KR20110098920A

KR20110098920A - 사출 성형기의 공정 능력 있는 기본 설정을 반자동 생성하기 위한 설정 방법

Info

Publication number: KR20110098920A
Application number: KR1020117014334A
Authority: KR
Inventors: 발테르 프리에센비츨러
Original assignee: 케바 아게
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-09-02
Also published as: EP2358514B1; CN102264526B; CN102264526A; WO2010057231A1; EP2358514A1; KR101645378B1; AT507593A1; AT507593B1

Abstract

본 발명은 플라스틱 성형 화합물 가공용 사출 성형기(1)의 공정 능력있는 기본 설정을 반자동으로 형성하기 위한 설정 방법에 관한 것이다. 상기 사출 성형기(1)의 조작자를 단계적으로 적어도 설정 프로세스의 부분 구간들을 통과하여 안내하는, 상기 사출 성형기(1)의 제어 장치(14)에 소프트웨어로서 통합된 쌍방향 스타트업 어시스턴트(15)를 이용하여, 최대한 빠르고 신뢰성 있는 방식으로 공정 능력있는 기본 설정을 얻을 수 있도록, 시스템 관련 매개 변수들을 위한 값 또는 변수들이 결정된다. 이를 위하여, 시험 단계를 시작하기에 앞서, 성형 화합물의 흐름 특성에 큰 영향을 미칠 수 있는 조건들, 특히 사출 속도 및 화합물 온도가 예비적으로 결정된다. 추가로 스타트업 어시스턴트(15)에 의하여 해당 흐름 거동을 위한 특성, 특히 상기 예비적으로 설정된 공정 조건 하에서 사용되는 성형 화합물의 점도가 적어도 근사치로서 결정된다. 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 이러한 특성 변수 및 경우에 따라 산출된 혹은 지정된 추가의 가공 특성 변수는, 후속하여 시작되어야 하는 시험 단계(V)를 위해 사출 압력의 목표 값 및/또는 상위 한계 값에 대해 시험적인 임시 설정 값을 정하는 데에 사용된다.

Description

사출 성형기의 공정 능력 있는 기본 설정을 반자동 생성하기 위한 설정 방법{SETTING METHOD FOR THE SEMI-AUTOMATIC PRODUCTION OF A PROCESS-CAPABLE BASIC SETTING FOR AN INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 청구항 제1항에 제시된 바와 같이, 플라스틱으로 이루어진 성형 화합물 가공용 사출 성형기에 대해 공정 능력을 갖춘 기본 설정을 반자동으로 생성하기 위한 설정 방법에 관한 것이다.

본원의 방법은 플라스틱 사출 성형기의 가장 중요한 가공 변수 및 공정 변수를 재현 가능하고 최대한 가동 상 안전하게 반자동으로 산출 및 설정하기 위한 것이다. 이때, 이러한 설정 방법의 목표는 새로운 혹은 변경된 금형을 결합하여 사용할 시에 최대한 신속하게 금형과 사출 성형기가 공정 능력을 갖추어 설정되거나 혹은 최대한 안정적인 기본 설정을 달성하는 데 있다.

공지된 바와 같이, 플라스틱 사출 성형법은 원료로부터 조립 부품을 생산하기 위해 완전 자동화될 수 있는 직접적인 방법이다. 이때, 대개 성형된 성형 부재는 후처리가 필요 없거나 또는 근소하며 재생산 시 매우 높은 정확도가 보장된다. 사출 성형법을 이용하여 간단한 플라스틱 부재로부터 대단히 복잡한 플라스틱 부재에 이르기까지 많은 수량을 비용 면에서 경제적이고 또한 신속하게 제조할 수 있다. 이로 인해 가공성 있는 플라스틱, 예컨대 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱 또는 엘라스토머의 다양한 특성들과 함께 현대의 가공 기술에 있어서 사출 성형법이 큰 중요성을 얻게 되었으며, 사출 성형법은 플라스틱 가공에 있어서 가장 발달된 가공 공정으로 간주된다.

통상적인 사출 성형법에서는 바람직하게는 원료 제조사로부터 대개 분말 혹은 펠릿으로 공급되는 고분자 재료 혹은 플라스틱이 유동 상태로 이송되고 여러 부분으로 된 금형으로 압인된다. 또한, 이러한 금형에서 성형 화합물이 연속하여 고화되고, 금형이 개방된 후에 성형 부재가 취출된다. 수많은 변수들과 재료, 금형 및 기계가 형성하는 다양한 공정 변수들 간의 의존성으로 인해 설정 과정은 대단히 복잡하며, 이러한 설정은 대단히 숙련된 당업자에 의해서만 충분히 신뢰할 만하고 안전하게 그리고 효율적으로 이루어질 수 있다. 사출 성형기 제조사는 종종 기계 조작 인력을 위해 성공적인 초기 설정에 대한 다양한 운용법을 교육하는 훈련 코스를 제공한다. 이와 같이 조작자를 훈련하는 데에는 무시할 수 없는 비용과 시간이 요구된다.

따라서, 이미 오래전부터 조정 과정을 포함하여 사출 성형 공정 전체를 최대한 자동화하고, 획득된 제조 품질의 재현성을 개선하며, 사출 성형기의 조작 및 설정을 단순화하되 이를 위해 필요한 전문 지식은 가능한 한 포괄적으로 기계의 제어에 통합시키고자 하는 노력과 요구가 있어 왔다.

사출 성형기의 전체적인 설정 프로세스는 일반적으로 공정 능력을 갖춘 기초 설정의 산출과 사출 성형 공정이 진행되는 동안 기초 설정에 후속하는 최적화 단계로 나뉜다. 본 발명에 따른 방법은 공정 능력 혹은 기능 능력을 구비한 초기 설정이 안내에 따라 산출되되, 반자동으로 최대한 신뢰할 만하게 산출되는 것에 관한 것이다. 그러한 방식으로 생성된 초기 설정은 진행되는 프로세스에서 후속하는 최적화 단계를 위한 출발점이 된다.

과거에도 이미 설정 프로세스 및 이를 위해 실질적인 전문 지식을 적어도 부분적으로 기계 제어에 통합하려는 데에 목적을 둔 시험 및 연구들이 수행되었다. 이러한 영역에 해당하는 연구들이 예컨대 오스트리아 레오벤(Leoben) 대학의 플라스틱 가공 연구소에서 실시되었다. 이에 대해서는 레오벤 대학 플라스틱 가공 연구소의 에바 마리아 케른(Eva-Maria Kern)의 학위 청구 논문, "사출 성형기의 스타트업 전략 및 최적화 전략"을 참조한다.

사출 성형기의 설정을 주제로 하는 추가의 출판물들은 다음과 같다.

랑에커(Langecker G. R.), 스타트업 전략, 플라스틱(Kunstsoffe) 7/1995, 칼 한저 출판사.

기씽 외(Gissing K., Knappe W.), 사출 속도 지연에 좌우되는 사출 압력에서 보압으로의 절환, 오스트리아 플라스틱 매거진(Oesterreichische Kunststoffzeitschrift) 12/1981.

자홀츠(Sarholz R.), 기계 설정을 위한 보조 수단으로서 사출 성형 프로세스의 계산에 의한 산정, 아헨 RWTH 공과대학 박사학위 논문, 1980.

처음에 언급한 연구를 기초로 하는 개념에 따라 제어에 기반한 스타트업 어시스턴트(start-up assistant)를 제공함으로써 소정 개수의 기계, 재료 및 금형의 결합에 대해서 이미 유망한 결과가 나타났다. 특히 이러한 개념의 특징은 재료, 공구 및 기계에 대한 최소한의 기본 정보만으로 충분하고, 또한 수없이 다양한 사출 성형기 및 개별 사례들에 대해 특별한 조정 작업 없이도 이용될 수 있는 매우 보편적인 접근 방법이라는 점이다. 그러한 스타트업 어시스턴트는 이용되는 플라스틱 물질 및 금형과 사출 성형기의 구조에 대해 조작자가 최초에 입력한 소수의 데이터에 따라 일련의 시험적인 가공 사이클을 수행한다. 이때, 생성된 성형 부재는 간단히 검사되어야 할 품질 특징을 토대로 조작자에 의해 평가된다. 조작자의 평가 내용은 스타트업 어시스턴트에 의해 가공 변수를 계획에 따라 변경하는 데에 이용되며, 그럼으로써 사출 성형 프로세스를 통해 점차 매우 우수한 품질의 성형 부재가 형성된다. 스타트업 어시스턴트를 통한 사전 설정 및 조정은 재료 제조사 및 기계 제조사의 권장 사항 그리고 기본적인 물리적 상관 관계 및 사출 성형 프로세스의 서브 프로세스에 대한 모델을 근거로 한다. 따라서, 조작자에 의해 제공되어야 할 데이터의 범위, 시험적으로 제조된 부재들의 조사 및 평가를 위한 비용 그리고 사출 성형 프로세스의 매개 변수화에 필요한 전문 지식은 스타트업 어시스턴트의 기술적인 사전 설정 혹은 지원에 의해 경감된다.

이러한 설정 방법은 사출 성형기 및 금형에 대해 확실하고 재현할 수 있는 도식으로 수행된다. 이러한 도식에 의해 손상 혹은 오작동에 대한 위험이 감소된다. 그럼에도 불구하고 지금까지 사례들과 재료, 금형 및 기계들의 결합에서 앞서 설명된 스타트업 어시스턴트를 이용하여 만족할 만한 결과를 얻지 못하는 단점이 드러났다. 특히 경우에 따라 초기 설정으로 충분히 우수한 품질을 얻지 못하거나 또는 비교할 수 없을 만큼 수많은 시험 생산과 파라미터 조정 후에야 비로소 충분히 우수한 결과에 도달하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 재료, 금형 및 기계의 결합이 확대될 시에도 충분히 우수한 성형 부재의 품질을 얻기 위해, 가능한 한 적은 수의 시험 사이클로 더욱 확실하게 기본 설정과 초기 설정을 성공적으로 달성하도록, 이미 공지된 방법을 개선하는 데에 있다.

이러한 목적은 특허 청구범위의 청구항 제1항에 따른 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 짧은 시간만으로도 기본 설정을 발견할 수 있고, 이러한 기본 설정은 생산되는 성형 부재의 품질 개선을 상대적으로 더욱 확실하게 보장한다는 데에 있다. 반자동의 초기 설정을 실질적으로 결정하는 영향 변수는 흐름 거동의 예상되는 전체 범위의 값, 특히 가공성 플라스틱과 성형 화합물 점도의 전체 범위와 같다. 이러한 플라스틱과 성형 화합물은 이른바 구조 점성을 지닌 재료이므로, 이 점도는 재료 또는 성형 화합물의 용융 온도 혹은 가공 온도에만 좌우될 뿐만 아니라, 무엇보다도 성형 화합물의 흐름 거동 혹은 점도는 각각 존재하는 혹은 선택된 사출 속도 및 흐름 속도, 다시 말해 성형 화합물의 사출 성형 속도에도 좌우된다. 이때, 플라스틱 용융물의 증가 된 사출 속도 혹은 흐름 속도는 플라스틱 용융물의 중합체 사슬의 전단 증가 및 사슬의 풀림(disentanglement)을 야기하고, 그럼으로써 플라스틱 용융물의 유동성은 증가하고 점도는 감소한다. 정확히 이 점에서 본 발명에 따른 반자동 설정 방법이 시작된다. 본 발명에 따른 방법에 부합하여 제어에 의해 안내되는 초기 설정 혹은 반자동 초기 설정의 중요한 장점은, 그로 인해 무엇보다도 재현 가능하고 조작자의 해당 전문 지식으로부터 상대적으로 독립적인 기본 설정과 제조 품질 및 성형 사이클 시간 측면에서 우수하게 기계의 기본 설정이 달성된다는 데에 있다. 그럼에도 불구하고, 이때 설정 프로세스는 특히 기능 혹은 공정 안정성을 위한 방식으로 이루어짐으로써 기계 및 금형의 손상이 확실하게 방지된다.

특허 청구범위의 청구항 제1항에 따른 추가적인 특징들에서는 상대적으로 확실한 혹은 외부 영향으로부터 최대한 자유로운 플라스틱 용융물의 흐름 거동, 특히 점도가 산출된다는 점이 장점이다. 특히 이때, 배치된 금형을 이용하여 시험 가공을 하기 이전에 배치된 금형 없이 노즐을 통과하여 대기 중으로 사출이 이루어진다. 이때 발생하는 관류량, 노즐에서 측정된 속도 수두(velocity head), 그리고 노즐의 기하 구조로부터 재료 화합물의 점성에 대한 변수가 획득 혹은 산출된다. 그런 다음 점도에 대한 이러한 변수는 후속하는 시험 가공 사이클에 대해 초기값 및/또는 반복 단계의 크기를 조정하기 위해 이용된다.

특허 청구범위의 청구항 제3항 및/또는 제4항에 따른 특징들을 통해서는 용융 점도 혹은 플라스틱 용융물 각각의 흐름 거동을 확실하게 파악할 수 있다. 이를 넘어서 관련 변수 값들을 파악하기 위해 각각 필요한 센서 혹은 검출 수단이 기능상 안정성을 얻게 된다. 또한, 대다수 유형의 사출 성형기에 있어서, 플라스틱 용융물의 각각의 점도를 적어도 대략 계산으로 산출할 수 있기 위해 별도의 혹은 추가의 측정 수단이 제공될 필요가 없다.

성형 화합물의 가장 높은 점도 혹은 최대 점착성이 설정을 위한 출발 토대로서 이러한 점도 및 점착성에 좌우되는 사출 성형기의 공정 변수들에 이용됨으로써 특허 청구범위의 청구항 제5항에 따른 특징들도 장점을 지닌다. 그로 인해 최대한 높은 수준의 금형 충전이 보장되고, 그럼으로써 통상적인 생산 단계에 비해 상대적으로 신속하게 성형 공정이 진행될 수 있다.

상대적으로 적은 반복 사이클로써, 상대적으로 단시간에 이루어지는 설정 방법 혹은 설정 절차는 특허 청구범위의 청구항 제6항에 따른 특징을 통해서도 달성될 수 있다. 특히 점도와 또한 점도가 지닌 플라스틱 용융물 각각의 사출 속도 및 흐름 속도에 대한 의존성에 대해 재료별 경험 값들을 고려함으로써 후속하는 시험 사이클을 위해 우수한 초기값을 찾게 되며, 그럼으로써 적은 시험 사이클로써 신속하게 공정 능력이 있는 기본 설정이 형성되게 된다.

특허 청구범위의 청구항 제7항에 따른 특징들에서는 많은 수의 반복적 시험을 시행하는 일 없이 사출 압력에 적합한 임계치를 찾을 수 있되, 이 임계치에서 금형이 조정 단계 동안 한편으로는 완전히 충전되고, 다른 한편으로는 과도하게 사출되지 않으며, 그럼으로써 성형 부재에 플래쉬(flash)가 무시할 만하거나 혹은 전혀 형성되지 않는다는 점이 장점이다. 또한, 금형에 과부하 또는 손상이 전혀 나타나지 않는다는 점도 보장된다.

특허 청구범위의 청구항 제8항에 따른 반복적인 시험 방법을 통해서는 더욱 확실하게 상대적으로 신속하고, 계획적으로 그리고 재현할 수 있도록 공정 능력이 있는 설정이 산출되되, 이러한 설정을 이용하여 우수한 품질의 성형 부재가 생산될 수 있다.

특허 청구범위의 청구항 제9항에 따른 바람직한 특징들을 통해서는 한편으로는 얼마나 각각의 공정 변수들 값이 적합하게 생성되었는지 혹은 변경되었는지에 대한 검사가 실시될 수 있다. 그 검사로부터 조작자는 적합한 노하우(know-how)를 도출하고 추후의 설정 절차를 계속하여 촉진할 수 있다. 또한, 각각 적합한 혹은 지금까지 성공적으로 적용된 설정들이 기계의 다양한 설정 혹은 구성에 간단하게 할당됨으로써 데이터 뱅크가 구축될 수 있고, 용이한 방식으로 추후에 다시 불러올 수 있고 새로 적용될 수 있다. 이를 넘어서 상황, 조건 및 설정 어시스턴트에 의해 수행된 설정 절차 및 산출된 설정 값들이 기록되어 문제 상황을 확인하고 설정 어시스턴트를 추가로 최적화할 수 있다.

특허 청구범위의 청구항 제10항에 따른 특징들을 통해서는, 허가된 조작자에 한해 사출 성형기의 설정을 변경 혹은 조정할 수 있도록 보장된다. 그렇게 함으로써 부적절하게 설정을 조작함으로 인한 자산 침해 및 품질 손실이 방지된다. 이를 넘어서 권한이 있는 혹은 교육받은 조작자에 한해 각각의 조작 및 설정을 실행할 수 있도록 보장된다. 또한, 그로 인해 재현성이 보장되고, 따라서, 기계 설정의 변동이 다양할 시에도 높은 책임 의식이 달성된다.

특허 청구범위의 청구항 제11항에 따른 특징들을 통해서는 한편으로는 오류 개연성이 설정 절차 동안 감소될 수 있다. 또한, 그로 인해 사출 성형기에서의 설정 공정이 한번 더 촉진될 수 있다.

특허 청구범위의 청구항 제12항의 특징들을 이용하여서는 조작자가 스타트업 어시스턴트에 의해 추천된 절차 혹은 지원 범위와 관련하여 완전하게 결정을 내리게 된다. 특히 조작자는 각각의 설정 단계를 위해 스타트업 어시스턴트와의 상호 작용을 통한 지원이 필요하든 필요하지 않든 그와 상관없이 언제든 자유롭게 결정할 수 있다. 따라서, 예컨대 지원은 지원이 필요한 것처럼 보이는 그런 프로세스 단계에 대해서만 요청될 수 있다. 그에 비해 지원이 필요하지 않은 설정 단계에서는 스타트업 어시스턴트가 비활성화되고 그럼으로써 경우에 따라 설정 절차에서 신속하게 진척될 수 있다.

특허 청구범위의 청구항 제13항에 따른 특징들을 통해서는 유용한 "나가기 기능"이 제공된다. 이 기능을 통해서 조작자는 특수한 상황, 예컨대 사출 성형기의 설정 혹은 구성에서 오류 또는 착오를 식별하였을 시에 공정을 중단시킬 수 있다. 그렇게 함으로써 특히 조작자가 스타트업 어시스턴트를 바람직하지 못하고 급격하게 정지시킴으로써 복잡한 사출 성형기와 공정에 손상을 초래하게 되는 것을 적어도 포괄적으로 방지할 수 있다.

특허 청구범위의 청구항 제14항의 특징들을 통해서는 이른바 무한 루프(infinite loop)가 저지된다. 따라서, 특히 현재 구성으로 만족스러운 성형 부재 품질이 명백하게 달성될 수 없을 때에, 설정 공정이 해당 지시에 의해 종료된다.

특허 청구범위의 청구항 제15항에 따른 특징들을 통해서는 이미 입증된 혹은 최적의 공정 변수가 보존되고, 이 변수가 최고로 적합하다고 간주될 시에 다시 이용될 수 있다. 또한, 스타트업 어시스턴트에 의해 지원된 설정 절차가 성공적으로 종료되지 않았을 시에 언제든 이전에 적용된 값 혹은 공정 변수가 다시 이용될 수 있다.

마지막으로 특허 청구범위의 청구항 제16항에 따른 특징들의 장점은 사용되는 재료에 대해 조작자에게 필요한 지식이 적합한 식별용 라벨로 단순화된다는 데에 있다. 각각의 재료 가공에 바람직한 혹은 제한적인 다수의 공정 변수들은, 번거롭고 또한 잠재적으로 오류가 발생할 수 있는 방식인 제조사의 데이터 시트 혹은 목록으로부터 읽히고 기입되는 일 없이, 재료 라벨을 이용하여 자동으로 설정된다. 그로 인해, 공정 능력있는 기본 설정을 발견하는 데 있어서 편리성과 효율성이 현저히 증가된다. 또한, 그로 인해, 설정 오류 혹은 오작동이 현저히 감소한다.

본 발명의 이해를 위해 이하의 도면을 이용하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 사출 성형기의 구조 및 가장 실질적인 구성 요소를 간략하게 도시한 개략도이다.
도 2는 사출 성형기의 가소화 유닛을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 3은 사출 성형기의 노즐의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 4는 변수, 즉 점도, 사출 압력 및 제조되어야 할 성형 부재의 평균 두께를 포함하는 선도이다.

다양하게 설명된 실시예에서 동일한 부재에는 동일한 도면 부호 혹은 동일한 구조 부재 명칭이 부여된다. 즉 전체 명세서에 포함된 개시 내용에는 의미에 맞추어 동일한 부재에 동일한 도면 부호 혹은 동일한 구조 부재 명칭이 부여될 수 있다. 또한, 명세서에 선택된 위치 정보, 예컨대 상부, 하부, 측면 등은 설명되고 도시된 도면과 직접적으로 관련된 것이며, 이러한 위치 정보는 위치 변경 시에 의미에 맞게 새로운 위치로 바뀌어야 한다. 또한, 도시되고 설명된 다양한 실시예의 개별 특징 혹은 특징의 결합도 개별적으로 독립된, 진보적인 또는 본 발명에 따른 해법이다.

대상의 설명에서 수치 범위에 대한 모든 정보들은 임의 영역과 그에 속한 모든 부분 영역들을 함께 포함하는 것으로 이해해야 한다. 예컨대 1 내지 10이라는 정보는 하위 한계인 1에서 출발하여 상위 한계인 10을 포함하는 전체의 부분 영역들로 이해해야 한다. 즉 전체 부분 영역들은 1 또는 그보다 큰 수의 하위 한계로 시작하고 10 또는 그보다 작은 수의 상위 한계에서 끝나는 것으로, 예컨대 1 내지 1.7, 또는 3.2 내지 8.1, 또는 5.5 내지 10 등이다.

도 1 및 도 2에는 플라스틱 가공을 위한 표준적인 사출 성형기(1)의 가장 실질적인 구성 요소들이 매우 간략하게 도시된다. 그런 형식의 사출 성형기(1)는 플라스틱 사출 성형 공정을 수행하기 위해 무엇보다도 기계 베드(machine bed)(2)와, 여러 부분으로 이루어진 고정된 금형(4)의 열림 및 닫힘을 위한 클램핑 유닛(3)과, 그리고 가소화 유닛(5)을 포함하며, 이들을 이용하여 원료가 저장 용기(6)로부터 공급되고, 유동 상태로 전달되고, 노즐(7)을 통해 폐쇄된 금형(4) 내로 압입된다.

금형(4)은 종종 가열 장치 혹은 냉각 장치를 통해 가열 혹은 냉각될 수 있으며, 이는 엘라스토머 플라스틱 가공 시에 가교 공정을 실행하기 위해 또는 열가소성 플라스틱인 경우 냉각을 통해 성형 화합물의 최적의 혹은 신속한 고화를 실현하기 위함이다.

가소화 유닛(5)은 특히 다수의 구역을 가열할 수 있는 중공 실린더(8)를 포함한다. 이 실린더 내에 배치되고, 회전 가능하며 또한 종방향으로 변위 가능한 스크루(9)가 저장 용기(6)로부터 떨어지는 플라스틱 펠릿을 가소화 유닛(5)의 전방 구간으로 이송한다. 이때, 재료는 히터(10)에 의해 가열되나 소정 부분에 있어서는 특히 이송 시 발생하는 마찰 열에 의해 용융, 다시 말해 가소화된다. 특히 펠릿은 스크루(9)를 통해 이송될 뿐만 아니라 전단 되고, 그럼으로써 플라스틱이 용융 및 점차 가소화되거나 혹은 균질화된다. 가소화된 재료는 전방 구간, 특히 노즐 프리 챔버(nozzle pre-chamber)(11)에 모이며, 이때, 동시에 스크루(8)가 후방으로 후퇴하거나 혹은 가소화 유닛(50)의 노즐(7) 반대 방향으로 점차 멀어진다. 노즐 프리 챔버(11)에 충분한 양의 가소화된 성형 재료가 존재하는 즉시, 가소화 단계는 종료된다. 이때, 노즐 프리 챔버(11) 혹은 노즐은 플라스틱 용융물, 다시 말해 성형 화합물의 온도에 대해 그리고/또는 각각 나타나는 플라스틱 용융물의 사출 압력을 포착하는 바람직한 포착 구간(12)이다.

연속하여, 이른바 사출 단계에서 가소화된 재료가 노즐(7)을 통과하여 가소화 유닛(5)의 전방 구간으로 사출되고, 노즐(7)에 인접한 금형(4)이 가득 충전될 때까지 이 금형(4) 내로 압입된다. 성형 화합물의 사출은 먼저는 속도 제어되고 축 방향으로 이루어지는 스크루(9)의 전진 변위에 의해 이루어진다. 이때, 스크루(9)의 전방 단부에 배치된 역류 방지 밸브(13)는 스크루 채널을 통과하여 성형 화합물이 유출되는 것을 방지한다. 스크루(9)는 다시 말해 사출 공정에서 피스톤과 같은 역할을 한다.

사출 단계 마지막에 금형(4)이 완전히 충전되고, 스크루(9)의 속도 제어되는 축 방향 전진 변위가 압력 제어되는 운동으로 전환된다. 이때, 스크루(9)가 최종적으로 정지할 때까지 상대적으로 근소한 거리만 이동한다. 이러한 단계는 보압 단계로 칭해지며, 이 단계에서는 금형(4) 내의 성형 화합물의 냉각 혹은 가교와 결부된 수축이 보상되되, 소량의 성형 화합물이 추가로 재공급되거나 혹은 초과 압력 하에서 고화됨으로써 보상된다. 이러한 보압 단계는 특히 완성된 성형 부재의 품질을 위해 중요하다. 보압 단계는 성형 화합물이 적어도 금형(4)의 러너(runner)에서 견고하게 되는 즉시 종료된다. 그런 다음 축 방향 압력이 스크루(9) 상에서 제거되고, 가소화 유닛(5)의 노즐(7)이 폐쇄되며, 금형(4)이 노즐(7)로부터 분리되되, 이는 남은 냉각 단계 동안 노즐(7)로부터 금형(4)으로의 바람직하지 못한 열 전달을 방지하기 위함이다.

후속 공정에서는 성형 부재가 금형(4) 내에서 적어도 부분적으로 고화되는 냉각 혹은 가교 단계가 시작된다. 충분히 혹은 완전히 고화된 후에 금형(4)이 개방되고 성형 부재가 취출되거나 혹은 밀려나온다. 냉각 단계 동안 이미 가소화 유닛(5) 내에서는 통상 다음 가공 사이클을 위해 재료들이 용융된다. 금형(4)이 닫히고 가소화 유닛(5)의 노즐(7)이 다시 인접한 후에 사출 성형기(1)는 다음 성형 부재 혹은 다음 양산 부품들을 위해 가소화된 성형 화합물의 사출 공정을 준비한다.

위에서 묘사된 사출 공정의 진행은 부분적으로 매우 간략화되었고 예시적이며 방향 설정을 위해서만 고려될 수 있다는 점을 지적한다. 수많은 상세한 설명들과 변형예들은 광범위한 관련 전문 서적에서 얻을 수 있다.

공정 능력있는 가공 절차를 생성하기 위해 한편으로는 사출 성형기(1)의 클램핑 측(clamping side)이 고려되어야 하며, 이때 예컨대 금형(4)의 열림 및 닫힘, 이젝터 운동(ejector movement) 및 금형 온도 제어가 고려되어야 한다. 또한, 사출 성형기(1)의 사출 측, 특히 가소화 유닛(5)은 사출 성형 공정의 진행에 실질적인 영향을 끼친다. 예컨대 실린더 벽부 온도, 사출 유닛의 운동 그리고 사출 압력 및 보압 압력 단계 동안 시점 또는 변수 크기가 결정적이다.

기계 및 금형과 관련된 여러 가지 설정들, 예컨대 금형의 열림과 닫힘, 이젝터 운동(ejector movement) 및 형체력 등은 실질적인 공정과 각각 달성되어야 할 성형 부재의 품질에 영향을 미치지 않거나 또는 그 영향이 미미하다. 이들의 설정은 대개 업체 혹은 제조사의 가이드 라인에 따라 이루어지거나 혹은 이미 사출 성형기(1)의 제어 장치(14)에 적합하게 제시되어 있다. 이러한 설정들을 반복적으로 조정하는 것은 대체로 필요하지 않다.

따라서, 본 발명에 따른 설정 방법의 중심은 공정 흐름과 성형 부재의 품질에 결정적으로 영향을 미치는 그러한 작동 변수들의 산출 및 설정에 있다. 설정을 위한 토대로서 경험에 의한 값과 원료 제조사의 가이드라인 그리고 개별 서브 프로세스를 설명하기 위한 간단한 물리적 관계가 이용된다. 그러나 실제적으로 적합한 설정 값은 재료, 금형(4) 및 사출 성형기(1)의 다양한 관련성을 토대로 간단하게 결정될 수 있는 것이 아니며, 통상 반복적인 프로세스로 산출되어야 한다. 본 발명에 따른 설정 방법의 목표는 무엇보다도 가능한 한 적게 반복하고 또한 시험 가공 사이클의 회수를 적게 하여 설정 값을 산출하는 것이다.

목적에 부합한 스타트업 전략을 위해서는 무엇보다도 영향 변수 즉 용융 온도, 금형 온도, 계량 행정(metering stroke) 혹은 계량 부피, 속도 수두, 사출 속도, 보압으로의 절환점 혹은 절환 기준, 보압 크기, 보압 시간 및 냉각 시간이 조사되어야 한다.

위의 진술로부터 사출 성형 공정에는 다양하고 상호 영향을 미치는 수많은 변수들이 있으며, 이 변수들은 안정적인 공정 흐름의 달성을 위해 혹은 품질에서 만족스러운 제조 공정을 가능한 한 신속하게 스타트하기 위해 조작자에게 요구되는 사항들이라는 점을 알 수 있다. 사출 성형기(1)를 안내에 따라 반자동으로 설정하기 위해 사출 성형기의 제어 장치(14) 내에 스타트업 어시스턴트(15)가 프로그램 모듈로 제공된다. 이러한 소프트웨어 프로그램인 스타트 어시스턴트(15)는 수많은 종래의 컴퓨터 기반 응용 프로그램을 통해 알려진 바와 같이 이른바 마법사(wizard) 방식으로 실행된다. 이때 조작자는 조작 인터페이스, 특히 제어 장치(14)의 다양한 입력 및 출력 수단(16), 예컨대 터치 스크린을 구비한 디스플레이를 통해 단계적이며 체계적으로 다양한 설정 단계로 안내된다. 제어 장치(14) 및/또는 스타트업 어시스턴트(15)는 사출 성형기(1)의 통합적인 구성 요소 및/또는 구조적으로 독립인 유닛으로서 경우에 따라서는 다수의 사출 성형기들(1)을 위한 중앙 유닛으로서 형성될 수 있다.

스타트업 어시스턴트(15)는 이용되는 사출 성형 공구 특히 금형(4)과, 이용되는 사출 성형 재료 특히 플라스틱 성형 화합물과, 그리고 경우에 따라 사출 성형기(1)의 기본적인 작동 데이터 혹은 작동 방식에 대해 실질적인 데이터와 특성들을 수집 및 산출한다. 이러한 데이터들 혹은 특성들은 부분적으로 조작자에 의해 입력되고/되거나 시험 가동을 통해 자동적으로 산출될 수 있다.

또한, 설정 과정에 있어 특징적인 점은 통상적인 다수의 시험적인 가공 사이클이 실행되고, 이때, 형성된 성형 부재는 조작자에 의해 분명하게 결정되어야 할 품질 특징 측면에서 최대한 객관적으로 그러나 일부는 주관적으로 평가되어야 한다. 이러한 평가의 결과는 각각 스타트업 어시스턴트(15)에 입력되고, 최종적으로 만족스러운 우수한 기본 품질의 성형 부재가 달성될 때까지 스타트업 어시스턴트(15)로부터 기계 설정의 추가적인 조정과 개선을 위해 이용될 수 있다.

이에 부합하는 설정 방법은 다음과 같이 여러 단계 혹은 구간으로 구분될 수 있다.

제1 단계에서는 이용되는 금형(4) 및 이용되는 재료에 대해 재료 데이터를 이용하여 몇몇 실질적인 기본 설정 사항들의 사전 설정 및 중요한 일반적인 조건들에 대한 검사가 조작자에 의해 이루어진다.

이 단계에서는 바람직하게는 조작자에 의해, 이용되는 플라스틱 재료 및/또는 그것의 상표명이 입력되고, 이어서 보관되어 있는 재료 데이터 뱅크로부터 각각의 제조사가 추천한 가장 중요한 가공 변수의 설정 영역 혹은 거기서부터 도출된 공정 한계가 스타트업 어시스턴트(15)에 임포트(import)된다. 무엇보다도 이형 온도, 금형 온도, 용융 온도 즉, 플라스틱 용융물 온도, 가소화 속도 즉, 스크루(9)의 원주 속도가 가장 중요한 가공 변수에 속한다. 가소화 시에 충분한 용융 균질성을 달성하기 위한 속도 수두의 크기 역시 재료 제조사의 권장 안을 따르나, 또한 스크루(9)의 구조 형태에 좌우되기도 한다. 가공 변수를 위해 최적으로 간주되는 값들이 존재하는 경우에 한해, 이 값들이 미리 설정되거나 혹은 그렇지 않은 경우에는 스타트업 어시스턴트(15)로부터 제시된다. 제조사의 디폴트가 없거나 또는 의도적으로 그와 다른 값들이 이용되어야 하는 경우, 그러한 값들은 조작자에 의해 경우에 따라 수동으로도 변경될 수 있다. 이용자에 의해 새로운 재료가 정의되고 추후에 이용하기 위해 간단하게 불러올 수 있도록 그러한 정의가 스타트업 어시스턴트(15)의 데이터 뱅크 내 저장되는 것도 가능하다.

가능한 설정 범위는 각각의 사출 성형기(1)의 특성에 따라 스타트업 어시스턴트(15)에 의해 제한될 수도 있다. 그렇게 설정 범위가 제한되는 기계 특성으로는 예컨대 최대 사출 압력 혹은 최대 사출 속도가 있다.

또한, 이용되는 금형(4)에 대한 실질적이고 특징적인 몇몇 데이터들은 이용자에 의해 정해질 수 있다. 금형과 관련된 그러한 입력 데이터들로는 예컨대 제조되어야 할 성형 부재 및/또는 금형(4)의 평균 두께와 최대 두께, 경우에 따라 성형 부재의 추가적인 기하 구조 데이터 그리고 예컨대 이른바 스프루 게이트(sprue gate) 또는 핫 러너(hot runner)를 구비하는 디자인인지 아닌지와 같은 금형(4)의 소정의 구성 및 디자인 형태이다.

반자동 설정 프로세스를 시작하기 전에, 스타트업 어시스턴트(15)는 몇몇 일반적인 일반적 조건 및 구성이 있는지 검사한다. 만일 개별 기준들을 자동 검사하는 것이 기술적으로 가능하지 않거나 제공되지 않은 경우에, 이러한 조건들이 존재하는지는 조작자에 의해 검사되고, 검사 결과는 스타트업 어시스턴트(15)의 입력 마스크에서 예컨대 체크 리스트의 방식으로 입력되어야 한다. 그렇게 함으로써 안전과 관련된 중요한 기준들이 간과되지 않고 혹은 충족될 수 있다. 그러한 기준들로는 예컨대 금형(4)의 정확한 장착, 금형(4)이 닫힐 시에 손상으로부터 보호하기 위해 정확한 금형 보호 설정, 정확한 금형 온도 도달 및/또는 이젝터 패키지의 정확한 연결 등이 될 수 있다. 사전에 주어진 구성과 재료 선택에 따라 예컨대 핫 러너에 대한 작동 온도의 도달 및 경우에 따라 실행되는, 대기 중 습도에 민감한 플라스틱 펠릿의 예비 건조와 같은 추가의 기준들도 점검될 수 있다.

만일 필요한 조건들이 존재한다는 점이 자동으로 확인되고/되거나 조작자에 의해 확인되었고, 이를 넘어서 경우에 따라 존재하는 안전 게이트 및 안전 장치가 사출 성형기(1)에서 닫히거나 혹은 활성화되었다면, 경우에 따라 조작자에 의한 추가의 의도적 확인 후에 설정 프로세스의 다음 단계가 시작된다.

제2 단계에서는 일련의 기계 작동 혹은 시험적인 가공 사이클 혹은 부분 가공 사이클이 실행되고, 이때 산출된 공정 변수 및 형성된 성형 부재에 대해 확인된 품질 특징들이 공정 능력을 갖춘 초기 설정을 위해 적합한 설정 값을 결정하거나 혹은 최적화된 설정 변수를 결정하는 데에 이용된다. 이때, 실질적으로 제어 장치(14)를 이용하여 혹은 스타트업 어시스턴트(15)와 결합하거나 혹은 스타트업 어시스턴트의 안내에 따라 가소화된 성형 화합물의 점도가 근사치로 결정되거나 혹은 플라스틱 재료, 특히 플라스틱 용융물의 흐름 특성을 적합하게 특징짓는 근사한 변수의 결정이 이루어진다.

바람직한 일 실시예에 부합하게 이때 가소화 유닛(5)에 의해 먼저 이른바 모의 사출이 실시된다. 다시 말해, 재료 사출이 사출 성형기(1)의 노즐(7)을 통과하여 금형(4) 대신 자유 공간으로 이루어진다. 이 경우에 가소화 속도, 즉 체적 유량(V)과 이때 노즐에 발생하는 압력 혹은 압력 강하가 확인되고 노즐(7)의 알려진 기하 구조를 통해 용융물의 점도가 적어도 근사치로 계산된다. 이러한 용융물 사출에서 바람직하게는 용융물의 온도와 사출 속도가 제어 공학적으로 결정되고, 이러한 용융물의 온도와 사출 속도는 적합하게 배열된 금형(4)을 이용하여 이루어지는 후속하는 시험적인 가공 사이클에 대해 초기값으로도 제공된다. 사출 속도에 대한 초기값은 바람직하게는 성형 부재의 평균 두께 혹은, 유량 거리(flow length)가 알려져 있는 경우에 한해 성형 부재의 두께에 대한 유량 거리의 비율에 따라 결정된다.

이때, 노즐(7)에 나타나는 압력 차이(Δｐ)가 산출되거나, 또는 용융물 압력(ps)이 노즐 프리 챔버(11)에서 측정되거나, 또는 스크루(9)에 작용하는 힘에서 출발하여 특히 유압 압력이 계산에 의해 산출된다. 경우에 따라 이러한 값은 비록 주변 압력(P_A)이 무시될 수 있다 하더라도 외부의 주변 압력(P_A) 정도로 수정된다. 이러한 압력 차이(Δｐ)는 공식

에 따라 점도(

)를 연산하는 데에 이용된다.

각각의 기호는 다음의 변수 혹은 물리적 크기를 나타낸다.

.... 점도(Pa * s 혹은 mPas)

Δｐ... 압력 강하 혹은 필요한 압력(Pa)

e₀ ... 0.815(상수)

... 체적 유량(mm³/s)

k ... 노즐 컨덕턴스(mm³)

노즐(7)에서의 압력 강하는 다음과 같이 산출될 수 있다.

각각의 기호는 다음의 변수 혹은 물리적 크기를 나타낸다.

Ps ... 스크루 혹은 노즐 프리 챔버 내 점착성 화합물의 압력(Pa)

P_A ... 외부의 주변 압력(Pa)

점도 η를 계산하기 위해 추가로 필요한 노즐 컨덕턴스 k 는 예컨대 도 3의 도에 부합하여 둥근 횡단면을 구비한 노즐 기하 구조와 관련하여서는 다음과 같이 계산될 수 있다.

체적 유량(V)은 가소화 속도(v_s)를 통해 다음과 같이 산출될 수 있다.

각각의 기호는 다음의 변수 혹은 물리적 크기를 나타낸다.

v_s ... 스크루의 가소화 속도 혹은 이송 속도

D ... 스크루의 직경

산출된 점도(η)와 추가의 변수인 성형 부재의 평균 두께(d)를 이용하여 본원에서는 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같은 선도(17), 특히 해당 데이터 매트릭스 혹은 변수 매트릭스 즉, 표로부터 사출 압력에 적합한 초기값이 산출되고, 이 초기값은 성형 부재의 부피를 결정하기 위해 후속하는 단계에 이용된다. 간단한 방식으로 통상 사용되는 경험에 의한 값이 제시되는 이러한 표로부터 보간을 통해 각각의 사출 압력이 적어도 근사치로 산출될 수 있다. 사출 성형기(1)의 형식에 따라 사출 압력 혹은 설정되어야 할 압력 한계가 절대 압력 또는 사출 성형기(1)의 허용 최대 압력에 대한 백분율 값으로 제공될 수 있다.

도 4에 따른 선도(17)는 그러한 표의 내용을 묘사하기 위해 정성적으로(qualitative) 도시한다. 이러한 표에는 성형 부재의 다양한 평균 두께(d)에 대한 사출 압력 혹은 압력 한계를 위해 각각 설정되어야 할 초기값이 플라스틱 용융물의 산출된 점도(η)에 따라 사출 성형기(1)의 최대 허용 사출 압력 혹은 최대 가능 사출 압력의 백분비로 입력되어 있다. 사출 압력에 대한 이러한 값들은 경험에 의한 값을 근거로 하거나 혹은 변수들 간의 상관 관계는 바람직하게는 실험으로 산출된다.

선도(17) 혹은 관련 데이터 목록의 값들은 적합한 작동 포인트 특히 사출 압력을 찾기 위해 스타트업 어시스턴트(15) 혹은 제어 장치(14)의 작동 모드에 입력된다. 이와 관련하여 본원에 첨부된 선도(17)는 결코 예시적인 것이며 부분적으로 왜곡된 것으로 간주 되어야 한다.

다음으로는, 복수의 기계 가동 혹은 시험적인 가공 사이클이 각각 가소화 유닛(5)에 정렬된 금형(4)에 의해 실시된다. 이때, 가소화 유닛(5)에서는 요구되는 계량 행정의 잠정적 결정 및 속도 제어되는 사출 공정에서 압력 제어되는 보압 단계로의 추후의 절환점의 잠정적 결정이 이루어진다.

이러한 가동을 시작하기 위해 가소화 유닛(5) 혹은 가소화 유닛의 스크루(9)는 최대 가능 계량 행정의 약 95%로 계량된다. 이때, 플라스틱 펠릿은 저장 용기(6)로부터 가열된 스크루(9)를 통과하여 가소화되고 스크루(9)와 노즐(7) 사이의 구간 즉, 노즐 프리 챔버(11)로 이송된다. 또한, 스크루(9)는 전방으로 이송되는 재료에 의해 동시에 후방으로 변위 된다. 축 방향 구동, 특히 스크루(9)의 변위 유압이 스크루의 후퇴에 대항하여 어느 정도 저항하고 따라서, 노즐 프리 챔버(11)에 소정의 속도 수두를 제공한다. 스크루(9)의 위치는 재료가 계량되는 동안 제어 장치(14)에 의해 감시된다.

바람직하게는, 최대 행정의 약 95% 및 최대 가능 계량 부피의 95%에 도달 시에 계량 공정이 종료된다. 다시 말해, 스크루(9)의 회전 운동이 정지된다. 스크루(9)의 회전 속도는 대체로 재료 제조사의 데이터에 맞추어진다.

이어서 오로지 압력 제어되는 또는 압력 제한되는 사출 공정이 금형(4) 내에서 이루어진다. 이용된 사출 압력의 크기는 앞서 검출된 화합물의 점도(η) 및 성형 부재의 최소 두께에 따라 제어 공학적 방식으로 결정된다. 시험적인 사출 공정 동안의 독점적인 압력 제어를 통해서는 부피가 알려지지 않았음에도 불구하고 금형(4)에 "잉여 사출"이 일어나지 않도록 보장된다. 즉 플래쉬가 발생하지 않고 금형이 압력 피크(pressure peak)에 의해 손상되지 않도록 보장된다. 앞서 산출된 가소화된 플라스틱 화합물의 점도(η)에 따라 사출 압력을 결정함으로써 금형(4)이 가능한 한 완전히 충전되고, 또한 산출되어야 할 금형(4)의 수용 부피가 이러한 수용 부피 산출 시에 금형(4)에 잉여 사출되는 일 없이 가능한 한 정확하게 산출되도록 보장된다.

제어 장치(14)로부터는 스크루의 전진 운동의 종료가 감지된다. 이는 예컨대 속도 구배 방법을 통해 이루어질 수 있다. 전진 운동의 마지막에 적어도 포괄적으로 금형(4)의 충전이 달성되고, 스타트업 어시스턴트(15)는 축 방향으로 이동하는 스크루(9)의 행정으로부터 잠정적인 계량 행정을 결정한다. 또한, 스타트업 어시스턴트(15)는 보압 단계를 위한 잠정적인 절환점을 후속하는 시험 가공 사이클을 위한 출발점으로서 결정한다. 이 단계에 대한 추가적인 세부 내용 및 변형예들은 처음에 언급한 논문에서 얻을 수 있다.

앞서 설명된 산출 이후에 복수의 시험 가공 사이클 혹은 사출 시험이 이루어지고, 이때 사출 공정은 종래의 방식으로 속도 제어되는 방식으로 실시되나, 정규 가공 사이클과 달리 성형 화합물의 냉각 시간 동안 보압을 이용한 가압이 이루어지지 않는다. 통상 복수의 사이클로 시험 부재가 제조되고 이어서 평가된다. 필요한 경우 이어서 공정 변수의 조정을 통해 금형(4)의 충전 정도 혹은 제조된 성형 부재의 형태를 단계적으로 개선하는 것과 경우에 따라 보압으로의 절환을 위한 위치 혹은 절환 기준을 수정하는 것도 시도된다.

선택된 변수를 지닌 금형(4)이 적어도 95% 충전되고 또한 설정된 한계 압력이 초과되지 않으면, 스타트업 어시스턴트(15)를 거쳐 적합한 보압의 크기가 산출되는 다음 단계로 전환된다.

금형 충전이 조작자의 평가에 따라 충분하지 않은 것으로 판단되는 경우, 스타트업 어시스턴트(15)는 사출 성형기(1), 금형(4) 및 재료에 의해 사전 설정된 공정 한계 내에서 사출 압력 한계 혹은 사출 압력의 상승, 사출 속도의 상승, 용융 온도의 상승, 금형 온도의 상승과 같은 공정 변수들을 단계적으로 조정한다.

상기 변수들의 조정은 이때 변수들이 목록화된 배열 순위 혹은 우선 순위대로 이루어진다.

조정을 위한 변경의 단계 크기(step size)는 바람직하게는 실행 가능한 공정 한계와 권장되는 공정 한계 간의 차이의 백분비를 통해 결정된다. 특히 각각의 변수 값의 변경은 정의된 최대 백분비가 될 수 있다. 그러므로 값의 변경은 예컨대 제조사 측으로부터 제시된 최소 용융 온도와 최대 용융 온도의 한계 값의 차이의 20%로 정의될 수 있다. 그러나 복수의 연속하는 시험 사이클로 변수들을 여러 번 조정할 시에 각기 다른 크기의 단계 크기가 제공될 수도 있다. 특히 조정의 단계 크기는 제시된 한계 값에 대한 변수 값들의 차이에 따라 선택될 수도 있다.

소정 횟수의 시험 가공 사이클 후에 충분한 충전 정도에 이르지 않고 개선이 달성되지 않으면, 설정 프로세스는 스타트업 어시스턴트(15)의 오류 지적과 함께 중단된다. 이 단계에 대한 추가의 상세 내용과 변형예는 이미 언급한 논문에서 얻을 수 있다.

위에서 설명된 시험 가공 사이클이 성공적으로 실시된 후에는 적어도 한 번의 완전한 가공 사이클이 앞서 산출된 공정 변수들을 이용하여 보압에 의해 가압 되는 조건에서 실시된다. 다시 말해, 사출 공정의 마지막에 그리고 재료 수축도 일어나는 냉각 공정 동안 점탄성 재료가 계속해서 소정의 압력으로 금형(4) 내로 압입되거나 혹은 재료가 금형(4)의 러너에서 최종적으로 고화될 때까지 소정의 압력이 추가 공급된다. 먼저 선택된 보압의 크기 및 기술적으로 가능한 한계 및 권장되는 한계는 사출 성형기(1) 및/또는 재료의 제조사의 데이터에 따라 이루어진다.

필요한 보압 시간은 재료가 러너에서 충분히 고화되고 동시에 러너를 닫는 시간으로 결정된다. 이 시간은 이른바 다음의 "냉각 시간 방정식"으로부터 근사치로 결정된다.

T^N 보압 시간(초)

S 스프루 영역의 두께

(재료의) 효율적인 열 확산율(mm /s)

T ^M 용융 온도(⁰C)

T ^w 금형 온도(⁰C)

T ^e 최대 이형 온도

조작자가 평가하기에 제조된 성형 부재가 완전하게 충전되었고, 바람직한 형태의 측면에서 완전하며, 플래쉬 및 싱크 마크(sink mark)가 극미하거나 없고, 성형 부재의 표면이 충분한 품질을 구비하면 스타트업 어시스턴트(15)는 다음 단계, 즉 마지막 단계로 전환된다.

각각 마지막에 가공된 부재의 품질이 충분하지 않은 것으로 판단되면, 후속하는 추가의 가공 사이클과 함께 보압의 단계적 상승이 이루어진다. 만일 품질의 개선이 더 이상 확인되지 않고 소정의 가공 사이클의 최대 횟수를 초과하면, 스타트업 어시스턴트(15)는 오류 경고와 함께 공정을 중단시킨다.

설정 프로세스의 마지막 단계에서는 쿠션(cushion)의 조정, 즉 사출 사이클 마지막에 노즐 프리 챔버(11) 혹은 스크루 전방 공간에 남는 그런 재료의 양이 조정된다. 이를 위해 계량 후 스크루(9)의 축 방향 최종 포지션의 위치 및 보압으로의 절환점 혹은 절환 조건이 변경되되, 사출 사이클의 마지막에 계량 행정의 약 10%의 쿠션이 노즐 프리 챔버(11)에 남도록 변경되어야 한다.

검사를 위해 마지막으로 가공 사이클이 최종적인 가공 파라미터 세트를 이용하여 실시되고, 후속하는 가공 공정을 위한 파라미터 세트가 사출 성형기(1)의 제어 장치(14)에 저장되고 스타트업 어시스턴트(15)는 규정대로 종료된다.

바람직한 일 실시예에 부합하게, 조작자의 입력 및 조작 행위, 시험 가공 사이클의 실행을 위해 이용된 파라미터 및 이때 산출된 가공 변수는 프로토콜에 저장된다. 이와 별도로 목적에 부합하게 설정 프로세스를 시작하기 전에 조작자의 신원 및/또는 권한이 확인되고 스타트업 어시스턴트(15)를 이용한 설정 프로세스는 권한이 적합하게 확인된 경우에 한해 실행되는 것도 가능하다.

또한, 플라스틱 재료, 금형(4) 및/또는 사출 성형기(1)와 관련하여 이용자에 의한 정보 입력은 컴퓨터가 읽어들일 수 있는 형태로 된 데이터 정보 장치 특히 바코드 또는 트랜스폰더(transponder)의 전자식 수집 또는 판독을 포함할 수 있다. 목적에 부합하게 설정 프로세스는 적어도 한 지점에서 조작자의 명령에 의해 중단되고, 설정 어시스턴트 혹은 스타트업 어시스턴트(15)는 미리 종료될 수도 있다.

추가 실시예에 부합하게, 스타트업 어시스턴트(15)는 조작자의 명령에 의해 미리 종료될 수 있되, 스타트업 어시스턴트(15)에 의해 손상을 초래하지 않는 가동 정지 및 사출 성형기(1)의 완벽한 재가동이 보장되는, 그러한 서브 프로세스가 종료되거나 혹은 실행될 수 있고, 또는 그러한 상태가 형성될 수도 있다.

또한, 시험 단계에서 실행된 가공 사이클의 횟수를 계속하여 파악하고, 만족할만한 가공 품질에 이르지 못하고 지정된 최대 시험 단계 횟수를 초과할 시에 설정 프로세스가 자동으로 중단되고, 스타트업 어시스턴트(15)를 거쳐 오류 경고가 작동되는 데에 효과적인 특징가 있다. 또한, 이미 형성된 혹은 사전에 설정된 가공 변수가 스타트업 어시스턴트(15)를 거쳐 저장되고 미리 설정 프로세스를 중단할 시에 저장된 가공 변수를 다시 생성하는 것도 목적에 부합한다.

유용한 특징은 스타트업 어시스턴트(15)가 적합한 설정 변수와 가공 한계의 산출 시에 재료 데이터 뱅크에 접근하여, 조작자에 의해 입력된 재료 명칭 혹은 데이터 표지에 따라 하나의 혹은 다수의 변수들 즉, 최소 및 최대 용융 온도, 최소 및 최대 금형 온도, 최대 이형 온도, 및 플라스틱 재료의 열 확산률을 판독하고 설정 프로세스를 위해 이용하는 데에도 있다.

실시예는 설정 프로세스 혹은 스타트업 어시스턴트(15)의 예상되는 실시 변형예를 보여주되, 본 발명은 구체적으로 도시된 실시 변형예와 동일한 예에 제한되지 않으며 오히려 개별적인 실시 변형예들의 상호 간의 다양한 결합도 가능하고, 이러한 변형은 기술적 행위에 대한 이론을 바탕으로 대상의 발명을 통해 이 기술 영역에서 활동하는 당업자의 능력으로 가능하다는 점을 명기한다. 즉, 도시되고 설명된 실시 변형예들의 개별적인 상세 내용들의 결합을 통해 가능한 모든 실시 변형예들도 청구권 보호 범위에 포함된다.

독립적인 진보적 해법들을 토대로 하는 목적은 명세서에서 추론될 수 있다.

도면 부호

1 사출 성형기

2 기계 베드

3 클램핑 유닛

4 금형

5 가소화 유닛

6 저장 용기

7 노즐

8 중공 실린더

9 스크루

10 히터

11 노즐 프리 챔버

12 포착 구간

13 역류 방지 밸브

14 제어 장치

15 스타트업 어시스턴트

16 입력 및 출력 수단

17 선도

Claims

플라스틱 성형 화합물 가공용 사출 성형기(1)의 공정 능력있는 기본 설정을 반자동으로 형성하기 위한 설정 방법으로서, 상기 사출 성형기(1)의 제어 장치(14)에 소프트웨어로서 통합된 쌍방향 스타트업 어시스턴트(15)를 이용하여 적합한 설정 파라미터가 제어 공학적으로 지원되는 조건에서 산출되는 단계를 포함하되, 상기 제어 장치(14)의 조작 인터페이스를 이용하여 시스템과 관련한 지시 및 정보들이 상기 스타트업 어시스턴트(15)와 조작자 간에 교환되면서, 상기 스타트업 어시스턴트(15)는 상기 사출 성형기(1)의 조작자를 단계적으로 적어도 설정 프로세스의 부분 구간들을 통과하여 안내하고, 이때 설정 프로세스는 적어도 다음의 단계들, 즉
Al.) 이용된 플라스틱 재료, 이용된 금형(4), 이용된 사출 성형기(1) 및/또는 그 밖에 지정된 또는 바람직한 기계 구성, 가공 조건 또는 가공 한계에 대한 기본 정보의 조작자를 통한 입력 단계와;
A2.) 다수의 완전한 또는 적어도 부분적으로 실시된 가공 사이클이 다양한 가공 변수들로써 실시되고, 가공된 성형 부재에 대해 소정의 검사 기준의 충족 여부가 조작자에 의해 확인되고 각각의 결과는 스타트업 어시스턴트(15)에 입력되면서 이때 나타나는 가공 특성 변수들이 자동화되거나 또는 반복을 통해 조작자에 의해 산출되는 시험 단계(V)의 시작 단계를 포함하고,
적합한 설정 변수들 및 가공 한계들의 자동화된 산출은
Bl.) 조작자에 의해 입력된 기본 정보와,
B2.) 스타트업 어시스턴트(15)에 소프트웨어 방식으로 및/또는 데이터 뱅크 방식으로 적합한 설정 변수를 선택하기 위해 형성된 규칙 및 경험에 의한 값들, 및
B3.) 시험 단계(V)에서 산출된 가공 특성 변수와 확인된 검사 결과를 바탕으로 실시되는, 설정 방법에 있어서,
시험 단계(V)를 시작하기 전에
Cl.) 실질적으로 성형 화합물의 흐름 특성에 영향을 미치는 그런 가공 조건들, 특히 사출 속도 및 용융 온도는 임시로 결정되고,
C2.) 각각의 흐름 거동에 대한 특성 변수, 특히 사용된 성형 화합물의 점도는 임시로 결정된 가공 조건들을 조건으로 적어도 근사치로 산출되고,
C3.) 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 이러한 특성 변수 및 경우에 따라 산출된 혹은 지정된 추가의 가공 특성 변수는, 후속하여 시작되어야 하는 시험 단계(V)를 위해 사출 압력의 목표 값 및/또는 상위 한계 값에 대해 시험적인 임시 설정 값을 정하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
제1항에 있어서,
사용된 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 특성 변수를 산출하기 위해 정렬된 금형(4) 없이 자유 사출 공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
제2항에 있어서,
상기 사출 공정은 미리 결정된 사출 속도 혹은 흐름 속도로, 그리고/또는 금형(4)으로의 이송을 형성하는 상기 사출 성형기(1)의 가소화 유닛(5)의 노즐(7)을 통과하는 사전 결정된 질량 유량으로, 상기 성형 화합물 및/또는 상기 가소화 유닛(5)의 사전 결정된 온도에서 이루어지고, 이때 상기 노즐(7)에 나타나는 압력 혹은 압력 강하는 직접 또는 간접적으로 산출되는데, 특히 상기 가소화 유닛(5)의 스크루(9)를 위한 유압 장치에서 측정되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
제3항에 있어서,
상기 사출 속도 혹은 흐름 속도에서 상기 산출된 압력 강하 및 상기 노즐(7)의 각각의 기하 구조 데이터를 이용하여 점도 또는 그와 등가의, 가소화된 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 특성 변수가 스타트업 어시스턴트(15)에 의해 적어도 근사치로 계산되어 산출되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
제3항에 있어서,
상기 가소화 유닛(5)의 노즐 프리 챔버(11) 내의 압력은 성형 화합물의 사출 동안 여러 번 산출되거나 혹은 측정되고, 흐름 거동 특히 성형 부재의 점도 산출을 위해 복수의 개별 측정 또는 복수의 개별 연산 가운데 최댓값을 이용하는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
제1항에 있어서,
사용된 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 상기 특성 변수를 산출하기 위해서는 상기 사용된 성형 화합물에 할당된, 경험에 의한 값 또는 재료 공급사의 디폴트 값을 포함하는 표 또는 근사식이 이용되고, 이 근사식으로부터는 적어도 사출 속도 혹은 흐름 속도 및 성형 화합물의 온도에 따라 성형 화합물의 흐름 거동의 특성 변수에 대한 적어도 하나의 근삿값이 산출되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형 화합물의 흐름 거동에 대한 상기 특성 변수 및 제조되어야 할 성형 화합물의 평균 두께는 표 또는 근사식의 입력 변수로서 상기 사출 압력의 상위 한계 값에 대한 초기 시작 값을 결정하는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시험 단계(V)는 적어도 다음의 단계들, 즉
Dl.) 성형 화합물의 압력 제어되는 또는 압력 제한되는 사출 공정을 통해 상기 금형(4) 내 캐비티 부피의 적어도 근사한 산출 단계와, 이어지는 성형 화합물에 대한 보압 단계에서의 절환점의 임시 결정 단계와, 상기 금형(4) 내로 사출되는 성형 화합물과 조작자에 의해 확인된 상기 금형(4)의 충전 정도를 이용한 계량 부피의 산출 단계와;
D2.) 각각 보압 공정 없이 시험적인 가공 사이클의 일회 또는 수회 실시 단계, 즉 후속하여 각각 달성된 혹은 확인된 상기 금형의 채움 정도에 따라 사출 한계, 사출 속도, 보압 단계로의 절환점 조건 그리고 성형 화합물의 온도 및/또는 금형의 온도를 포함하는 하나의 또는 복수의 변수들이 상기 금형(4)의 채움 정도를 상승시킬 목적으로 조정되는 단계와;
D3.) 각각 보압을 적용하는 조건에서 시험 가공 사이클의 일회 또는 수회 시행 단계, 이때 후속하여 각각 달성된 혹은 확인된 품질 특히 제조된 성형 부재의 표면 품질에 따라 표면 품질의 개선을 목적으로 보압의 크기가 조정되는 단계로 세분되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
조작자의 입력 및 조작 행위, 시험 가공 사이클의 실시를 위해 사용된 변수 그리고 이때 산출된 가공 변수는 프로토콜에 저장되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정 프로세스를 시작하기 전에 조작자의 신원 및/또는 권한이 확인되고 권한이 적합하게 확인된 경우에 한해 설정 프로세스가 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
플라스틱 재료, 금형(4) 및/또는 사출 성형기(1)에 대하여 이용자를 통한 정보 입력은 컴퓨터로 읽어 들일 수 있는 정보 저장 장치, 특히 바코드 또는 트랜스폰더의 전자식 수집 또는 판독을 포함하는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 설정 프로세스는 적어도 한 지점에서 조작자의 명령에 의해 중단될 수 있고 상기 스타트업 어시스턴트(15)는 미리 종료될 수 있는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스타트업 어시스턴트(15)는 조작자의 명령에 의해 미리 종료될 수 있되, 상기 스타트업 어시스턴트(15)의 서브 프로세스가 완료 또는 실행되거나, 또는 스타트업 어시스턴트(15)에 의해 상기 사출 성형기(1)의 손상 없는 가동 정지 및 완벽한 재가동이 보장되는 상태가 만들어지는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
시험 단계(V)에서 실시된 가공 사이클의 횟수가 계속 파악되어, 만족스러운 가공 품질에 도달하지 않고 시험 단계(V)의 정해진 최대 횟수를 초과할 시에는 설정 프로세스가 자동으로 중단되고 오류 경고가 작동되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스타트업 어시스턴트(15)를 불러올 시에는 기존에 설정된 공정 변수들이 저장되고 미리 설정 프로세스가 중단될 시에는 저장된 공정 변수들이 복구되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스타트업 어시스턴트(15)의 적합한 설정 변수 및 공정 한계의 산출 시, 재료 데이터 뱅크를 이용하고 조작자에 의해 입력된 재료 명칭 또는 데이터 표지에 따라 다음의 변수들, 즉
- 최소 및 최대 용융 온도,
- 최소 및 최대 금형 온도,
- 최대 이형 온도,
- 재료의 열 확산률
중에서 하나 또는 복수의 변수가 판독되고 상기 설정 프로세스를 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 설정 방법.