KR102154298B1 - 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출성형 해석프로그램을 이용 방사형의 등고선으로 표시되는 중앙부를 메인게이트로 설정하고, 상기 메인게이트의 바깥쪽 복수의 등고선에 복수개의 서브게이트를 원주방향으로 배치하여 복수 서브그룹의 서브게이트를 설정하는 게이트 위치설정단계; 상기 메인게이트에서 메인게이트 주변에 형성된 각 서브그룹의 등고선 안으로 들어오는 용융수지 선단의 좌표값(x,y,z)을 이용하여 2차 포물선 그래프를 획득하는 2차 포물선 그래프 피팅단계; 상기 서브게이트가 위치하는 좌표값에서 상기 2차 포물선 그래프에 이르는 최단거리를 찾아 온도/압력센서 위치를 설정하는 온도/압력센서위치 설정 및 설치단계; 제1서브그룹의 서브게이트에 배치된 온도센서에 용융수지 선단이 도달하는 순서로 서브게이트가 오픈되고, 제1서브그룹의 최종 서브게이트가 개방되면서 메인게이트가 밀폐되는 1차 게이트 제어단계; 상기 제1서브그룹의 바깥쪽 제2서브그룹의 서브게이트에 배치된 온도센서에 도달하는 순서에 따라 해당 서브게이트가 개방되고 최종 서브게이트가 개방되면서 제1서브그룹의 서브게이트가 밀폐되는 2차 게이트 제어단계;를 통해 용융수지가 캐비티 내에 85~95%까지 충진되도록 한 후에 서브게이트를 밀폐하는 용융수지 충전 완료단계; 를 포함하여 이루어진다.

Description

사출금형의 핫런너 게이트 제어방법{Hot runner gate control method for injection mold}

본 발명은 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다점게이트가 구비되는 대형 사출금형에서 충진해석을 통해 파악된 용융수지의 방사형 유동경로에 복수그룹의 서브게이트를 구성하여 각 서브게이트에 인접하여 설치되는 온도 및 압력센서의 감지신호에 따라 복수개의 서브게이트를 순차적으로 개폐작업을 진행하여 캐비티 내의 용융수지가 균일하게 공급되어 고품질의 제품성형이 이루어지도록 하는 사출 금형의 핫런너 게이트 제어방법에 관한 것이다.

사출 성형은 금형 내에 용융수지를 주입하여 다양한 형상의 성형물을 대량 생산하는 기술로, 생필품을 비롯한 각종 산업용 제품에 이르기까지 널리 사용되고 있는 플라스틱 제품 생산방법 중 하나이다.

이러한 사출성형 공정은 금형내에 용융수지를 충전하는 충전공정과, 용융수지 충전 후 금형 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 보압공정과, 충전된 용융수지를 일정시간 냉각시키는 냉각공정 및 냉각 후 성형된 제품을 꺼내는 이형 공정을 거쳐 제품을 생산하게 된다.

이러한 사출성형 공정은 금형 내부로 용융수지를 주입함에 있어서 성형제품의 크기나 두께 등의 성형조건에 따라 게이트의 위치나 갯수 등이 결정되며, 이렇게 결정된 게이트를 통해 용융수지를 공급하는 경우에도 금형 내부의 캐비티에 채워지는 용융수지의 속도나 온도, 수지의 종류 등에 따라 제품의 품질이 좌우된다.

즉 금형 내부의 캐비티에 용융수지를 균일하게 충전하지 못할 경우 최종적으로 성형된 제품은 불량으로 이어지기 때문에, 캐비티 내의 용융수지의 균형있는 공급이 매우 중요한 요소가 된다.

따라서, 금형 내부로 주입되는 용융수지의 캐비티 내 거동을 정확하게 파악하여 적절한 갯수의 게이트를 구성하여야 하고, 각 게이트를 통해 공급되는 용융수지가 캐비티 내에 충전되면서 발생되는 내부 압력변화 등을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다.

종래에 사용되고 있는 사출금형에서는 캐비티 내의 용융수지 유동을 파악하기 위해 온도센서를 설치하는 경우가 있었으나, 일반적으로 숙련된 작업자의 경험이나 노하우 등에 의존하여 설치함으로 인해서 정확한 용융수지의 유동을 파악하지 못해 많은 시제품 생산과 금형 수정 등을 통해 조금씩 개선시키는 반복과정을 통해 완성품을 성형함으로 인해서 제품의 개발기간이 늘어나고, 재료의 손실과 인건비의 낭비가 심하여 금형개발비용이 증대되어 제품 개발자의 경우 초기에 많은 금형개발비를 투자해야 하는 어려움이 있었다.

- 한국 특허등록 제10-1833649호(등록일: 2018.02.22, 발명의 명칭: 주입제어방법 및 주입제어장치) - 한국 특허공개 제10-2017-82928호(공개일: 2017.07.17, 발명의 명칭: 사출 성형장치의 보압 절환 제어장치 및 방법) - 한국 특허등록 제10-1119919호(등록일:2012.02.17, 발명의 명칭: 금형 내부의 수지도달시점 결정방법)

본 발명은 종래의 사출성형 공정의 불편함 및 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 캐티비에 투입된 용융수지의 유동상태에 따라 게이트 개폐 순서를 자동으로 이루어지도록 하여 캐비티 내의 압력불균형과 충전 불량에 따른 성형제품의 불량 발생율을 줄여 제품개발기간 단축 및 고품질의 제품을 사출 성형할 수 있도록 하는 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법은 설정된 메인게이트와, 상기 메인게이트 주변 원주상에 복수그룹으로 배치된 복수개의 서브게이트 위치를 토대로 사출성형 해석프로그램을 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하는 단계; 상기 메인게이트와 각 서브그룹의 서브게이트 사이의 거리 1/2을 반지름으로 하는 각 서브게이트를 기준으로 가상의 원을 그려 그 원안에 들어오는 용융수지의 x,y축 선단 좌표값과, 일정 높이간격으로 지정된 3지점 평균값으로 산출된 z축 선단 좌표값을 추출하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구하는 2차 다항식의 포물선 그래프 피팅단계; 상기 각 서브그룹의 복수의 서브게이트 좌표값에서 상기 2차 다항식의 포물선 그래프에 이르는 최단거리에 온도/압력센서 설치위치를 셋팅하는 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계; 상기 메인게이트에서 제1서브그룹의 서브게이트에 배치된 복수개 온도센서에 용융수지 선단이 도달하는 순서에 따라 해당 온도센서에 대응하는 서브게이트가 순차적으로 오픈되면서 용융수지가 제1서브그룹의 서브게이트로 유입되고, 제1서브그룹의 최종 서브게이트가 오픈되면서 메인게이트가 밀폐되도록 하는 1차 게이트 제어단계; 상기 제1서브그룹의 서브게이트에서 유입되어 방사형으로 퍼져 나간 용융수지가 제1서브그룹 바깥쪽 제2서브그룹의 서브게이트에 배치된 온도센서에 도달하는 순서에 따라 해당 서브게이트가 개방되고, 제2서브그룹의 최종 서브게이트가 개방되면서 제1서브그룹의 서브게이트가 밀폐되도록 하는 2차 게이트 제어단계; 상기 제2서브그룹 이하의 하위 그룹에 위치하는 서브게이트에서는 상기 2차 제어단계와 동일한 방법으로 복수개의 서브게이트의 개방이 이루어지면서 용융수지가 캐비티 내에 85~95%까지 충진되도록 한 후에 서브게이트를 밀폐하는 용융수지 충전 완료단계; 용융수지 충진완료단계 후 각 서브게이트에 배치된 압력센서에서 센싱된 압력값을 토대로 최저 압력을 유지하는 서브게이트를 찾아 그 서브게이트를 개방하여 그 상위 서브게이트의 최고압력값과 동일 또는 유사한 상태에 도달할 때 밀폐하는 보압단계;를 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계에서 설정되는 온도/압력센서 위치는 각 서브게이트의 위치에서 최대 300㎜ 이내에서 설정되도록 구성된다.

본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 따르면, 금형의 내부 케비티에서 용융수지의 유동산단을 금형에 설치된 온도센서에서 감지하여 용융수지가 유입되는 시간에 맞춰 다점게이트를 순서대로 개방되도록 하고 보압공정에서는 압력센서를 이용하여 불균일한 압력 편차를 능동적으로 감소시켜 용융수지의 균일한 충전과 균일한 압력분포가 유지되도록 하여 최종 성형되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.

특히, 종래 다점 게이트를 작업자의 경험이나 노하우 등에 의존함으로 인해 성형품의 품질을 높이는데 많은 시간과 재료의 손실이 발생하였던 종래의 문제점을 해결할 수 있는 유용한 장점을 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 다점게이트가 적용되는 대형 사출금형에서 게이트를 배치하는 개념도,
도 2는 금형의 캐비티 내부로 투입된 용융수지 선단의 일부 예시 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법을 위해 온도 및 압력센서의 설치위치를 설정하는 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 따라 용융수지 충전 후 보압과정이 이루어지는 압력분포 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 따른 플로우 차트이다.

본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법은 종래의 작업자의 경험칙에 의존하던 게이트 개방/밀폐동작을 컴퓨터의 유동해석프로그램을 이용하여 용융수지의 유동흐름에 따라 복수 서브게이트의 개방/밀폐순서를 제어하여 금형 내부의 캐비티 압력을 균형있게 유지하면서 균일한 충전이 이루어지도록 하여 고품질의 사출 성형품 생산이 가능하도록 하는 구성으로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법은 설계시 설정되는 메인게이트 위치와, 상기 메인게이트 주변으로 배치되는 복수개의 서브게이트 위치를 사출성형 해석프로그램이 탑재된 컴퓨터에 입력하여 용융수지의 유동해석을 수행하고, 상기 용융수지 해석을 통해 메인게이트에서 메인게이트 주변에 복수의 서브게이트가 이루는 복수그룹의 등고선 안으로 들어오는 용융수지 선단의 x,y축 선단 좌표값과, 일정 높이간격으로 지정된 3지점 평균값으로 산출된 z축 선단 좌표값을 이용하여 2차 포물선 그래프를 획득하는 2차 포물선 그래프 피팅단계가 이루어진다.

그 다음으로, 상기 서브게이트가 위치하는 좌표값에서 상기 2차 포물선 그래프에 이르는 최단거리를 설정된 프로그램을 이용하여 임의의 점을 찾아 온도/압력센서 위치를 설정하는 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계와, 상기 메인게이트를 통해 용융수지가 유입되어 방사형으로 퍼져나가면서 메인게이트에서 가장 가까운 제1서브그룹에 배치된 복수개 온도센서에 도달하는 순서에 따라 해당 온도센서에 근접한 서브게이트를 순차적으로 오픈되면서 용융수지가 제1서브그룹의 서브게이트로 유입되고, 제1서브그룹의 최종 서브게이트가 오픈되면서 메인게이트가 밀폐되도록 하는 1차 게이트 제어단계가 수행된다.

또한, 상기 제1서브그룹의 서브게이트에서 유입되어 방사형으로 퍼져 나간 용융수지가 제1서브그룹 바깥쪽 제2서브그룹에 배치된 온도센서에 도달하는 순서에 따라 제2서브그룹의 서브게이트가 순차적으로 개방되고, 제2서브그룹의 최종 서브게이트가 개방되면서 제1서브그룹의 서브게이트가 밀폐되도록 하는 2차 게이트 제어단계가 수행되도록 구성된다.

또한, 상기 제2서브그룹 이하의 하위 그룹에 위치하는 서브게이트에서는 상기 2차 게이트 제어단계와 동일한 방법으로 복수개의 서브게이트에 대한 개방이 이루어지면서 용융수지가 캐비티 내에 85~95%까지 충전되도록 한 후에 개방된 모든 서브게이트를 밀폐하는 용융수지 충전 완료단계가 이루어진다.

이와 같이, 캐비티 내에 용융수지가 85~95%정도 충전되었다고 판단되면, 보압과정을 수행하게 된다.

즉, 각 서브게이트에 배치된 압력센서에서 센싱된 압력값을 토대로 최저 압력을 유지하는 서브게이트를 개방하여 그 선행 서브게이트의 최고압력값과 동일 또는 유사한 상태에 도달할 때 개방된 서브게이트를 밀폐하는 보압단계;를 수행하는 공정으로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에서 상기 2차 포물선 그래프 피팅단계에서 각 그룹의 서브게이트에 도달하는 용융수지 선단의 좌표값(x,y,z)은 메인게이트와 서브게이트 사이의 거리를 지름으로 하는 가상의 원 안에 위치하는 용융수지의 x,y축 선단 좌표값과, 캐비티의 두께 이내에서 일정 높이간격으로 지정된 3지점 평균값으로 산출된 z축 선단 좌표값을 이용하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구한다.

그리고, 상기 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계에서 온도/압력센서 위치는 상기 2차 포물선 그래프에서 서브게이트가 위치하는 지점까지 최단 거리를 갖는 지점을 선택하여 설치하되 그 최대거리가 300㎜ 이내에 위치되어 배치되도록 구성된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법의 구체적인 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 사출금형의 캐비티 내부에 투입되는 유동수지의 유동해석프로그램을 통해서 파악된 용융수지의 유동상태를 나타낸 그림이다.

통상 컴퓨터를 이용하여 사출금형의 유동해석을 수행하는 경우, 설계시 설정된 메인게이트 위치와 서브게이트 위치가 기본적으로 설정된다.

따라서, 설계시 설정된 메인게이트로 용융수지가 최초 유입되는 것으로 해석을 진행하며, 메인게이트(G1)를 통해 사출금형의 캐비티 내부로 투입된 용융수지는 도시된 바와 같이 메인게이트(G1)를 기준으로 방사형으로 퍼져 나가는 등고선 형태로 나타난다.

본원발명은 다점게이트가 구비되는 대형 사출금형에 적용되는 것으로, 도 1에서 각각의 동심원을 이루는 등고선은 용융수지의 선단이 동일한 시간대에 도달하는 것을 의미한다.

이와 같이, 복수의 등고선 형태로 유입되는 용융수지의 유동패턴에 따라 중앙부 메인게이트(G1)에서 일정반경 이격되는 등고선에 일정간격으로 복수개의 서브게이트(g1~g4)가 제1서브그룹을 구성하며, 제1서브그룹에서 외측으로 일정반경 이격된 위치의 등고선에 또 다른 복수개의 서브게이트(g5~g8)가 동심원에서 일정 간격 이격되게 제2서브그룹을 구성하게 된다.

도면에서는 제2서브그룹까지만 도시되어 있으며, 캐비티의 크기 및 체적에 따라 더 많은 서브그룹을 순서대로 구성할 수 있다.

설정된 메인게이트(G1)와 복수그룹의 서브게이트(g1~g8)에 대한 입력을 한 후에 해석 프로그램을 이용하여 용융수지의 좌표값(x,y,z)을 구하고, 엑셀(Excel, Micro Soft 社)을 이용 2차 다항식의 포물선 그래프로 피팅하는 과정을 수행한다.

2차 다항식의 포물선 그래프 피팅시 모든 등고선의 좌표값을 이용하게 되면 포물선 그래프의 재현성이 낮아지므로, 중심부 메인게이트(G1)를 기준으로 각 서브게이트와의 거리(D)의 1/2을 반지름(r1)으로 하는 가상의 원(C1,C2…)을 그려서 그 안에 들어오는 용융수지 선단(B1)의 좌표값(x,y,z)을 이용하여 포물선 그래프를 피팅한다.
즉, 포물선 그래프를 피팅하는 과정에 이용되는 용융수지 선단 좌표값(x,y,z)은 제1서브그룹에 도달되기 이전에는 메인게이트를 통해 유입된 제1용융수지의 선단 좌표값이 이용되고, 제1서브그룹을 지나 제2서브그룹에 도달되기 이전의 용융수지의 선단 좌표값은 메인그룹을 통해 기 유입된 제1용융수지와 제1서브그룹을 통해 유입된 제2용융수지가 하나로 합체되어 이동되기 때문에 제2서브그룹에서 이용되는 용융수지 선단 좌표값은 제1용융수지와 제2용융수지가 하나로 합체된 제3용융수지의 선단 좌표값을 이용하게 된다.
결국, 캐비티 내부에서 이동되는 용융수지는 메인게이트에서 공급된 이후 서브그룹을 통과하면서 메인게이트가 닫히고 각 서브그룹의 서브게이트에서 용융수지가 따로 공급되더라도 메인게이트에서 공급되는 제1용융수지와 서브게이트에서 공급되는 제2용융수지가 하나로 합체되어 단일형태의 용융수지 선단부를 구성하게 되므로, 본 발명에서는 이에 대한 구분은 별도로 하지 않고 하나의 의미로 사용된다.
즉, 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 사출금형은 캐비티의 두께(T, z축)가 최대 5㎜정도 되고, 선단부 길이(L)가 1~2㎜ 정도여서 일반적인 가전제품이나 자동차용 제품을 성형하는데 사용되는 사출금형의 캐비티 두께가 2~3㎜ 정도 밖에 되지 않아, 용융수지의 선단 좌표값을 구하는 과정에서 z축의 경우 용융수지 선단의 좌표값이 캐비티의 두께에 따라 미미한 차이는 날 수 있지만용융수지의 점도가 매우 높아 z축에 대한 속도변화가 크지 않아 임의의 좌표값을 사용하여도 큰 차이가 발생되지 않는다.
하지만, 프로그램을 통해 좌표값을 산출하는데 명확하게 할 수 있도록 도 2에 도시된 용융수지 단면도에 도시된 바와 같이, z축 방향으로 A지점(용융수지 두께의 25% 지점), B지점(용융수지 두께의 50%지점), C지점(용융수지 두께의 75%지점) 세 곳을 선정하여 각 지점에 도달하는 용융수지 선단의 좌표값을 더한 후 3으로 나눠 그 평균값을 Z축 좌표값으로 이용하도록 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 각 서브게이트에서 그려지는 가상의 원(C1…) 안에 들어오는 용융수지 선단(B1)의 좌표값을 이용하여 생성된 2차 다항식의 포물선 그래프와 각 서브게이트(g1~g4)의 좌표값을 알고 있으므로, 2차 다항식의 포물선 그래프상에서 서브게이트(g1~g4)와의 최단거리가 되는 임의의 점을 수식을 이용하여 찾은 다음에 그 위치에 온도/압력센서를 설치한다.

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도 3에는 상술한 상기 온도/압력센서(s1~s8)의 설정위치에 따라 온도/압력센서(s1~s8)가 배치되는 구성을 간략하게 도시하고 있다.

첨부된 도면에서는 온도센서와 압력센서가 동일한 위치에 설치되는 점을 감안하여 동일한 부호를 사용하고 있다.

2차 다항식의 포물선 그래프상에서 서브게이트(g1~g4)와의 최단거리를 찾을 때 그 직선거리가 300mm 이내인 지점을 찾은 것이 바람직하며, 300mm를 초과하게 되면 각 서브게이트와의 거리가 멀어지게 되어 용융수지 유입시 온도 및 압력센서의 민감도가 떨어지게 된다.

이와 같이, 캐비티 내에 온도/압력센서(s1~s8)의 위치를 결정하여 금형에 적용한 후에 용융수지 주입을 위한 게이트의 개방/폐쇄 과정이 이루어지는 것으로, 이하에서는 다점 게이트의 개방/폐쇄과정에 대해서 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 방법으로 사출금형 내에 온도/압력센서(s1~s8)를 제1서브그룹 및 제2서브그룹의 각 서브게이트(g1~g8) 근방에 설치한 후에 캐비티 중앙에 배치된 메인게이트(G1)를 통해 용융수지가 유입되도록 한다.

메인게이트(G1)를 통해 유입되는 용융수지는 방사형으로 퍼지면서 제1서브그룹의 서브게이트(g1~g4)측으로 이동하게 되고, 제1서브그룹측으로 이동하는 용융수지는 서브게이트(g1~g4) 근방에 설치된 온도센서(s1~s4)에 의해 그 이동이 감지된다.

상기 온도센서(s1~s4)는 고온의 용융수지가 유입되면서 순간적으로 온도상승을 감지하게 되고, 온도상승을 감지한 온도센서(s1~s4)의 신호를 바탕으로 각 온도센서에 인접한 서브게이트(g1~g4)가 온도센서 감지 순서대로 개방되면서 용융수지가 추가적으로 유입된다.

제1서브그룹의 마지막 서브게이트가 오픈될 때, 상기 메인게이트(G1)는 폐쇄되면서 제1서브그룹의 서브게이트(g1~g4)만으로 용융수지가 유입된다.

제1서브그룹의 모든 서브게이트(g1~g4)가 개방되면서 용융수지가 유입되어 계속해서 방사형으로 퍼져 나가게 되고, 제1서브그룹측에서 제2서브그룹측으로 용융수지가 이동하면서 제2서브그룹측에 배치된 온도센서(s5~s8)에서도 고온의 용융수지 유입을 감지하면서 제2서브그룹의 각 서브게이트(g5~g8)가 온도센서 감지 순서에 따라 개방되다가 마지막 서브게이트가 개방되면, 그 이전그룹인 제1서브그룹의 서브게이트(g1~g4)가 모두 밀폐된다.

제2서브그룹의 모든 서브게이트(g5~g8)가 개방되어 용융수지가 유입되다가 캐비티의 전체 충전용적 대비 85~95%정도 충전이 이루어지면, 제2서브그룹에 속하는 서브게이트(g5~g8)도 모두 밀폐하여 용융수지의 충전을 완료한다.

캐비티 내의 용융수지 충전량은 제2서브그룹에 도달되는 용융수지의 위치를 토대로 캐비티의 체적을 고려해 어느 정도 충전시켰는지는 설계데이터를 이용하여 유추할 수 있다.

즉, 사용되는 사출기의 토출용량(gram/sec)과 시간을 토대로 제품체적 기준으로 85~95%를 충전시킬 수 있는지가 계산이 된다.

따라서, 사출금형의 캐비티 내의 전체 체적 대비 85~95%가 충전되었다고 판단된 경우, 제2그룹의 서브게이트(g5~g8)를 밀폐한 후에 온도센서에 함께 설치된 압력센서의 감지신호를 토대로 압력그래프를 도시하면 도 3의 (a)와 같은 그래프를 얻을 수 있다.

도 4는 각각의 압력센서, 도면에서는 4개의 압력센서(No.1~No.4) 그래프만 도시하고 있는 것으로, 각 압력센에서 감지된 신호를 토대로 일반적인 DAQ(Data acquisition)처리시스템 및 프로그램을 통해 처리된 값을 추출하여 엑셀을 이용하여 압력분포 그래프를 나타낼 수 있다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 캐비티 내부의 압력편차가 심하게 발생되므로, 용융수지 충전완료 후 불균일한 압력편차를 균일하게 맞춰주는 별도의 보압과정을 수행한다.

도 4의 (b)를 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면, 도 4의 (b)그래프에서 4개의 압력센서에서 측정된 압력상태에서 가장 낮은 압력을 유지하는 4번 서브게이트를 개방하게 되면 4번 서브게이트측의 압력이 증가하게 된다.

4번 서브게이트를 오픈하여 그 상위 단계인 3번 게이트 압력에 근사하게 보압과정이 이루어지게 되면, 개방된 3번 서브게이트를 밀폐한다.

그 다음에 다시 3번 서브게이트를 개방하여 바로 윗단계인 2번 서브게이트의 압력치까지 동등한 수준으로 압력상승이 이루어지도록 하면서, 모든 서브게이트에 개한 보압과정을 차례대로 진행한다.

이와 같이, 각 서브그룹에서 각 서브게이트의 압력값의 편차가 발생될 경우 압력이 가장 낮은 서브게이트를 개방하여 바로 윗단계 서브게이트의 최고압력치에 도달하면 밀폐하는 과정을 통해 캐비티 내의 보압과정을 수행하게 되며, 이때 각 서브게이트에서 측정되는 압력값의 편차는 최대 50bar 이내로 유지되도록 하면서 상술한 보압과정을 전체 서브게이트에서 반복적으로 수행하게 된다.

상술한 주요 과정이 도 4의 플로우차트에 간력하게 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법은 용융수지의 유동패턴을 분석하는 해석프로그램을 이용하여 설계시 설정된 메인게이트를 통해 용융수지가 유입되도록 설정한 후에 유동해석을 수행한다(S1).

컴퓨터에 설치된 용융해석프로그램을 이용하여 용융수지의 유동해석을 수행하고, 유동해석을 통해 용융수지 선단의 좌표값을 구한 후에 연결 프로그램을 이용하여 2차 포물선 그래프를 피팅한 후에 각 서브게이트와의 거리가 가장 가까운 임의의 지점을 온도/압력센서의 위치로 설정하고, 그 설정된 위치에 옵도/압력센서를 설치하는 센서위치 설정 및 센서를 설치한다(S2).

복수 그룹의 등고선에 따라 배치된 서브게이트에 인접하게 온도/압력센서를 설치한 후 메인게이트를 통해 제품 성형을 위한 용융수지를 주입한다(S3).

메인게이트를 통해 용융수지를 주입함에 따라 방사형으로 유동되는 용융수지가 등고선 모양으로 퍼져 나가면서 메인게이트 주변 제1서브그룹의 서브게이트에 인접 설치된 온도/압력센서까지 흘러 들어가게 되면, 온도센서에서 용융수지 유입을 감지한 순서대로 제1서브그룹의 서브게이트가 개방되고, 제1서브그룹의 마지막 서브게이트 개방시 메인게이트가 밀폐되는 1차 게이트 제어가 이루어진다(S4).

1차 게이트 제어가 이루어진 후 계속해서 주입된 용융수지가 제1서브그룹을 지나 제2서브그룹의 서브게이트 측으로 이동하면서 서브게이트에 인접 설치된 온도센서에서 용융수지의 유입을 감지, 서브게이트가 개방되고 마지막 서브게이트 개방되면서 제1서브그룹의 서브게이트를 밀폐되는 2차 게이트 제어가 이루어진다(S5).

2차 게이트 제어를 통해 캐비티 전체 체적 대비 85~95%를 용융수지가 충전되면 제2서브그룹의 서브게이트 역시 밀페함으로써 캐비티 내의 용융수지 충전공정을 1차적으로 완료한다(S6).

또한, 용융수지 충전공정(S6) 완료 후 압력센서에서 획득된 압력값을 토대로 최저 압력을 유지하는 서브게이트를 찾아 그 전 서브게이트의 최고압력과 동일한 수준까지 압력을 상승시키기 위해 해당 서브게이트를 개방한 후에 밀폐하는 과정을 통해 마지막으로 보압과정(S7)을 거치면서 캐비티 내에 용유수지 충전이 균일하게 이루어지도록 게이트의 개방과 밀폐과정이 반복적으로 이루어지면서 용융수지 충전 을 완료한다.

이와 같은 공정을 통해 사출 성형이 이루어진 제품은 캐비티 내부의 압력편차에 따른 제품의 품질이 불균일하게 발생되는 것이 방지되어 고품질의 사출품을 성형할 수 있게 된다.

상술한 본 발명에 따른 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법에 이용되는 용융수지 해석 프로그램은 공지된 다양한 프로그램(A사의 Moldflow 및 C사의 Moldex 3D 등)을 이용할 수 있으며, 해석에 이용되는 게이트의 위치 등은 설계시 제공된 정보를 토대로 다양한 모드 중 충진해석 모드를 이용하여 해석이 이루어지며, 이러한 해석방법은 당업에 종사하는 통상의 기술자가 용이하게 실시 가능하여 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

G1 : 메인게이트
g1~g4 : 제1서브그룹 서브게이트
g5~g8 : 제2서브그룹 서브게이트
s1~s8 : 온도/압력압력센서

Claims (2)

1. 설정된 메인게이트와, 상기 메인게이트 주변 원주상에 복수그룹으로 배치된 복수개의 서브게이트 위치를 토대로 사출성형 해석프로그램을 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하는 단계;
   상기 메인게이트와 각 서브그룹의 서브게이트 사이의 거리 1/2을 반지름으로 하는 각 서브게이트를 기준으로 가상의 원을 그려 그 원안에 들어오는 용융수지의 x,y축 선단 좌표값과, 용융수지 전체 두께에 대해 일정 높이간격으로 지정된 3지점 평균값으로 산출된 z축 선단 좌표값을 추출하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구하는 2차 다항식의 포물선 그래프 피팅단계;
   상기 각 서브그룹의 복수의 서브게이트 좌표값에서 상기 2차 다항식의 포물선 그래프에 이르는 최단거리에 온도/압력센서 설치위치를 셋팅하는 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계;
   상기 메인게이트에서 제1서브그룹의 서브게이트에 배치된 복수개 온도센서에 용융수지 선단이 도달하는 순서에 따라 해당 온도센서에 대응하는 서브게이트가 순차적으로 오픈되면서 용융수지가 제1서브그룹의 서브게이트로 유입되고, 제1서브그룹의 최종 서브게이트가 오픈되면서 메인게이트가 밀폐되도록 하는 1차 게이트 제어단계;
   상기 제1서브그룹의 서브게이트에서 유입되어 방사형으로 퍼져 나간 용융수지가 제1서브그룹 바깥쪽 제2서브그룹의 서브게이트에 배치된 온도센서에 도달하는 순서에 따라 해당 서브게이트가 개방되고, 제2서브그룹의 최종 서브게이트가 개방되면서 제1서브그룹의 서브게이트가 밀폐되도록 하는 2차 게이트 제어단계;
   상기 제2서브그룹 이하의 하위 그룹에 위치하는 서브게이트에서는 상기 2차 제어단계와 동일한 방법으로 복수개의 서브게이트의 개방이 이루어지면서 용융수지가 캐비티 내에 85~95%까지 충진되도록 한 후에 서브게이트를 밀폐하는 용융수지 충전 완료단계;
   용융수지 충진완료단계 후 각 서브게이트에 배치된 압력센서에서 센싱된 압력값을 토대로 최저 압력을 유지하는 서브게이트를 찾아 그 서브게이트를 개방하여 그 상위 서브게이트의 최고압력값과 동일 또는 유사한 상태에 도달할 때 밀폐하는 보압단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도/압력센서위치 설정 및 온도/압력센서 설치단계에서 설정되는 온도/압력센서 위치는 각 서브게이트의 위치에서 최대 300㎜ 이내에서 설정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사출금형의 핫런너 게이트 제어방법.

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