캡 기능을 보유한 컵 금형캡 기능을 보유한 컵 금형캡 기능을 보유한 컵 금형캡 기능을 보유한 컵 금형(CAP) (CUP)(CAP) (CUP)(CAP) (CUP)(CAP) (CUP)

제작지원제작지원제작지원제작지원

완 료 보 고 서완 료 보 고 서완 료 보 고 서완 료 보 고 서( )( )( )( )

2007. 8.2007. 8.2007. 8.2007. 8.

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

참여기업 알 라 딘 상 사참여기업 알 라 딘 상 사참여기업 알 라 딘 상 사참여기업 알 라 딘 상 사::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 캡 기능을 보유한 컵 금형 제작지원 지원기간“ (CAP) (CUP) ”( : 2006.

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다08. ~ 2007. 07.) .

2008. 8. 312008. 8. 312008. 8. 312008. 8. 31

지원기관 기관명 한국생산기술연구원지원기관 기관명 한국생산기술연구원지원기관 기관명 한국생산기술연구원지원기관 기관명 한국생산기술연구원: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협( )( )( )( )

참여기업 기업명 알라딘 상사참여기업 기업명 알라딘 상사참여기업 기업명 알라딘 상사참여기업 기업명 알라딘 상사: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 나 승 협대표자 나 승 협대표자 나 승 협대표자 나 승 협( )( )( )( )

지원책임자 윤 길 상지원책임자 윤 길 상지원책임자 윤 길 상지원책임자 윤 길 상::::

참여연구원 신 광 호참여연구원 신 광 호참여연구원 신 광 호참여연구원 신 광 호::::

이 정 원이 정 원이 정 원이 정 원“ :“ :“ :“ :

정 우 철정 우 철정 우 철정 우 철“ :“ :“ :“ :

나 승 협나 승 협나 승 협나 승 협“ :“ :“ :“ :

김 선 영김 선 영김 선 영김 선 영“ :“ :“ :“ :

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

캡 기능을 보유한 컵 제품을 양산하기 위한 컵 금형을 제작하여 국내 생활용기

시장진출 지원

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

캡 기능을 보유한 컵 제품 설계지원○

캡의 기능을 보유한 분리형 컵 형상을 분석하여 시장 접근이 용이한 형상 디자인-

설계

블로우 사출 금형 제작을 고려한 제품 형상 설계지원-

이상 컵 금형제작지원8 cavity (CUP)○

고정밀 가공기 고속가공기 축가공기 등 를 활용한 정밀 인서트 가공지원- ( , 5 )

정밀도 확보- Insert core

기술 확보- Insert core alignment

기존 공용 캡 생수 음료 과 결합하기 위하여 언더 컷 구조 성형품의- ( , ) (undercut) ,

취출

캡 주위의 요철 병 마개를 쉽게 열기 위한 구조 과 결합할 수 있도록 컵- 0.3 ( , )凹凸㎜

내측 제작

유동해석지원○

대용량 금형의 유동밸런스 확보를 위한 엔지니어링 해석지원 직경 약 깊이- ( : 70 ,㎜

: 80 )㎜

- 3D flow, packing, shrinkage analysis

및 제품 정밀측정지원Core○

정밀도 확보를 위한 정밀 측정지원- Core

컵 성형 두께 측정- (0.8~1 )㎜

- 4 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

컵 금형 제작 - 이상8 cavity제작 후 성형 여부

시성형 성공적 완료( )

표면조도Insert core 15 10㎛표면조도 측정 여부

타입 이하 확보(A, B 1 )㎛

성형싸이클 20sec 이내16sec성형시간 측정

시성형을 통하여 확인( )

유동해석 수행 여부 - -유동해석 수행 여부 유동해석(

수행 결과를 시성형에 반영)

컵 성형품 균일도(1 )㎜ - 이내±0.1㎜두께 측정

측정 결과 균일도 확보( )

캡 요철과 기능성 컵과의

결합성 요철 정밀도(core )- 이내30㎛

비접촉식 센서를 이용한 측정을

통하여 요철부의 균일도 확인 및

기존 캡과의 조립을 통한 조립성

확보

언더 컷에 의한 강제취출

여부- -

기존 캡과의 결합 구조로

변경함에 따라 원천적으로

언더컷 구조 제거

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 캡 기능을 보유한 컵:○

모 델 명 없음: ( )○

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 음료용기 캡 캡 역할 캡 컵 역할＋사용자 편의성 증대 및

음료용기 심미적 효과 증대

경쟁제품 대비 가격 - - -기존 캡은 그대로 이용됨에

따라 해당사항 없음

원가절감 효과 기존 대비 공정과는 상관없음원가절감 효과 기존 대비 공정과는 상관없음원가절감 효과 기존 대비 공정과는 상관없음원가절감 효과 기존 대비 공정과는 상관없음3) ( )3) ( )3) ( )3) ( )

- 5 -

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년30 / 백만원 년50 / 67 %현재 식음료 회사와

관련협의중

수 출 천달러 년/ 천달러 년/ %

계 백만원 년30 / 백만원 년50 / 67 %

참고) 적용제품 주요수출국1. :

작성당시 환율기준2. :

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

아이디어 생활용품의 개발 및 설계 능력 향상○

플라스틱 재료 적용 아이디어 생활용품 금형 설계 제작 및 성형 능력 확보○ ‧

적용 분야에 따른 재료 선정 및 특성 파악을 통한 성형 공정 계획 능력 향상○

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

국내 금형업체의 자체 소비재 생산품 개발 능력 증대○

다양한 형상의 기능성 생활용품 설계 및 금형제작 성형 능력 증대/○

고부가가치 금형 및 저가 금형 공세에 대한 대응력 확보○

플라스틱 제품 대량생산시 활용 방법 및 측정관련 기술 능력 증대CAE○

- 6 -

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건20플라스틱 재료 금형 성형기술 아이디어 상품, ,‧

개발사례 분석 등

시제품제작 건2컵 금형 제작 캡 기능을 보유한 컵 개8 cavity , 2

타입 시제작

양산화개발 건1캡 기능을 보유한 컵 대량생산을 위한 사출금형‘ ’

제작

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건2인서트 코어 표면조도 측정 컵 두께 균일도 및,

요철부 형상 측정

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건2플라스틱 금형 성형 기술 관련 교육 활용, CAE‧

교육

기술마케팅 경영자문/ 건15해당 제품 도안 기존 용기와의 결합성 검토, ,

마케팅 방안 지원

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건12 월별 기술지원실적 업로드

지원기업 방문회수 건58 연구 책임자 및 관련 연구원 방문

기타 건

상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부※

- 7 -

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

참여업체에 대한 지원기관의 필요 요소기술 지원 협력체제 구축 등을 통하여 아이디어.

생활용품의 일환인 캡 기능을 보유한 컵 개발을 성공적으로 수행하였으며 개발 과정‘ ’ ,

중 제품의 도안 구체 설계를 통한 플라스틱 사출 금형 제작 해석 정밀 측정, . CAE ,

지원 등을 통하여 참여업체의 해당 기술력의 향상을 실현한 것으로 판단되며 추후,

개발 제품의 상용화가 실현될 경우 해당 기업의 이윤 증대 및 시장 선점에 매우

유리할 것으로 판단됨

- 8 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우출원된 특허의 경우○○○○

등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우등록된 특허의 경우○○○○

- 9 -

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과□□□□

주 창업의 경우는 사업화 성과 에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입9) “2. ”

사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀이나 부서10)

의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기입

- 10 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건1. : 251. : 251. : 251. : 25

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006. 9기능성 아이디어 생활용품 개발 사례분석 건(4 ),

플라스틱 재료 관련 분석 건(2 ) 지원기관 지원/

기업 보유,

상호 기술정보

교환

2 2006. 10 기능성 플라스틱 제품 해외 선진기술 정보 건(5 )

3 2006. 11 해석 관련 건CAE (4 )

4 2006. 12 플라스틱 금형 성형기술 관련 정보 건(6 )‧

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건2. : 22. : 22. : 22. : 2

NO. 일자 구체용 내용 증빙유무

1 2007. 6. 컵 금형 제작8 cavity 지원기업 보유

2 2007. 7. 캡 기능을 보유한 컵 시성형‘ ‘ 지원기업 보유

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. : 23. : 23. : 23. : 2

NO. 일자 구체용 내용 증빙유무

1 2007. 6 인서트 코어 표면조도 측정8 cavity 보고서 포함

2 2007. 7 컵 두께 균일도 및 요철부 형상 측정 보고서 포함

- 11 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성3333

제 장제 장제 장제 장2222 기술지원의 수행 내용 및 결과기술지원의 수행 내용 및 결과기술지원의 수행 내용 및 결과기술지원의 수행 내용 및 결과

제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계1 ‘ ’1 ‘ ’1 ‘ ’1 ‘ ’

기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품1.1.1.1.

캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계2.2.2.2.

제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형성형기술 지원2 ‘ ’2 ‘ ’2 ‘ ’2 ‘ ’ ‧‧‧‧

사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요1.1.1.1.

사출성형 재료사출성형 재료사출성형 재료사출성형 재료2.2.2.2.

캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작지원3. ‘ ’3. ‘ ’3. ‘ ’3. ‘ ’

캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원4. ‘ ’4. ‘ ’4. ‘ ’4. ‘ ’

이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원5. 8 cavity5. 8 cavity5. 8 cavity5. 8 cavity

캡 기능을 보유한 컵 사출 성형 및 성형품 측정캡 기능을 보유한 컵 사출 성형 및 성형품 측정캡 기능을 보유한 컵 사출 성형 및 성형품 측정캡 기능을 보유한 컵 사출 성형 및 성형품 측정6. ‘ ’6. ‘ ’6. ‘ ’6. ‘ ’

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

- 12 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요제 절 기술지원의 개요1111

주요생산품 플라스틱 완구류 및 생활용품

적 용 제 품 캡 기능을 보유한 플라스틱 컵(CAP) (CUP)

기술지원 범위

관련 기술 분석 및 자료 지원□

캡 기능을 보유한 컵 제품 설계지원□

이상 컵 금형 제작지원8 cavity□

캡 기능을 보유한 컵 제품 성형 해석지원□

및 제품 정밀 측정 지원Core□

선진기술현황

선진국의 경우 다기능을 보유한 아이디어 상품 개발 등을 통하여

다양한 분야에서 수익을 창출하고 있으며 특히 생활용품,

분야에서 사용자의 편의성 증대를 위한 아이디어 상품 개발이

활발하게 이루어지고 있는 상황임

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

캡 기능을 보유한 컵 제품을 양산하기 위한 컵 금형을 제작하여 국내(CAP) (CUP)

생활용기 관련 시장 진출 지원을 목표로 함.

관련 기술 유사 개발 사례 및 자료 분석 지원,○

캡 기능을 보유한 컵 제품 설계지원○

이상 컵 금형 제작지원8 cavity○

캡 기능을 보유한 컵 제품 성형 해석지원○

및 제품 정 밀 측정 지원Core○

- 13 -

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성3333

지원기업 알라딘 상사 에서 개발하고자 하는 제품은 캡 기능을 보유한 컵( ) (CAP)○

은 시중에서 일반적으로 판매되고 있는 대용량 이상 식음료의 캡의 역할(CUP) (1 )ℓ

을 가지고 있으면서 소비자가 음료 시음시 컵의 역할도 병행하여 할 수 있으며 음,

료용기 디자인의 변화를 시킬 수 있는 아이디어 제품임

국내에서 시판되고 있는 음료 생수 등은 일반적으로 일정한 규격의 캡이 적용,○

되므로 캡 구조에 컵을 결합시켜 식음료 용기의 기능을 한층 강화할 수 있음

국내의 생활용기 가운데 일반적으로 음료 캡을 제작할 수 있는 금형기술은 32○

국내 이지만 플라스틱 수지를 이용하여 컵을 양산할 수 있는 금형은 약cavity( J ) ,社

정도로 파악되고 있음8~16 cavity

그러나 이러한 기술 수준은 일반적인 컵의 경우에 해당되는 것이며 내측에 캡, ,○

기능 확보를 위한 구조를 가진 경우에는 코어구조 쪽 코어의 외측에 기존 캡과 결,

합할 수 있는 요철 컵 직경 깊이 등을 감안한다면 정도, ( 70 , 80 ) 8 cavity： ㎜ ： ㎜

가 적합할 것으로 판단됨

지원업체의 경우 금형 사출성형을 수행하고 있으나 전문인력 엔지니어링 해석, , ( ,○

디자인 분야 정밀장비 고속가공기 방전기 등 기반 인프라의 부족으로 제작하고), ( , )

자 하는 금형 제작에 많은 어려움을 겪고 있음

현재 캡 기능을 보유한 컵의 디자인은 상당 부분 진척되었으나 금형으로 제작,○

하기에는 캡의 기능 컵의 용량 기존 캡과의 결합 방법 등 캡 형상을 결정하기에는, ,

많은 공학적인 검토가 필요한 상황임

제작하고자 하는 제품은 락 앤 락 팬돌이 등 제품화에 성공한 경우가 국내에서,○

도 다수 있어 사업화 및 독자적인 브랜드 개발의 필요성이 있음

기능성 컵 금형을 제작하기 위해서는 인서트 코어의 정밀도 기술, alignment ,○

유동 밸런스 등 다양한 금형제작 기반기술이 요구되어 전문연구기관의 전문인력과

의 공동연구가 필요

지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술지원기업의 현황 및 애로기술1.1.1.1.

금형으로 제작하기에는 컵의 기능적인 요소 컵의 용량 분리형으로 제작하였을, ,○

경우 기존 캡과의 결합 방법 등 캡 형상 결정 변수에 대한 분석이 필요한 상황임

전문인력 정밀장비 등 기반 인프라의 부족으로 제작하고자 하는 캡에 대해 연,○

구 개발이 매우 더딘 상황임

- 14 -

캡의 경우 사용자의 민감하고 예민한 손과 접촉하기 때문에 촉감과 시각적인 요○

소가 매우 중요하여 정밀가공을 요하나 고정밀 장비 필요,

컵의 길이 방향이 깊고 두께가 얇기 때문에 사출성형에 대한 고려가 필요하며, ,○

엔지니어링 해석이 필요함

국내 외 관련 기술 현황국내 외 관련 기술 현황국내 외 관련 기술 현황국내 외 관련 기술 현황2.2.2.2. ‧‧‧‧

가 세계적 수준가 세계적 수준가 세계적 수준가 세계적 수준....

외국 생활용품 금형 선진업체의 기술수준은 현재 단일금형에서 캡의 경우 128○

컵의 경우 제작능력 보유cavity, 32 cavity

컵의 경우 금형의 성형시간은 선진국의 약 정도이며 국내의 경우 전13s , 17s○

후임

컵의 경우 다양한 인 몰드 라벨링 등 기술 접목이 이루어지고 있는 실정○

높은 수준의 플라스틱 금형기술을 기반으로 하여 생활용품 분야에서 다양한 형○

상을 가진 다기능성 아이디어 제품 개발 및 생산이 활발하게 이루어지고 있음

나 국내 수준나 국내 수준나 국내 수준나 국내 수준....

컵 금형의 경우 사출기 용량 수지 유동거리 컵의 구조를 고려할 때, , 16 cavity○

정도를 제작할 수 있는 기술력 보유

성형시간은 약 전후이며 향후 년이내에 단계까지 진입할 수 있을 것17s 3 13s○

으로 예상됨

유동 해석은 중견기업의 경우 수출에 대비하여 엔지니어링 기술을 이미 보유한○

상태임

성형시 유동해석 예성형시 유동해석 예성형시 유동해석 예성형시 유동해석 예Fig. 1 CAP ( )Fig. 1 CAP ( )Fig. 1 CAP ( )Fig. 1 CAP ( )

- 15 -

금형 예금형 예금형 예금형 예Fig. 2 Insert core CAP ( )Fig. 2 Insert core CAP ( )Fig. 2 Insert core CAP ( )Fig. 2 Insert core CAP ( )

- 16 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과2222

제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계제 절 캡 기능을 보유한 컵 제품의 개요 및 설계1111

기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품기능성 아이디어 생활용품1.1.1.1.

현재 모든 산업과 실생활에 걸쳐 재료 혁명이 진행되고 있다 특히 생활수준 향상. ,

으로 인하여 소비자들의 기능성 편의성 경량성 심미성 등에 대한 욕구가 날로 증, , ,

대하고 있으며 이러한 추세에 맞춰 생활용품 제작시 플라스틱 재료를 적용하는 사,

례들도 큰 폭으로 증가해 왔다 플라스틱 재료의 경우 타 재료에 비해 생활용품의.

경량성 편의성 심미성 형상 색상 기능성 측면에서 우수한 성능을 보이고 있으, , ( , ),

며 특히 원재료에 대한 개발 및 금형 성형 기술의 발달로 인하여 소비자가 원하, ‧

는 제품에 대한 성능 및 심미성을 충족시키는데 매우 유리하다 또한 플라스틱 제. ,

품의 대량 생산 용이성을 바탕으로 그 사용이 일반화되어 있으며 이를 통한 사용,

분야 및 사용량이 큰 폭으로 증가하고 있는 일회성 생활용기 분야에 기능성 아이디

어 제품 또는 캐릭터 제품들의 개발 및 인지도가 매년 상승하고 있는 상황이다.

이러한 기능성 아이디어 생활용품의 사례들은 매우 많으나 일반적인 소비자들에게,

많이 인식되어 있는 제품 중의 하나는 락앤락 밀폐용기 이다 이 제품이 밀폐용기‘ ’ .

관련 시장에 최초로 투입된 시기는 년경이다 일반적으로 락앤락 밀폐용기 가1998 . ‘ ’

생활용품과 관련한 밀폐용기의 시초라고 알고 있으나 이 제품이 선을 보인 시기에

는 이미 전 세계적으로 만개 이상의 업체에서 밀폐용기를 생산하고 있는 상황이10

었다 그러나 기존의 밀폐용기 구조의 면밀한 검토와 더불어 취약점 분석을 수행하. ,

여 면 결착 방식 이라는 구조를 도입 내열성 플라스틱 제품을 개발함에 따라 단‘4 ’ ,

일 브랜드로서 매출 억원대를 기록하면서 해당 기업을 격상시켰다1,600 .

일반 밀폐용기 좌 와 락앤락 밀폐용기 우 주 하나코비일반 밀폐용기 좌 와 락앤락 밀폐용기 우 주 하나코비일반 밀폐용기 좌 와 락앤락 밀폐용기 우 주 하나코비일반 밀폐용기 좌 와 락앤락 밀폐용기 우 주 하나코비Fig. 3 ( ) ‘ ’( ,( ) )Fig. 3 ( ) ‘ ’( ,( ) )Fig. 3 ( ) ‘ ’( ,( ) )Fig. 3 ( ) ‘ ’( ,( ) )

- 17 -

락앤락 밀폐용기 처럼 제품 기능성을 강조하여 단일 브랜드 플라스틱 제품을 개발‘ ’

한 사례 외에 일회성 음료용기의 심미적인 효과를 극대화하여 성공한 사례도 있다.

이는 어린이용 혼합음료인 팬돌이 로서 음료용기에 팬더 모양을 본뜬 팬돌‘ ’ PET ‘

이 캐릭터를 도안 적용함으로써 어린 소비자들의 구매심리를 휘어잡은 것이다 이’ , .

러한 특수성으로 인하여 일반적인 용기의 배에 달하는 납품가를 받을 수 있PET 3

었으며 해당 음료가 판매될 때마다 병당 추가 수익을 받는 등 개발 업체의 경제, 1

적 이윤 증대를 주도하는 주요 제품이 되었다.

팬돌이 용기 제작업체의 경영실적 요약 단위 백만원팬돌이 용기 제작업체의 경영실적 요약 단위 백만원팬돌이 용기 제작업체의 경영실적 요약 단위 백만원팬돌이 용기 제작업체의 경영실적 요약 단위 백만원Table 1. ‘ ’ ( )Table 1. ‘ ’ ( )Table 1. ‘ ’ ( )Table 1. ‘ ’ ( )：：：：

캐릭터 식음료 용기 팬돌이 제이엠피캐릭터 식음료 용기 팬돌이 제이엠피캐릭터 식음료 용기 팬돌이 제이엠피캐릭터 식음료 용기 팬돌이 제이엠피Fig. 4 (‘ ’, )Fig. 4 (‘ ’, )Fig. 4 (‘ ’, )Fig. 4 (‘ ’, )

이처럼 제품의 기능성 심미적 효과 증대를 강조한 아이디어 상품으로 기업의 이윤,

을 극대화하고 관련 업체들과의 시너지 효과를 얻는 사례가 증가하고 있다 특히.

플라스틱 일회성 제품 및 생활용기의 경우 플라스틱 금형 성형 업체들에 의해 주‧

도되고 있는 상황이나 기능성 확보 및 심미적 효과 증대를 위한 관련 기술은 많이

미흡한 상황이다.

- 18 -

캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계캡 기능을 보유한 컵 제품 설계2.2.2.2.

본 과제에서 개발하고자 하는 캡 기능을 보유한 컵 은 최근 일반적인 생활용품 관‘ ’

련 시장에 많이 시판되고 있는 기능성 아이디어 생활용품의 일종이라고 할 수 있

다 개발 대상은 대용량 용기의 생수 및 음료수 제품을 구매하는 소비자들의 심미.

적인 효과 증대와 더불어 용량의 특성상 여러 사람 또는 여러 횟수에 걸쳐 시음을

하는 해당 제품들의 사용상 편의성을 확보하기 위하여 컵 형상에 음료 용기의 캡

기능을 부가한 제품 이라고 할 수 있다 캡 기능을 보유한 컵 은 대용량 음료의 섭. ‘ ’

취시 별도의 용기를 사용 하지 않고 용기에 부착되어 있는 컵을 이용하여 음료 섭

취를 할 수 있게 함에 따라 사용자의 편의성을 부여를 주목적으로 하고 이에 음료

용기의 밀폐 기능을 갖는 캡 기능을 부가적으로 부여한 제품이다 이러한 제품은.

기존의 용 음료 및 생수 관련 시장에 시도된 적이 없는 전무한 제품이므로 캡PET

기능을 보유한 컵이 적용된 음료 용기의 경우 경쟁 상품에 비해 시장 경쟁력 확보

가 용이할 것으로 판단된다.

캡 기능을 보유한 컵 제품 적용 예 기존 제품 적용예캡 기능을 보유한 컵 제품 적용 예 기존 제품 적용예캡 기능을 보유한 컵 제품 적용 예 기존 제품 적용예캡 기능을 보유한 컵 제품 적용 예 기존 제품 적용예Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )

- 19 -

캡 기능을 보유한 컵 의 설계시 다음과 같은 사항을 고려하였다‘ ’ .

음료용기와 조립되었을 때 기존 제품에 큰 영향을 미치지 않음●

컵 기능을 충분히 수행할 수 있는 형상 이어야 함●

음료용기 결합시 기존의 음료용기에 비해 심미성이 우수하여야 함●

기존의 음료용기의 라벨 디자인을 시각적 기능적으로 제한하지 말아야 함,●

음료의 특성인 청량함 시원함 유동성 등의 이미지와 잘 부합되어야 함, ,●

캡 기능을 보유한 컵 의 요구기능 도출캡 기능을 보유한 컵 의 요구기능 도출캡 기능을 보유한 컵 의 요구기능 도출캡 기능을 보유한 컵 의 요구기능 도출Fig. 6 ‘ ’Fig. 6 ‘ ’Fig. 6 ‘ ’Fig. 6 ‘ ’

캡 기능을 보유한 컵 의 경우 기개발된 사례가 전무함에 따라 시중에 시판되고 있‘ ’

는 유사한 형상의 제품 및 국내 시판 식음료병의 다양한 형상에 대한 사전 기초조

사를 수행하였다 사전 기초조사에서는 식음료병 외에 캡 기능을 보유한 컵 과 유. ‘ ’

사한 구조 및 형상을 가진 제품도 병행하여 조사하였다 개발 대상 제품은 기능성.

과 더불어 기존의 용기 디자인에 긍정적인 측면을 부가해야 함에 따라 이와 유사한

구조를 가지는 다양한 제품에 대한 분석이 필요하다 식음료 용기 외에 스프레이.

제품 등은 스프레이 분사 노즐 부를 보호하기 위한 별도의 캡이 존재함에 따라 이

에 대한 분석 결과를 캡 기능 을 보유한 컵 제품 형상 설계시 적극 활용할 수 있‘ ’

을 것으로 판단되었다.

- 20 -

다양한 캡 및 음료용기 형태다양한 캡 및 음료용기 형태다양한 캡 및 음료용기 형태다양한 캡 및 음료용기 형태Fig. 7Fig. 7Fig. 7Fig. 7

스프레이 제품의 캠 형상스프레이 제품의 캠 형상스프레이 제품의 캠 형상스프레이 제품의 캠 형상Fig. 8Fig. 8Fig. 8Fig. 8

- 21 -

위의 그림과 같이 다양한 형상의 식음료 용기의 형상분석을 바탕으로 먼저 컵의 형

상부터 도안하였다 컵 형상 도안시 기존의 음료용기와 결합되었을 때 심미적인 효.

과를 극대화할 수 있고 컵으로서의 역할을 충분히 수행할 수 있어야 한다는 점에,

주안점을 두었다.

다양한 컵 형상 도안다양한 컵 형상 도안다양한 컵 형상 도안다양한 컵 형상 도안Fig. 9Fig. 9Fig. 9Fig. 9

- 22 -

도안된 다양한 컵 형상의 적용도안된 다양한 컵 형상의 적용도안된 다양한 컵 형상의 적용도안된 다양한 컵 형상의 적용Fig. 10Fig. 10Fig. 10Fig. 10

- 23 -

다양한 컵의 형상 도안 및 용기 조합을 분석한 결과 국내에서 시판되고 있는 대부

분의 생수 및 음료용기에 적합한 컵의 형태는 바닥에 안정적으로 서있을 수 있으

며 다양한 디자인의 용기들과의 조합이 가장 무난한 원추 형태로 결정하였다 다음, .

그림은 원추 형태의 컵 형상에 다양한 패턴을 부가한 도안들이다.

- 24 -

- 25 -

원추 형태의 컵 형태 도안원추 형태의 컵 형태 도안원추 형태의 컵 형태 도안원추 형태의 컵 형태 도안Fig. 11Fig. 11Fig. 11Fig. 11

컵의 도안별 용기조합컵의 도안별 용기조합컵의 도안별 용기조합컵의 도안별 용기조합Fig. 12Fig. 12Fig. 12Fig. 12

- 26 -

제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형 성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형 성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형 성형기술 지원제 절 캡 기능을 보유한 컵 생산을 위한 금형 성형기술 지원2 ‘ ’2 ‘ ’2 ‘ ’2 ‘ ’ ‧‧‧‧

사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요사출 금형 및 성형 개요1.1.1.1.

가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류....

사출 금형은 성형재료 금형의 기본 구조 성형품의 이젝팅 방법 캐비티 수 파팅, , , ,

라인수 금형의 크기를 기준으로 구분할 수 있다 아래 표는 일반 금형 슬라이드, . ,

금형 스트리퍼 플레이트 금형의 중요요소와 특성을 정리한 것이다, .

일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성Table 2. , ,Table 2. , ,Table 2. , ,Table 2. , ,

구분 일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형

중요

요소

이젝팅 장치▶

캐비티▶

러너 시스템▶

설치판▶

스트리퍼 플레이트▶

캐비티▶

러너 시스템▶

설치판▶

이젝팅 시스템▶

앵귤러 핀▶

캐비티▶

슬라이드▶

러너 시스템▶

특성

단순 구조▶

판 금형2▶

파팅 라인1▶

차원 열림 운동1▶

중력 이젝터 핀 또는 부시,▶

일반 금형과 유사▶

스트리퍼 플레이트에▶

의한 이젝팅

일반 금형과 유사함▶

측면 운동을 위한▶

슬라이드 및 가이드 핀

추가

스트리퍼 플레이트 금형의 구조는 표준 금형과 유사하다 스트리퍼 플레이트 금형.

은 일반적으로 언더컷 이 없는 원통형상 제품에 사용된다 일반 금형과의(undercut) .

차이점은 이젝터 장치로서 이젝터 핀을 사용하는 대신에 스트리퍼 플레이(ejector)

트가 제품에 힘을 전달하여 성형품을 취출한다 슬라이드 금형의 구조특성은 슬라.

이드 장치와 안내 핀 이다 금형이 열리는 동안 이 장치들은 금형 플레(angular pin) .

이트 운동 방향과는 다른 방향으로 움직인다 슬라이드 장치는 안내 핀에 의해 움.

직이게 되고 언더컷을 풀어 주게 된다 슬라이드 장치의 운동은 위에서 설명한 힘.

에 의해 움직이거나 또는 금형이 열린 다음 유압구동장치에 의해 뒤로 움직인다.

이 금형은 내 외부에 언더컷 즉 리브 칸막이 틈새 구멍 막힌 구멍 및 나사 등의, , , , ,‧

형상을 가진 제품 성형에 사용된다 이 외에도 죠오 금형 나사. (split cavity mold),

빼기 금형 단 금형 가 있다 슬(mold with unscrewing device), 3 (three plate mold) .

라이드 금형과 비슷한 형태의 금형이 죠오 금형이다.

- 27 -

이 구조는 커다란 접촉면적을 갖는 성형품을 죠오에 의해 제거하여야 할 때 유용하

다 죠오는 슬라이드가 경사면을 따라 움직여 언더컷을 풀어주는 것과 유사하게 움.

직인다 죠오의 운동은 이젝터 로드 잡아채는 기구 또는 유압실린더에 의해 수행된. ,

다 이런 형태의 금형은 외부 언더컷이 있는 성형품 및 높은 하중에 견딜 수 있는.

금형에 사용된다 아래 그림에는 스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에. , ,

적용된 금형의 모습을 나타내었다.

스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형Fig. 13 , ,Fig. 13 , ,Fig. 13 , ,Fig. 13 , ,

나사빼기 금형나사빼기 금형나사빼기 금형나사빼기 금형Fig. 14Fig. 14Fig. 14Fig. 14

- 28 -

나사빼기 금형 은 고품질이고 플래쉬가 없는 나사부 성형에 사용된다 나사(Fig. 14) .

를 위한 캐비티 부위는 금형이 열린 다음 회전시키게 된다 따라서 성형품은 비틀.

림에 견딜 수 있어야 하며 캐비티 부위의 회전구조는 유압 공압 또는 금형을 여는, ,

힘에 의해 조절될 수 있다.

아래 그림은 단 금형의 모습을 나타낸 것이다 단 금형의 주요 특성은 파팅라인3 . 3

이 개라는 것이다 첫 번째 파팅라인은 캐비티로부터 성형품을 이젝팅하기 위한2 .

것이고 두 번째 파팅 라인은 런너 시스템을 제거하기 위한 것이다

단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창Fig. 15 3 ( )Fig. 15 3 ( )Fig. 15 3 ( )Fig. 15 3 ( )

가동 플레이트의 열림 작동으로 성형품과 런너는 성형품으로부터 자동적으로 제거

되며 이러한 경우 성형품은 금형의 가동측 캐비티 내에 그대로 머물러 있어야 한,

다 중간 플레이트의 작동은 다른 방법에 의해 이루어진다 기본적으로 단 금형은. . 3

스프루를 자동적으로 잡아당기거나 또는 평평한 성형품에 대한 다단금형에 사용된

다.

사출금형을 구분하는 또 다른 방법은 런너 시스템에 의한 것이다 런너 시스템은.

핫 런너 시스템 콜드 런너 시스템 절연(hot runner system), (cold runner system),

채널 런너 시스템으로 구분된다 금형을 구분하는 또 다른 방법은 캐비티 수에 의.

한 방법이다 단 하나의 캐비티가 있을 경우 단일 캐비티 금형이라 하고 하나 이상.

의 캐비티가 있을 경우에는 다수 캐비티 금형이라 구분한다.

나 사출금형의 세부 설계 사항나 사출금형의 세부 설계 사항나 사출금형의 세부 설계 사항나 사출금형의 세부 설계 사항....

핫 런너핫 런너핫 런너핫 런너1)1)1)1)

핫 런너 방식은 런너나 차 노즐 핫 런너 노즐 을 히터로 가열하여 이것을 항상 일2 ( , )

정한 온도로 제어하여 런너나 노즐 내의 용융재료를 사출성형기의 가열 실린더 내

의 재료와 거의 동일한 상태로 유지하게 한 것이다 핫 런너 시스템은 일반 런너.

시스템과 비교하였을 때 많은 장점을 가지기 때문에 사출금형 제작에서 많이 적용

되고 있다 런너 시스템을 설계할 경우 다음과 같은 사항을 적극 고려하여야 한다. .

- 29 -

핫 런너는 금속재질의 차가운 금형과의 열 차단에 대한 문제가 있으므로 이에●

대한 적절한 설계가 필요

가장 짧은 통로로 최소의 열 압력 손실로 수지를 캐비티에 신속하고 원활하게,●

운반할 수 있어야 함

수지는 모든 게이트에서 동일한 압력 온도하에 동시에 충전될 수 있어야 함,●

최적 캐비티 충전과 보압 유지를 위해 단면을 작게 해야 하며 전체의 표면적은,●

가급적 작게 해야 함

재질에 따라 런너의 크기가 다르기 때문에 런너의 설계시 수지에 따른 충분한●

고려가 있어야 함

게이트게이트게이트게이트2)2)2)2)

게이트가 클수록 충전 거동은 유리하며 고속 성형이 가능하고 고품질의 성형품을

얻을 수 있다는 장점이 있지만 게이트 고화 시간이 길어져 보압에 의한 역류가 발

생할 수 있다 게이트가 작을수록 잔류응력에 의한 변형 휨 게이트 부근의 수지. , ,

고화시간에 유리하다 따라서 게이트 설계시 게이트의 크기에 대한 충분한 고려가. ,

있어야 한다 게이트는 성형품의 가장 두꺼운 곳 유동이 두꺼운 곳에서 얇은 쪽으. ,

로 향하는 곳 동일한 유동거리를 가지는 곳에 위치시켜야 한다 충전제가 포함될, .

경우 유동 방향에 대해 인장 및 충격강도가 높아지는 위치에 설치해야 한다 웰드.

라인이 생기지 는 곳이나 안 보이는 위치에 설치하며 가는 코어나 리브 핀이dskg ,

설치된 인접한 위치는 가능한 피해야 한다 또한 수지 유동에 의해. knit line, weld

가 생기지 않고 가스가 모이게 되는 위치는 피해야 하며 게이트 부line, sink mark

근에 보압에 의해 잔류 응력이 발생되어 휨이나 충격에 매우 약하므로 휨 하중이나

충격이 하중에 크게 작용하는 부분에는 게이트 설치를 피하는 것이 좋다.

언더컷언더컷언더컷언더컷3)3)3)3)

성형기에서 형체결 방향의 운전만으로 빼낼 수 없게 되어 있는 성형품의 오목한 부

분을 언더컷 이라고 한다 이 언더컷은 일반적으로 금형의 구조를 복잡(under cut) .

하게 하고 또 트러블의 발생 및 성형 싸이클에 영향을 미치므로 성형품 설계 단계,

에서 가능한 한 언더컷을 피하는 것을 고려해야 한다.

- 30 -

가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리))))

손이나 스트리퍼 플레이트를 이용하여 강제적으로 언더컷을 처리할 수 있으며 이,

러한 방법은 성형 수지의 탄성이 크거나 언더컷의 형상이 금형에서 빠지기 쉬운 형

상일 때 적용되며 금형 구조상 성형품에 탄성변형을 시킬 수 있는 공간이 확보되어

있어야 한다 아래 그림에는 손이나 스트리퍼 플레이트를 이용한 강제적인 언더컷.

의 처리 모습을 나타내었다.

강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용Fig. 16 ( )Fig. 16 ( )Fig. 16 ( )Fig. 16 ( )

강제적인 처리 방법 이외에도 슬라이드 코어 와 이젝터 기구를 이용하여(slide core)

언더컷을 처리할 수 있다 슬라이드 코어에 의한 언더컷 처리는 가장 일반적인 방.

법으로 언더컷을 성형하는 부분을 캠기구 등을 이용하여 사출기 형체결 방향과 직

각 방향으로 후퇴 또는 전진시킴으로써 언더컷을 손상시키지 않고 빼내는 방법이

다 성형품 내측에 언더컷이 있을 경우에는 이젝터 플레이트에 언더컷 처리기구를.

설치하여 언더컷을 처리할 수 있다 다음 그림은 이젝터 기구를 이용한 언더컷의.

처리 모습을 나타낸 것이다.

이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리Fig. 17Fig. 17Fig. 17Fig. 17

- 31 -

나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리))))

슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법①①①①

앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법(angular Pin)(angular Pin)(angular Pin)(angular Pin)㉮㉮㉮㉮

앵귤러 핀 또는 핑거 핀 이라고 하는 경사핀에 의해 금형(angular Pin) (finger pin)

의 개폐 운동에 따라 슬라이드 코어를 전진 후퇴시키는 방법이다 아래 그림은 슬, .

라이드 코어를 이용한 언더컷 처리 방법을 나타낸 그림이다.

슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리 앵귤러 핀 구동 메커니슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리 앵귤러 핀 구동 메커니슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리 앵귤러 핀 구동 메커니슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리 앵귤러 핀 구동 메커니즘즘즘즘Fig. 18 ( , )Fig. 18 ( , )Fig. 18 ( , )Fig. 18 ( , )

앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법㉯㉯㉯㉯

앵귤러 핀 대신에 앵귤러 캠을 형판에 고정하여 슬라이드 코어를 전진 후퇴시키는‧

방법이다 어느 정도 금형이 열린 후에 슬라이드 코어를 후퇴시킬 필요가 있을 경.

우에 주로 사용된다 다음 그림은 앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동 모습을.

개략적으로 나타낸 것이다.

- 32 -

앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 19Fig. 19Fig. 19Fig. 19

판판판판 캠에 의한 방법캠에 의한 방법캠에 의한 방법캠에 의한 방법㉰㉰㉰㉰

아래 그림에 나타낸 것처럼 판 캠에 의해 슬라이드 코어를 작동시키는 방법이다.

캠의 형상을 변화시킴으로서 슬라이드 코어의 추회시기를 조정할 수 있다 또한 처. ,

음에는 작은 경사각을 줌으로써 큰 힘을 얻을 수 있고 그 다음 큰 경사각을 주어,

큰 이동량을 얻을 수 있다.

판판판판 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동캠에 의한 슬라이드 코어의 구동캠에 의한 슬라이드 코어의 구동캠에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 20Fig. 20Fig. 20Fig. 20

스프스프스프스프링링링링에 의한 방법에 의한 방법에 의한 방법에 의한 방법㉱㉱㉱㉱

스프링의 인장력을 사용하여 슬라이드 코어를 후퇴시키는 방법이다 슬라이드 코어,

의 인발력과 작동 거리를 크게 할 수 없기 때문에 소형에 한해 사용한다 아래그림.

은 스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동 모습을 나타낸 것이다.

- 33 -

스프스프스프스프링링링링에 의한 슬라이드 코어의 구동에 의한 슬라이드 코어의 구동에 의한 슬라이드 코어의 구동에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 21Fig. 21Fig. 21Fig. 21

위의 방법들 이외에도 유압실린더 에어실린더 치차기구등을 이용하여 슬라이드 코, ,

어를 구동시킬 수 있다.

스라이드 코어의 구동방법스라이드 코어의 구동방법스라이드 코어의 구동방법스라이드 코어의 구동방법②②②②

앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계㉮㉮㉮㉮

아래 그림에는 앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수를 나타내었다 이때 스트로.

크 과 앵귤러 핀의 길이 은 다음과 같이 표현될 수 있다(stroke) M L .

스트로크 : 핀의 길이 :

앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치치치치수수수수Fig. 22Fig. 22Fig. 22Fig. 22

- 34 -

앵귤러 핀을 적용하는데 있어서 주의해야할 사항은 다음과 같다.

앵귤러 핀의 경사각도는 일반적으로 내외로 하고 최대 를 넘지 않도록10° 25°●

함

앵귤러 핀과 슬라이드 코어 구멍과의 사이에는 정도의 간격을 갖도록 함0.5● ㎜

슬라이드 코어의 높이가 가이드 부의 길이에 비해 높을 경우 슬라이드 코어가●

닫힐 때 가이드부의 작동이 원활하지 못한 경우에는 슬라이드 코어의 앵귤러 핀 조

립부분의 높이를 낮게 하여 가 이상이 되도록 함L/ H 2

대형의 슬라이드 코어에 다수의 앵귤러 핀을 사용할 경우는 다수의 앵귤러 핀이●

동시에 작동하도록 위치 경사각도 간격을 같게 해야 한다, , .

슬라이드 코어슬라이드 코어슬라이드 코어슬라이드 코어㉯㉯㉯㉯

슬라이드 코어의 재질은 일반적으로 로 하고 가이드부만 화염 담금질SM5OC~55C

을 하거나 전체를 담금질하여 이상의 경도를 유지한다 다음 그림은 슬라이HRC40 .

드 코어 바디를 나타낸 것이다.

Fig. 23Fig. 23Fig. 23Fig. 23 SSSSlilililidddde core boe core boe core boe core boddddyyyy

아래 그림은 슬라이드 코어 유닛을 나타낸 것이다 슬라이드 코어에는 성형품부와.

슬라이드 코어 바디가 일체형인 형태와 바디에 성형품부 를 결합하는 형태insert ,

바디에 가이드부가 없어 가이드부를 별도로 붙이는 형태 등이 있다 의 경. Fig. 24

우 성형품부를 직접 가공한 것을 나타낸 것으로서 성형품부와 슬라이딩 부분이 일

체형이며 가장 널리 쓰이는 방식이다 성형품부가 단순하고 가공이 간단한 경우에, .

주로 사용된다 는 성형품부 를 나타낸 것으로서 성형품부가 다소 복. Fig. 25 insert

잡하고 큰 것일 경우에 편리하다 이 경우에는 성형품부 장탈용으로 장탈용 구멍을.

만든다 은 가이드부를 별도로 붙인 형태를 나타낸 것이다 이러한 방식에서. Fig. 26 .

는 슬라이딩 부분에 담금질한 라이너를 붙여 슬라이딩 부분에 손상을 없앤다 라이.

너의 재료는 일반적으로 를 사용하며 정도의 경도로 한다STS3~STS5 , HRC53~55 .

- 35 -

슬라이드 코어 유슬라이드 코어 유슬라이드 코어 유슬라이드 코어 유닛닛닛닛Fig. 24Fig. 24Fig. 24Fig. 24

슬라이드슬라이드슬라이드슬라이드 바바바바디와 성형품부가 일체인 형태디와 성형품부가 일체인 형태디와 성형품부가 일체인 형태디와 성형품부가 일체인 형태Fig. 25Fig. 25Fig. 25Fig. 25

슬라이드슬라이드슬라이드슬라이드 바바바바디에 성형품부를 결합하는 형태디에 성형품부를 결합하는 형태디에 성형품부를 결합하는 형태디에 성형품부를 결합하는 형태Fig. 26Fig. 26Fig. 26Fig. 26

슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드편편편편㉰㉰㉰㉰

재질은 일반적으로 를 사용하여 마모를 방지하기 위해 슬라이드 코어STC3~STC5

와 경도차를 두고 정도의 경도로 한다 다양한 종류의 슬라이드 코어의HRC52~56 .

가이드 편을 다음 그림에 나타내었다.

- 36 -

레일가이드형레일가이드형레일가이드형레일가이드형 고정형고정형고정형고정형 고정형고정형고정형고정형 조정형조정형조정형조정형 조정형조정형조정형조정형

슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드슬라이드 코어의 가이드편편편편Fig. 27Fig. 27Fig. 27Fig. 27

록록록록킹블킹블킹블킹블록록록록((((LLLLocococockkkking blocing blocing blocing blockkkk))))㉱㉱㉱㉱

록킹블록은 슬라이드 코어를 형체결력에 의해 밀어 붙여 슬라이드 코어의 위치를

결정하는 동시에 수지압력에 의해 슬라이드 코어가 후퇴하려고 하는 것을 방지한

다 록킹블록은 일반적으로 또는 로 제작되며 요구. SM 50C~SM 55C STC3~STC5

경도는 이다HRC 52~56 .

록록록록킹블킹블킹블킹블록록록록Fig. 28 (Fig. 28 (Fig. 28 (Fig. 28 (LLLLocococockkkking blocing blocing blocing blockkkk))))

슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위치치치치결정장결정장결정장결정장치치치치㉲㉲㉲㉲

금형이 열리면서 빠져나온 슬라이드 코어가 진동이나 기타 요인에 의해 위치가 변

화하여 금형이 닫힐 때 앵귤러 핀과 슬라이드 코어가 충돌하는 것을 방지하기 위한

것이다 다음 그림은 위치 결정장치 와 작동모습을 나타낸 것이다. (slide retainer) .

위위위위치치치치결정장결정장결정장결정장치치치치 ((((SSSSlilililidddde retainer)e retainer)e retainer)e retainer) 구동구동구동구동모습모습모습모습

슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위슬라이드 코어의 위치치치치결정장결정장결정장결정장치치치치Fig. 29 (sliFig. 29 (sliFig. 29 (sliFig. 29 (slidddde retainer)e retainer)e retainer)e retainer)

- 37 -

다다다다. Colla. Colla. Colla. Collappppsible coresible coresible coresible core

는 언더컷이 있는 제품을 사출성형할 때 쓰이는 금형 이다Collapsible core part .

에 의한 언더컷 처리 방법은 가 개발한 방법으로 아래그림Collapsible core DME社

의 과 같이 슬릿팅하여 의 세그먼트로 분할한다 세그먼트는 탄성으로, , .① ⓐ ⓑ ②

와 같이 항상 안쪽으로 수축하도록 되어 있는데 쪽이 와 같이 보다 안쪽으로, ⓑ ②

수축한다 이 상태가 안쪽에서 코어 핀을 넣으면 는 를 확장하면서 원래의 위. ⓑ ⓐ

치로 되돌아가서 의 상태로 된다 성형 후 코어 핀이 지점 아래로 내려오게. , P①

되면 세그먼트가 탄성으로 인해 다시 와 같이 오르라 들게 되어 성형품을 이형②

할 수 있게 된다.

에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리Fig. 30 CollaFig. 30 CollaFig. 30 CollaFig. 30 Collappppsible coresible coresible coresible core

Fig. 31 CollaFig. 31 CollaFig. 31 CollaFig. 31 Collappppsible coresible coresible coresible core

- 38 -

다음 그림에는 다른 방식의 를 나타내었다 세그먼트는 플레이트collapsible core . 2,

코어는 고정플레이트에 고정되어 있는 형태이다 성형 후 플레이트 이 구동하여. , 1

플레이트 을 밀면 세그먼트가 플레이트과 같이 이동하면서 가2, 3 collapsible core

오므라들게 된다 이후 플레이트 이 고정플레이트에 접하게 되면 핀이 캠을 회전. , 1

시켜 이젝트 핀을 이용 성형품을 이형하는 방식이다 에는 이러한 방식의, . Fig. 33

사출성형에 사용되는 를 나타내었다collapsible core .

플레이트에 고정플레이트에 고정플레이트에 고정플레이트에 고정되되되되는 에 의한 성형는 에 의한 성형는 에 의한 성형는 에 의한 성형Fig. 32 collaFig. 32 collaFig. 32 collaFig. 32 collappppsible coresible coresible coresible core

Fig. 33 CollaFig. 33 CollaFig. 33 CollaFig. 33 Collappppsible coresible coresible coresible core

- 39 -

와 가 결합된 금형와 가 결합된 금형와 가 결합된 금형와 가 결합된 금형Fig. 34 CollaFig. 34 CollaFig. 34 CollaFig. 34 Collappppsible core collasible core collasible core collasible core collappppsible coresible coresible coresible core

금형금형금형금형Fig. 35 24 cavity collaFig. 35 24 cavity collaFig. 35 24 cavity collaFig. 35 24 cavity collappppsible coresible coresible coresible core

와 사출성형품와 사출성형품와 사출성형품와 사출성형품Fig. 36 CollaFig. 36 CollaFig. 36 CollaFig. 36 Collappppsible coresible coresible coresible core

- 40 -

라 사출금형의 소개라 사출금형의 소개라 사출금형의 소개라 사출금형의 소개....

금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항1)1)1)1)

플라스틱 사출금형에 사용되는 재료는 그 종류가 상당히 많은데 금형 각 부분에 대

해서 각각 필요한 기능에 따라 선택된다 금형재료로 가장 많이 사용되는 것은 물.

론 강재이지만 이 밖에도 베릴륨 동 니켈 전주품 도 사용되며 또 특히 대형인 금, , ( ) ,

형에 있어서는 주강이 사용되는 일도 있다 그러나 어느 강재에 대해서도 공통적으. ,

로 요구되는 사항들은 다음과 같다

기계 가공성 절삭성 및 연삭성 이 양호할 것( )●

표면 마무리성이 양호하고 매끄럽고 아름다운 광택이 나는 표면을 용이하게 얻●

을 것

조직이 균일하고 핀 홀 등과 같은 내부 결함이 없을 것 재료의 청정도가 높을(●

것)

내마모성이 클 것●

충분한 강도와 점성을 가질 것●

열처리가 용이하고 열처리에 의한 변형 치수 오차 이 적을 것( )●

금형의금형의금형의금형의 각각각각 부분에 대해 금형 강재로부분에 대해 금형 강재로부분에 대해 금형 강재로부분에 대해 금형 강재로서서서서 필요한 사항필요한 사항필요한 사항필요한 사항2)2)2)2)

금형의 각 부분에 대해서 금형 강재로서 각각 필요한 사항을 들어보면 다음과 같

다.

가 캐비가 캐비가 캐비가 캐비티티티티 및 코어 부분및 코어 부분및 코어 부분및 코어 부분))))

캐비티나 코어는 모두 금형으로서 가장 중요한 부분이므로 각각의 사용목적에 따라

양질의 금형재료가 사용된다 홈이나 핀 홀 이물등이 없으며 경도가 고른 표면을. ,

얻는 재료라야 함이 특히 중요하다 제품의 용도에 따라 금형 표면을 특히 매끄럽.

게 연마하여 일반적으로 경면 마무리로 하고자 하는 경우에는 청정도가 높고 연마

가공성이 좋은 강재가 사용된다 캐비티나 코어 표면은 성형 조작중에 흠이 생기기.

쉬우므로 표면 경도가 높은 재료가 요망된다 그러나 재료 단가나 가공 공수 등과. ,

같은 점에서 의 기계구조용 탄소강이 가장 많이 사용되고 있다KP1, KP4, KP4M .

최근에는 기계가공이 용이하게 되는 범위에서 어느 정도의 경도를 가진 프리하든

강 후술 도 많이 사용되기 시작하였다 또한 특별히 경도가 높아야 하는 경우나 슬( ) .

라이드 코어와 같이 마모되기 쉬운 부품에 있어서는 담금질 강이 사용된다.

- 41 -

나 캐비나 캐비나 캐비나 캐비티티티티나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분))))

캐비티나 코어를 유지하는 부분 형판 은 강도와 강성이 필요한 부분으로서 사출압( )

력에 의해 휘어짐이 생기거나 변형되는 일이 없어야 한다 그리고 유리섬유 강화.

플라스틱을 성형하는 금형에 있어서는 내마모성도 중요하다 그러나 일반적으로는.

역시 전술한 가 가장 많이 사용되고 있다KP4 .

다 작동하는 부분다 작동하는 부분다 작동하는 부분다 작동하는 부분))))

가이드 핀이나 가이드 부시 이젝터 핀 등 작동에 의해 상호 마찰하는 부분은 특별,

히 경도가 높고 흠이나 긁힘이 생기지 않는 재료이어야 한다 탄소공구강 재 이. (SK )

나 합금 공구강 재 등의 고탄소강 외에 크롬 몰리브덴 강 재 과 같은 내(SKS ) (SCM )－

마모성이 양호한 강인한 특수강이 사용된다 이 밖에 특히 강인성이 필요한 부품에.

는 마레이징 강 도 사용된다(MASIC) .

사출성형재료사출성형재료사출성형재료사출성형재료2.2.2.2.

플라스틱의 경제적인 중요성은 그것의 외관과 밀접한 관계를 가지고 있다 수지의.

기본적인 특성은 다양한 용도의 활용성이다 플라스틱의 특성은 광범위하게 달라지.

며 다른 재료 그룹과는 달리 수지의 혼합에 의한 특성은 아주 다양하다 플라스틱, .

의 기본적인 특성은 다음과 같다.

플라스틱은 경량이고 밀도는 범위이다 따라서 금속 세라0.8g/ ~ 2.2g/ . , ,● ㎤ ㎤

믹 재료보다 더 가볍고 기계적 강도가 경량 재질 중에서는 높은 범위에 속한다.

플라스틱은 기계적인 폭이 넓다 인장강도 탄성계수의 값이 폭 넓으나 일부는. ,●

금속에 비해서는 낮다 한편 유리섬유 강화 플라스틱 은 종래의 경금속인 알루. (FRP)

미늄과 점차 경쟁적으로 사용되고 있다.

플라스틱은 가공이 아주 쉽다 가공 온도는 이하로서 에너지 비용이 상대. 400● ℃

적으로 낮고 더욱이 가공공정 자동화가 잘되어 있어 생산속도를 높일 수 있다 다, .

른 기본적인 특징은 성형제품 설계가 자유롭다 즉 복잡한 형상의 제품이라도 비용.

과 시간을 요하는 차 공정을 거치지 않고 생산할 수 있다2 .

재료의 성질 측면에서 플라스틱은 쉽게 개선할 수 있다 모든 첨가제가 효과를.●

발휘하는데 여기에는 강화제를 비롯하여 목분 광물성 재료 첨가제를 들 수 있다, .

강화제는 통상 유리섬유나 탄소섬유가 사용되고 기계적 성질 특히 탄성계수와 인장

강도를 향상시킨다 통상 색소를 혼합하면 플라스틱 부품의 추가적인 도장이 필요.

없다.

- 42 -

플라스틱 재료에 가소제를 미리 혼합하면 성형품의 성형특성 및 기계적인 성질에

영향을 미친다 난연제는 가연성을 낮추기 위해 미리 혼합시키고 이는 특히 전기분. ,

야에서 사용하는 플라스틱에는 특히 중요하다 안정제는 재료의 특수한 성질에 적.

합하게 혼합하며 대표적인 예는 안정제로서 플라스틱의 햇빛에 의한 변질방지UV

에 이용된다.

플라스틱은 열전도도와 전기전도도가 다른 재료에 비해 낮다 플라스틱의 전기.●

전도도는 금속의 이다 이것이 중요한 단열 재료로 플라스틱이 사용되는 이유이1/3 .

다 그러나 단점으로서는 성형 후 냉각시간이 길다는 것이다 이 재료는 또한 좋은. , .

전기 절연체가 될 수도 있다 전기 전도가 가능한 폴리머는 탄소분말을 혼합하여.

얻을 수도 있다.

종류에 따라 투명한 플라스틱이 있고 이들은 안경렌즈 투명유리 컴펙트디스크, , ,●

미래의 광디스크와 같은 용도에 이상적이다 투명유리에 비해 플라스틱은 광학 특.

성과 인성이 우수하고 간단한 방법으로 생산할 수 있다.

플라스틱은 높은 내화학성을 가진다 금속에 비해 또 하나의 원자연결 구조를.●

가지고 있어 금속과 같이 쉽게 부식되지 않는다 여러 가지 화학물질에 대한 내식.

성을 가지는 이유 하나만으로도 상당한 시장을 점유하고 있다 대표적인 예로서 자.

동차 연료계통의 내식 플라스틱 제품 가전기구 식품포장 용기 화장품 용기 등이, , ,

있다.

플라스틱 수지의 장단플라스틱 수지의 장단플라스틱 수지의 장단플라스틱 수지의 장단점점점점Table 3.Table 3.Table 3.Table 3.

장점 단점

● 가공이 쉽고 만들기 쉽다

● 착색이 자유롭고 투명한 것도 가능

가● 볍고 강한 제품 제조가 가능

● 내식성이 강함

● 단열 효과가 큼

● 절연성이 우수함

● 생산비용이 저렴함

● 열에 약함

● 기계적 강도가 상대적으로 부족

● 특정 용제 약품에 대해 반응함,

● 내구성이 약함

● 온도에 따른 물성 변화가 심함

● 치수 안정성이 불량

- 43 -

플라스틱은 열적 성질에 의해 경화된 수지에 재차 가열하여도 유동상태로 되지 않

고 고온으로 가열하면 분해되어 탄화되는 열경화성 수지와 열을 가하(thermosets)

면 용융 유동하여 가소성을 갖게 되고 냉각하면 고화하여 성형되는 것으로서 이와

같은 가열용융 냉각고화 공정의 반복이 가능한 열가소성 수지로, (thermoplastics)

분류할 수 있다 열적 성질에 의한 플라스틱의 분류를 아래 그림에 나타내었다. .

열열열열적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류Fig. 37Fig. 37Fig. 37Fig. 37

플라스틱 수지의 성질플라스틱 수지의 성질플라스틱 수지의 성질플라스틱 수지의 성질Table 4Table 4Table 4Table 4

열경화성 수지 성질

(Thermosets)

열가소성 수지 성질(thermoplastics)

결정성 수지의 성질 비결정성 수지의 성질

강도 신도 탄성이, ,▶

낮다.

고하중에서 변형 온도▶

낮다.

성이 낮다Creep .▶

고유의 난연성▶

칫수안정성 저흡수성/▶

압축성형 사출성형/▶

착색의 제한성▶

규칙적인 분자구조▶

용융점이 있음▶

불투명▶

높은 수축율▶

내화학성이 강함▶

내피로성 내후성/▶

불규칙한 분자구조▶

넓은 범위의 연화온도▶

투명한 수지도 있음▶

수축율 작음▶

내화학성 약함▶

내피로성 내후정 약함/▶

- 44 -

열열열열경화성과경화성과경화성과경화성과 열열열열가소성 수지가소성 수지가소성 수지가소성 수지 종종종종류류류류Table 5Table 5Table 5Table 5

열경화성 수지

(Thermosets)

열가소성 수지(thermoplastics)

결정성 수지 비결정성 수지

고무▶

Phenolics▶

Polyesters▶

Polyester▶

Polyamide▶

Fluorocarbones▶

Polyethylene▶

Polypropylene▶

Polyacetal▶

ABS▶

Polycarbonate▶

MPPO▶

Polystyrene▶

PVC▶

Acrylic▶

사출성형용 플라스틱은 그 용도에 따라 소재가 다르다 아래에는 용도에 따라 자주.

사용되는 플라스틱 소재를 기술하였다.

가가가가 투투투투명성을 필요로 하는 용도명성을 필요로 하는 용도명성을 필요로 하는 용도명성을 필요로 하는 용도....

범용 플라스틱에는 일반용 폴리스티렌이 많이 사용된다 이 수지는 투명성은 우.●

수 하나 광선 투과율이 낮고 크레이징 을 일으키기 쉽다(Crazing) .

아크릴은 광선 투과율이 이상이고 내후성이 우수하고 황색변화의 염려가90% , ,●

없다 따라서 이 수지가 고급 장식품 명판 류 고급 잡화에 많이 사용된다 그러나. , , .

이 수지는 취성이 강한 결점을 가지고 있다.

이러한 취성을 보완하고 투명성도 있는 플라스틱에는 투명 염화비닐수지ABS,●

폴리카보네이트 등이 있다 이들 중에 어느 플라스틱을 선택할 것인가(PVC), (PC) .

는 내 충격성의 크기 및 제품의 요구 특성에 따라 정해지나 내 충격성이라고 하는,

견지에서 말하면 폴리카보네이트가 좋다 그러나 이 수지는 용융상태에서 유동성이.

좋지 못하므로 고압이 필요하고 성형성도 일반적으로 좋지 못하다 또한 가격이 높, .

다는 결점도 가지고 있다.

나 내나 내나 내나 내충충충충격성을 필요로 하는 용도격성을 필요로 하는 용도격성을 필요로 하는 용도격성을 필요로 하는 용도....

내충격성 가 있다 를 내충격용으로 선정하는 경우에는 그 충격치를 규ABS . ABS●

정 할 필요가 있다 는 품종에 따라 충격치가 다르므로 주의해야 한다. ABS .

- 45 -

이외의 수지로 내충격에 사용되는 수지는 폴리카보네이트 및 아세탈 또는ABS●

나일론이 추천된다 충격에 가장 강한 것은 폴리카보네이트이다 또한 나일론. . , 6,

은 흡습성이 있어 평균 흡수량을 가질 때 충격에 상당히 강하나 너무 건조시켜66 , ,

흡수율이 떨어지면 취약하게 된다.

다 내다 내다 내다 내열열열열성을 필요로 하는 용도성을 필요로 하는 용도성을 필요로 하는 용도성을 필요로 하는 용도....

범용 플라스틱 중에서 내열성이 가장 높은 것은 폴리프로필렌으로 120~130● ℃

에 견딘다.

내열성은 그 용도에 따라 필요의 한도가 다르나 혹은 그 정도의 분야에, 100● ℃

는 내열성 를 사용하고 이것보다 높은 정도에는 폴리카보네ABS , 120~130 PPO,℃

이트가 쓰여진다 더욱 높은 온도에서 사용될 경우에는 폴. PBT, PPS, PA6, PA66,

리썰폰 등이 사용된다.

내열성의 열가소성 플라스틱에 글라스 섬유를 혼입한 는 기본20 ~ 30% FRTP●

플라스틱보다 강성이 높게 되고 이 때문에 당연히 열변형 온도가 상승한다 따라서, .

하중이 걸리는 경우에는 이런 종류의 의 채용을 검토해야 한다FRTP . (FRTP :

Fiber Reinforced Thermo Plastic, GRTP : Glass Fiber Reinforced Thermo

Plastic, FRP : Fiber Reinforced Plastic)

라라라라 치치치치수정동의 용도수정동의 용도수정동의 용도수정동의 용도....

성형 수축률이 큰 결정성 플라스틱은 비 결정성 플라스틱에 비해 정밀한 정도의●

성형품을 나타낸다 금속 재료에 비해 강성이 부족한 점도 결점의 하나로 하중이.

걸린 경우가 그 변화가 크다.

마 마찰 마모마 마찰 마모마 마찰 마모마 마찰 마모에 대한 용도에 대한 용도에 대한 용도에 대한 용도. ,. ,. ,. ,

아세탈 이나 나일론 을 들 수 있다(POM) (PA)●

기어라든가 캠 베어링을 일체로 한 부품에는 등이 사용되나, , POM, PA, PBT ,●

이것들은 모두 결정성 플라스틱이기 때문에 성형 수축율이 크고 정도를 요하는 부,

품을 제조하는 일은 어렵게 된다 이런 수지들이 마찰에 좋은 이유는 작은 마찰계.

수를 갖고 있으면서 자기 윤활성을 갖기 때문이다.

따라서 사용 중에 별도의 주유를 하지 않아도 계속적으로 사용이 가능하게 된,●

다.

- 46 -

바 난바 난바 난바 난연성의 용도연성의 용도연성의 용도연성의 용도....

열가소성 수지 중에서 그대로 불연성인 것은 불소수지 이외에는 없다.●

플라스틱 중에 난연성을 부여한 것을 난연 그레이드라고 하며 이 수지는 성형,●

에 상당히 조심해야 한다 성형 중에 가스의 발생이 많고 이 가스가 금형이나 기계.

를 녹슬게 한다.

일반적으로 수지 계열은 범용 플라스틱으로 나눌 수 있다, engineering, speciality .

아래 에는 가지 분류에 따른 수지의 종류를 나타내었다 이 중 물리적 강성table 3 . ,

및 인성과 경량화가 결합되어 가혹한 주변 환경 하중 장기적인 시간의 지속 높은( , ,

온도 사용 화학물질에 노출된 환경 하에서 제품 디자인 및 성형 기술에 의한 예견, )

된 사용자가 원하는 물성을 발현시킨 플라스틱이 있는데 이를 엔지니어링 플라스틱

이라 한다.

수지계수지계수지계수지계열열열열Table 6.Table 6.Table 6.Table 6.

범용 Engineering Specialty

PVC▶

PE▶

PS▶

PP▶

ABS▶

Acetal(POM)▶

Polyester(PBT)▶

Polycarbonate(PC)▶

Modified PPO▶

Nylon(PA)▶

Polysulfone▶

PEI▶

PPS▶

TPE▶

Polyketones▶

LCP▶

대대대대 범범범범용용용용 엔엔엔엔지니어지니어지니어지니어링링링링 플라스틱과 특성플라스틱과 특성플라스틱과 특성플라스틱과 특성Table 7. 5Table 7. 5Table 7. 5Table 7. 5

결정성 수지 비결정성 수지

Nylon(PA) PET/PBT Acetal(POM) PC MPPO

내열성▶

강도 강성/▶

내충격성▶

저마찰 저마모/▶

내화학성▶

흡습성▶

고강도 고강성/▶

저 성creep▶

치수 안전정▶

전기적 특성▶

내열성▶

저 홉습성▶

가수분해 문제▶

균형적인 물성▶

저마찰 저마모/▶

내피로강도▶

칫수안정성▶

내화학성▶

고생산성▶

내충격성▶

치수정밀 안정성/▶

전기적 특성▶

투명성▶

내화학성의 한계▶

기계적 성질▶

전기적 특성▶

내가수분해▶

저 흡습성▶

칫수안정성▶

난연성▶

내화학성 한계▶

- 47 -

이러한 대 범용 엔지니어링 플라스틱은 각기 다른 사출성형 조건을 가지는데 각각5

의 수지에 대한 사출성형조건을 다음 에 나타내었다table .

재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건Table 11Table 11Table 11Table 11

사출성형에 적용되는 플라스틱 수지는 앞서 언급한 바와 같이 성형품의 사용용도

및 요구 성능에 따라 선택하여야 하며 성형 조건도 면밀히 검토하여야 한다 본 과, .

제에서 개발한 캡 기능을 보유한 컵 의 경우 식음료 용기에 부착 소비자가 식음료‘ ’ ,

를 시음할 때 사용됨에 따라 이러한 용도에 적절한 를 적용재료PP(PolyPropylene)

로 선택하였다.

성형품 플라스틱 캡성형품 플라스틱 캡성형품 플라스틱 캡성형품 플라스틱 캡Fig. 38 PP ( )Fig. 38 PP ( )Fig. 38 PP ( )Fig. 38 PP ( )

- 48 -

의 주요 용도의 주요 용도의 주요 용도의 주요 용도Table 12. PPTable 12. PPTable 12. PPTable 12. PP

필름

BOPP 앨범 테이프용 필름 및 스넥 제빵류의 포장용 필름, ,

CAST,

INFLATION

의류 스넥 제빵류 포장용 필름 연성포장 및 야채류, , , ( )

bag

SHRINK 요쿠르트 문구류 컵라면 등의 포장 필름, ,

부직포

NONWOVEN

FABRICS,

STAPLE FIBER

산업용 필터 토목용과 같은 산업재- ,

아기기저귀 생리대 물수건 등 일회용품- , ,

카펫트용 생활용품-

사출

가전제품

세탁기- (TUB, COVER, BALANCE, BASE)

냉장고- (GRILL FAN, ICE TRAY, SIDE BOX)

진공청소기- (BODY)

텔레비전- (BACK COVER)

선풍기 등- (MOTOR COVER)

자동차부품

- BUMPER

- RADIATOR GRILL

- INSIDE TRIM

등 수십종- STEERING WHEEL

일반사출용품

바구니 쓰레기통 접시 등 가정용품- , ,

상자 및 실패 주사기 등- (CRATE) BATTERY CASE, ,

산업용품

압출

중공성형 양념병 소형 제품, BATTERY CASE

시트상자 및 포장재- CORRUGATED SHEET( )

책 바인더 진공성형 원료 컵- , ( )

FLAT YARN 쌀 소금 설탕 수지용 마대, , ,

필라멘트

(FIBER)

MULTIFILAMENT

MONOFILAMENT가방 끈 포장 및 장식용 끈 로프 어망, , ,

폴리프로필렌 제품의 이용분야는 폴리에틸렌과 거의 같지만 그 특성을 살린 독(PP)

특한 제품이 넓은 분야에 걸쳐서 개발되고 있다 폴리프로필렌의 사출성형품은 식.

기 양동이 물통 목욕용품 등의 가정용품이나 완구 등의 잡화품 약전 기기, ( ), , ( )弱電

나 자동차 부품 등에 적용되며 성형성 표면광택 투명성 등이 우수하여 해마다 수, ,

요가 신장하고 있다 또한 일체 성형 의 기능을 가진 각종 제품도 여러 가지. hinge

분야에서 널리 이용 되고 있다 특히 주가되고 있는 제품은 맥주병 등의 수송용 상.

자 농수산물의 수확 컨테이너 등의 대형성형품의 분야이다 이것은 앞서 언급한 바, .

와 같이 폴리프로필렌의 약점으로 되어 있던 내한성 내충격성을 개량한 가, grade

개발되었기 때문이며 종래 이 분야에서 사용되었던 나무상자를 완전히 대신하게 되

었다 폴리에틸렌이 이러한 분야에서 유력한 경쟁 상대인데 강성 표면광택 내구. , ,

성 성형성 등에서 승리는 폴리프로필렌쪽으로 가고 있다 또한 스트레스 크랙킹에, . ,

대한 내구성이 우수한 측면도 화학약품 등의 용기로 적용할 경우 폴리에틸렌보다

유리하다고 할 수 있다.

- 49 -

일반적인 수지의 성형온도는 에 따라 다르나 대체적으로 이다PP Grade 200~300 .℃

성형온도가 높을 경우 다음과 같은 현상이 발생된다.

의 점도가 낮게되어 성형이 쉽게 된다Resin .●

열에 의한 수지의 열화가 문제된다.●

냉각시간이 길게 되므로 이 길어진다Cycle time .●

금형온도 사출압력 성형수축률 보통: 40~80 , : 800~1200kg/ , :● ℃ ㎤

이다1.2~1.5% .

수축률 저하를 위해서는 수지온도를 높이고 금형온도를 낮추어서 급냉을 시킨●

다 또한 사출시간을 길게 하고 사출압력을 높인다. .

의 요구 성질은 다음과 같다PP .

가공성이 우수함●

안정성 열안정성이 우수함 다양한 착색이 용이함Color , ( )●

강성 및 표면경도가 우수●

광택성이 우수●

규격에 적합FDA●

다음 은 앞서 언급한 바와 같이 와 유사한 특성을 가진 를 상호 비교한table PP PE

내용을 정리한 것이다.

의 특성 비의 특성 비의 특성 비의 특성 비교교교교Table 13. PP, PTable 13. PP, PTable 13. PP, PTable 13. PP, PEEEE

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캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작 지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작 지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작 지원캡 기능을 보유한 컵 성형을 위한 금형 설계 및 제작 지원3. ‘ ’3. ‘ ’3. ‘ ’3. ‘ ’

가 캡 기능을 보유한 컵 설계가 캡 기능을 보유한 컵 설계가 캡 기능을 보유한 컵 설계가 캡 기능을 보유한 컵 설계. ‘ ’. ‘ ’. ‘ ’. ‘ ’

본 지원 산업을 통하여 제작된 금형의 성형제품은 앞서 언급된 캡 기능을 보유한‘

컵 으로서 다양한 도안 중 컵 외형 형상의 심미적인 효과와 사용자의 그립감을 고’

려하여 개의 도안 중 가지를 선택하였다 최초 캡 기능을 자체적으로 보유한 제4 2 .

품을 고려하였으나 기존 제품 적용 용이성을 확보하기 위하여 기존 용기 캡에 조,

립되도록 내측에 다수의 직선 형태의 요철 형상을 설계하였으며 이를 통하여 기존,

에 나사 형상 성형으로 인한 비교적 난해한 취출 방식을 간단하게 해결할 수 있었

다.

제품 형상은 원형 형상으로서 제품의 중앙면을 중심으로 좌우 대칭인 형상을 가지

고 있어 게이트 위치 및 적용이 비교적 용이할 뿐만 아니라 제품의 크기도 다소 작

음에 따라 유동성 확보에도 큰 어려움이 없을 것으로 판단된다.

캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계Fig. 39 ‘ ’ AFig. 39 ‘ ’ AFig. 39 ‘ ’ AFig. 39 ‘ ’ A

- 51 -

캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계캡 기능을 보유한 컵 안 설계Fig. 40 ‘ ’Fig. 40 ‘ ’Fig. 40 ‘ ’Fig. 40 ‘ ’ BBBB

윗면윗면윗면윗면(a)(a)(a)(a)

- 52 -

아아아아랫면랫면랫면랫면(b)(b)(b)(b)

옆면옆면옆면옆면(c)(c)(c)(c)

((((dddd) Isotro) Isotro) Isotro) Isotroppppic vieic vieic vieic viewwww

캡 기능을 보유한 컵의캡 기능을 보유한 컵의캡 기능을 보유한 컵의캡 기능을 보유한 컵의 차차차차원 설계원 설계원 설계원 설계Fig. 41 ‘Fig. 41 ‘Fig. 41 ‘Fig. 41 ‘ '''' 3333

나 설계나 설계나 설계나 설계. Cavity. Cavity. Cavity. Cavity////corecorecorecore

차원 설계된 제품 형상을 이용하여 금형의 인서트 코어 및 캐비티를 설계하였다3 .

- 53 -

앞서 설계한 가지 형상의 컵 차원 설계 데이터를 기반으로 의 인서트 코2 3 8 cavity

어 및 캐비티를 설계하였으며 기존의 식음료 용기 캡에 조립되도록 하기 위한 컵,

내측의 요철부의 경우 비교적 형상의 정확성을 확보해야 함에 따라 외측에 요철 형

상을 포함한 센터 코어를 별도로 설계하여 적용하였다.

설계설계설계설계Fig. 42 CoreFig. 42 CoreFig. 42 CoreFig. 42 Core

- 54 -

설계설계설계설계Fig. 43 CavityFig. 43 CavityFig. 43 CavityFig. 43 Cavity

- 55 -

조조조조립립립립 전개도전개도전개도전개도Fig. 44 CavityFig. 44 CavityFig. 44 CavityFig. 44 Cavity////corecorecorecore

다다다다 냉각냉각냉각냉각 시스시스시스시스템템템템 설계설계설계설계....

사출성형 공정을 이용하여 제품을 생산하는데 있어서 금형의 냉각 공정이 전체 사

이클 타임의 이상을 차지하고 있다 따라서 생산성 측면에서 볼 때 효율적인2/3 . ,

냉각 채널 설계는 냉각시간을 감소시킴에 따라 전체적인 생산성 향상을 기대할 수

있으며 균일한 냉각은 성형품의 잔류응력을 감소시키고 치수 정확도 및 안정성을

유지함으로써 품질 향상의 효과도 얻을 수 있기 때문에 설계 단계에서부터 냉각 채

널에 대한 중요성을 인지해야할 필요가 있다.

냉각 채널의 설계시에는 무엇보다 성형품의 형상을 적극 고려해야 하며 이와 동시,

에 냉각 채널의 원활한 유동성 확보도 고려해야 한다 본 지원과제에서 개발하고자.

하는 제품의 경우 원형 형상으로서 좌우 대칭이 완벽한 형상을 가지고 있음에 따라

냉각 채널을 제품의 측면에 대칭으로 상단부의 냉각 채널을 설계하였으며 하단부에

는 각 열 당 개씩의 냉각 채널을 설계하였다(column) 2 .

전체적인 금형구조의 경우 단 금형 구조를 적용하여 성형품 취출시 런너 스프루2 ,

의 제거를 위한 별도 공정을 제거하였다.

- 56 -

상측상측상측상측 냉각 채널냉각 채널냉각 채널냉각 채널 설계설계설계설계(a)(a)(a)(a)

상측상측상측상측 냉각 채널냉각 채널냉각 채널냉각 채널 설계설계설계설계(b)(b)(b)(b)

냉각냉각냉각냉각 시스시스시스시스템템템템 설계설계설계설계Fig. 45Fig. 45Fig. 45Fig. 45

- 57 -

캡 기능을 보유한 컵 의 캐비캡 기능을 보유한 컵 의 캐비캡 기능을 보유한 컵 의 캐비캡 기능을 보유한 컵 의 캐비티티티티 금형 조금형 조금형 조금형 조립립립립도도도도Fig. 46 ‘ ’ 8Fig. 46 ‘ ’ 8Fig. 46 ‘ ’ 8Fig. 46 ‘ ’ 8

금형 분해도금형 분해도금형 분해도금형 분해도Fig. 47Fig. 47Fig. 47Fig. 47

- 58 -

캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원캡 기능을 보유한 컵 성형 유동해석 지원4. ‘ ’4. ‘ ’4. ‘ ’4. ‘ ’

가 해석가 해석가 해석가 해석모델모델모델모델생성생성생성생성....

해석에 적용된 제품은 컵형상을 가지고 있는 제품으로 모델러를 이용하여 모델3D

링 하였고 생성된 모델을 이용하여 메쉬를 생성하였다 해석 프로그램인 에서, . MPI

는 가지 형태의 를 이용하여 해석을 수행할 수 있다 첫째로 제품의 살 두께3 Mesh .

와 중간면을 취출해 만든 형태와 둘째로 제품의 차원 형상을Mid-Plane Mesh , 3

그대로 받아들이고 대신 내부가 빈 형태 세 번째로 로Fusion Mesh , Fusion Mesh

내부가 채워진 의 형태가 있다3D Mesh .

일반적으로 와 는 전체 면적에 비해 두께를 무시 할Mid-Plane Mesh Fusion Mesh

수 있는 형상에 적용하고 그렇지 않을 경우에는 를 사용하여, Fusion Mesh 3D

를 생성하여 해석을 수행한다 해석 결과에 있어 의 수가 많으면 해석결Mesh . Mesh

과에 대한 신뢰성은 좋아질 수 있으나 과다한 해석시간을 요구하며 반대로, Mesh

수가 작으면 해석시간은 단축 할 수 있으나 해석의 신뢰성에 문제가 발생 할 수,

있다.

본 지원 사업에서 해석에 적용할 금형의 경우에는 가지 형상의 제품을 각각 개씩2 4

총 개의 제품이 성형되는 모델이므로 생성시 요소의 사이즈 및8 8Cavity Mesh

에 따라 의 수가 많은 차이를 보이므로 이를 고려하여 생성하여야Mesh Type Mesh

한다 또한 에서 냉각해석이나 변형해석을 수행할 경우 과다한 요소수로 인하. MPI ,

여 내부에서 지원하는 내부 메모리보다 큰 메모리를 요구하여 해석이 불가능MPI

하기 때문에 요소 생성시 해석의 종류까지도 고려하여야 한다 본 지원 사업에서는.

수의 최소화와 더불어 냉각해석 수행을 위하여 요소를 이용하여Mesh Mid PIane

아래의 그림과 같이 요소를 생성하였다.

그림그림그림그림 유한요소수 해석시유한요소수 해석시유한요소수 해석시유한요소수 해석시간간간간 및 신및 신및 신및 신뢰뢰뢰뢰도도도도. 48. 48. 48. 48 VSVSVSVS....

- 59 -

일반적으로 금형설계를 할 때 가장 중요한 사항중 하나가 게이트 러너 스프루 등, ,

의 유동시스템의 설계이다 특히 본 연구에 적용된 것과 같은 두 가지 제품 형상을.

가지고 있는 금 금형의 경우에는 일반 금형과 달리 제품 내에서 유동의 차이로 인

하여 유동 밸런스에 대한 검증은 필수적이라 할 수 있다 생성된 모델의 형상은 아.

래의 그림과 같으며 사용된 요소의 수는 유동시스템 모델링에 사용된 요소, Beam

를 포함하여 모두 개의 요소가 사용되었다40,486 .

해석해석해석해석모델모델모델모델 생성을 위한생성을 위한생성을 위한생성을 위한 모델링모델링모델링모델링Fig. 49 3Fig. 49 3Fig. 49 3Fig. 49 3DDDD

해석해석해석해석모델모델모델모델 메메메메쉬쉬쉬쉬 생성생성생성생성Fig. 50Fig. 50Fig. 50Fig. 50

- 60 -

해석해석해석해석 모델모델모델모델 생성생성생성생성Fig. 51 FillingFig. 51 FillingFig. 51 FillingFig. 51 Filling

나나나나 충충충충전해석 및 사출시전해석 및 사출시전해석 및 사출시전해석 및 사출시간간간간 선정선정선정선정....

충충충충전해석전해석전해석전해석1) (1) (1) (1) (ffffilling analysis)illing analysis)illing analysis)illing analysis)

충전 시간 분포는 수지가 금형 속으로 흘러 들어갈 때 각 위치에 도달하는 시간을

나타내고 있다 아래 그림들은 사출조건을 으로 하였을 경우 각각 유. Auto Setting

동시스템의 충전 과정과 제품의 충전 과정을 도시하고 있다 그림에 나타난 색깔로.

표시된 내용을 통하여 충전 상태를 확인 할 수 있으며 다른 부분 보다 같은 색의,

분포가 넓은 곳은 수지의 흐름이 원활하고 온도의 변화가 작은 것을 의미하며 색,

깔의 변화가 심하거나 간격이 좁아진 영역은 충진 속도가 감소하는 유동 정체 현상

이 발생하고 있음을 나타낸다.

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시시시시간간간간에에에에 따른 충따른 충따른 충따른 충전전전전패턴패턴패턴패턴 전체전체전체전체Fig. 52 ( )Fig. 52 ( )Fig. 52 ( )Fig. 52 ( )

시시시시간간간간에에에에 따른 충따른 충따른 충따른 충전전전전패턴패턴패턴패턴 제품제품제품제품Fig. 53 ( )Fig. 53 ( )Fig. 53 ( )Fig. 53 ( )

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위의 해석 결과를 살펴보면 부터 충전이 시작되어Cold Sprue Cold Runner, Cold

제품 순으로 용융수지가 채워져 가는 것을 알 수 있다 제품 내에서는Gate, . Cold

를 통과 한 수지가 위쪽으로부터 아래쪽으로 점차 유동한 뒤 최종적으로는 제Gate

품의 바닥 모서리 부분에 충전이 완료된다 따라서 마지막으로 충전되는 부분에서.

웰드라인 이 발생 될 것으로 예상되지만 발생부는 금형의 파팅 부분이므(weld line)

로 큰 영향이 없을 것으로 판단된다 또한 제품형상의 서로 다르지만 금형 내에서.

균일한 패턴으로 충전을 하는 것으로 보아 유동 밸런스를 위한 게이트 위치 선정에

는 문제가 없음을 확인 할 수 있다.

충충충충전해석전해석전해석전해석2)2)2)2)

일반적으로 사출속도에 대한 사출압력은 형태의 커브를 보인다 사출속도가 느리U .

면 열 발생보다 열 손실이 더 커서 유동선단 온도가 강하하여 점도가 증가하고 고, ,

화층의 두께가 증가하여 사출 압력이 상승한다 반대로 사출 속도가 빠르면 유동선.

단의 온도는 상승하여 점도는 낮아지고 고화층의 두께는 줄어들지만 고화층과 유,

동층 사이의 마찰저항이 크게 증가하여 오히려 사출 압력이 증가한다 따라서 캐비.

티 내에서 유동선단이 적절한 일정속도로 흐를 때 사출 압력이 가장 낮아지며 아래

의 그림에서와 같이 최적 사출 구간으로 판단 할 수 있다 또한 사출 제품의 변형.

측면에서 살펴본다면 최대 사출압력이 작을수록 사출 후 제품에 작용하는 잔류응력

의 크기가 작아지기 때문에 최대 사출압력이 가장 작은 사출시간을 선정하는 것이

제품 품질을 향상 시키는데 것에도 유리하다 본 지원사업에서는 사출시간 선정을.

위하여 값을 참조하여 초에서부터 초까지 초 간격으로 사출MPI Auto Setting 1 8 1

시간을 선정하여 총 회의 유동해석을 수행하였으며 해석결과 사출시간에 따른 사8 ,

출압력의 변화는 다음과 같다 해석 조건은 사출시간을 제외하고 모든 조건을 동일.

하게 금형온도 수지온도 적용하였으며 보압력은 적용하지 않았다( 40 , 240 ) , .℃ ℃

사출시사출시사출시사출시간간간간에에에에 따른따른따른따른 사출사출사출사출 압압압압력의력의력의력의 변변변변화 및화 및화 및화 및 최최최최적 사출적 사출적 사출적 사출속속속속도 구도 구도 구도 구간간간간Fig. 54Fig. 54Fig. 54Fig. 54

- 63 -

사출시사출시사출시사출시간간간간에에에에 따른따른따른따른 사출사출사출사출 압압압압력의력의력의력의 변변변변화화화화Fig. 55Fig. 55Fig. 55Fig. 55

해석결과 사출 시간이 초에서 초 사이에 가장 작은 사출압력이 작용하며 사출시2 3 ,

간이 초 이상인 경우에서부터 수지 고화에 따른 미충전이 발생한다 해석 결과 및6 .

제품의 생산성을 고려하여 를 통하여 사출 시간을 초로 선정 할 수 있으며 사출2 ,

시간이 초인 경우에 제품에서 발생하는 유동 패턴은 다음 그림과 같다2 .

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의 충충충충전전전전패턴패턴패턴패턴Fig. 56 2 (1)Fig. 56 2 (1)Fig. 56 2 (1)Fig. 56 2 (1)

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사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의 충충충충전전전전패턴패턴패턴패턴Fig. 57 2 (2)Fig. 57 2 (2)Fig. 57 2 (2)Fig. 57 2 (2)

아래의 그림들은 사출시간이 초일 때 작용하는 시간에 따른 사출압력의 변화 및2

형체력의 변화를 도시하고 있으며 적용사출기의 최대 사출압력 및 최대 형체력의,

이하의 수준으로 계산되었으며 톤 사출기를 이용하여 제품을 성형하는데50% , 200

문제가 없음을 알 수 있다.

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 시일 경우 시일 경우 시일 경우 시간간간간에에에에 따른따른따른따른 사출사출사출사출압압압압력의력의력의력의 변변변변화화화화Fig. 58 2Fig. 58 2Fig. 58 2Fig. 58 2

- 65 -

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 시일 경우 시일 경우 시일 경우 시간간간간에에에에 따른따른따른따른 형체력의형체력의형체력의형체력의 변변변변화화화화Fig. 59 2Fig. 59 2Fig. 59 2Fig. 59 2

다 보다 보다 보다 보압압압압해석 및 보해석 및 보해석 및 보해석 및 보압압압압력 선정력 선정력 선정력 선정....

금형 안에 사출된 용융 수지는 고압으로 충전되기 때문에 역방향으로 압력이 작용

되므로 용융 수지가 고화 될 때까지 강한 힘으로 압력을 가해 주어야 한다 이 압.

력을 보압이라 하고 보압을 가해주면 금형 캐비티 안에 사출된 용융 수지가 냉각,

될 때 체적 감소에 의한 부족량만큼 수지를 보충하여 주는 역할을 함으로 수축에

의한 불량을 해결 할 수 있는 방법 중 하나이다 부피수축이란 보압에 의하여 결저.

오디는 재료의 최종 체적 수축을 나타내는데 수축이 크면 제품의 치수 정밀도 유,

지가 어려워지며 지역적으로 수축률의 편차가 커지면서 내부 응력이 발생되어 변형

발생의 주요한 요인이기도 하다 체적 수출은 전체적인 크기보다 지역적인 편차를.

감소시켜주는 것이 더욱 중요하며 이러한 수축 편차는 변형 발생에 주요한 원인이

기도 하다 체적 수축은 재료 고유의 특성에 의존하는데 비 결정성 수지는 결. PVT

정성 수지에 비하여 수축율이 작은데 비하여 결정성 수지의 경우 결정화도에 따라

체적의 변화가 매우 큰 경우도 있다.

작용 보압의 크기가 너무 낮게 되면 성형품의 표면에 싱크 마크나 내부에 기포가

발생하며 너무 높은 보압이 작용하게 되면 플래쉬 현상이 발생하므로 보압의(flash)

크기와 유지 시간이 적정하게 선정 되어야 한다.

아래의 그림은 사출 시간 초일 경우 결과로 그림에서 확인 할 수2 Time to freeze

있듯이 제품과 연결된 부분에서는 충전 공정이 끝난 후 약 초 후에Cold Gate 1.5

고화가 발생하는 것을 알 수 있다.

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사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 고화시일 경우 고화시일 경우 고화시일 경우 고화시간간간간Fig. 60 2Fig. 60 2Fig. 60 2Fig. 60 2

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 고화시일 경우 고화시일 경우 고화시일 경우 고화시간간간간Fig. 61 2 ColFig. 61 2 ColFig. 61 2 ColFig. 61 2 Cold Gd Gd Gd Gateateateate

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일반적으로 사출품 부피의 정도 충전 후 절환 하여 보압이 작용하는데 보98 V/P％

압 작용시간을 해석을 통하여 예측할 경우 게이트부가 고화되기 전까지로 판달 할

수 있다 만약 게이트부가 고화된 이후에도 보압이 작용하면 형체력의 급격한 증가.

로 사출성형기에 악영향을 줄 수 있으므로 보압유지 시간에 주의를 하여야 한다.

사출성형 공정에 있어 보압시간 뿐만 아니라 보압의 크기도 제품변형에 매우 중요

한 변수중 하나이다 본 지원사업에서는 보압력의 선정을 위하여 보압시간을 초. 1.5

로 유지 한 뒤 보압력을 사출압력의 까지 간격으로 총 회의 해80%~180% 20 9％

석을 수행하였으며 각 해석에서는 냉각의 영향은 방영하지 않았다, .

보보보보압압압압력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건Table 14.Table 14.Table 14.Table 14.

적용 조건

수지 GS Caltex Hiprene M-540

사출온도 240 ℃

금형온도 40 ℃

사출시간 2 sec

보압시간 1.5 sec

냉각시간 0 sec

상기 언급한 바와 같이 보압시간 뿐만 아니라 보압의 크기도 사출 성형 공정에 있

어 매우 중요한 변수중 하나이다 본 지원사업에서는 보압력의 선정을 위하여 보압.

시간을 초로 유지한 뒤 보압력을 사출압력의 까지 간격으로1.5 80%~180% 20%

총 회의 해석을 수행하였으며 각 해석에서는 냉각의 영향은 반영하지 않았다6 , .

보보보보압압압압력에력에력에력에 따른따른따른따른 의의의의 변변변변화화화화Fig. 62Fig. 62Fig. 62Fig. 62 DDDDeeeefffflection (alllection (alllection (alllection (all ddddirection)irection)irection)irection)

- 68 -

보보보보압압압압력에력에력에력에 따른따른따른따른 형체력의형체력의형체력의형체력의 변변변변화화화화Fig. 63Fig. 63Fig. 63Fig. 63

보압의 크기가 클수록 제품의 변형은 소폭 줄어드나 이와는 반대로 사출기에 작용,

하는 형체력의 크기는 증가하게 된다 위의 그림에서 확인 할 수 있듯이 보압력이.

사출압력의 의 크기로 작용 하였을때 적용 사출성형기의 최대 형체력인120% 200

가량 작용하는 것을 확인 할 수 있다 따라서 보압력의 크기는 사출 성형기의ton .

안정성을 고려하여 사출압력의 로 선정 하였다 보압력이 사출압의 의100 . 100％ ％

크기로 작용하였을 경우 최대 변형량은 로 계산되었으나 이것은 냉각이 고려0.7㎜

되지 않은 해석 결과이므로 냉각까지 고려하여 해석을 수행 하였을 경우 보다 상대

적으로 크게 계산된 결과이다 냉각효과 까지 고려한 최대 변형량은 뒷장에서 언급.

하였다.

라라라라 냉각냉각냉각냉각해석 및해석 및해석 및해석 및 냉각냉각냉각냉각시시시시간간간간 선정선정선정선정....

냉각냉각냉각냉각해석을 위한 해석해석을 위한 해석해석을 위한 해석해석을 위한 해석 모델모델모델모델 생성생성생성생성Fig. 64Fig. 64Fig. 64Fig. 64

- 69 -

냉각시간은 베럴의 온도 금형온도와 스프루 런너를 포함한 성형품의 살두께에 따, ,

라 좌우된다 충분히 냉각하면 정형품의 변형을 작게 할 수 있으나 성형 사이클 시.

간이 길어지고 금형으로부터의 제품 취출이 좋지 않게 된다 반대로 냉각을 빨리하.

게 되면 냉각 시간은 단축되어 전체 사이클 타임은 감소 될 수 있으나 불균일한 온

도 분포로 인한 제품 취출 후 변형이 증가하기도 한다 냉각을 균일하게 하기 위해.

서는 우선 제품 두께의 불균일을 피해야 하고 냉각회로의 배열을 적절하게 하여 제

품과 맞닿는 금형 표면온도 차이를 줄여야 한다 적정 냉각 시간을 선정 하기위해.

상기 해석결과를 이용하여 아래의 표와 같은 성형조건을 적용 후 냉각 해석을 수행

하였다 냉각 성능의 평가는 제품의 변형량과 비교하여 분석하였으며 각 조건에 따.

른 냉각 해석 결과는 아래에 도시하였다.

보보보보압압압압력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건력 선정을 위한 해석조건Table 15.Table 15.Table 15.Table 15.

적용 조건

수지 GS Caltex Hiprene M-540

사출온도 240 ℃

금형온도 40 ℃

사출시간 2 sec

보압시간 제품 충전시 절환1.5 sec ( 99% V/P )

보압력 최대 사출압의 100%

냉각시간 4sec, 6sec, 8sec, 10sec

냉각냉각냉각냉각시시시시간간간간에에에에 따른 변따른 변따른 변따른 변화화화화Fig. 64Fig. 64Fig. 64Fig. 64 DDDDeeeefffflectionlectionlectionlection

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냉각시간에 변형 결과는 시간에 따라 다소 차이를 보였으나 그 차이는 매우 작은

것으로 판단되며 냉각 시간이 초일 때 제품의 변형이 가장 작은 로 계산, 8 0.63㎜

되었으며 적용 제품이 고정밀도를 요구하는 기능성 부품이 아닌 일반 생활 용기이,

므로 변형에 대한 문제는 없는 것으로 판단된다.

마마마마 해석 결과해석 결과해석 결과해석 결과. CA. CA. CA. CAEEEE

해석조건해석조건해석조건해석조건Table 16.Table 16.Table 16.Table 16.

적용 조건

수지 GS Caltex Hiprene M-540

사출온도 240 ℃

금형온도 40 ℃

사출시간 2 sec

보압시간 제품 충전시 절환1.5 sec ( 99% V/P )

보압력 최대 사출압의 100%

냉각시간 8sec

충충충충전전전전패턴패턴패턴패턴1)1)1)1)

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의 충충충충전전전전패턴패턴패턴패턴Fig. 65 2 (1)Fig. 65 2 (1)Fig. 65 2 (1)Fig. 65 2 (1)

- 71 -

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의일 경우 제품의 충충충충전전전전패턴패턴패턴패턴Fig. 66 2 (2)Fig. 66 2 (2)Fig. 66 2 (2)Fig. 66 2 (2)

온온온온도분도분도분도분포포포포2)2)2)2)

유동해석 결과에서 계산되는 온도 분포는 유동선단의 온도 분포(temperature at

와 충전된 직후의 전체적인 온도 분포flow front) (bulk temperature at end of

두 가지가 있다 유동 선단의 온도 분포는 금형 내로 수지가 유입되는 각filling) .

순간 각 위치에서의 온도 변화를 나타내는 것으로서 온도 분포의 변화가 심하다면

수지의 유동 저항 편차가 증가하며 지역적으로 제품 물성의 변화가 발생할 수 있음

을 의미한다.

용융 수지의 유동성은 재료의 점도에 의존하는데 점도는 온도의 함수 이므로 금형

의 어느 위치에서 수지의 온도가 금형으로 많이 전달되어 응력이 증가되며 성형성

은 물론 제품의 물성에 영향을 줄 수 있다 더욱이 재료가 결정성 수지인 경우에는.

고화된 재료의 포화 결정화도에 영향을 주므로 물성과 더불어 수축을 변화에도 큰

변화를 준다 일반적으로 용융선단의 온도 분포는 해석에 적용되었던 수지온도보다.

편차 내에 계산 되어야 하지만 현재 적용 모델과 같이 얇은 두께의 모델의 경20℃

우에는 유동선단의 온도 차이가 수지의 유리전이 온도 보다 높게 유지되어야 한다.

충진 직후의 온도 분포는 금형 내로 수지가 유입될 때 유동 균형 또는 정체효과

의 발생 여부를 판단 할 수 있게 한다 만약 금형의 어느 부분에(hesitation effect) .

수지가 먼저 도달하여 멈추거나 정체 된다면 다른 지역으로 정상적인 유동을 하는

수지보다 훨씬 빠르게 금형으로 열을 빼앗기게 되므로 온도가 급격하게 감소하거나

더 심각한 경우 수지의 유리전이 온도 이하로 감소하게 되어 미 성형의 원인이 되

기도 한다.

아래의 그림은 제품의 유동선단 온도 분포를 나타내고 있으며 최대 에서부터, 240℃

최소 로 큰 차이를 보이고 있으나 제품의 형상 크기나 두께를 고려하여 볼191.5 /℃

때 유동 및 성형에는 큰 문제가 없는 것으로 판단된다.

- 72 -

유동선단의유동선단의유동선단의유동선단의 온온온온도분도분도분도분포포포포Fig. 67Fig. 67Fig. 67Fig. 67

Fig. 68Fig. 68Fig. 68Fig. 68 BBBBululululkkkk TeTeTeTempmpmpmperatureeratureeratureerature

고화고화고화고화층 변층 변층 변층 변화화화화3)3)3)3)

수지가 금형에 충전이 시작되는 순간 부터 냉각이 시작되어 제품이 고화하기 시작

한다 그러나 제품이 완전 충전되기전 고화도가 높아진다는 것은 유동성을 감소시.

켜 미성형 발생의 우려가 증가함을 의미 한다 또한 보압에서 보압력 전달에 문제.

를 발생하기도 한다 게이트 고화시간 추정은 상기에서 논한바와 같이 정확한 보압.

조건을 선정하기 위하여 매우 중요하다.

- 73 -

게이트가 완전히 굳기 전에 보압을 제거하면 아직 냉각되지 못한 수지가 게이트를

통해 역류하여 부분적으로 과도한 수축율을 나타내거나 흐름 자국을 남기게 된다.

반면에 게이트가 고화된 이후에 보합을 작용시키는 것을 금형 내로 압력이 전달되

지 못하기 때문에 무의미하고 전체 사이클 타임의 지연을 초래하여 생산성을 저하

시킬 수 있다 아래의 그림은 결과를 나타내고 있으며 해석. Frozen layer fraction

결과 최대 고화가 거의 으로 나타났다 이는 고화로 인한 유동 불량 등의 문제는0 .

발생하지 않음을 확인 할 수 있다.

전단전단전단전단 변변변변형형형형률률률률4)4)4)4)

금형내 용융 수지는 전단력에 의하여 유동되는데 유동 저항이 커지면 고분자 재료

의 전단 변형이 가속된다 수지 유동 중 금형의 어느 부분에서 전단 변형율이 높다.

면 그 곳에서의 유동 저항이 크다는 의미이며 한계치를 벗어나는 경우에는 수지의,

유동 또한 정상 상태를 벗어난 범위에 있다고 생각 할 수 있다.

전단 변형율이 높아지면 용융 선단의 속도 프로파일이 복잡하게 변화되면서 은조

현상이나 흐름 자국 을 표면에 남기기 쉽다 게이트 직후(silver streak) (flow mark) .

나 살 두께 변화가 심한 부분에서 이러한 현상의 발생이 빈번하다 적용 제품의 경.

우에는 두께 변화가 심하지 않아 해석 결과를 확인하여 보면 제품내 전단 변형률이

전체적으로 으로 상기 언급한 문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다0 .

제품 표제품 표제품 표제품 표면면면면의 전단의 전단의 전단의 전단 변변변변형형형형률률률률Fig. 69Fig. 69Fig. 69Fig. 69

- 74 -

전단전단전단전단응응응응력력력력5)5)5)5)

전단응력은 수지 유동 중 저항에 의하여 내부적으로 발생하는 응력을 나타낸다 전.

단 응력이 높으면 제품 내에 잔류응력이 증가하여 강도를 저하시킬 수 있다 고분.

자 재료는 각각 허용 한계 응력값을 가지고 있는데 가능한 이 범위를 넘지 않는 것

이 좋다 적용 수지인 의 경우 한계 전단응력은 이며 고기능. PP 0.25MPa~0.3MPa ,

성 수지일수록 한계 전단응력의 값은 높아진다 전단응력은 유동 저항에 비례하므.

로 전단응력을 낮추려면 수지와 금형의 온도를 증가 시키고 제품의 설계시 살 두께

를 두껍게 하거나 급격한 두께 변화를 피해야 한다.

아래의 그림에서 보듯이 해석결과 제품 내에서 발생한 최대 전단응력은 약 으로0

잔류 응력에 의한 외관 손상이나 변형이 발생하는 문제는 없을 것으로 예상 할 수

있다.

제품 표제품 표제품 표제품 표면면면면의 전단의 전단의 전단의 전단응응응응력력력력Fig. 70Fig. 70Fig. 70Fig. 70

변변변변형해석형해석형해석형해석6)6)6)6)

변형해석은 앞서 이루어진 유동 보압 냉각 해석등의 결과를 통합하여 제품이 어떻, ,

게 변형될 것인지를 예측 할 수 있게 한다.

아래의 그림에서 확인 할 수 있듯이 변형량은 크게 발생하지 않는 것으로 해석 되

었다.

- 75 -

제품제품제품제품변변변변형 해석결과형 해석결과형 해석결과형 해석결과Fig. 71 (allFig. 71 (allFig. 71 (allFig. 71 (all ddddirection, )irection, )irection, )irection, )㎜㎜㎜㎜

제품제품제품제품변변변변형 해석결과형 해석결과형 해석결과형 해석결과Fig. 72 (Fig. 72 (Fig. 72 (Fig. 72 (x-dx-dx-dx-directionirectionirectionirection ×××× 10, )10, )10, )10, )㎜㎜㎜㎜

- 76 -

제품제품제품제품변변변변형 해석결과형 해석결과형 해석결과형 해석결과Fig. 73 (yFig. 73 (yFig. 73 (yFig. 73 (y-d-d-d-directionirectionirectionirection xxxx 10, )10, )10, )10, )㎜㎜㎜㎜

제품제품제품제품변변변변형 해석결과형 해석결과형 해석결과형 해석결과Fig. 74 (Fig. 74 (Fig. 74 (Fig. 74 (z-dz-dz-dz-directionirectionirectionirection xxxx 10, )10, )10, )10, )㎜㎜㎜㎜

- 77 -

바바바바 해석결과를 이용한 성형공정 설계해석결과를 이용한 성형공정 설계해석결과를 이용한 성형공정 설계해석결과를 이용한 성형공정 설계....

해석한 결과를 토대로 하여 사출성형 공정을 설계하였으며 지원 업체에서 시성형,

시 참고로 하여 시사출 성형을 수행 제작된 금형을 이용하여 제품 생산에 큰 문제

가 없음을 확인 하였다 실제 시성형시 반영된 사출 조건은 아래의 그림에 도시하.

였으며 제시된 사출 성형 조건과 차이를 보이는 항목은 해석의 경우 사출성형기,

상태가 한 경우를 가정으로 하여 작용 압력이나 사출시간 등 사출성형 조건ideal

이 설정값과 동일하게 적용되지만 실제 사출성 형기의 경우에는 관리 상태 및 노후

화 정도에 따라 장비에서 압력 손실 및 오차가 발생하여 제시된 사출 성형 조건과

약간의 차이점을 나타내고 있다.

공정설계공정설계공정설계공정설계Table 17.Table 17.Table 17.Table 17.

조건

수지 GS Caltex Hiprene M-540

사출성형기 Selex MS250

사출온도 240 ℃

금형온도 40 ℃

사출시간 2 sec

보압시간 제품 충전시 절환1.5 sec ( 99% V/P )

보압력 사출압의 100%

냉각시간 8sec

Fig. 74Fig. 74Fig. 74Fig. 74 RRRRaaaam Spm Spm Spm Speeeeeeeedddd ProProProProffffile (ile (ile (ile (MMMMPI recoPI recoPI recoPI recommmmmmmmenenenenddddeeeedddd))))

- 78 -

이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원이상 컵 금형 제작지원5. 8 cavity5. 8 cavity5. 8 cavity5. 8 cavity

가 절가 절가 절가 절삭삭삭삭 가공 개요가공 개요가공 개요가공 개요....

일반적으로 정밀절삭가공이라 함은 단순히 치수 정밀도가 높은 가공만을 생각하기

쉬우나 절삭가공의 정밀도 향상을 위해서는 단순히 가공에 관한 지식으로는 고정도

부품을 생산하는데 많은 어려움이 있다 초정밀 절삭가공에 있어(high precision) .

서는 단순한 치수 정밀도뿐만 아니라 가공기 자체의 정밀도도 주요 고려 대상이며,

가공기의 정밀도 뿐만 아니라 가공기의 구조 구성재료 설계 등의 문제와 열 외, , ,

력 진동 습도 먼지 등의 노이즈 가공환경의 영향도 고려해야 하며 재료 자체의, , , ,

결함 공구의 물리 화학적 특성 절삭력 가공 메커니즘 측정에 관한 지식 등 광, , , ,‧

범위한 지식이 필요하다.

절삭가공은 공작물 피삭재 보다 경도가 큰 공구를 사용하여 공작물로부터 칩( ) (chip)

을 깎아내어 원하는 형상의 제품을 만드는 작업을 말한다 이 때 사용하는 공구로.

서는 바이트 드릴 커터 등 절삭날로 구성된 것과 연삭숫돌과 같(bite), (drill), (cutter)

이 입자로 구성된 것이 있으나 칩을 발생시켜 가공하는 절삭원리는 같다 그러나.

일반적으로 좁은 의미의 절삭이라 함은 절삭날로 구성된 공구에 의한 것을 뜻한다.

절삭공구는 작업의 성패 나아가 전체 제조공정의 성패를 좌우할 수 있으므로 절삭, ,

공구의 수명과 최대 생산과의 균형을 이루는 최선의 절삭공구를 사용해야 한다 절.

삭 공구의 가격보다는 전체 제조공정에 미치는 절삭공구의 효과를 고려해야 한다.

새로운 금속재료들이 계속 발견 또는 개발되면서 이들 금속을 더 효율적으로 절삭

하기 위한 새로운 공구들도 개발되었다.

나 절나 절나 절나 절삭삭삭삭공구의 공구 재료별 특성공구의 공구 재료별 특성공구의 공구 재료별 특성공구의 공구 재료별 특성....

탄소 공구강탄소 공구강탄소 공구강탄소 공구강1) (carbon tool steel)1) (carbon tool steel)1) (carbon tool steel)1) (carbon tool steel)

탄소 공구강은 고탄소강으로 만들어졌으며 금속가공에 사용되다가 고속도강으로,

대체되었다 절삭날이 쉽게 부스러지기 때문에 현재는 거의 사용되지 않는 재료이.

다.

고고고고속속속속도강도강도강도강2) (2) (2) (2) (hhhhigigigighhhh ssssppppeeeeeeeedddd steels)steels)steels)steels)

고속도강은 다양한 양의 텅스텐 크롬 바나듐 몰리브덴 및 코발트를 함유하고 있, , ,

다 고탄소강 공구보다 열에 견디는 능력이 배나 우수하고 중절삭이 가능하며 충. 3 ,

격에 견디는 힘이 크고 고속 절삭에서 절삭날을 날카롭게 유지한다.

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주조합금주조합금주조합금주조합금3) (cast alloy)3) (cast alloy)3) (cast alloy)3) (cast alloy)

주조합금은 크롬 텅스텐 탄소 및 코발트를 함유하고 있다 경도 내마모성 열경도, , . , ,

성능이 우수한 주조합금은 고속도강 공구보다 배 빠른 속도로 가공할 수 있2~2.5

다.

초초초초경합금경합금경합금경합금4) (ce4) (ce4) (ce4) (cemmmmenteenteenteentedddd carbicarbicarbicarbidddde)e)e)e)

초경합금은 텅스텐과 코발트 다양한 양의 티타늄이나 탄화탄탈륨을 함유하고 있다, .

초경합금은 고속도강보다 강도는 낮지만 경도는 크고 열경도 성능이 우수하다 따, .

라서 초경합금의 경우 고속도강 공구보다 배 높은 절삭속도로 가공할 수 있다, 3~4 .

초경 코팅 공구는 초경에 얇은 탄화티타늄이나 알루미나 층을 융착한 것으로서 내

마모 코팅으로 공구수명이 연장되고 더 높은 절삭속도를 낼 수 있다.

세라세라세라세라믹믹믹믹5) (cera5) (cera5) (cera5) (cerammmmic)ic)ic)ic)

세라믹은 알루미나가 주성분으로 여기에 산화티타늄이나 탄화티타늄이 첨가된다.

세라믹 절삭공구는 초경공구보다 절삭속도가 빠르고 공구수명이 연장되며 표면조도

가 우수하다.

다이아다이아다이아다이아몬몬몬몬드드드드6) (6) (6) (6) (ddddiaiaiaiammmmonononondddd))))

다이아몬드 절삭공구는 물질 중 가장 단단하고 열전도율이 높으며 그 단결정은 날

카로운 날을 얻을 수 있어 비철재료의 초정밀 가공에 매우 적합하다 미국 사의. GE

다이아몬드 합성 발표 후 지난 년간 공업적으로 분말형태의 미세한 결정밖에 합30

성되지 않았던 다이아몬드가 현재는 수 의 대형 고순도 단결정 생산이 가능하게㎜

되었다 이러한 합성 다이아몬드 단결정은 레이저 창 광자기디스크 광학렌즈 금. , , ,

형 등의 초정밀 절삭가공에 실용화되어 전자산업과 광기술 등 첨단산업분야의 기,

반을 지탱하고 있다 다이아몬드 소결체는 합성 다이아몬드분말을 코발트 등의 바.

인더를 사용하여 성형 된 다이아몬드가 약 만 기압의 초고압과 천 수백도의 고온5

에서 소결된 것으로 년 미국 사에서 개발되었다 이 다이아몬드 소결체는1975 GE .

철계 금속과는 반응성을 가지고 있음에 따라 비철금속과 비금속재료의 절삭에만 적

용되며 이러한 절삭공정시 뛰어난 내마모성을 나타내고 합금과 초경질 합, , AI-Si

금 강화 플라스틱 등 난삭재의 고정밀도 고효율 절삭공구로서 활용됨에 따라 지금, ,

은 비철금속 비금속 가공분야에서는 없어서는 안될 공구로 발전하였다 단결정 천, .

연 다이아몬드는 주로 비철금속과 마모성 비금속재료를 가공하는데 사용되며 초고,

속 작업이 가능하고 우수한 표면조도를 산출한다 다이아몬드 절삭공구의 내마모성.

은 우수하지만 내충격성이 아주 낮다 다결정 다이아몬드 는 초경기층재에 미, . (PCD)

립의 다이아몬드 결정이 소결된 형태의 공구소재이며 공구는 초경합금 공구보PCD

다 훨씬 빠른 속도로 비철금속과 마모성 비금속 재료를 가공할 수 있다.

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는 내마모성과 내충격성이 우수하고 초경공구보다 최장 배까지 공구 수명PCD , 100

을 연장시킬 수 있다.

7) C7) C7) C7) CBNBNBNBN(Cubic(Cubic(Cubic(Cubic BBBBoronoronoronoron NNNNitriitriitriitridddde)e)e)e)

절삭공구는 다이아몬드 다음가는 경도 열 전도율을 갖고 있으며 철 계통 재CBN , ,

료와의 반응성이 적용됨에 따라 활용범위가 매우 넓으며 열에 대한 화학적 안정성,

이 다이아몬드 공구보다 우수하다 따라서 다이아몬드에서는 불가능했던 철 계통의. ,

금속가공을 할 수 있는 공구재료이다 은 천연으로 존재하지 않고 다이아몬드. CBN

와 같은 고온 고압 조건에서 인공적으로 합성된다 합성된 분말상태의 에 바, . CBN

인더를 사용하여 고온 하에서 소결한 소결체가 년대에 와 스미모토CBN 1970 CE

전공에서 개발되었다 이 소결체 공구의 출현으로 각종 철 계통 고경도 재료. CBN

의 고속절삭이 가능하게 되었다 특히 주철 과 각종 합금강 및 절삭용 강. (case iron)

철 등의 가공능률이 비약적으로 향상하여 자동차 산업을 비롯한 기계가공업계에 큰

기여를 하게 되었다 현재 시판되고 있는 소결체는 의 분말과 바인더를. CBN CBN

혼합하여 다이아몬드 소결과 같은 초고압 고온의 조건하에서 제조되고 있다 사용, .

되는 바인더의 종류와 첨가량에 의하여 소결체의 기계적 열적 특성이 크게CBN ,

좌우되어 절삭공구로서의 성능도 많은 영향을 받는다 입자를 미립으로 제어. CBN

한 무바인더 소결체는 고온하에서도 높은 경도와 열 전도율이 높고 열 안정성이,

우수한 특성으로 철 계통 재료에 사용할 수 있는 새로운 절삭공구이다 이러한.

소결체의 무바인더화 미립화에 따라 절삭가공의 고속화 고능률화가 가능하CBN , ,

다.

금금금금속속속속 절절절절삭삭삭삭공구 소재의 발공구 소재의 발공구 소재의 발공구 소재의 발달달달달과정과정과정과정Fig. 75Fig. 75Fig. 75Fig. 75

- 81 -

다다다다 볼 엔볼 엔볼 엔볼 엔드밀드밀드밀드밀링링링링 가공시 예측가공시 예측가공시 예측가공시 예측. cus. cus. cus. cuspppp

볼 엔드밀을 이용한 금형 코어 가공시에 발생되는 이라는 가공흔적은 정삭 가cusp

공시 엔드밀의 변형 및 공구 마모를 증대시킬 수도 있으며 후 절삭공정시 에어컷,

현상 높은 절삭속도에서의 불안정성을 야기함에 따라 결과적으로 가공정(air-cut) ,

밀도에 매우 큰 영향을 미친다 또한 금형의 사상 작업시 작업 소요량이 증가함에. ,

따라 생산원가 및 납기 증대에서도 영향을 미친다고 할 수 있다.

컵 금형의 와 의 경우 대부분 자유 곡면으로 형성되어 있음에 따라 볼cavity core

엔드 밀링 공정이 가공의 대부분을 차지하며 사용자의 그립감 향상 컵 외형의 심, ,

미적인 효과 증대를 위한 형상이 추가 변경될 경우에도 볼 엔드밀링 공정의 소요,

도 더욱 증가할 것으로 판단된다.

대부분의 금형 가공과 마찬가지로 컵 금형의 와 도 여러 단계의 절삭 공cavity core

정을 통하여 가공이 된다 따라서 각 절삭공정 단계에서 볼 엔드밀의 직경을 고려.

하여 공구 경로를 설정하여야 하며 볼 엔드밀링시 발생되는 의 크기를 적극, cusp

고려하여 가공 계획을 수립 보완하여야 한다, .

다음 그림은 볼엔드밀링시 기하를 나타낸 것이다 그림에서 는 가공 중 공. CL-point

구의 위치를 나타내는 볼 엔드밀의 중심점을 나타내는 것이며 는 가공시, CC-point

실제로 절삭이 일어나는 볼 엔드밀과 가공물의 접촉점을 나타내는 것이다 볼 엔드.

밀의 경우 일반 엔드밀과 차별화된 공구 기하로 인하여 가공 형상과 절삭깊이에 따

라 공구 상에서 절삭이 발생되는 위치가 달라진다 이는 작업시 적극 고려되. CAM

어야 하나 대부분의 프로그램에서는 볼 엔드밀의 를 기준으로 공구CAM CL-point

경로를 생성하고 있음에 따라 볼 엔드밀링시에는 정밀도 확보를 위하여 CC-point

를 적극 고려한 가공계획이 수립이 수반되어야 한다.

볼 엔볼 엔볼 엔볼 엔드밀 가공시 와드밀 가공시 와드밀 가공시 와드밀 가공시 와Fig. 76 CCFig. 76 CCFig. 76 CCFig. 76 CC-p-p-p-point Coint Coint Coint CL-pL-pL-pL-pointointointoint

- 82 -

볼 엔드밀링 가공시 발생되는 의 높이는 가공면의 형상에 따라 가지 방법으cusp 2

로 계산된다 아래 그림은 평평하거나 거의 무한대의 곡률을 가진 면의 볼 엔드밀.

링시 높이를 나타낸 것이다 이러한 경우에는 두 공구 경로 사이의cusp . CL-point

간격과 간격은 동일하다 아래의 그림을 고려하면 의 높이는 다음과CC-point . cusp

같이 계산할 수 있다.

: cusp heightη

: tool radiusν

: path intervalω

볼 엔드밀링시 공구의 절입량을 공구 직경과 비교하여 매우 크게 하였을 경우에는

의 높이는 줄일 수 있으나 가공시간의 증가를 야기함에 따라 가공 공차와 후cusp

공정을 고려하여 적절한 높이를 설정하는 것이 중요하다 앞서 언급된 식을cusp .

참고하면 가공 공차를 고려하여 의도하고자 하는 의 높이를 설정하였을 경우cusp

이를 위한 공구 절입량을 역으로 계산할 수 있다 이는 다음 식과 같다. .

Fig. 77 ToolFig. 77 ToolFig. 77 ToolFig. 77 Tool ppppatatatath-h-h-h-intervalintervalintervalinterval ddddeteretereteretermmmmination (ination (ination (ination (fffflat region)lat region)lat region)lat region)

- 83 -

볼록하거나 오목한 곡률을 가진 면을 가공할 경우에는 공구 경로간의 사CL-point

이의 거리와 사이의 거리가 다름에 따라 의 높이 계산시 더욱 복잡CC-point cusp

한 과정이 요구된다 아래 그림은 이러한 경우의 의 높이를 나타낸 그림이며. cusp ,

사이의 거리 사이의 거리는 다음과 같이 표현할 수 있다CL-point , CC-point .

ωcc(CC path-interval) : distance between two CC-paths;

ωcc(CL path-interval) : distance between two CL-paths;

Fig. 78 ToolFig. 78 ToolFig. 78 ToolFig. 78 Tool ppppatatatath-h-h-h-intervalintervalintervalinterval ddddeteretereteretermmmmination (conveination (conveination (conveination (convexxxx region)region)region)region)

- 84 -

공구 절입공구 절입공구 절입공구 절입량량량량에에에에 따른 높따른 높따른 높따른 높이이이이 변변변변화 매우화 매우화 매우화 매우 완완완완만한만한만한만한 곡면 또곡면 또곡면 또곡면 또는는는는 평면평면평면평면Fig. 79 cusFig. 79 cusFig. 79 cusFig. 79 cuspppp ( )( )( )( )

볼 엔드밀링시 발생되는 량은 앞서 언급된 내용들로 사전에 예측할 수 있으나cusp

일반적으로 직경이 큰 볼 엔드밀 직경에 비해 매우 작은 절입량을 절삭 조건으로,

적용 하였을 경우에 최소화할 수 있다 그러나 이러한 경우 량은 최소화할 수. , cusp

있으나 공구 마모 증대 가공 시간 증대로 인하여 생산성이 저하되므로 후 공정의,

소요와 동시에 생산성을 고려하여야 한다.

라 고라 고라 고라 고속속속속 절절절절삭삭삭삭가공가공가공가공....

피삭재의 종류 및 사용 공구에 따라 고속절삭의 범위가 다르기 때문에 현재 고속

절삭가공의 명확한 정의는 이루어지지 않고 있으나 주축회전속도 테이20,000rpm,

블 이송 속도 이상인 공작기계상에서 이루어질 수 있는 절삭가공을 주로10m/min

의미하며 종래의 절삭가공보다 현저하게 높은 절삭속도하에서 이루어지는 경우를,

의미한다 고속 절삭가공은 생산성 향상 고품위의 표면품질 실현 방전가공과 같은. , ,

저속공정의 대체 폴리상과 같은 차 공정의 제거나 감소 박판이나 취성부품의 가, 2 ,

공 공작물의 변형감소 버의 감소 초경공구의 효율적 사용 등 많은 이점으로 인하, , ,

여 항공기 산업을 비롯하여 금형산업 자동차 산업 등에서 최근 급속하게 적용되고,

있는 가공기술이다.

특히 최근 들어 금형 제작시 생산성 향상과 가공면의 표면품위 향상을 위하여 고,

속가공 적용이 확대되고 있는 추세이다.

- 85 -

금형 제작시 종래의 절삭가공과 비교하여 고속 절삭가공의 특징은 반지름이 작은

공구를 사용하며 높은 주축회전속도 낮은 이송량 및 높은 테이블 이송속도의 조건,

으로 절삭함으로써 절삭가공면의 표면 거칠기가 연삭공정에 버금갈 뿐 아니라 공정

수의 감축으로 가공시간을 줄여 생산성을 높여준다 아래 그림에는 종래의 범용절.

삭가공과 고속 절삭가공을 비교한 예를 나타내고 있는 것으로서 그림에서 보는 바

와 같이 범용절삭가공의 경우 큰 지름의 공구 낮은 절삭속도 큰 절삭깊이의 조건, ,

에서 가공하기 때문에 제거되지 못한 부분이 많이 생기며 이를 제거하기 위해 후,

속공정에 많은 노력이 필요하다 또한 고속 절삭가공에서는 고온 경도가 높은 공구.

를 사용하여 낮은 절삭깊이로 절삭가공함으로써 이상의 고경도 재료의 가HRC 50

공이 가능하다.

컵 금형 가공 경우 볼 엔드밀링 공정이 대부분이며 앞서 언급한 바와 같이 볼 엔,

드밀링시 발생되는 량을 최소화하기 위해서는 일반적으로 절입량을 최소화하cusp

는 것이 바람직하나 이러한 경우 가공시간의 증가와 공구 마모의 심각한 문제가 발

생하는 것이 문제였다 고속 절삭가공을 적용할 경우 가공시간의 대폭적인 감소는.

실현할 수 있으나 공구 마모의 경우 심각하게 고려를 해야한다 그러나 공구 내마. ,

모성 향상 등으로 일정 부분 해결을 할 수 있을 것으로 판단된다.

범범범범용절용절용절용절삭삭삭삭(a)(a)(a)(a) 고고고고속속속속절절절절삭삭삭삭(b)(b)(b)(b)

범범범범용절용절용절용절삭삭삭삭과 고과 고과 고과 고속속속속절절절절삭삭삭삭의 비의 비의 비의 비교교교교Fig. 80Fig. 80Fig. 80Fig. 80

마마마마 정밀 연정밀 연정밀 연정밀 연삭삭삭삭공정공정공정공정....

정밀 연삭공정은 다이아몬드나 알루미나와 같은 단단한 입자의 미소한 절삭작용을

이용하는 가공법이며 개의 연마 입자당 재료 제거량은 적지만 다수의 연마입자, 1 ,

가 동시에 또는 순차적으로 작용하므로 실용적인 가공 능률을 얻을 수 있다 전통, .

적으로 연삭 공정은 좋은 표면조도와 치수정밀도와 요구하는 마무리 공정으로 이해

되어 왔으나 최근에는 마무리 공정 이외에도 주재료 제거고정으로도 널리 활용된

다.

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또한 연삭공정은 절삭가공방법으로는 가공이 불가능한 제품의 생산에 필연적으로,

활용된다 경도가 매우 높은 경화강의 가공이나 세라믹 초경합금 유리 등의 가공. , ,

에는 연삭가공 외에 다른 대안이 없다고 할 수 있다 이와 같은 가공공구로서의 연.

마입자의 성질과 기본적인 재료 제거의 기구에서 연마입자가공에는 일반적으로 다

음과 같은 특징을 갖고 있다.

고경도 재료를 가공할 수 있다- .

높은 치수 정밀도를 얻을 수 있다- .

표면 거칠기를 작게 할 수 있다- .

연삭공정의 공구인 연마입자는 결합제에 의해 숫돌 중에 고정되어 있으며 숫돌표,

면에 있는 연마입자가 절삭작용을 한다 연마입자의 모양은 개개가 다르며 그 절삭. ,

작용도 다른데 평균적으로는 음의 경사각을 가진 절삭날을 간주한다.

절입 깊이에 수반하는 절삭상황의 변화는 기본적으로 가지이다 그러나 가공물의4 .

재질이나 연마입자에 의해서도 각각의 영역에 대응하는 절입 깊이의 값은 변화한

다 금속에서는 일반적으로 비금속의 취성재료에 비해서 파단변형이 크므로 입자의.

지름이 큰 연마입자를 깊숙이 절입하는 조건하에서도 판단을 수반하지 않고 절입분

이 형성되고 가공면에 잔류하는 크랙도 적다.

컵 제품의 경우 소비자와 직접적으로 접촉되는 제품임에 따라 제품의 심미적인 효

과 증대를 위해서는 제품의 우수한 표면 품질이 요구된다 특히 사출 성형공정의.

경우 금형 코어 및 캐비티의 흔적이 제품에 그대로 전사되기 때문에 금형 제작시

정밀 연삭 및 사상 작업에 대한 철저한 계획이 필요하다.

연연연연삭숫삭숫삭숫삭숫돌의 표기방식돌의 표기방식돌의 표기방식돌의 표기방식Fig. 81Fig. 81Fig. 81Fig. 81

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바바바바 금형 제작금형 제작금형 제작금형 제작....

캐비티부와 코어부는 개의 캐비티와 코어를 개별적으로 가공한 것이 아니라 하나8

의 인서트 플레이트 상에서 동시에 가공을 수행하였다 또한 기존의 식음료 캡과의.

결합성 확보를 위한 요철부의 경우는 센터 코어 형식의 환봉에 별도로 요철 형상을

가공하여 제작하였다.

요철부 형상을요철부 형상을요철부 형상을요철부 형상을 포함포함포함포함한한한한 센센센센터 코어터 코어터 코어터 코어Fig. 82Fig. 82Fig. 82Fig. 82