사출성형기
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- Corpus ID: 200134037
전동사출성형기 및 가소화 계량공정에서의 제어방법
@inproceedings{1999, title={전동사출성형기 및 가소화 계량공정에서의 제어방법}, author={히라오카카즈오}, year={1999} }- 히라오카카즈오
- Published 1999
전동사출성형기는 수지분말을 가열하여 용융수지로 용융하는 가열실린더와, 상기 용융수지를 계량하기 위하여 상기 가열실린더의 전방으로 공급하도록 상기 가열실린더에 설치되는 스크루를 포함하는 사출장치를 포함한다. 제어기는 위치검출기에 의해 검출되는 위치검출신호에 대응하여 스크루를 가소화/계량공정 완료후에 사출용 서보모터를 사용하여 계량위치에 위치시킨다. 또한, 제어기는 스크루의 전방에 계량되는 가열실린더 내의 용융수지의 제압을 달성하기 위하여 로드셀에 의해 검출되는 압력검출신호에 대응하여 스크루를 가소화/계량공정 완료후에 스크루회전용 서보모터를 사용하여 반대방향으로 회전시킨다.
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플라스틱코리아 09년 05월호 / No.124
전동식과 하이브리드 기능 교체
전동식 사출성형기는 유압식 사출성형기에 비하여 다양한 장점이 있지만 압력 제어가 약점이다. 기계 제조업체들은 이 문제를 해결하기 위하여 연구를 계속하고 있다. 압력의 변화는 주로 원료 뱃치 별 물성 차이와 재연마 재료의 투입 비율의 차이 등에 따른 용융 점도의 차이에 의하여 발생한다.
2008년 일본에서 개최된 IPF 전시회에서 도쿄의 스미토모사는 용융수지를 캐비티에 원활하게 주입할 수 있는 Flow Front Control(FFC) 장치를 출품하였다. 스미토모사 관계자의 말에 의하면 일반적으로 스크류가 용융수지를 배럴에 압입하는 과정에서 부적절한 응력이나 플래시가 발생하게 된다. FFC는 용융수지를 가능한 최저 압력으로 캐비티에 주입할 수 있도록 해준다. 또한 스미토모사는 전전동식 성형기의 프로세스 제어 및 제품 품질을 개선할 수 있는 Minimum Clamping Force(최소 클램핑력; MCM), SL 스크류, 지능형 서보 제어장치(ISC) 등을 출품하였다.
한편 일본 도시바는 제어 프로세스 파라미터를 조절하여 원료의 점도 차이를 보상함으로써 충진 프로세스를 최적화할 수 있는 동적자체튜닝(Dynamic Self Tuning; DST) 장치를 출품하였다.
도시바의 사출성형기 기술부 책임자인 가즈히토 사토는 이렇게 말했다. “운전자는 조절할 파라미터와 함께 관찰 대상인 핵심 파라미터를 선정하여 예를 들어 10~30번 사출성형하여 파라미터가 허용 범위를 벗어나는지 확인할 수 있습니다.”
운전자는 쿠션, 미터링 토크, 사출 압력 등 32개 항목 중에서 원하는 것을 선택할 수 있으며 또한 배압, 스크류 회전속도, 보압, 또는 배럴 온도 등의 파라미터를 변수로써 선택할 수 있다.
또한 사토씨는 “예를 들어 보압이 1MPa 증가하는 동안 배럴 온도가 0.25℃ 상승하도록 지정해 줄 수 있습니다.”라고 말했다. 이를 위해서 운전자는 공정과 그 핵심적인 결정 파라미터를 잘 이해하고 있어야 한다. 이와 같은 DST-Fill 기능 외에도 DST-Press 기능으로 형체력도 자체 조절할 수 있다.
한편 일본 화낙(Fanuc)사는 V-P 전환점을 0.01mm 정밀도로 제어하여 피크 압력을 낮추고 사출량을 보다 정확하게 제어할 수 있도록 하였다. 또한 이 신형 제어장치는 감압을 위하여 8개의 고응답 패턴을 제공하여 압력 프로파일을 정밀하게 제어할 수 있으며 이를 통하여 과다 또는 과소 사출을 방지할 수 있다.
하이브리드형 기계의
장점
일본 니세이 플라스틱 인더스트리얼사는 전전동식 기계에 비하여 하이브리드형이 유리하다고 믿는다.
니세이사 사장 호즈미 요다는 “전전동식 기계에서는 매우 작은 속도변화로 깨끗한 사출 프로파일을 얻을 수 있으며 이것은 현재 많은 사출성형 제품업체로부터 좋은 평가를 받고 있습니다. 그러나 전전동식 기계에서는 압력의 변화가 심하며 제품의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 것은 바로 압력입니다”라고 말했다.
전전동식 기계에서는 주로 서보모터에서 발생하는 토크를 이용하여 압력을 측정한다. 그러나 싱가포르 키슬러 인스크루먼트(Kistler Instrument)사의 응용부문 매니저인 롭 메이스의 말에 의하면 이 방식은 완전하게 정확한 것이 아니다. 그는 “전전동식 기계에서 압력을 보다 정확하게 제어하는 데는 노즐식 압력 변환기(트랜스듀서)가 한 방법이 될 수 있으며 우리 회사에서는 이 방식에 다시 관심을 가지고 있다”라고 밝히기도 했다.
사출 성형기의 볼 스크류 방식
현재 200톤 이상 급의 전전동식 기계가 출시됨에 따라 볼 스크류의 신뢰성에 대한 문제가 대두되고 있다. IPF 전시회에 참관한 업체 관계자들은 사출성형기의 샷 체적이 500㎤ 이상이고 155MPa 이상의 높은 압력이 필요하며 성형 사이클이 비교적 짧을 경우 사출성형기의 볼 스크류가 손상될 수 있다는 불만을 제기하였다. 특히 직경 100mm 이상의 볼 스크류에서 주로 문제가 발생한다는 보고가 많았다. 현재 플라스틱 업계에서는 이와 같은 볼 스크류의 비용을 누가 부담할 것인가 하는 것이 문제가 되고 있다. 플라스틱 제품 제조업체들은 볼 스크류 고장에 불만이 많지만 사출성형기 제조업체들은 볼 스크류를 소비자가 교체하여야 하는 소모품으로 간주하고 있기 때문이다.
니세이사 관계자의 말에 의하면 일본의 한 대규모 업체에서는 이와 같은 볼 스크류 문제를 해결하기 위하여 전전동식에서 다시 하이브리드 방식으로 돌아간다는 결론을 내렸다. 니세이사는 IPF 전시회 직후에 업계 관계자들을 회사로 초대하여 높은 압력이 필요한 제품용으로 개발한 NEX20-71AN을 소개하였다. 이 하이브리드형 기계는 클램핑과 가소화에는 서보모터를 사용하고 사출에는 서보모터 구동의 X 펌프를 사용한다. 5내지 6초의 사이클 시간을 달성할 수 있으며 전력소비율은 전전동식과 비슷한 수준이다. 형체핑력은 280톤 내지 360톤이다.
니세이사는 초대 인사들에게 최대의 X 펌프 구동 하이브리드형 기계인 652톤 FVX660-400L도 함께 소개하였다. 이 기계는 30ms의 빠른 사출속도 가속시간, 유압식에 비하여 45% 에너지 절감, 그리고 100%의 보압을 60초 동안 유지할 수 있다.
또한 니세이사는 회사를 방문한 미국 플라스틱 성형업체들에게 ANX 시리즈 기계도 소개하였다. 이 시리즈는 원래 아시아의 저가 기계 시장을 목표로 개발된 것이지만 니세이사는 이 기계를 전세계 시장에
판매할 계획이다.