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플라스틱 성형 길잡이

게이트 디자인

일반적으로 제품성형에 문제가 있을 때, 또는 성형된 제품의 치수, 외관, 강도 및 내구성에 문제가 있을 때 게이트의 형태, 크기 및 위치를 변경하곤 합니다. 충분한 치수, 강도를 갖추기 위해서는 게이트가 올바르게 사용되어야 합니다. 올바른 게이트 사용에 의해 양질의 제품이 생산된다면 설계자의 능력은 높이 평가될 것입니다. 

1.게이트의 역할

-좋은 게이트란?

  • 런너로부터 제품의 분리가 용이하고 깨끗할 것.
  • 균형있게 설계된 런너에서 압력 분배가 균등할 것.
  • 캐비티 내에 수지유입시 유동 및 압력 분배가 원활할 것.
  • 캐비티 내 압력보존 및 수축조절을 위해 런너와 제품사이의 차단역할을 할 것.
  • 제품의 질과 이윤의 중요한 요소인 적정성형시간을 제공할 것.
  • 성형수지의 특성을 고려할 것.

일반적으로 게이트의 크기 및 형상은 성형될 수지에 의존합니다. 수지마다 특성이 다르기 때문에 특정한 수지를 위한 게이트 선택은 수지의 용융점도, 전단속도별 점도변화 및 유동장애에 대한 민감성 등 모든 점이 고려되어야 합니다.

2.게이트로 해결 불가능한 사항
빈약한 설계를 보완하기 위해 게이트의 위치 및 크기를 변경한다고 해서 모두 해결되는 것은 아닙니다. 그 상황에서 가능한 모든 방법을 동원해야 하겠지만 다음과 같은 사항은 게이트로는 해결할 수 없습니다.  

  • 재생재 사용경우 게이트의 길이가 짧아서 재생재의 점도가 조금 변해도 유동에 영향을 미치므로 균등한 유동은 기대할 수 없습니다.
  • 금형 캐비티내 일정한 거리를 위한 유동분배가 필요한 제품(디스크제품의 접선방향 유동)의 경우 게이트 크기가 주요 인자이지만 금형온도 및 캐비티 두께도 유도방향을 좌우합니다.
  • 다이아프램 게이트를 이용하여 웰드라인을 방지할 수 있지만 그외 제품은 웰드라인을 이동 보강 할 수는 있지만 완전히 제거할 수는 없습니다.

3.부적절한 게이트 위치
제품에 따라 최적의 게이트 위치가 없는 경우나 어느 부위나 설치 가능한 경우가 있습니다. 그러나 아래와 같은 부위는 게이트가 위치하기에는 부적절한 곳이므로 피하시는 것이 좋습니다.

  • 사용상 또는 조립시 떨어뜨리거나 사용중 충격이 가해지는 부위.
  • 고정부위 또는 항상 굽힘응력 하에 있는 부위.
  • 선명한 웰드라인이 예상되는 부위 및 내충겨성, 내강도가 요구되는 부위.
  • 유동형상이 에어트랩을 야기시키는 부위.
  • 플로우 마크가 예상되는 부위.
  • 수지의 유동압이 코아핀을 변형시키는 부위.
  • 얇은 부위와 두꺼운 부분이 만나는 부위.
  • 끝손질이 어려운 부위.
  • 게이트 흔적이 제품의 기능 또는 외관을 해치는 부위.
  • 게이트 제거시 발생되는 성형응력 또는 절단응력이 제품의 강도와 내충격성을 저하시키는 부위.

4.올바른 게이트의 선택
게이트의 형상은 제품의 모서리부분에 게이트가 사용되는가 또는 제품표면에 위치하는가에 따라 결정됩니다.
게이트가 제품표면에 위치하는 경우는 대부분 3단금형 및 런너레스(Runnerless) 게이트를 선택했을 때입니다.
반면에 이젝타 핀을 따라 들어간 터널게이트가 요구되는 특수한 경우도 있습니다. 이러한 경우는 이형이 복잡해지고 수지의 흐름을 방해하므로 가능한 게이트는 간단하게 설계하는 것이 좋습니다.
가장 보편적으로 사용되는 사이드 게이트, 서브 및 터널게이트는 금형의 복잡함을 최소화 시키며 게이트 절단 흔적이 눈에 띄지 않습니다.

-서브게이트를 사용할 때에는 다음 사항에 유의하여야 합니다.

  • 게이크는 제품충진을 위해 충분히 커야 게이트 부위에서 수지의 과도한 전단속도를 방지할 수 있습니다.
  • 게이트가 너무크면 부식에 의해 게이트가 계속커져 게이트 절단시 제품표면에 손상을 줄 수도 있습니다.( 게이트의 외경이 캐비티 두께의 약 50%가 양호 )
  • 양호한 흐름을 위해 게이트의 길이는 최소화해야 게이트의 조기고화로 인한 미충진 및 과도한 성형수축을 제거할 수 있습니다.
  • 게이트의 지속적인 자동절단을 위해 게이트 부위의 금형재질은 내부식성 재질을 삽입하여 사용함을 고려해야 합니다.
  • 성형온도 및 사출압력을 적절히 조정하여 미용융입자 또는 과도한 충진으로 인해 게이트가 막히는 현상을 피해야 합니다.

5.게이트의 크기결정
폴리프로필렌(PP) 또는 폴리스틸렌(PS) 수지는 온도상승시 용융점도 및 흐름성이 양호해져 비교적 작은 게이트를 사용하시는 것이 좋으며 게이트가 너무 크게 되면 제품의 표면이 나빠집니다.
대부분의 수지들은 게이트가 작으면 성형수축율이 커지고 내부에 동공(VOID)이 발생하여 미충진 및 외관불량 현상이 생깁니다.
대부분 수지의 게이트 크기는 최소한 제품두께의 반정도가  되어야 합니다.

 

6.흐름의 중요성
수지가 어떻게 금형내에 충진되며 외관 및 물성에 어떠한 영향을 미치는가?

  • 성형온도 및 사출압력을 적절히 조정하여 미용융입자 또는 과도한 충진으로 인해 게이트가 막히는 현상을 피해야 합니다.
  • 예로 캐비티 표면과 0.25mm 의 게단식 모서리만 형성되어도 제품표면에 해쉬마크가 발생합니다.
  • 게이트 주위에 날카로운 모서리가 존재하는 한 성형조건에 의한 표면불량 해결은 성공할 수 없습니다.
  • 아세탈 수지와 같이 고화속도가 빠른 수지의 게이트는 흐름이 금형내로 원만하게 유입되어 캐비티에 충진되어야 합니다.
  • 제품표면이 고화되기 전에 충진이 완료되어야 제팅현상을 방지할 수 있습니다.
  • 고점도 수지는 수지가 게이트 통과 즉시 캐비티벽이나 코아핀에 부딪혀 와류현상을 발생시키면 제품의 표면은 더욱 좋아집니다.

 

7.필요한 게이트의 수량
게이트의 수량은 가능한 다수게이트를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 제품에 한 개 이상의 게이트 사용은 적당한 유동 및 충진시간 , 그리고 유동거리가 짧은 경우와 유동방향변경 등 특별한 목적을 위해서만 사용해야 합니다.
이 기술은 특히 유리섬유가 강화된 수지에서 유리섬유의 방향성에 의한 휘는 현상의 최소화 위해 종종 사용됩니다. 게이트의 추가는 수지의 유동 전단부를 가산시켜 더 많은 웰드라인을 만듭니다.
수지가 구멍을 통과는 경우 가스빼기에 따라 좋아질 수도 나빠질 수도 있습니다. 양호한 가스빼기는 웰드라인의 접착강도를 증가시키며 비강화 수지가 강화수지보다 접착강도가 약간 뛰어납니다.
유리섬유 강화된 수지는 설계도면상 치수가 웰드라인에서의 예기치 못한 수축을 차이에 의해 몰리는 경우가 있습니다. 3 POINT PIN POINT 게이트 의 기어 제품의 경우 이빨과 이빨사이의 치수불량 문제를 야기시킵니다.
이때 디스크 게이트를 사용하면 간단히 해결할 수 있습니다.

8.게이트의 종류

Pin point gate

Tunnel gate

Edge gate

Sprue gate

Flash gate

Gate design


게이트의 설계는 복잡한 작업이 아닙니다. 제품에 대하여 연구하십시오

  • 제품의 두께?
  • 두께의차이?
  • 수지의 최대 유동거리?
  • 충진하는 데의 문제점이 없는가?
  • 수지의 유동거리와 두께의 비율은?
  • 게이트 위치로 부적절한 부위는?
  • 파팅라인이 어디에 있는가?
  • 게이트 설계에 제한요소가 있는가?
  • 위치 선정은?

수지의 유동성 및 고화시간에 대하여 사전 조사하십시오.
스파이럴 또는 스네이크 플로우 데이터는 수지의 유동성에 대한 상대비교할 수 있습니다.
수지의 고화시간은 게이트 절단부위의 외관을 보고 평가할 수 있습니다.
간이 금형에서 양질의 제품이 성형되었다면 양산금형에서도 똑같은 방법과 위치에 게이트를 설계하십시오. 

발췌 : 듀폰
편집 : 이엔지폴리머