LS엠트론 기술교육아카데미에서 누구나 쉽게 사출성형을 이해할 수 있도록 사출성형 입문자를 대상으로 한 LS사출기 기술 자료를 공개했다. 이번 호는 사출성형기의 개요부터 구조, 프로세스, 종류까지 사출성형기에 대한 기본 내용으로 구성되어 있다. 

* 자료 : LS엠트론 기술교육아카데미 http://lsmtronacademy.com

1.1. 사출성형기란?

우리가 일상생활에서 가장 많이 사용하는 재질은 플라스틱과 철이다. 그 중에서 플라스틱은 현대 문명을 가능하게 한 새로운 공업 재료이며, 우리 생활에서 없어서는 안 될 소재이다. 
이러한 플라스틱을 가전제품, OA기기, 자동차, 휴대폰 등 일상생활이 필요한 제품으로 만들기 위해서는 특별한 장치들이 필요하다. 우선 플라스틱 재료(수지)가 있어야 하고, 만들고자 하는 제품의 형상을 가진 금형이란 틀이 있어야 한다. 마지막으로 플라스틱을 녹여, 장착된 금형 내부에 주입시키는 사출성형기가 필요하다.
즉, 플라스틱 제품을 성형하기 위해 제작된 사출성형 전용기계를 사출성형기(Injection Molding Machine)라고 한다. 
사출성형기는 1869년 미국에서 최초의 플라스틱 형태인 셀룰로이드가 발명된 이래 수많은 형태로 발전을 거듭해 왔다. 수압형 사출기에서부터 인력을 이용한 기계식 사출기, 구동원에 유압을 사용하는 유압식 사출기, 최근에는 토글 메커니즘과 전동 모터를 이용한 전동 사출기까지 성형품의 품질 향상과 생산성을 위해 꾸준히 변화하고 있다.

<그림 1-1> 프리미엄 유압사출기 the ONE*

1.2. 사출성형기의 기본구조와 프로세스

플라스틱 사출성형이란 가열 용융한 플라스틱 재료를 고압으로 금형에 주입해 냉각 고화 또는 경화시키고, 금형을 열어 성형된 플라스틱 부품을 얻는 성형 방법이며, 3차원의 다양한 형상의 플라스틱 제품을 생산하는데 가장 널리 사용된다.

<그림 1-2> 플라스틱 사출성형

따라서 사출성형은 플라스틱 제품을 효율적이고 정밀하게 성형하기 위해서 적절한 사출성형기와 금형을 사용해야만 한다.
플라스틱 사출성형기를 분류하는 방식은 여러 가지가 있다.

사출성형기 분류 방식

플라스틱 제품을 만들기 위한 성형과정 동안 금형(틀)을 결합, 유지하기 위해 큰 힘(형체력, Clamping Force)을 발생하는 장치이다. 큰 힘을 발생시키기 위해서는 효율적으로 힘을 전달, 유지해야 하고 정밀성이 보장되어야 한다. 이러한 형체장치는 직압식, 토글식, 복합식 등으로 나뉘며, 각각의 장점 및 단점을 가지고 있다.

<표 1-1> 직압식과 토글식 비교

형체장치는 사출성형 시 발생하는 금형내 사출압에 의해 파팅면(금형의 분리면)이 벌어져 버(Burr)가 발생되는 것을 방지하기 위해 금형을 닫아주는 역할을 하고, 성형품이 고화되어 성형이 완료되면 금형을 열어 성형품을 압출(취출)하는 기능을 담당한다. 
이러한 공정들은 형폐, 승압, 형개, 취출 공정으로 이루어진다. 이 공정을 실현하기 위해 형체기구 및 압출기구로 구성된다.

<그림 1-3>에서 보는 바와 같이, 직압식 형체기구는 구조는 간단하지만 대구경 유압실린더가 필요하며, 평행도 및 금형 두께 조정 시간 등에 장점이 있다. 반면에 토글식에 비해 형개폐 시간이 길어 생산성이 떨어지고, 승압 시 형체력을 유지하기 위해 고압유를 계속해서 공급해줘야 하기 때문에 에너지 소모가 크다.

<그림 1-3> 직압식 형체구조

<그림 1-4>는 토글식 형체 구조이며, 링크 관절부 핀의 수에 따라 4점 혹은 5점 토글로 구분되고, 일반적으로 토글 장치가 상하대칭으로 구성되어 있다. 토글식 형체 기구의 가장 큰 장점은 형개폐 시간이 짧아 생산성이 좋고, 기계식 Self-lock 방식으로 에너지가 절감되며, 토글의 특징인 배력 구조로 인해 작은 힘으로 큰 힘을 낼 수 있어 전전동화(All Electric System)가 가능하다. 현재 전동 사출기의 대부분이 토글식 형체기구를 채택하고 있다.

<그림 1-4> 토글식(Toggle) 형체구조

<그림 1-5>의 복합식(Direct-lock) 형체구조는 일반적으로 중·대·초대형 사출기에 적용되고 있다. 주요 특징으로는 고정형판(Fixing Die)과 이동형판(Moving Die)만으로 구성되어 있는 Two-Platen 방식을 채택하고 있으며, 하프너트(Half Nut)로 타이바와 체결된다. 형개폐는 부스터 실린더(Booster Cylinder)로 동작하며, 승압은 형체 실린더(Claming Cylinder)가 담당한다.
 

<그림 1-5> 복합식(Direct-lock) 형체구조