KR20160092937A - 플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

각각의 전자제어식 액추에이터(8a 내지 8d)들에 의해 밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동하며 제어되는 핀 밸브(7)를 각각 가지는 복수 개의 인젝터(3a 내지 3d)를 이용하여 플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하기 위한 시스템 및 방법으로서, 색상 변경을 위한 몰딩 작업의 횟수를 최소화하는 최적화된 시퀀스에 따라 주입되고 작용하는 플라스틱 재료의 색상 변경을 위한 미리 설정된 기능이 신속하게 활성화된다.

Description

플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INJECTION MOULDING OF PLASTIC MATERIALS}
본 발명은 몰드(mould)의 공동속으로 플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하는 것에 관한 것이며 특히 플라스틱 재료의 디스페서 및 압력을 받으며 플라스틱 재료가 상기 몰드의 공동속으로 유입되기 위해 밀폐위치와 개방위치 사이에서 이동가능한 핀 밸브를 각각 가진 복수 개의 인젝터들을 포함하는 인젝션 몰딩 시스템에 관한 것이다.
각각의 인젝터에 구성된 핀 밸브(pin valve)의 변위가 유체 또는 전기식 액추에이터에 의해 수행된다. 예를 들어, 출원인의 문헌 제EP-267937A1호에 설명되고 도시된 또 다른 경우에서, 상기 핀 밸브가 밀폐위치로부터 개방위치로 이동하고 개방위치로부터 밀폐위치로 이동하는 동안 상기 핀 밸브의 위치 및 속도를 정밀하고 정확하게 제어하기 위한 공정 매개변수들에 따라 작동하는 전자 제어 유닛에 의해 상기 전기식 액추에이터들이 용이하게 제어될 수 있다. 상기 제어는, 특정 알고리듬 및, 설정된 사이클 예를 들어, 인젝션 공정 동안 감지된 데이터에 따라 구해진다. 상기 전자유닛은 유체(유압식 및 공압식)액추에이터와 유하게 결합될 수 있다.
몰딩 시스템이 작동하는 동안 종종 몰딩되어야 하는 부품의 색상이 변경되어야 하고 따라서 플라스틱 재료의 디스펜서(dispenser) 및 인젝터(injectors)를 청소하기 위한 예비 작업이 필요할 수 있다. 그 결과 불가피하게 생산이 중단되고 상당량의 폴리머(polymer)가 폐기된다. 사실상, 가장 단순한 형태의 청소 작업은 원하는 미적 상태에 도달할 때까지 새로운 색상과 관련된 공정 매개 변수들을 설정하고 주어진 갯수의 부품들을 몰딩하며 순차적으로 폐기되어 수행된다. 따라서 대규모 생산과정에서 색상 변경과 관련된 시간 및 폐기 재료를 감소시키는 것이 필수적이다.
또한, 색상 변경을 완성하기 위해 인젝터를 개방하기 위한 사이클 시퀀스(cycle sequence)를 설정하는 것은 종래기술에 따라 작업자의 판단(discretion)에 따라 평가되고 따라서 담당 작업자에 의해 수작업으로 수행되어 생산 중지시간이 추가될 수 있다.
플라스틱 재료의 색상 변경과 관련하여 독일 하이델베르그 Huething GmbH 사의 문헌 "LOCECHTER UMSPRITZEN", Plastverarbeiter, Vol. 49, No 5, 01/05/1998에 의하면, 보통의 시퀀스 표준 몰딩 사이클(sequential standard moulding cycle)의 반복을 단순하게 제공하며 캐스케이드(cascade) 방식 또는 시퀀스 방식으로 작동하고 세 개의 인젝터들을 가진 인젝션 몰딩 장치와 관련된 사이클이 설명되고, 상기 표준 몰딩 사이클에 의하면 몰드 공동의 해당 영역을 충진하기 위해 우선 횡 방향 인젝터들이 개방되고, 다음에 경험적으로 정해진 시간이 경과한 후에 중앙의 인젝터들이 개방된다. 상기 중앙의 인젝터에 의해 상기 몰드속으로 유입된 플라스틱 재료의 유동이 두 개의 횡 방향 영역들에 도달할 때 두 개의 횡 방향 인젝터들이 밀폐된다.
상기 문헌에 의하면, 보통의 몰딩 시퀀스 사이클이 반복되어 5 내지 10회의 몰딩 작업들에서 색상 변경이 수행될 수 있다. 어떠한 실험적 증거없이 단순 발표된 이러한 가능성은 아래와 같은 일련의 매개변수들에 의존하는 것이 분명하다.
- 몰딩되어야 하는 부분의 치수 (공급 채널의 길이 및 플라스틱 재료의 분량),
- 플라스틱 재료의 특성( 점성, 몰딩 온도),
- 인젝터(갯수, 위치, 형태, 제어 방법),
- 플라스틱 재료의 색상.
상기 문헌은 이러한 매개변수들을 구체적으로 제시하지 못한다. 상기 색상 변경 사이클이 여하튼 시퀀스 인젝션과 다르지 않다는 사실을 고려할 때, 기본적으로 상기 5 내지 10회의 몰딩 작업들은 가장 유리한 조건들(몰딩되어야 하는 작은 부분들, 플라스틱 재료가 가지는 고점성 및 온도, 제한된 갯수의 인젝터들, 황색으로부터 백색 또는 백색으로부터 황색으로 색상 전환)을 참고해야 한다고 볼 수 있다.
사실상, 상대적으로 덜 유리한 조건들( 예를 들어, 차량 패널 또는 스포일러와 같이 몰딩되어야 하는 대형 부분, 플라스틱 재료가 가지는 저점성 및 온도, 다수의 인젝터들, 흑색으로부터 백색으로 색상 전환)을 가지면 색상 전환을 위한 시퀀스 표준을 따르는 몰딩 작업의 수는 현저하게 증가되고 심지어 수십 개로 증가되고, 작업 시간은 길어지며 상당한 플라스틱 재료 폐기물이 발생한다.
본 출원의 출원일 현재 공개되어야 하는 일련의 특허 출원들을 통해 본 출원인은, 상기 인젝터들의 핀 밸브들을 제어하기 위한 구체적이고 특수한 방법을 개발하고 보호하였고, 상기 방법에 의하면 특히 캐스케이드 또는 시퀀스 방식의 인젝션에 있어서 몰딩되는 제품의 품질이 상당히 개선될 수 있다. 전형적으로 순차적인 인젝션에서 상기 표준 사이클에 의하면 일부 인젝터들, 일반적으로 몰드 공동에 대해 가장 주변에 위치한 인젝터들이 다른 인젝터들보다 상대적으로 적은 양의 플라스틱 재료를 주입하게 된다. 상기 차이는 특히 디스펜서 및 인젝터들의 기하학적 형상 즉, 상기 용융된 플라스틱 재료가 여러 인젝션 위치들에 도달하기 위한 채널들의 길이와 섹션에 의존한다. 또한, 상기 플라스틱 재료의 양은 각 핀 밸브의 개방 정도 및 전체 주입시간에 의존한다.
본 발명의 목적은 색상 변경 과정을 최적화하고 심지어 자동화하여 요구되는 시간을 상당히 감소시키고 심지어 폐기되는 재료 따라서 플라스틱 재료의 쓰레기를 상당히 감소시키는 것이다.
본 발명은, 전자 제어 유닛에 의해 관련 액추에이터( 전기식 또는 유체식 액추에이터)가 활성화(activation)되어 수행되며 각 인젝터의 핀 밸브가 매 순간 가지는 위치 및 변위의 제어가 색상변경 공정을 가속하기 위해 유리하게 이용될 수 있다는 사실에 기초한다.
상기 사실을 고려할 때, 청구항 제1항의 특징부에 정의된 본 발명의 인젝션 몰딩을 위한 방법이 가지는 특징에 의하면, (표준 몰딩 사이클에서 상대적으로 많은 플라스틱 재료를 주입하는) 인젝터들이 밀폐된 상태로 유지되는 제한된 횟수의 인젝션 사이클 동안 최대 분량의 플라스틱 재료를 주입하기 위해 (표준 몰딩 사이클에서 상대적으로 적은 플라스틱 재료를 주입하는) 일부 인젝터들을 완전히 개방하는 단계를 포함하는 최적화된 시퀀스에 따라 주입되고 작용하는 플라스틱 재료의 색상 변경을 위한 미리 설정된 기능이 신속하게 활성화되어 색상 변경을 위한 몰딩 작업의 횟수가 최소화된다.
따라서, 상기 특징의 방법에 의해, 표준 사이클에서 상대적으로 적은 분량을 분배하는 인젝터들로 상대적으로 많은 분량이 할당되어 상기 표준 몰딩 사이클이 가지는 전형적인 상황이 기본적으로 뒤바뀌게 된다.
상기 미리 설정된 색상 변경 공정은, 재료의 몰딩을 위해 제공된 인젝터들의 갯수 및 위치, 재료의 특성 및 몰딩되는 제품이 가지는 치수와 기하학적 형상을 포함한 다양한 매개변수들의 함수로서 처리될 수 있다.
상기 인젝션 장치의 전자 제어 유닛이 상기 미리 설정된 기능에 의해 프로그램되면, 색상 변경 사이클이 작업자에 의해 간단하게 호출되고 활성화되어 플라스틱 재료의 쓰레기가 상당히 감소되고 상당한 시간이 절감될 수 있다.
본 발명은 특히, 자동차 산업에서 예를 들어, 차체 패널 등과 같은 대형 제품을 몰딩하기 위한 시퀀스 또는 캐스케이드 방식의 인젝션 장치에서 특히 유리하다. 이 경우, 상기 몰딩 장치는 공지된 방법에 따라 일반적으로 몰드 공동의 주변 영역들 및 중앙 영역에 각각 배열된 제1 및 제2 인젝터들을 포함하고, 플라스틱 재료의 인젝션은 상기 제1 및 제2 인젝터들을 시퀀스에 따라 제어되어 수행되고, 이에 따라 상기 제1 인젝터의 핀 밸브들은 제1 밀폐위치로부터 제2 인젝터들의 핀 밸브 앞의 밀폐위치까지 이동하고 일반적인 중앙 영역으로부터 일반적인 주변영역을 향해 상기 몰드 공동을 계속해서 충진한다. 이 경우, 본 발명을 따르고 미리 설정된 색상 변경 기능에 의해, 상기 제1 인젝터들이 밀폐된 상태로 유지되는 동안 관련 핀 밸브들의 완전한 개방을 통해 상기 플라스틱 재료의 양은 최대화된다. 따라서, 실험에 의하면, 색상 변경 작업을 완성하고 수십 개 내지 여러 개의 유닛에 이르는 몰딩 제품의 원하는 미적 품질을 구하기 위한 몰딩 작업의 횟수가 놀라울 정도로 감소되고 최소화된다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명을 제한하지 않는 예에 의해 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명을 따르는 인젝션 몰딩 시스템의 일부분을 개략적으로 도시한 부분도.
도 2는 시퀀스 또는 캐스케이드 인젝션을 수행하기 적합한 몰딩 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2A는 도 2에 도시된 시스템을 개략적으로 도시한 정면도.
도 3은, 시간의 함수로서 도 2에 도시된 인젝터들로부터 유출한 플라스틱 재료의 양을 표시한 선도.
도 4는 본 발명의 장점을 예시하는 표.
도 1을 참고할 때 플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하기 위한 시스템의 일부분이 개략적으로 도시되고, 상기 시스템은 일반적으로 종래기술에 따라 용융된 플라스틱 재료의 디스펜서 또는 고온의 챔버(2)와 연결된 인젝터(3) 및 상기 시스템의 자유 단부에 제공되고 인젝션 게이트(injection gate)를 통해 몰드(S)의 공동과 연결되는 노즐 터미널(6)을 가진 노즐(5)을 포함한다. 상기 노즐 터미널(6)을 통과하는 플라스틱 재료의 유동은, 도 1에 도시된 하강 밀폐위치 및 상승 개방 위치사이에서 액추에이터(8)에 의해 상기 노즐(5)을 따라 축 방향으로 이동할 수 있는 핀 밸브(7)에 의해 제어된다.
본 발명에 따라 선호되지만 본 발명을 제한하지 않는 상기 액추에이터(8)는 전기식 액추에이터 및 특히 회전식 전기 모터이다. 도 1에 도시된 상기 액추에이터의 배열은 예를 들어, 앞서 설명한 문헌 제EP-267937A1호에 도시되고 설명되며 전형적으로 나사와 너트 그룹 및 진동 레버(oscillating lever)를 포함한 가역 방식의 트랜스미션을 통해 회전식 전기 모터(8)의 축이 핀 밸브(7)를 구동하는 형태일 수 있다는 점을 고려할 때, 도 1의 액추에이터 배열은 단지 예로서 제공된다.
상기 전기 모터(8)는 프로그램가능한 전자 제어 유닛(4)과 연결되고 작동하여 다양한 매개변수의 함수로서 설정 사이클에 따라 상기 핀 밸브(7)를 작동하고 제어한다. 특히, 상기 전자 제어 유닛(4)은, 상기 인젝터(3)가 개폐되는 동안 위치 및 속도에 관하여 상기 핀 밸브(7)를 작동시키고 제어하도록 프로그램된다.
도 2를 참고할 때, 캐스케이드 또는 시퀀스 인젝션에 의해 차량 패널(P)과 같은 대형 제품을 형성하기 위한 몰딩 시스템의 공지된 배열이 개략적으로 도시된다. 도 2에 예로서 도시된 상기 시스템은, 몰드 공동의 중앙영역, 중간 영역 및 단부(terminal) 영역에 각각 위치하고 상기 전자 제어 유닛(4)에 의해 제어되는 각각의 회전식 전기 모터(8a,8b,8c)에 의해 작동되는 복수 개의 인젝터(3a,3b,3c)들을 포함한다.
도 2에 도시된 몰딩 시스템을 정면도로 도시한 도 2A를 참고할 때, 상기 패널(P)의 기하학적 형상 및 상기 몰드 공동(S)의 중앙 영역, 중간 영역 및 단부 영역에 위치한 인젝터(3a 내지 3d)들의 배열이 제공된다. 또한, 디스펜서(dispenser)(2)의 채널(10)들을 통해 용융된 플라스틱 재료는 상기 인젝터(3)의 가압 노즐(9)의 연장부로부터 단일 터미널(6)까지 전달될 수 있다. 상기 채널(10)의 길이는 상기 인젝터(3)들의 위치에 관한 함수로서 변화할 수 있고 따라서 인젝터들을 이동하는 재료의 양일 수 있다.
도 3의 차트에 도시된 상기 전기 모터(8a 내지 8d)의 가능한 구동 사이클과 관련하여 상기 전자 제어 유닛(4)이 프로그램되어 상기 시퀀스 인젝션을 수행한다. 시간의 함수로서 표시된 선도(A,B,C,D)들은 각각 중앙 인젝터(3a), 중간 인젝터(3b,3c) 및 단부 인젝터(3d)로부터 유출된 양을 도시한다. 상기 전자 제어 유닛(4)에 의해 작동될 수 있는 가능한 사이클들 중 하나를 단지 예로서 제시된 상기 차트로부터 알 수 있듯이, 상기 몰드 공동을 충진하는 단계에서 중앙 인젝터(3a)(선도 A)가 최초로 개방되고 주로 상기 핀 밸브(7)의 개방 정도에 의존하는 주어진 양의 재료가 상기 공동속으로 주입된다. 할당된 상기 공동의 충진 작업이 완료될 때 상기 중앙 인젝터(3a)는 영의 분량 값에 도달할 때까지 밀폐되기 시작한다. 동시에 제1 중간 인젝터(3b)는, 상기 중앙 인젝터(3a)에 의해 구해지는 최대 값보다 작고 예를 들어, 상기 최대값의 약 절반에 해당하는 최대분량 값(선도 B)에 도달할 때까지 개방된다. 상기 도시된 것과 유사하게, 상기 중앙 인젝터(3a)와 근접한 위치에서 충진 작업이 완료될 때 상기 제1 중간 인젝터는 밀폐되고 동시에 상기 중앙 인젝터(3a)에 의해 최초로 도달된 최대분량보다 항상 작고 예를 들어, 상기 제1 중간 인젝터(3b)의 분량과 유사한 분량의 최대값(선도 C)에 도달할 때까지 상기 제2 중간 인젝터(3c)는 개방된다. 마지막으로, 상기 사이클은 상기 단부 인젝터(3d)의 유사한 개방작용(선도 D)에 의해 완성된다. 따라서, 상기 중간 인젝터(3b,3c) 및 단부 인젝터(3d)에 의해 상기 몰드 공동속으로 유입되는 플라스틱 재료의 분량은 상기 중앙 인젝터(3a)에 의해 방출되는 플라스틱 분량보다 상당히 작고 주로 단일 핀 밸브(7)의 개방위치들에 의해 구해진다.
상기 몰딩 시스템이 몰딩해야 하는 부품의 색상을 수정할 것을 요구하는 것이 고려될 때, 상기 디스펜서(2) 및 인젝터(3a 내지 3c)들을 청소하기 위한 공정이 수행되어야 한다. 이를 위해 주어진 갯수의 부품들이 새로운 색상의 플라스틱 재료로 몰딩되어야 하고 상기 부품들은 원하는 미적 품질이 구해질 때까지 폐기된다.
따라서, 본 발명의 특징에 의하면, 상기 전자 제어 유닛(4)은 미리 정해진 색상변경 기능의 즉각적인 활성화(prompt activation)를 위해 설계되고 즉 프로그램되고 요구되는 몰딩 작업횟수를 최소화하는 최적의 시퀀스에 따라 작동된다. 상기 미리 설정된 기능은 유한요소 해석법(finite element analysis)에 의해 결정되는 것이 선호되고, 본 명세서에서 설명되는 시퀀스 인젝션의 예에서 상기 미리 설정된 기능은 도 3의 차트에 도시된 인젝션 사이클에 해당하고 표준 공정 매개변수들에 의해 작동되는 일련의 제한된 인젝션 사이클들을 제공하고 다음에, 표준 인젝션 공정 동안 상대적으로 적은 분량의 플라스틱 재료를 이용하는 인젝터들 또는 이 경우 인젝터(3b,3c,3d)들이 관련 핀 밸브(7)들을 최대 개방 위치 또는 완전 개방 위치로 이동시켜서 완전히 개방되며 상기 인젝터(3a)가 밀폐된 상태로 유지되는 제한된 횟수의 사이클들을 제공한다.
도 4의 표에 제시된 것처럼, 상기 시퀀스에 의해 단지 11회의 몰딩 작업을 통해 예를 들어, 흑색으로부터 담색으로 색상 변경이 완성될 수 있고, 상기 몰딩 작업 중 7회의 몰딩 작업은 표준 공정 매개변수들에 의해 구해지며 4회의 몰딩 작업은 인젝터(3a)가 밀폐된 상태를 유지할 때 상기 인젝터(3b,3c,3d)들이 완전히 개방되어 구해진다.
상기 표로부터 확인할 수 있듯이, 부호 "4"로 표시된 상기 시퀀스에 따른 몰딩 작업 횟수는 부호 "1"로 표시되고 전형적으로 상기 종래기술의 시퀀스에 의하면 표준 공정 매개변수들에 의해 적어도 32회의 몰딩 작업들이 제공되는 종래기술의 시퀀스에 따른 몰딩 작업 횟수보다 상당히 작고, 심지어 색상 변경을 하도록 모든 인젝터(3a 내지 3d)들이 여러 번의 몰딩 작업들을 위해 완전히 개방되는 경우(시퀀스 "2") 및 주어진 횟수의 몰딩 작업들이 표준 공정 매개변수들에 의해 수행되고 다음에 개방된 모든 인젝터(3a 내지 3d)들에 의해 다른 몰딩 작업들이 수행되는 경우(시퀀스 "3")보다 상당히 작다.
본 발명의 방법에 의하면, 원하는 미적 품질이 구해지고 플라스틱 재료 폐기물이 감소될 때까지 폐기되는 부품들 및 색상변경을 위해 요구되는 시간이 모두 최소화될 수 있는 것이 분명하다.
상기 전자 제어 유닛(4)은, 예를 들어, 인젝터들의 갯수 및 프린트되어야 하는 부품의 치수에 따라 미리 설정된 다양한 색상 변경 기능들에 의해 프로그램될 수 있고, 상기 색상 변경 기능들은 신속하게 호출되고 색상 변경이 완성될 때까지 작업자의 추가 간섭없이도 자동으로 활성화될 수 있다.
전기식 액추에이터로 한정하여 이용하지 않지만 선호적으로 전기식 액추에이터를 이용하면, 색상 변경 공정에 특히 중요한 터미널 영역(6)으로부터 잔류하는 재료의 제거작업을 가속할 수 있는 또 다른 장점이 제공된다. 사실상, 인젝터는 최소 수준으로 개방되어, 상기 핀 밸브(7)의 하측 단부와 근접한 위치에서 인젝션 압력은 극도로 높고 따라서 잔류 재료의 제거작업은 상대적으로 용이해 진다.
하기 청구범위에 설명된 본 발명의 보호범위내에서, 상기 몰딩 시스템의 세부구조 및 실시예들은 앞서 설명되고 도시된 것에 대해 광범위하게 변화될 수 있다.
2.....챔버,
3.....인젝터,
6.....노즐 터미널,
5.....노즐,
8.....액추에이터,
7.....핀 밸브.

Claims (4)

  1. 표준 인젝션 사이클을 포함한 설정 사이클에 따라 각각의 전자제어식 액추에이터(8a 내지 8d)들에 의해 밀폐위치 및 개방위치사이에서 이동하며 제어되는 핀 밸브(7)를 각각 가지는 복수 개의 인젝터(3a 내지 3d)를 이용하여 플라스틱 재료를 인젝션 몰딩하고 상기 인젝터들 중 일부 인젝터(3b,3c,3d)들이 다른 인젝터(3a)보다 적은 양의 플라스틱 재료를 주입하는 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 방법에 있어서,
    인젝터(3a)들이 밀폐된 상태로 유지되는 제한된 횟수의 인젝션 사이클 동안 최대 분량의 플라스틱 재료를 주입하기 위해 상기 인젝터(3b,3c,3d)들을 완전히 개방시키는 최적화된 시퀀스에 따라 주입되고 작용하는 플라스틱 재료의 색상 변경을 위한 미리 설정된 기능이 신속하게 활성화되어 색상 변경을 위한 몰딩 작업의 횟수가 최소화되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 색상 변경을 위해 요구되는 몰딩 작업의 횟수를 최소화하는 최적 시퀀스가 유한 요소 해석법에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터(8a 내지 8d)들이 전기식 액추에이터인 것을 특징으로 하는 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항을 따르는 방법을 수행하기 위해 설정된 사이클에 따라 상기 인젝터(3a 내지 3d)들의 액추에이터(8a-8d)들을 작동시키고 제어하도록 프로그램된 전자 제어 유닛(4)을 포함한 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 시스템에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛(4)은 주입되어야 하는 플라스틱 재료의 색상 변경을 위해 상기 미리 설정된 기능을 신속하게 활성화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 재료의 인젝션 몰딩을 위한 시스템.
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