이번 편에서는 사출성형 제품을 금형에서 취출할 때 발생할 수 있는 성형 불량에 대해 알아보겠습니다. 취출 과정에서의 불량은 크게 균열과 백화, 그리고 휨과 굽힘과 뒤틀림으로 나뉩니다. 각각의 원인을 정확히 이해하고, 취출기구의 힘(압력)을 적절히 조절하면 성형품의 품질을 크게 개선할 수 있습니다.
균열(Cracking)과 백화(Stress Whitening)
균열과 백화란 무엇인가
균열은 성형품이 깨지면서 흰 부분이 발생하는 현상이고, 백화는 밀 핀의 힘에 의해 억지로 빠질 때 자국으로 남는 현상입니다. 에젝터에 의해 돌출되어 보이는 백화가 발생하거나, 오목한 에젝터 자국이 남는 형태로 나타납니다.
백화를 쉽게 이해하자면, 플라스틱 자를 강하게 구부리면 구부러진 부분이 하얗게 변하는 것을 떠올려 보면 됩니다. 이것이 바로 스트레스(응력)에 의한 백화 현상입니다. 실제 사출성형에서는 에젝터 핀이 성형품을 밀 때 이와 같은 현상이 발생합니다.
균열과 백화의 발생 원인
첫째, 사출 압력이 높게 걸리거나 과충전 시 스트레스가 집중되어 게이트 부위에 발생합니다. 금형에 수지를 너무 많이 또는 너무 강하게 밀어 넣으면, 성형품 내부에 잔류 응력이 남아 취출 시 균열이나 백화로 이어집니다.
둘째, 빠른 밀어내기 속도에 의해 에젝트 핀 부위에 발생합니다. 에젝터 핀이 너무 빠르게 성형품을 밀면, 성형품이 미처 자연스럽게 분리되기 전에 강한 국부적 힘이 가해져 백화나 균열이 생깁니다.
균열과 백화의 해결 방법
| 영역 | 대책 |
|---|---|
| 금형 | 금형 온도를 높여줌 |
| 사출 성형 | 에젝트 속도를 낮춤 |
금형 온도를 높이면 성형품이 더 부드러운 상태에서 취출되므로 균열 발생 확률이 줄어들고, 에젝트 속도를 낮추면 국부적인 응력 집중이 줄어들어 백화를 방지할 수 있습니다.
휨(Warp), 굽힘(Bending), 뒤틀림(Twisting)
휨, 굽힘, 뒤틀림이란 무엇인가
이 불량은 성형수축에 의한 잔류 변형과 성형조건에 의한 잔류 응력(오버패킹 등), 그리고 이형 시에 발생하는 변형을 총칭합니다. 밀어내기 부분이 변형되거나, 온도 차이에 의해 성형품 전체가 휘는 현상이 대표적입니다.
오버패킹이란 금형 내에 수지가 필요 이상으로 많이 들어간 상태를 말합니다. 이 경우 성형품 내부에 과도한 잔류 응력이 남아 취출 후 시간이 지나면서 변형이 발생합니다.
취출 시 변형, 굽힘, 뒤틀림의 원인과 대책
| 발생 원인 | 대책 |
|---|---|
| 금형 온도가 낮은 쪽으로 휨이 발생 | 취출되는 부분의 온도를 균일하게 하거나 낮은 쪽을 높여줌 |
| 금형 온도가 부분적으로 다름 | 취출되는 부분의 금형 냉각 회로를 점검함 |
| 사출 압력이 너무 높거나 낮으면 발생 | 압력이 높으면 열팽창에 의해, 낮으면 융합이 약해 발생하므로 적정 압력을 유지함 |
| 냉각이 충분히 안됨 | 밀 핀의 힘으로 휨이 발생할 수 있으므로 냉각을 충분히 해 주거나 밀 핀을 고루 분포시킴 |
| 수지의 유동성이 나쁨 | 수지의 수평 방향 흐름의 수축률이 직각 방향으로 흐르는 수축률보다 클 경우 발생할 수 있으므로 리브를 설치하는 등 설계 일부를 변경함 |
금형 온도가 부분적으로 다르면 냉각 속도에 차이가 생겨 한쪽이 더 많이 수축하면서 휨이 발생합니다. 이를 방지하기 위해 냉각 회로가 균일하게 작동하는지 점검해야 합니다.
냉각이 충분하지 않은 상태에서 밀 핀의 힘으로 취출하면 아직 부드러운 성형품이 밀 핀의 힘에 의해 휘어질 수 있으므로, 충분한 냉각 시간을 확보하고 밀 핀을 골고루 분포시켜야 합니다.
수지의 유동성이 나쁜 경우에는 수평 방향으로 흐르는 수지의 수축률이 직각 방향으로 흐르는 수축률보다 클 수 있으며, 이로 인해 방향에 따른 수축 차이가 뒤틀림을 유발합니다. 이런 경우에는 리브를 설치하여 구조적 강성을 높이거나 설계의 일부를 변경하는 것이 필요합니다.
이번 편 핵심 정리
제품 취출 과정에서 발생하는 성형 불량은 크게 균열과 백화, 그리고 휨과 굽힘과 뒤틀림으로 나뉩니다. 균열과 백화는 과도한 사출 압력이나 빠른 에젝트 속도가 주요 원인이며, 금형 온도를 높이고 에젝트 속도를 낮추어 해결할 수 있습니다. 휨과 뒤틀림은 금형 온도의 불균일, 부적절한 사출 압력, 불충분한 냉각, 수지의 유동성 문제 등 다양한 원인에 의해 발생하며, 각 원인에 맞는 적절한 대책을 적용해야 합니다. 제품 취출에 따른 성형품의 불량현상에 대한 이해를 통해 취출기구의 힘(압력)을 적절하게 조절하면 성형품의 품질을 크게 개선할 수 있습니다.
이상으로 사출 취출기구의 이해에 대한 전체 연재를 마무리합니다. 취출기구의 종류와 원리, 언더컷 처리 방법, 그리고 취출 관련 불량의 원인과 대책까지 체계적으로 학습하셨다면, 실무에서 성형품의 품질을 한 단계 높이는 데 큰 도움이 될 것입니다.
