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사출금형기
사출금형기(注塑機, an injection molding machine)란 플라스틱이나 고무 등의 재료를 투입하고 열을 가해 금형사이에 주입하여 원하는 모양의 제품을 만들어내는 기계를 말한다.[1][2]
목차
사출금형기 구성
사출금형기는 다음과 같이 크게 4가지로 구성된다. 금형을 여닫는 형체 기구, 금형을 이용하여 제품을 만드는 성형 기구, 재료를 용융시켜 일정량을 금형에 유입하는 사출 기구 그리고 구동장치, 제어장치, 주변 부속장치 등으로 나뉜다.
형체 기구
사출 시 금형이 열리지 않도록 형 체결력으로 금형을 닫고 사출된 재료가 고형화되면 형체를 열어 성형 품을 빼낼 수 있도록 고안된 장치로 금형을 개폐하고 형체력을 발생시키는 유압실린더 등으로 구성된다. 형체 기구는 피스톤이 직접 이동하는 직압식과 터 글 링크 기구가 개재되어 있는 터 글 링크식이 있다. 사출성형기는 안전검사 대상 품목인데 형체결력이 294KN 이하인 사출성형기는 안전검사에서 제외된다.
사출 기구
용융된 재료의 일정량을 높은 압력으로 금형 안으로 유입 시기는 장치로 호퍼, 재료 공급장치, 가열 실린더, 노즐, 사출 유압실린더 등으로 구성된다. 호퍼란 가열 실린더에 공급하는 수지를 저장하는 용기를 말하며, 재료 공급장치란 사출에 필요한 용융 수지를 계량하여 가열 실린더로 보내는 장치이다. 노즐은 가열 실린더의 선단부에 있는 성형 재료의 사출 구를 말한다. 사출 유압실린더는 스크류 또는 플러저를 전진시키고, 압력과 속도를 유지해 주는 유압실린더를 말한다.
성형 기구
금형을 사출성형기에 장착하여 사출 시 금형이 열리지 않도록 큰 힘을 가하고, 사출 후 금형을 열어 제품을 밀어내는 장치로 고정 플레이트, 가동 플레이트, 타이바, 밀어내기 장치 등으로 구성된다. 고정 플레이트는 금형의 고정측 부분을 장착 할 수 있는 형판이고 가동 플레이트는 금형의 가동 측 부분을 장착할 수 있는 형판이다. 타이 바란 이동판 등을 지지하고 금형의 개폐 동작을 안내하며 형 체결력을 지탱하는 기둥을 말한다. 밀어내기 장치란 사출되어 성형된 제품을 금형에서 밀어내는 장치이다.
기타 장치
기타 장치로는 제어장치, 유압장치가 있다. 제어장치는 실린더나 노즐의 온도를 검출하고 제어하여 설정온도를 유지하는 장치와 전동기와 히터에 동력을 공급하는 동력제어부가 있다. 유압장치는 사출성형을 위해 실린더에 압력을 공급하는 장치로 유압펌프, 압력 제어 변, 유량제어 변, 스트레이너, 쿨러, 오일탱크, 배관, 유압모터 등으로 구성된다.[3]
사출금형기 종류
사출금형기는 성형방법에 따라 압출성형(Extrusion Molding), 사출성형(lnjection Molding), 중공성형(Blow Molding), 진공성형(Thermo Forming), 카렌다성형(Calender), 압축 성형(Compression Molding), 회전성형(Rotational Molding) 등으로 구분된다.
압출성형(Extrusion Molding)
수지를 실린더에 넣고 가열 용융시켜 스크류(screw)를 이용해 연속적으로 다이(die)로부터 압출하여 성형하는 방법이다. 가래떡을 만드는 방법과 비슷하여 파이프(Pipe), 시트(Sheet), 필름(Film), 전선피복, 이형품, 펠렛(Pellet) 등이 압출성형기에 의해 생산된다. 실린더에는 열을 가하는 히터가 장착되어 원료를 용융시킨다. 스크류는 1축과 2축 두 가지가 있는데 2축 스크류에는 물림형, 빗물형, 동방향 회전형, 이 방향 회전형 등이 있으며 제품 생산 목적과 특성에 맞도록 각각 다르게 사용된다.
사출성형(lnjection Molding)
압출성형이 실린더로 밀어서 압력을 가하여 성형하는 방법이라면 사출성형은 원료를 주사기처럼 쏘아서 성형하는 방법이다. 원료 투입구인 호퍼에서 자동으로 낙하되는 원료(Pellet)는 실린더 내부의 스크류를 회전시켜 전방으로 보내며, 실린더 히터의 열과 스크류 회전에 의한 마찰열로 용융되면서 스크류 앞쪽으로 밀려 정체된다. 용융 수지가 정체됨에 따라 스크류는 후퇴한 후 일정량 체류된 용융 수지를 스크류로 고속, 고압으로 사출하여 금형의 공간(cavity)에 충전시키면 캐비티 내부에서 가압, 냉각, 고화되면서 취출되어 성형품이 만들어진다. 사출금형기는 동력 장치(기계식, 공압식, 유압식, 전동기식) 가소화 장치(히터, 스크류), 형체장치(직압식, 토글식), 계측·제어장치로 구성되어 있으며 이러한 장치들이 결합하여 다양한 형식의 사출성형기가 된다. 사출금형기 노즐에서 사출된 용융 수지는 스프루런너, 게이트를 통하여 공간(cavity)에 들어가 성형품이 만들어진다. 대부분의 플라스틱 제품들이 사출금형기를 통해 생산된다.
중공성형(Blow Molding)
압출기로부터 성형 재료를 튜브상으로 압출하고 이것을 곧바로 금형에 끼워 내부에 공기를 불어넣어 가운데가 빈 제품을 생산하는 방법이다. 블로(Blow)라는 것은 바람을 불어넣는다는 뜻이다. 블로 성형 방법으로는 압출식 블로 성형, 사출식 블로 성형, 다층식 블로 성형, 연신 블로 성형 등이 있다.
진공성형(Thermo Forming)
진공성형은 열성 형법 가운데 가장 널리 행해지는 방법으로 시트, 필름을 금형 위에 클램프(Clampe) 한 채 가열 연화시키고, 형과 틀 사이를 진공으로 시트를 형에 밀착시켜 성형하고 냉각 후에 진공을 끊고 성형 품을 꺼내는 방법으로 성형 방법에는 스트레이트 성형 법과 드레이프 성형 방법이 있다. 스트레이트 성형법은 오목형 금형에 가열한 시트를 진공 방법으로 밀착시켜 성형하는 방법이며 성형품 바닥의 코너 부가 가장 얇아져 두께의 분포가 좋지 않은 경향이 있다. 드레이프 성형법은 볼록형 금형에 일단 시트나 필름에 열을 가하여 미리 늘려 놓은 다음 밀어 올려서 성형하는 것을 말하며 깊은 형물을 만드는데 사용된다.
카렌다성형(Calender)
PVC, ABS 등의 수지를 열 롤에서 일정한 두께로 연속 압연하여 필름, 시트, 레자, 벽지, 바닥재 등을 만드는 방법을 카렌다 성형이라 한다.
압축 성형(Compression Molding)
압축 성형은 오래전부터 실시하던 성형 방법으로 플라스틱 원재료에 열을 가하여 눅눅할 정도에서 만들고자 하는 형태에 알맞은 양을 롤러로 압축하면서 늘린 다음 금형에 올려놓고 프레스로 눌러 형체를 만든 다음 냉각시켜 추출하는 공정이다. 대형 화분이나 물탱크, 농약통 등을 만든다.
회전성형(Rotational Molding)
분말 성형 방법이 하나인 회전성형은 금형 가운데 적량의 원료를 투입한 후 상부 금형을 닫고 열풍으로 가열한다. 가운데 수지가 용융해서 형틀 내면에 붙도록 하고 이것을 회전하면서 냉각해 제품화한다. [3]
사출금형기 작업 위험요인
- 감김 및 끼임 재해는 사출성형공정에서 가장 많이 발생하는 재해이다. 주로 사출성형된 제품을 수동으로 금형에서 빼내는 과정에서 발생하고 있다. 그 외에서 수리를 위한 금형의 탈부착, 금형 부착 후 조정 작업에서도 발생한다.
- 넘어짐 재해는 사출성형공정뿐만 아니라 대부분의 제조업종에서 많이 발생하고 있는 재해이다. 소규모 영세사업장은 공간이 협소하여 보행통로의 구분이 되어 있지 않은 경우가 다반사로 작업장 내에서 물품을 운반하거나, 이동 중에 미끄러지거나, 걸려 넘어지는 재해이다.
- 절단, 베임 재해는 사출성형 후 사상 작업에서 주로 발생하는 재해이다. 사상 공정은 성형제품을 후가공하는 공정으로 제품에 부착된 버(Burr)를 제거하는 후 가공 작업을 하거나 칼 등을 사용하여 사상을 작업을 할 때 주로 발생한다.
- 사출금형기는 하나의 기계로 다양한 제품을 만들기 위해서 수시로 금형을 교체할 필요가 있다. 사출 금형은 인력으로 운반하기에는 매우 무거운 중량물로 호이스트를 이용하거나, 크레인, 지게차 등을 이용하여 운반하는데 그 과정에서 여러 가지 요인으로 인한 중량물 낙하로 인한 재해가 발생한다.
- 사출 금형 공정에서 추락재해는 대부분이 호퍼로딩 공정에서 발생한다. 호퍼 로딩이란 사출기에 원료를 투입하는 호퍼에서 작업자가 원재료를 주입할 때 추락하는 경우가 많다. 원료 투입 공정을 자동화시키면 가장 좋으나, 소량 다품종의 제품을 생산하는 공장에서는 자동화의 한계가 있다.
- 사출 금형 공정에서도 자동화가 급격하게 도입되고 있는데 그 대표적인 것이 자동취출로봇이다. 하나의 공간에서 인간과 기계가 같이 작업을 하기 때문에 기계와 작업자 간의 충돌로 인한 재해가 빈번하게 발생하고 있다.
- 감전은 실린더 가열용 배선이나 충전부에 노출되어 감전되는 경우가 많고 화상은 150 ~ 180℃로 가열된 실린더 히터부에 접촉하거나, 노즐 오분 사로 인한 고온의 수지에 의한 화상이 발생한다. [3]
관련 기사
- 국내 최대 규모 공조 장비 조립공장이자 청정 환경 솔루션센터인 증평사업장에서는 탄소중립에 대응할 수 있는 친환경적인 제품을 생산하고 있다. 판금 가공라인은 다양한 두께의 금속판을 순서에 따라 자동으로 분류·적재·공급하며 천공(Punching) 작업에서 절곡(Bending) 작업까지 전자동으로 운영되고 있는 것이 특징이다. AI 시스템 기반의 제품 개발과 설계 자동화 시스템을 통해 정확도 및 신뢰도를 향상시킨 제품을 생산하고 있다. 신성이엔지 증평사업장에서는 AI 기술을 접목한 차별화된 제품을 지속 연구하고 있으며 제품 성능과 문제를 예측하고 현장 상황에 최적화된 고객 맞춤형 제품을 개발하는데 집중하고 있다.[4]
- 마세라티 슈퍼카, 벤츠 GLB, 테슬라 모델 X, 현대차 제네시스 GV80·G90. 국내 대표 자동차 프레스 금형업체인 신라 엔지니어링의 기술력이 들어간 세계 명차들이다. 이 회사의 금형에서 글로벌 명차들의 도어나 트렁크, 루프(천장)를 비롯해 차량 앞쪽 후드와 옆면인 펜더 등이 만들어진다. 내년에는 세계 최초로 표면 미세가공 금형 로봇을 생산 현장에 투입한다는 계획이다. 자동차의 외관은 정밀하게 설계한 금속 거푸집인 금형을 통해 찍어낸다. 화려한 디자인은 물론 차량의 안전성은 금형 기술에서 결정된다. 신라 엔지니어링은 가장 복잡한 기술이 요구되는 자동차 ‘사이드 아우터’ 금형을 만드는 세계 몇 안 되는 기업 중 한 곳이다.[5]
동영상
각주
참고자료
- 〈금형〉, 《네이버 지식백과》
- 〈사출성형〉, 《네이버 지식백과》
- 김훈, 〈사출금형기〉, 《네이버 블로그》,2019-08-01
- 이혜원 기자, 〈자동차 경량화 수요에 사출금형 산업 활기〉, 《중기이코노미》, 2016-02-16
- 안대규 기자, 〈명차 뼈대 만드는 신라ENG…내년 금형로봇 세계 첫 도입〉, 《한경닷컴》, 2022-06-16
같이 보기
