사출성형은 사출 성형기에 계량된 플라스틱 수지를 금형 내부로 주입하는 충전 과정, 충전된 수지가 냉각에 의하여 수축하는 동안 그 수축량을 보충해 주기 위한 보압 과정, 취출 가능 온도까지 대기하는 냉각 과정, 성형품을 금형 밖으로 밀어내는 취출 과정으로 분류된다. 따라서 사이클 시간은(Cycle time) = 충전 시간 + 보압 시간 + 냉각 시간 + 취출 시간이다. 사출 성형해석에 설정되어야 하는 성형 조건을 적절히 입력하기 위해서는 사출 성형 각 단계의 의미와 그 제어 변수를 정확히 파악하여야 한다.
충전 과정(Filling) : 충전 과정은 스크루의 전진 속도 제어를 통하여 플라스틱 수지를 금형의 캐비티 내부로 충전하는 과정이다. 스크루가 보압 전환점에 도달하면 캐비티는 거의 충전이 완료된다. 충전 과정은 속도 제어 과정으로 충전 속도 조건에 따라 스크루 앞단에 형성되는 사출 압력은 달라진다. 충전 속도가 적절하지 않으면 사출 압력이 크게 상승할 수 있다.
보압 과정(packing) : 보압 과정은 충전된 수지가 차가운 금형에 의하여 냉각 수축되는 양을 보충하기 위하여 일정 시간 동안 스크루 앞단에 일정 압력이 형성되도록 스크루를 전진시키는 압력 제어 구간이다. 일반적으로 보압은 게이트가 고화될 때까지 설정하는데, 게이트가 고화되면 캐비티 내로 더 이상 수지 공급이 불가능하기 때문이다. 따라서 보압 과정은 제품 수축률과 밀접한 관계가 있다.
냉각 과정(cooling) : 냉각 과정은 금형의 캐비티 내에 충전되고 압축된 수지가 취출 가능한 온도까지 대기하는 시간이다. 일반적으로 제품은 약 80%, 콜드 러너는 약 50% 고화가 진행되면 취출이 가능하다. 또한 이 구간 동안 스크루는 회전 후진하면서 다음 충전을 위한 수지를 가소화하면서 계량한다.
취출 과정(clamp open) : 취출 과정은 취출 가능한 온도까지 냉각된 제품을 캐비티에서 분리하는 과정이다. 가동측 형판이 뒤로 후퇴하여 금형이 열리면 밀핀으로 쳐서 제품을 취출 하고 다음 충전을 위하여 금형을 다시 닫는다.
유동해석은 플라스틱 수지의 금형 내에서의 온도, 속도, 압력의 계산을 통하여, 수지의 충전 패턴, 사출 압력, 유동 선단 온도, 고화 시간, 웰드 라인, 형체력, 수축률 등의 정보를 제공한다. 또한 수지의 유동과 열에 의하여 유도된 잔류 응력을 계산하여, 변형 해석의 입력값으로 제공한다.
분수 흐름(fountain flow) : 일반적인 대부분의 사출 성형품은 두께가 얇은 평판 제품이다. 평판 제품의 정의는 두께 3~4mm 이하의 두께에 비하여 폭이 5배 이상 큰 제품을 말한다. 이러한 두께가 얇은 캐비티 내로 수지가 흐를 때 금형 벽면에 고화층을 형성하면서 분수와 같은 모양으로 전진한다. 이러한 형태의 용융 수지의 흐름을 분수 흐름이라 한다. 이러한 용융 수지의 흐름 방식으로 인하여 배럴 앞부분에 계량된 수지는 성형품 표면층을 형성하는 데 사용되고, 뒤 부분에 계량된 수지는 제품 중앙부위를 채우게 된다. 여기서 표면층은 고화층이고, 고화층은 유동 선다에 의하여 만들어지므로 유동 선단의 흐름을 잘 관리하여야 성형품의 외관 품질을 높일 수 있다. 또한 수지 흐름의 충돌에 의하여 형성되는 웰드라인의 깊이는 그 고화층의 두께와 비례하는데, 고화층의 두께는 용융 수지의 온도와 금형 온도가 낮을수록 증가하게 된다. 또한 전단율이 가장 큰 부분은 고화층의 바로 안쪽 유동층이 되고, 이 부분이 성형품의 두께 방향으로 배향이 가장 강하게 되는 부분이며, 전단열 발생이 가장 큰 부분이다.
유동 선단 온도 : 배럴 속 높은 온도의 용융 수지가 낮은 온도의 금형 내로 흘러 들어가게 되면 수지의 온도는 점차 낮아지는 것이 일반적일 것이다. 그러나 실제로 수지의 유동 선단 온도는 사출 속도에 따라 높아질 수도 있다. 이것은 바로 앞에서 배운 전단열이 발생하기 때문이다. 전단열은 전단율의 크기에 의존한다. 사출 소도가 빠를수록, 성형품의 두께가 얇을수록 전단율이 커지며, 두께 방향으로는 고화층과 유동 측 그 경계면에서 전단율이 가장 크다. 사출 속도가 빠른 경우 수지의 유동 선단이 차가운 금형과 접하는 시간은 짧아 열 손실은 감소하고 반면에 전달열 발생은 증가한다. 따라서 유동 선단 온도는 점차 높아질 수 있다. 반대의 경우 차가운 금형과 접하는 시간이 길어지고 전단열 발생이 감소하여 유동 선단 온도는 점차 낮아진다. 일반적으로 가장 적합한 사출 속도는 수지의 종류에 따라 범위가 달라질 수 있지만, 수지의 유동 선단 온도가 성형품 외관면을 흘러가는 동안 그 변화폭이 ±10˚C를 벗어나지 않는 것이 권장된다. 물론 얇은 리비와 보스는 상대적으로 두꺼운 외관면과는 달리 정체 현상에 의하여 온도가 훨씬 쉽게 낮아진다. 외관면에서 유동 선단 온도가 낮아지면 고화층의 두께도 증가하여 수지 흐름이 충돌에 의하여 발생하는 웰드 라인이 선명해지며, 수지의 점도 증가에 의하여 사출 압력도 높아진다.
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