사출 공정에서 취출 로봇 만큼이나 많이 사용하고 있는 금형 온도 조절장치에 대해 알아봅시다.
금형 온도 조절 장치의 역할과 기대효과
금형 온도 조절 장치는 사출 금형의 온도를 사용자가 설정한대로 조절하는 장치로 금형을 작동 온도까지 가열/유지는 물론이며 냉각까지 통틀어 정의 합니다. 온도 조절기를 사용함으로써 제품의 특성과 수지의 재질에 맞춰 금형 온도를 적절하게 유지 할 수 있고 양질의 일정한 수준의 제품을 생산 할 수 있습니다. 사출기 자체적으로도 금형 온도를 조절하지만 이 용량으로는 불충분한 경우도 있고, 재료에 따라 꼭 필요한 경우도 있죠. 또한 품질이나 경제적인 측면에서도 장점이 많아 취출로봇처럼 사출 공정의 필수 장비가 아님에도 거의 대부분 사용하고 있습니다.
금형의 온도는 제품의 품질과 밀접한 관계가 있는데요, 온도가 지나치게 높으면 싱크 마크와 블로우홀, 표면의 광택 차이의 원인이 될 수 있고 너무 낮으면 Jetting이 발생할 수 있습니다. 또한 온도 분포가 고르지 않거나 소재와 금형의 온도차가 높을 때에는 휘어짐이 발생하기도 하죠. 이러한 불량을 최소화하고자 금형 온도 조절 장치를 사용하여 공정 시 최적화된 금형 온도를 세팅합니다.
품질 향상 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 몇 가지 효과를 기대해 볼 수 있습니다. 앞서 언급 한 것처럼 온도 조절 장치를 사용하면 불량율이 줄어들기 때문에 재료비 및 폐기물 처리에 대한 비용 또한 줄어듭니다. 또한 가열/냉각에 필요한 온도 조건을 더욱 빨리 도달하여 사출 사이클 타임을 감소 시킬 수 있죠. 온도 조절 시에도 금형 전체적으로 밸런스 있게 조절하기 때문에 금형의 마모를 줄여 수명이 늘어나는 등 장기적으로도 효과적입니다.
금형 온도 조절 장치의 구분
금형 온도 조절장치를 구분하는 방법은 일반적으로 역할과 사용하는 매체 두 가지 입니다.
먼저 온도 장치가 금형을 가열하는지 아니면 냉각시키는지 그 역할에 따라 구분할 수 있는데요,
- Heating system: 사출 공정에서 물, 오일, 증기 등을 가열하여 금형 온도를 적정 수준으로 유지 시키는 장치입니다. 온도 조절 장치에서 가장 대중적으로 사용하는 금형 온도조절기와 리치 등이 여기에 해당합니다.
- Cooling system: Heating과는 반대로 물이나 프레온 가스 등을 매체로 하여 금형을 냉각시키는 장치입니다. 성형 직후 금형의 냉각 시간을 제어하여 제품의 Cycle Time을 개선합니다.
- Heating & Cooling: 금형의 가열과 냉각을 한 개의 시스템에서 구성하여 제어합니다. 금형 각부의 온도제어와 냉각을 원활하게 유지하는데 사용하며 복합기, 냉온조기 등이라고 부르기도 합니다.
온도 조절 장치가 사용하는 매체에 따라서도 구분 할 수 있습니다.
- 온수기: 열 매체로 물을 사용 하는 온도 조절장치 입니다. 매체를 구하기 쉽고 상대적으로 온도 조절이 용이하다는 장점이 있습니다. 배관 내 녹이 발생하거나 기타 다른 문제가 발생 할 수 있기 때문에 설치 전 사용하는 물의 수질을 반드시 확인해야 합니다.
- 온유기: 열매체로 기름을 사용하는 온도 조절장치 입니다. 가열 및 냉각 시간이 빠르고 온도가 안정적이며 온수기에 비해 상대적으로 더 높은 온도를 제어 할 수 있다는 특징이 있습니다. closing system이므로 장치 내 기름량을 정기적으로 확인 및 보충해야 합니다.
금형 온도 조절 장치의 작동 방식, 직접 냉각 / 간접 냉각
기본적으로 온도 조절 장치는 금형과 배관으로 연결되어 있으며 매체를 순환시키며 금형 온도를 조절합니다. 온도 조절장치에 금형과 연결된 2개의 배관과 냉각수 타워 (Cooling Tower) 2개의 배관, 총 4개의 배관이 있으며 금형과 연결된 배관은 (1) 온도 조절 장치에서 매체를 가열 or 냉각하여 금형으로 보내고, (2) 매체가 금형 내 배관을 흐르며 온도를 조절 한 뒤 (3) 다시 온도 조절기로 돌아와 가열 or 냉각하며 금형을 설정된 온도만큼 조절하죠. 냉각수 타워와 연결된 2개의 배관은 매체의 온도를 조절하기 위하는 역할을 합니다. 매체의 온도를 어떻게 조절하는지에 따라 간접 냉각 방식과 직접 냉각 방식으로 나눌 수 있습니다.
간접 냉각 방식은 매체의 배관 라인과 냉각 타워의 배관 라인이 연결되지 않고 각각 독립적으로 순환하며 매체의 온도를 조절 합니다. 보다 효율적인 냉각을 위해 장치 내 판형 열교환기가 들어있으며 매체가 물이 아닌 오일이나 기체 또는 고온의 물을 사용 할 때 채택하는 방식입니다. 열적 안정성이 좋고 매체의 교환 및 관리가 용이하며 배관 내 Scale 등이 적게 발생하지만 매체의 온도 조절 시 열교환 속도 및 에너지 효율이 직접 냉각 방식에 비해 상대적으로 떨어진다는 단점이 있습니다. 이로 인해 더 큰 냉각 용량의 온도 조절 장치를 사용하는 경우도 있죠.
직접 냉각 방식은 매체와 냉각 타워 배관 라인이 연결되어 순환하는 방식으로 물을 매체로 사용 합니다. 온도 조절 효과가 좋고 급수압+펌프압을 사용하여 순환 압력이 높습니다. 또한 금형의 온도 제어를 보다 정밀하게 할 수 있죠. 하지만 물을 매체로 하기 때문에 간접 냉각 방식보다 최대 사용 온도가 상대적으로 낮고 사용 조건이 제한적이며 녹, Scale 등 유지 보수 및 관리가 까다롭습니다.
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