플라스틱 사출 성형 시 설계 고려 사항

왜 어떤 제조업체는 끝없는 생산 지연을 겪는 반면, 다른 제조업체는 항상 완벽한 부품을 생산하는 것일까요? 해답은 금형을 처음 제작하기 전에 이루어지는 설계 선택에 있습니다. 잘못된 설계는 부품의 변형, 불량품 발생, 그리고 비용이 많이 드는 금형 변경으로 이어져 예산과 시간을 낭비하게 합니다.

플라스틱 사출 성형은 원자재를 정밀 부품으로 변환하는 공정으로, 자동차 대시보드부터 의료 기기에 이르기까지 모든 산업 분야에 적용됩니다. 성공의 핵심은 설계 요소와 제조 공정 간의 상호 작용에 대한 이해에 있습니다.

플라스틱 사출 성형에서 디자인이 중요한 이유

초기 개발 단계에서 이루어지는 설계 결정은 생산이 원활하게 진행될지 아니면 지속적인 차질을 겪게 될지를 결정합니다. 벽 두께부터 게이트 위치에 이르기까지 모든 요소는 재료 흐름, 냉각 패턴 및 부품 품질에 영향을 미칩니다.

설계 단계는 제조상의 어려움을 해결하는 데 가장 비용 효율적인 기회를 제공합니다. CAD 검토 중에 변경하는 것은 몇 시간밖에 걸리지 않고 최소한의 자원만 소모됩니다. 하지만 금형 제작 후 수정하려면 경화강을 가공해야 하므로 일정이 몇 주 늘어나고 예산이 수천 달러 증가하게 됩니다. 잘못된 설계 선택은 생산 과정 전반에 걸쳐 영향을 미쳐 금형에 부품이 달라붙거나, 냉각 중에 변형되거나, 품질 검사에 불합격하는 등의 문제를 야기할 수 있습니다.

플라스틱 사출 성형의 벽 두께

사출 성형 부품의 벽 두께는 일반적으로 1mm에서 5mm 사이입니다. 이러한 특수한 두께는 결함 발생을 최소화하고 생산 시간과 재료 소비를 줄여줍니다.

벽 두께가 다른 부품은 냉각이 고르지 않게 됩니다. 두꺼운 부분은 녹고 얇은 부분은 굳어지면서 내부 응력이 발생하여 변형이 일어납니다. 따라서 인접한 벽의 두께는 인접한 벽 두께의 40~60% 이상이어야 구조적 안정성을 확보할 수 있습니다.

벽 두께가 지나치게 두꺼우면 재료가 낭비될 뿐만 아니라 냉각 시간도 늘어나 생산 비용이 크게 증가합니다. 반면에 벽 두께가 1mm 미만이면 용융된 플라스틱이 모든 캐비티 영역을 덮기 전에 굳어버려서 불량품이 발생할 수 있습니다.

주요 벽 두께 지침:

• 대부분의 용도에서는 1.5~3.0mm를 유지하십시오.

• 인접한 부분 간의 차이를 최소화하십시오.

• 두께 변화가 있을 때는 점진적인 전환을 사용하십시오.

• 전체 두께를 늘리는 대신 강도를 높이기 위해 보강재를 추가하세요.

플라스틱 사출 성형용 드래프트 각도

드래프트는 수직면에 적용되는 미세한 경사로, 일반적으로 캐비티 깊이를 1도 정도로 조절합니다. 이 경사는 냉각 과정에서 재료의 수축을 방지하고, 부품 배출 시 마찰을 최소화합니다.

드래프트 각도가 제대로 설계되지 않으면 부품이 금형에 끼어버릴 수 있습니다. 사출 시 발생하는 힘으로 인해 표면에 흠집이 생기거나, 얇은 부품에 균열이 발생하거나, 값비싼 금형이 손상될 수 있습니다. 이러한 문제는 표면이 요철이 있는 경우 더욱 심화되는데, 일반적으로 설계자는 요철 깊이 0.001인치당 1.5도의 드래프트 각도를 적용합니다.

드래프트 각도 최적화 사례:

• 매끄러운 표면에는 최소 1~2도의 각도를 적용하십시오.

• 질감이 있는 마감의 경우 온도를 3~5도 높이십시오.

• 깊은 공간이나 높은 구조물에는 추가 통풍구를 설치하세요.

• 부품 전체에 걸쳐 일정한 각도를 유지하십시오.

플라스틱 사출 성형용 재료 선택

수지 선택은 기계적 특성, 가공 조건, 사이클 속도 및 최종 비용에 영향을 미칩니다. 엔지니어는 성능 요구 사항과 제조 제약 및 예산 제약 사이에서 적절한 균형을 찾아야 합니다.

일반적인 열가소성 수지에는 내충격성이 뛰어난 ABS, 광학 소재인 폴리카보네이트, 내화학성 소재인 폴리프로필렌, 내구성이 좋은 나일론 등이 있습니다. 모든 소재는 고유한 유동 특성, 수축률 및 온도 요구 사항을 가지고 있습니다.

재료 선택은 초기 단계에서 이루어지지만 이후의 모든 선택에 영향을 미칩니다. 유리 섬유 강화 수지는 강도를 높여주지만 더 큰 경사각이 필요하고 유선이 눈에 띕니다. 바이오 기반 대체재는 환경을 중시하는 시장에서 매력적이지만 공정 변경이 필요할 수 있습니다.

플라스틱 사출 성형에서의 보강재 및 거싯

보강재는 부피를 늘리는 것이 아니라 강도를 높여줍니다. 이러한 보강재는 벽과 같은 특성을 지니므로 쉽게 휘어지지 않고 치수 안정성을 향상시킵니다. 보강재의 두께는 벽 두께의 60%를 넘지 않아야 맞닿는 면에 수축 자국이 생기지 않습니다.

높이 제한 또한 중요한 요소입니다. 리브 높이와 공칭 벽 두께의 비율은 3:1을 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 용융된 플라스틱이 제대로 채워지지 않을 수 있습니다. 같은 목적을 가진 거셋은 벽을 각도로 연결하며, 일반적으로 모서리나 돌출부를 보강합니다.

모서리 반경 및 전환

날카로운 모서리는 재료의 움직임을 제한하고 응력을 집중시키며 하중으로 인한 균열 발생을 촉진합니다. 둥근 모서리는 이러한 문제를 해결할 뿐만 아니라 금형 제작을 더욱 용이하게 합니다.

내부 반경은 최소한 인접 벽 두께의 0.5배여야 합니다. 외부 반경은 내부 반경에 벽 두께를 더한 값입니다. 이러한 접합 방식은 모서리 부분의 두께를 균일하게 유지하여 일관된 냉각 및 기계적 성능을 제공합니다.

플라스틱 사출 성형을 위한 게이트 배치 전략

게이트는 용융된 플라스틱이 금형 캐비티로 흐르는 것을 조절합니다. 게이트의 위치는 충진 패턴, 용접선 형성 및 트리밍 후 게이트 흔적의 가시성에 영향을 미칩니다.

긴 유로는 주입 압력을 증가시켜 충전 부족을 초래할 수 있습니다. 여러 개의 게이트는 유로 길이를 줄여주지만, 재료 흐름이 교차하는 지점에 용접선을 형성합니다. 이 용접선은 표면에서는 거의 보이지 않지만 강도를 약화시킬 수 있습니다.

가능한 한 외관 표면에는 게이트 위치를 표시하지 마십시오. 게이트는 보이지 않는 면에 배치하거나, ​​2차 가공에서 잘려 나가는 부품이나 영역의 라인에 배치하십시오.

플라스틱 사출 성형의 공차 요구 사항

일반적인 사출 성형의 공차는 대부분의 치수에서 약 ±0.003~0.005인치입니다. 공차를 지나치게 구체적으로 명시하면 비용이 증가하지만 성능이 향상되지는 않습니다.

재료의 수축으로 인해 공차 계산이 어려워집니다. 다양한 플라스틱은 각기 다른 수축률을 보이는데, 무충전 수지는 일반적으로 0.4~0.7% 정도 수축하는 반면, 유리 섬유 강화 플라스틱은 0.1~0.3% 정도만 수축합니다. 또한 수축률은 벽 두께, 게이트 위치, 냉각 방식 등 여러 요인에 따라 개별 부품마다 다릅니다.

금형의 같은 절반에 성형된 형상들은 분할선을 가로지르는 형상들보다 서로 더 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 정확도가 중요한 경우, 설계자는 주요 치수를 금형 분할선의 양쪽에 완전히 배치합니다.

플라스틱 사출 성형 분야의 첨단 기술

최신 플라스틱 사출 성형 기술은 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여 충전 패턴을 예측하고, 잠재적 결함을 식별하며, 강철을 절단하기 전에 게이트 위치를 최적화합니다. 이러한 가상 테스트를 통해 시제품 제작 과정에서 발생하는 수천 달러의 비용을 절감할 수 있습니다.

3D 프린팅으로 제작된 형상 적합형 냉각 채널은 금형 블록에 직선을 뚫는 대신 부품의 형상을 따라 만들어집니다. 이러한 혁신은 복잡한 형상을 더욱 균일하게 냉각하여 생산 주기를 단축합니다.

생산 금형에 내장된 IoT 센서는 캐비티 압력, 재료 온도 및 사이클 일관성을 추적합니다. 실시간 모니터링을 통해 불량품 생산 전에 공정 편차를 감지할 수 있습니다.

GV 금형: 사출 금형 설계 분야의 전문성

아이디어를 상용 제품으로 구현하려면 디자인 원리와 생산 과정에 대한 깊이 있는 이해가 필수적입니다. GV Mold는 수십 년간 축적된 플라스틱 사출 성형 경험과 금형 설계 및 툴링 제작 분야의 첨단 기술을 모두 갖추고 있습니다.

이 팀은 상세 설계 및 제조 가능성 검토를 수행하여 비용이 많이 드는 문제로 발전하기 전에 발생 가능한 모든 문제를 파악합니다. 금형 유동 분석을 통해 충진 패턴과 냉각 거동을 예측하고 고품질의 효율적인 설계를 최적화합니다. 시제품 제작부터 대량 생산용 금형에 이르기까지, 광범위한 엔지니어링 지원을 통해 각 프로젝트 단계를 체계적으로 진행합니다.

부품을 처음부터 제대로 고르기

플라스틱 사출 성형의 설계 고려 사항은 성공적인 프로젝트와 문제 있는 프로젝트를 가르는 중요한 요소입니다. 벽 두께의 균일성, 적절한 드래프트 각도, 전략적인 게이트 위치, 그리고 현실적인 공차는 모두 부품의 안정적인 성형과 기능적 요구 사항 충족에 기여합니다.

금형 제작 전에 설계 검토에 시간을 투자하는 것은 생산 전반에 걸쳐 큰 이점을 가져다줍니다. CAD 검토 중에 문제를 발견하는 데는 몇 시간이 소요되지만, 금형 제작 후에 이를 수정하는 데는 수천 달러의 비용이 듭니다. 성공적인 플라스틱 사출 성형에는 이러한 원칙을 이해하는 설계자와 제조업체 간의 협력이 필수적입니다.

GV Mold의 전문가 설계 상담을 통해 사출 성형 프로젝트를 지금 바로 시작하세요.