사출성형 불량의 유형 및 대책-3 (변형)

휨, 벤딩, 트위스트, 변형

성형품의 변형은 형상이 원인인 성형 수축과 성형 조건에 의해 발생하는 잔류 응력(오버 패킹, 수지 온도, 금형 온도, 사출 압력이 원인인것), 성형품의 이형 시에 발생하는 외부 응력에 기인해서 생긴다. 강성이 높은 수지를 사용했을 때는 잔류 응력이 있더라도 커다란 변형은 나타나기 어렵지만 PP, PE 등의 부드러운 결정성 수지는 성형 수축이 커서 변형이 현저하게 나타난다.
또 수지의 흐르는 방향과 직각 방향 에서는 성형 수축이 다르기 때문에 그 차이로 인해 변형이 발생한다. 실제 성형에서는 복잡하게 상호작용을 해서 커다란 변형이 생기므로 대책을 어렵게 하고 있다.
변형 관련한 불량 대책의 주된 수법은, 금형 케비티와 코어의 온도 차이를 준다. 사출 압축을 실시한다. 보압을 거는 방법으로 대응한다. 잔류 응력을 줄이기 위해 사출 속도를 올리고, 충전완료 직전에 보압으로 바꾸되 그 압력을 낮추는 등의 대응책이 있다.

박스형 성형품의 안쪽 휨

발생원인

박스형 성형품인 경우, 코어의 온도가 높으면 코어측의 내부 전체에 인장력이 작용하게 되는데, 네 귀퉁이가 보강이 된 구조로 되어있기 때문에 구조적으로 가장 약한 측벽 중앙부가 내측으로 인장되어 활 모양의 안쪽 휨이 발생한다.

대책

박스형 성형품인 경우는 캐비티 측보다 코어측의 온도를 낮게 설정하도록 한다.
내측의 네 모퉁이부와 바닥의 코너부에 베릴륨동을 조립해 넣든지 등의 냉각 방법의 개선이 필요하다
코너부의 형상을 살 빼기 등으로 변경한다

판 모양 성형품의 휨

발생원인

금형의 온도가 높으면 용융 수지가 서서히 냉각되며, 낮으면 급히 냉각된다. 특히 결정성 수지에서는 서서히 식으면 결정화가 진전되어 수축률이 커지며 빠르게 냉각되면 그 반대가 된다. 따라서 판 모양의 성형품에서는 금형온도가 높은 측이 낮은 측보다 수축률이 커져서 높은 측에 휨이 발생한다. 이것은 냉각 속도의 차이 때문이다.

대책

기본적으로 상자형 성형품일 때와 마찬가지로 금형온도를 바꾼다.(휨 측을 낮게 온조한다.)
보압의 다단 제어를 사용해서 보압 1단은 낮게, 보압 2단은 높게 한다. 이 절환 타이밍이 중요하다.
사출 압축 성형을 한다.

리브 측과 그 반대 측으로의 휨

발생원인

리브가 반드시 휨 발생의 원인이 되는 것은 아니지만 리브의 두께, 높이에 따라 휨이 발생한다. 리브가 본체의 살두께보다 얇고 높은 경우에는 리브 부분은 본체보다 빨리 냉각되므로 리브의 치수가 본체보다 길어져서 리브 측과 반대로 휨이 발생한다.
또 리브가 두껍고 낮은 경우에는 리브 측이 서서히 냉각되어 리브 측에 휨이 발생한다. 이것은 살 두께와 성형 수축률의 관계에서도 쉽게 살펴볼 수 있다. 따라서 금형의 냉각에 주의하는 것과 함께 리브의 살 두께, 높이 등의 수정이 필요하다.

대책

금형 온도에 차이를 둔다.(코어와 캐비티의 2온조 제어)
보압을 거는 방법의 검토(보압의 다단 제어)
성형품 전체의 살 두께 밸런스를 수정한다.
성형품의 모양에 의한 것이기도 하지만 사출 압축법도 검토해 본다.

휨이 잡히는 이유

리브부는 성형품의 본체보다 살 두께가 두꺼워 진다. 때문에 본체가 고화하더라도 리브부의 중심부는 냉각이 늦어 용융 상태로 되어있다. 이 부분은 성형품 본체보다 늦게 냉각되기 때문에 이 부분의 수축량도 커지게 되어서 휨이 발생한다. 그래서 리브부의 중심부에 높은 사출 압력을 걸어 그 수축 분을 충전시키면 좋다.
이때 성형품 본체는 고화되어 있기 때문에 리브부의 중심부에만 충전되게 되어 휨을 해소 할수 있다. 또한 높은 사출 압력을 거는 타이밍이 빠르면 성형품 본체에도 수지가 충정되어 휨을 해소할 수 없게 된다. 또 성형품에 버가 발생하는 경우도 있다. 반대로 타이밍이 늦으면 리브부의 중심부가 고화되고 말아 수축 분을 충전할 수 없게 되어 휨을 해소할 수 없게 된다.
그래서 다단 제어를 사용해서 휨을 해소하는 포인트는 보압 1단의 압력과 그 유지시간과 보압 2단의 압력을 어떻게 설정하는가이다.

원판 모양 성형품의 휨

발생원인

원인은 판 모양의 휨과 마찬가지로 금형 온도의 차에 의해서 발생한다. 또 이것에 보압을 거는 방법이나 수지 배향에 의한 휨 등이 더해져 발생한다.

대책

금형 온도를 바꾼다
보압을 거는 방법을 바꾼다
사출 속도를 올리고 충전 95% 정도에서 낮은 보압으로 바꾼다
사출 압축 성형을 한다

수지의 분자 배향(이방성)에 의한 휨

발생원인

수지의 흐름 방향과 직각 방향의 수축률 차이 때문이다. 특히 흐름 방향과 직각 방향의 수축률 차이가 큰 결정성 수지나 유리 섬유가 들어가 있는 수지인 경우에 많이 발생한다. 그러나 실제는 사출압력, 냉각 속도 등도 더해져서 휨을 복잡하게 하고 있다.

대책

금형 온도, 수지 온도를 올린다.
사출 속도를 올린다
보압을 낮게 하든가 올린다.
사출 압축을 한다

사출 응력 불균일에 의한 변형

발생원인

사출 압력이 높으면 성형품의 밀도가 높아져서 수축이 작아진다. 일반적으로 게이트 주위에는 사출 압력이 걸리기 쉬워서 게이트 주위와 성형품 말단부에서는 밀도차가 발생한다. 또 게이트부에서는 잔류 응력이 생긴다.
이 결과 성형 수축량이 변해서 휨의 원인이 된다. 사출 압력을 거는 방법으로 게이트부의 응력이 낮아진 경우나 분자 배향의 영향으로 트위스트의 원인이 되는 경우가 있다. 또 다점 게이트에서 밸런스가 나쁜 경우에 응력 차가 발생해서 휨이 발생하는 것이 있다. 게이트의 위치에서도 성형품에 걸리는 사출 응력에 차이가 발생해서 휨뿐만 아니라 성형품의 변형도 더해진다.

대책

온도를 올린다.
사출 속도를 올린다
보압을 낮게 하든가 올린다.
사출 유지 시간을 조정한다.
사출 압축을 한다
게이트의 위치를 검토한다

기타 원인에 의한 변형

발생원인

기타의 원인으로는 성형품을 밀어낼 때의 변형, 성형품의 후처리나 잔류 응력에 의한 후수축으로 휨이 발생한다. PP, PE등 연질의 결정성 수지에 많이 발생한다.

대책

성형품에 언더컷부가 없는지 조사한다. 또 이젝터 핀의 위치, 그 개수, 냉각 시간등의 검토
게이트 처리는 꺼낸 후 즉시 처리
꺼낸 후에 성형품을 놓아두는 방법, 박스에 담는 방법, 수송 방법을 검토한다
품림(어닐링) 등의 검토