게이트 위치 
게이트의 종류와 위치 선정이 잘못되면 가공에 문제가 생길 뿐 아니라, 성형 부품의 품질에도 상당한 영향이 있다. 따라서 게이트 위치의 중요성을 과소평가해서는 안된다.
플라스틱 부품이 설계 계산 이외에 금형의 게이트 설치에도 특별한 주의를 기울여야 한다. 게이트의 종류와 위치에 따라 부품 품질이 크게 달라질 수 있다. 


그림.1

게이트의 위치를 고정하면 다음과 같은 플라스틱 부품의 특성이 결정된다.

  • 충진 특성
  • 최종 부품 치수(허용 오차)
  • 수축 특성, 휨
  • 기계적 특성표면 품질(미적 외관)

게이트 설치가 잘못되면 가공 변수를 최적화해도 부품의 품질을 향상시키기 어렵게 된다.

배향이 부품의 물성을 결정한다.
사출 형성 공정에서 길이가 긴 고분자 및 섬유상 충진재와 보강재는 주로 용융 수지의 유동방향에 따른 배향을 가지게 되고, 이에 따라 부품의 물성이 방향 의존성(이방성)을 띠게 된다. 예를 들면, 유동 방향의 강도가 횡단 방향보다 훨씬 크게 된다. (그림1) 이때 분자 자체의 배향보다는 보강 섬유의 배향에 의한 영향이 훨씬 더 크다. 섬유의 배향은 종단 방향과 횡단 방향의 수축 차이를 가져와 결국 휨이 발생하게 된다.

접합 라인(WELD LINE)과 기포에 의한 품질 저하
금형 내에서 둘 이상의 용융 수지가 하나로 결합될 때 접합 라인이 생긴다. 이것은 예를 들면, 용융 수지가 금형 인서트 주위를 따라 유동하거나 게이트가 여러 곳에 있을 때 발생한다. (그림2a, 그림2b) 또한 부품 내에 벽 두께가 다른 곳이 있으면 용융 접선이 분리되어 접합 라인이 생길 수도 있다 금형 밖으로 빠져나가야 할 공기가 용융 수지에 갇히면 기포가 발생한다. 접합 라인과 기포는 대개 표면 결함으로 나타나고, 보기에 좋지 않을 뿐 아니라 특히 충격 강도와 같은 기계적인 특성을 현저하게 떨어뜨린다. (그림3~4)


그림. 2a


그림. 2b

부적절한 게이트 위치에 따른 역효과
게이트는 표시가 쉽게 나기 때문에 우수한 표면 품질을 요하는 부분에는 설치하지 말아야 한다. 게이트 부위에는 재료 스트레스(전단 응력)가 높아져 플라스틱 수지의 물성이 저하될 수도 있다.(그림 5) 비강화 플라스틱은 강화 플라스틱보다 접합 라인 품질이 좋으며, 접합 라인 부위의 품질 저하 요인은 충진재 및 보강재의 종류와 함량에 따라 크게 좌우된다. 마찬가지로 가공 보조제나 난연제 등의 첨가제도 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 이 같은 요소들이 부품의 최종 강도에 얼마나 영향을 줄지 예측하기는 어렵다. 또한 고장력 스트레스 항에 내부하 용량이 큰 접합 라인 부위도 충격 강도나 내피로성은 그 보다 떨어진다. 섬유보강 재료의 경우 접합 라인의 섬유는 유동 방향의 횡단 방향으로 정렬하여 부품의 기계적 특성을 상당히 떨어뜨린다. (그림 6)


그림. 3


그림. 4

올바른 게이트 위치
성형이 복잡하면 접합 라인이 생기게 마련이며, 접합 라인의 수를 줄일 수 없는 경우,  그 위치는 표면 품질 또는 기계적 강도가 그다지 중요하지 않는 곳에 오도록 해야 한다. 게이트 위치를 이동하거나 부품의 두께를 증가 또는 감소시켜 접합 라인의 위치를 조절할 수가 있다.

기본적 설계 원칙

  • 스트레스가 높은 부위에는 게이트를 설치하지 말 것
  • 접합 라인을 없애거나 최소로 할 것
  • 스트레스가 높은 영역에 접합 라인을 방치하지 말 것
  • 강화 플라스틱의 경우, 게이트 위치가 부품의 휨성을 결정함
  • 가스빼기를 적절히 하여 기포 발생을 막을 것

그림. 5

그림. 6

 

편집 : 이엔지폴리머