[논문]다수 캐비티 사출금형에 적용되는 새로운 균형 충전용 러너 시스템 개발

정영득

doi:10.5228/kspp.2006.15.1.042

다수 캐비티 사출금형에 적용되는 새로운 균형 충전용 러너 시스템 개발
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For mass production, usually injection mold has multi-cavity which is filled through geometrical balanced runner system. Despite geometrical balanced runner system, filling imbalances between cavity to cavity have always been observed. These filling imbalances are one of the most significant factors to affect quality of plastic parts. Filling imbalances are results from non-symmetrical shear rate distribution within melt when it flows through tile runner system. It has been possible to decrease filling imbalance by optimizing processing conditions, but it has not completely eliminated this phenomenon during injection molding processing. This paper presents a solution for these filling imbalances by using Runner Core pin (RC pin). The Runner Core pin which is developed in this study creates a symmetrical shear distribution within runner. As a result of using Runner Core pin, a remarkable improvement in reducing filling imbalances was confirmed.

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문제 정의

본 연구에서는 다수 캐비티 형 사출 금형에서 RC pin 이 채용된 러너 시스템을 갖는 새로운 금형 구조를 제안하였으며, 이를 이용하여 RCpin 의 삽입 길이가 충전 불균형 현상에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해 PMMA와 ABS를 대상으로 실험적 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이에 본 연구에서는 기하학적으로 균형을 갖춘 러너 시스템을 구비한 다수 캐비티 사출 금형의 충 전 불균형을 해소하기 위한 하나의 방안으로 러너 내에 코어핀(Runner Core pin 이후에는 RC pin이라 부른다)을 채용한 새로운 러너 시스템을 제시하고, RC pin의 변화에 따른 충전 불균형 도의 변화를 ABS와 PMMA 수지를 대상 재료로 하여 실험적 연구를 수행하였다.

제안 방법

RC pin 삽입 길이에 따른 충전 불균형 도의 측정은 성형과정에서 발생하는 사출성형기의 반복오 차와 측정오차를 최소화하기 위해 동일 성형 조건에서 연속 5회 실험하여 얻은 시편의 무게를 측정하여, 최대값과 최소값을 갖는 시편을 제외한 나머지 3개의 시편에 대해 평균 무게를 측정치로 채택하였다.
성형조건의 설정은 각 수지의 실험에 적용하였던 성형조건으로 사출 속도는 사출성형기의 최대 사출 속도의 40%, 금형 온도는 50℃, 사출압력과 성형온도는 최대사출압의 50%와 235℃로 각각 설정하였다.
충전 불균형의 개선에 영향을 줄 것으로 기대되는 RC pine 직경 3mm에 길이는 57, 60, 65, 70mm로 Fig. 4에서 나타낸 것과 같이 1차 러너와 2차 러너의 콜드 슬러그 웰(cold slug well)에 각각 삽입하여 RC pin이 각 캐비티의 균형 충전에 미치는 영향을 알아보았다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 사출성형기는 LG 기계에서 제작한 형 체력 140톤의 직압식 수평형 사출성형 기이며, 실험용 금형은 Fig. 3과 같이 기하학적으로 균형을 갖춘 러너 시스템에 RC pin 이 채용된 8 캐비티 2매 구성형 금형을 사용하였다.
실험 대상 수지는 기존 연구[6]에서 다른 수지에 비해 비교적 큰 온도 민감도[기를 갖고 있어 충전 불균형 현상을 크게 발생시킨 ABS(TR558 AI)와 PMMA(IF850)을 사용하였다.

성능/효과

(1) 비대칭적 전단분포에 의해 발생되는 다수 캐비티 사출 금형에서의 충전 불균형은 RC pin을을 채용함으로써 대폭 감소시킬 수 있었다.
(2) 1차 러너에서의 RC pin을 적용하였을 경우에는 RC pin이 없는 경우에 비해 중전 불균형 도를 ABS에서는 약 80%, PMMA에서는 약 60% 이상 감소시킬 수 있었다.
(3) RC pin 의 삽입 길이가 길어질수록 충전 불균 형도는 약간 감소하는 경향을 보였다.
7은 각 수지별 RC pin의 삽입 길이에 따른 충전 불균형 도를 나타내고 있다. DF1 값의 변화의 폭은 크지 않지만, ABS와 PMMA 모두에서 RC pin의 삽입 길이가 길어질수록 충전 불균형 도는 감소하는 경향을 보이고 있다. 이는 RC pin의 삽입 길이가 길어질수록 핀의 외 경부에 따라 생긴 새로운 고전단율 유동층이 RC pin의 외 측에서 대칭형 상을 이루는 최소거리를 더욱 안정적으로 확보할 수 있어서 충전 불균형 도가 점차 조금씩 감소하는 것으로 생각되어진다.
실험 결과 RC pin을 채용한 새로운 러너 시스템은 다수 캐비티 금형에서 균형 충전을 위한 유효한 금 형 구조임을 확인할 수 있었으며, RC pin의 삽입 길 이가 균형 충전에 미치는 영향을 제시할 수 있었다.
4의 각 캐비티에 RC pin이 충 전불균형도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 충전 불균형도 DF1의 평균값은 PMMA의 경우가 ABS에 비해 다소 크게 나타났으며, PMMA와 ABS 모두에서 1차 러너에 RC pin이 삽입된 Cavity 1에서의 충전 불균형 도가 RC pin이 삽입되지 않은 Cavity 3에 비하여 확연히 개선되었음을 알 수 있다. 그러나 2차 러너에 RC pin이 삽입된 Cavity 2와 Cavity 4에서의 충전 불균형도 는 RC pin이 삽입되지 않은 Cavity 3에서의 충전 불균형도 보다 더욱 커짐을 알 수 있다.

후속연구

이는 RC pin의 삽입 길이가 길어질수록 핀의 외 경부에 따라 생긴 새로운 고전단율 유동층이 RC pin의 외 측에서 대칭형 상을 이루는 최소거리를 더욱 안정적으로 확보할 수 있어서 충전 불균형 도가 점차 조금씩 감소하는 것으로 생각되어진다. 또한, RC pin의 삽입 길이를 더욱 광범위하게 조정하면 DFI 값이 제로(zero)에 가깝게 되는 삽입 길이가 존재할 것으로 생각되며, 이에 대한 연구는 향후 연구로 남겨둔다.

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