사출성형용 금형의 급속 냉각시스템 개발

Abstract

플라스틱 재료를 대상으로 한 사출성형 제품은 전자제품, 자동차, 가정용 기구 등 많은 분야에서 사용되고 있으며, 우수한 품질의 제품을 양산하기 위해 지속적으로 사출성형 기술에 관한 연구개발이 이루어져 왔다. 플라스틱 제품은 압출이나 압축성형을 통하여 생산될 수 있으나 70% 이상이 사출성형을 통하여 생산되고 있다. 사출성형시 성형조건이 플라스틱 제품의 품질 및 생산성을 결정할 정도로 영향이 크며, 그 중 제품 품질에 많은 영향을 미치는 수축이나 휨은 사출성형시 냉각과정에서 그 원인을 찾을 수 있다. 또한, 냉각과정은 사출성형시 전체 성형시간의 60% 이상을 차지할 정도로 가장 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 냉각과정의 시간을 단축시킨다면 플라스틱 제품의 생산성이 대폭 향상될 것이며, 제품의 가격경쟁력도 높아지게 될 것이다. 이러한 냉각과정의 중요성으로 인하여 사출성형 금형의 설계시 모든 냉각회로의 균형을 고려하는 것과 최적의 냉각회로 설계가 필요하다. 본 논문에서는 이러한 냉각구조의 설계 방안과 최적의 사출성형 조건을 도출하는 실험을 수행하였으며, 사출성형 금형에 필요한 냉각수의 온도를 빠른 시간에 감소시켜주는 급속 냉각시스템을 개발하여 사출성형용 금형을 통해 금형 냉각 실험을 수행하였다. 본 논문의 결과는 사출성형시 냉각시간을 단축하기 위한 냉각채널 설계와 사출성형 조건 설정에 도움이 될 것으로 생각되며, 플라스틱 제품 양산시 전체 생산 사이클 시간을 감소시켜 생산성 향상에 큰 도움이 될 것으로 생각된다.

The injection molding is used in more than 70% of total production of plastic products. The injection molding process has 4 processes such as filling, packing, cooling and ejecting. The production of plastic products spends most of its time in the cooling process and it is important to control the mold temperature in producing plastic products. The cooling system and cooling time affect the product's quality and productivity. Especially, cooling time takes about 60% of total injection cycle time. Therefore, this study was investigated to improve the productivity by shortening the cooling time. In this study, three experiments were performed for basic studies. The first experiment was conducted to investigate results of an experiment concerning the cooling of injection molding and to analyze factors that occur the differences in the results of the CAE analysis and actual injection moldings by using PP(Polypropylene) and ABS(Acrylonitrile butadiene styrene). The second experiment was performed to investigate variations of the cavity's surface temperature about a variety of packing time because packing time increases the pressure and amount of thermal transfer between the polymer and injection mold. The third experiment conducted to investigate the differences of a cavity's surface temperature between linear channels and baffle cooling in the structure of the injection mold. Also, this study observed the variation of a cavity's surface temperature according to the varieties of coolant's temperature. Additionally, this study presented a new mold temperature controller called the rapid cooling system and performed efficiency test. In the results of efficiency test, the rapid cooling system could decrease coolant's temperature to 1℃. Also, this result include that this system is a better refrigerative controller than the other mold temperature controllers. Therefore, this system can decrease cooling time in the injection molding and we can improve productivity by using this system.