하기 위한 필요 거리 및 힘을 말한다. 통상 에젝터 스트로크는 금형의 형상과 성형품에 따라 결정한다.
- 타이바 간격 (TIE-BAR SPACE) : 성형기에 장착할 수 있는 금형의 최대 크기를 결정할 때 필요한 지수이다.
- 금형의 최대 & 최소 높이 : 금형의 높이를 최대 또는 최소 체결 가능할 수 있는 거리를 말한다.
- 이론사출용량 : 스크류가 최대 후퇴하여 사출 전진 완료시 까지의 최대 사출 용적을 말한다.
- 사출압력 : 스크류 선단부에 발생하는 최대 압력을 말한다.
- 사출률 : 1sec 간에 노즐로부터 사출되는 최대 사출 용적을 말한다.
- 가소화 능력 : 가열 실린더가 최대 어느 정도의 수지를 가소화할 수 있는 능력을 말하며 계량시간을 산출하여 성형기의 생산능력을 결정하는데 필요한 수치이다.[7]
각주[편집]
- ↑ 판금기계설계, 〈사출성형기 구조와 원리/사출성형의 원리는?/가소화, 충진,보압이란?〉, 《티스토리》, 2020-05-16
- ↑ 〈사출기 선택의 6 가지 핵심 포인트〉, Fu Chun Shin
- ↑ 영환도사, 〈사출성형기의 이해〉, 《네이버 블로그》, 2018-10-11
- ↑ rokmc9378, 〈사출성형기의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2014-08-27
- ↑ 〈사출성형기〉, 《케이스 제작》
- ↑ 조원동, 〈플라스틱 사출기의 기본 구성 및 사출 성형기의 구조 용어〉, 《티스토리》, 2021-11-09
- ↑ 하늘, 〈사출 성형기의 종류〉, 《다음 카페》, 2008-05-13
참고자료[편집]
- 판금기계설계, 〈사출성형기 구조와 원리/사출성형의 원리는?/가소화, 충진,보압이란?〉, 《티스토리》, 2020-05-16
- 〈사출기 선택의 6 가지 핵심 포인트〉, Fu Chun Shin
- 영환도사, 〈사출성형기의 이해〉, 《네이버 블로그》, 2018-10-11
- rokmc9378, 〈사출성형기의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2014-08-27
- 〈사출성형기〉, 《케이스 제작》
- 조원동, 〈플라스틱 사출기의 기본 구성 및 사출 성형기의 구조 용어〉, 《티스토리》, 2021-11-09
- 하늘, 〈사출 성형기의 종류〉, 《다음 카페》, 2008-05-13
같이 보기[편집]
