베어링용 플라스틱 케이지 양산을 위한베어링용 플라스틱 케이지 양산을 위한베어링용 플라스틱 케이지 양산을 위한베어링용 플라스틱 케이지 양산을 위한

제작지원제작지원제작지원제작지원Collapsible coreCollapsible coreCollapsible coreCollapsible core

완료보고서완료보고서완료보고서완료보고서( )( )( )( )

2006. 5.2006. 5.2006. 5.2006. 5.

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 베어링용 플라스틱 케이지 양산을 위한 제작지원“ collapsible core ”

지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다( : 2005. 05. ~ 2006. 04.) .

2006. 05. .2006. 05. .2006. 05. .2006. 05. .

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협( )( )( )( )

지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아지원기업 주 엠아이텍코리아: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 김 재 철대표자 김 재 철대표자 김 재 철대표자 김 재 철( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 허 영 무허 영 무허 영 무허 영 무::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원

″″″″

″″″″

윤 길 상윤 길 상윤 길 상윤 길 상::::

장 성 호장 성 호장 성 호장 성 호::::

정 우 철정 우 철정 우 철정 우 철::::

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

베어링 플라스틱 케이지 금형 성형 기술 개발/□

베어링 케이지 생산을 위한 코어 설계 제작 기술- collapsible /

개발된 금형을 이용한 플라스틱 케이지 성형-

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

베어링 플라스틱 케이지를 대량 생산하기 위한 설계 지원collapsible core□

다양한 형태의 베어링 케이지 제품에 대응할 수 있는 설계 제작insert core /□

지원

성형품 품질 향상을 위한 가공 정밀도 확보방안 지원insert core□

정밀도 확보를 위한 작동 메커니증 설계collapsible core□

사출성형 해석을 통한 성형조건을 도출하여 성형 사이클 이하로 단축20s□

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

베어링 케이지 제품

형상별 성형 분석없음 있음

성형 시뮬레이션을 통한

성형 예측

코어 형상 정밀도 오차 없음 0.01 ㎜ 금형 조립정밀도 향상

정밀도Collapsible core 없음각 최대core

0.008 ㎜

제품사양을 만족하는

성형품 정밀도 측정을

통한 간접 확인 및 에burr

성형 불량 감소 및 조립

- 4 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 롤러 베이징 케이지 볼 베이링 케이지o : ,

모 델 명 외 종 외 종o : R3062 1 , B3062 2

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질베어링 케이지

금형 성형품/

15 % 5 % 성형 불량률 감소

0.02 ㎜ 0.01 ㎜ 코어 형상 정밀도

0.02 ㎜ 0.008 ㎜collapsible core

최대 오차

경쟁제품 대비 가격 성형품 0 15% 원가 감소로 경쟁력

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년17 / ( 17 %) 단축S/T

인건비 절감 백만원 년3 / ( 3 %) 제품품질 향상

계 백만원 년20 / ( 20 %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년100 / 백만원 년250 / 250 % 지속적인 매출증대

수 출 천달러 년/ 천달러 년52 / 50 %

계 백만원 년100 / 백만원 년300 / 300 %

참고) 적용제품 주요수출국 미국1. :

작성당시 환율기준2. : @950.00

- 5 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

베어링용 플라스틱 케이지 생산을 위한 설계 및 제작 능력collapsible core◎

보유

베어링 케이지 금형의 핵심 기술인 의 형상정밀도 및 제품정밀도insert core◎

에 대한 안정적 기술 확보를 통해 다양한 베어링 케이지 금형 성형 능력 향상/

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

설계 및 제작 능력 보유로 동 기술을 이용한 유사 제품에Collapsible core◎

대한 금형 개발 및 생산에 대한 기술적 자신감 및 유사모델 개발 가능 효과

다양한 형태의 베어링 케이지 제품 금형 성형 기술 확보로 제품 변화에 유연/◎

한 대처 및 사업 확대 효과

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

- 6 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건25 관련 금형 성형 자료 및 시장 분석 자료/

시제품제작 건5 베어링 케이지 금형 부품

양산화개발 건5 베어링 케이지 금형

공정개선 건0

품질향상 건2 성형 시뮬레이션에 의한 성형조건 확보

시험분석 건3측정 분석insert core/collapsible core

방전 조건 분석

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건2 관련 금형 및 성형collapsible core

기술마케팅 경영자문/ 건0

정책자금알선 건0

논문게재 및 학술발표 건0

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건12 월별 지원성과 업로드

지원기업 방문회수 건55 연구 책임자 및 관련 연구원 방문

기 타 건

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

과제책임자와 지원업체의 관련 기술자의 상호 기술협력을 통하여 베어링 케이지

양산을 위한 방식의 금형을 제작함으로써 다양한 베어링 케이collapsible core

지 제품 생산에 적용 사업 확대에 성과가 있었으며 관련 베어링 케이지용 금형,

성형기술의 향상이 있었다고 판단됨/ .

- 7 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건1. : 271. : 271. : 271. : 27

No 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 5 베어링 케이지 금형 및 기술 정보 건(13 )주관기관 지원기관 보유/

상호 기술정보 교환2 2005. 6 베어링 케이지 관련 논문 건(2 )

3 2005. 7 베어링 케이지 관련 시장정보 특허 건/ (10 )

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 52. : 52. : 52. : 5

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 10 베어링 케이지용 플라스틱 금형 부품 보고서 기재 및

관련제품 생산라인에

적용

2 2006. 1 금형 제작collapsible core

3 2006. 3 베어링 케이지용 플라스틱 금형 부품

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. : 33. : 33. : 33. : 3

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 12

쪽 정밀 측정core

보고서 기재측정Collapsible core

방전 시험편 측정

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원개요제 절 기술지원개요제 절 기술지원개요제 절 기술지원개요1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술3 /3 /3 /3 /

베어링 산업 현황베어링 산업 현황베어링 산업 현황베어링 산업 현황1.1.1.1.

베어링 제품 개요베어링 제품 개요베어링 제품 개요베어링 제품 개요2.2.2.2.

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요1111

사출 금형사출 금형사출 금형사출 금형1.1.1.1.

사출성형재료사출성형재료사출성형재료사출성형재료2.2.2.2.

제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /

개발 대상 제품개발 대상 제품개발 대상 제품개발 대상 제품1.1.1.1.

작동 메카니즘 설계작동 메카니즘 설계작동 메카니즘 설계작동 메카니즘 설계2. Collapsible core2. Collapsible core2. Collapsible core2. Collapsible core

및 설계 및 제작및 설계 및 제작및 설계 및 제작및 설계 및 제작3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core

조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형4. Collapsible core (R3062 )4. Collapsible core (R3062 )4. Collapsible core (R3062 )4. Collapsible core (R3062 )

제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형3333

시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작1.1.1.1.

사출 성형 해석사출 성형 해석사출 성형 해석사출 성형 해석2.2.2.2.

시사출 성형시사출 성형시사출 성형시사출 성형3.3.3.3.

- 9 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

부 록부 록부 록부 록

방전가공 조건표방전가공 조건표방전가공 조건표방전가공 조건표1.1.1.1.

방전가공 조건에 따른 표면 거칠기 측정자료방전가공 조건에 따른 표면 거칠기 측정자료방전가공 조건에 따른 표면 거칠기 측정자료방전가공 조건에 따른 표면 거칠기 측정자료2.2.2.2.

사출 성형 조건사출 성형 조건사출 성형 조건사출 성형 조건3. sheet3. sheet3. sheet3. sheet

제품 형상 측정자료제품 형상 측정자료제품 형상 측정자료제품 형상 측정자료4. (R3062, B3062)4. (R3062, B3062)4. (R3062, B3062)4. (R3062, B3062)

- 10 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 개요제 절 기술지원 개요제 절 기술지원 개요제 절 기술지원 개요1111

- 11 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

베어링 플라스틱 케이지용 를 개발하고 개발된 금형을 이용하여collapsible core ,

플라스틱 케이지를 양산화하는데 그 목적이 있다.

제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술제 절 베어링 케이지 금형 성형 산업 및 관련기술3 /3 /3 /3 /

베어링 산업 현황베어링 산업 현황베어링 산업 현황베어링 산업 현황1.1.1.1.

국내 베어링 산업은 일부 기업에 의해 주도되고 있으며 이러한 기술 편중의 구도,

를 극복하기 위한 노력이 이루어지고 있다 또한 플라스틱 베어링 케이지의 수요가.

증가하는 추세에 있다 아래 에는 전체 베어링 시장의 현황을 보여준다. Tables .

국내 베어링의 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링의 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링의 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링의 수출입 증감율 단위 천불Table 1 ( : , %)Table 1 ( : , %)Table 1 ( : , %)Table 1 ( : , %)

- 12 -

국내 베어링 전년동기비 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링 전년동기비 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링 전년동기비 수출입 증감율 단위 천불국내 베어링 전년동기비 수출입 증감율 단위 천불Table 2 ( : , %)Table 2 ( : , %)Table 2 ( : , %)Table 2 ( : , %)

국가별 베어링의 수출입 단위 천불국가별 베어링의 수출입 단위 천불국가별 베어링의 수출입 단위 천불국가별 베어링의 수출입 단위 천불Table 3 ( : )Table 3 ( : )Table 3 ( : )Table 3 ( : )

- 13 -

국내 베어링의 대상국별 수출입 단위 천불국내 베어링의 대상국별 수출입 단위 천불국내 베어링의 대상국별 수출입 단위 천불국내 베어링의 대상국별 수출입 단위 천불Table 4 ( : )Table 4 ( : )Table 4 ( : )Table 4 ( : )

- 14 -

베어링 제품 개요베어링 제품 개요베어링 제품 개요베어링 제품 개요2.2.2.2.

베어링은 하중이 회전축에 가해질 때 축의 마찰 저항을 적게 받도록 지지하여 주는

기계요소이다 베어링은 축에 작용하는 힘과 접촉면에 따라 다음과 같이 분류된다. .

축에 작용하는 힘에 따른 분류■

레이디얼 베어링 축에 대하여 직각방향의 하중을 받는 베어링o :

트러스트 베어링 축방향의 하중을 받는 베어링o :

원추 베어링 축 방향과 축의 직각 방향의 하중을 합성으로 받는 베어링o :

접촉면에 따른 분류■

미끄럼 베어링 축과 베어링의 면이 직접 접촉하여 미끄럼 운동을 하는 베어링o :

으로 속도가 느리고 큰 하중을 받는 곳에 쓰임

구름베어링 축과 베어링 사이에 볼이나 롤러를 넣어서 구름 운동을 하는 베어o :

링으로 속도가 빠르고 가벼운 힘이 작용하는 곳에 쓰임

공기 베어링 기계의 축과 베어링 사이에 고압 공기를 보내어 공기압으로 축을o :

뜨게 하여 하중을 지지하는 베어링

구름베어링에는 대표적으로 볼베어링과 롤러베어링이 있으며 볼베어링은 점접촉에

의해 축을 받치는 베어링으로 속도가 빠르고 작은 힘을 받치는 데 이용되며 롤러베

어링은 선 접촉에 의해 축을 받치는 베어링으로 접촉면이 넓어 큰 힘을 견딜 수 있

으나 마찰이 크다는 특징을 가진다 에는 볼베어링과 니들베어링의 구조를. Fig. 1

나타내었다.

볼베어링과 니들베어링의 구조볼베어링과 니들베어링의 구조볼베어링과 니들베어링의 구조볼베어링과 니들베어링의 구조Fig. 1Fig. 1Fig. 1Fig. 1

- 15 -

는 궤도륜 사이에서 전동체를 안내하거나 전동체를 일정한 간격으로 유지시Cage ,

켜 줌으로써 전동체간의 접촉에 따른 마찰을 없애는 기능을 담당한다 따라서 적절.

한 강도를 지녀야 함은 물론이고 내마모성과 조직 변화에 의한 변형 안정성이 좋,

을 것 등이 필수적으로 요구된다 전동체나 궤도륜보다는 부담 하중이 경미하다고.

볼 수 있으나 상대적으로 미끄럼 접촉의 기회가 많으므로 이에 대한 고려가 필요하

다 는 재질면에서 금속계 철계 비철계 와 합성수지계 로 구분되. cage ( , ) cage cage

며 금속계일 경우는 가공 방법에 따라 프레스 가공 와 기계 가공 로 대, cage cage

별할 수 있다 각각 베어링의 종류 크기 회전속도 은도조건 윤활종류 제조용이. , , , , ,

성 등에 따라 용도를 달리하고 있다 철계 는 주로 냉간 압연 강판이 사용되. cage

며 대체로 프레스 가공 형태로 제조되어 깊은 홈 볼 베어링 원통 롤러 베어링 및, ,

테이퍼 롤러 베어링에 대부분 채용된다 일반적인 용도에서는 이상의 온도까. 250 ℃

지 사용해도 별로 지장이 없다 대형 베어링에서는 일부 기계 가공된 철계 가. cage

채용되기도 한다 한편 비철계 금속 는 고장력 황동계가 대부분이며 기계 가. cage ,

공인 경우가 많다 금속계 는 용도에 따라 화성 처리 처려 에 의해 윤활성과. cage (SL )

내열성을 부여하기도 하며 윤활 성능을 더욱 개선하여 토크 특성 및 소음 특성을,

향상시키기 위해 특수 고체 윤활 피막을 입히기도 한다.

근래에 들어서는 자기 윤활성을 가지면서 무게가 가벼운 합성수지계의 사용cage

도 점차 확대하고 있다 아래의 그림은 각국에서 양산되고 있는 베어링 플라스틱.

케이지 제품을 보여주고 있다.

인성엔프라 제품인성엔프라 제품인성엔프라 제품인성엔프라 제품

- 16 -

이러한 플라스틱 제품은 주로 폴리마이도계에 유리섬유로 강화된 소재가 널리 쓰이

며 윤활성이 우수하므로 전동체나 궤도륜과의 마찰이 적고 경량이므로 고속 회전,

에 유리하다 뿐만 아니라 의 마멸분이 거의 없으므로 그리이스 윤활의 경우는. cage

그리이스의 수명 연장에도 도움이 되며 복잡한 형태의 것도 제조 가능하므로 베어,

링 특성에 적합한 형상의 를 제조할 수 있다는 유리한 특성을 갖는다 다만 내cage .

열성이 그리 우수하지 못한 것이 결정으로 지적되나 베어링의 일반 사용 온도인,

까지는 충분히 보장된다 적층 페놀 수지가 의 재료로서 사용되기도 하120 . cage℃

는데 페놀 수지에 섬유를 적층시킨 복합 재료로서 윤활제를 흡수할 수 있는 능력,

이 있기 때문에 윤활 성능이 특히 우수하므로 초고속 회전을 하는 용도에 많이 사

용되고 있다.

- 17 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요제 절 사출 금형 및 성형 개요1111

사출 금형사출 금형사출 금형사출 금형1.1.1.1.

가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류가 사출금형의 분류....

사출금형은 성형재료 금형의 기본 주고 성형품의 이젝팅 방법 캐비티 수 파팅, , , ,

라인 수 금형의 크기를 기준으로 구분할 수 있다 에는 일반 금형 슬라이, . Table 5 ,

드 금형 스트리퍼 플레이트 금형의 중요요소와 특성을 정리하였다, .

일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성일반금형 스트리퍼 플레이트 금형 슬라이드 금형의 중요요소 및 특성Table 5 , ,Table 5 , ,Table 5 , ,Table 5 , ,

스트리퍼 플레이트 금형의 구조는 표준 금형과 유사하다 스트리퍼 플레이트 금형.

은 대개 언더컷이 없는 원통형상 제품에 사용된다 일반 금형과 차이점은 이젝터.

장치로서 이젝터 핀을 사용하는 대신에 스트리퍼 플레이트가 제품에 힘을 전달하,

여 이젝팅 한다 슬라이드 금형의 구조특성은 슬라이드 장치와 안내 핀. (angular

이다 금형이 열리는 동안 이 장치들은 금형 플레이트 운동 방향과는 다른 방향pin) .

으로 움직인다 슬라이드 장치는 안내 핀에 의해 움직이게 되고 언더컷을 풀어주게.

된다 슬라이드 장치의 운동은 위에서 설명한 힘에 의해 움직이거나 또는 금형이.

열린 다음 유압구동정치에 의해 뒤로 움직인다.

- 18 -

이 금형은 내 외부에 언더컷 즉 리브 칸막이 틈새 구명 막힌 구멍 및 나사 등의, , , , ,

경우에 사용된다 이 이외에도 죠오 금형 나사빼기 금형. (split cavity mold), (mold

단 금형 가 있다 슬라이드 금형과 비with unscrewing device), 3 (three plate mold) .

슷한 형태의 금형이 죠오 금형이다 이 구조는 커다란 접촉면적을 갖는 성형품을.

죠오에 의해 제거하여야 할 때 유용하다 죠오는 슬라이드가 경사면을 따라 움직여.

언더컷을 풀어주는 것과 유사하게 움직인다 죠오의 운동은 이젝터 로드 잡아채는. ,

기구 또는 유압실린더에 의해 수행된다 이런 형태의 금형은 외부 언더컷이 있는.

성형품 및 높은 하중에 견딜 수 있는 금형에 사용된다 에는 스트리퍼 플레. Fig. 2

이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형의 모습을 나타내었다, , .

스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형스트리퍼 플레이트 슬라이드 죠오 방식이 동시에 적용된 금형Fig. 2 , ,Fig. 2 , ,Fig. 2 , ,Fig. 2 , ,

나사빼기 금형은 고품질이고 플래시가 없는 나사부 성형에 사용된다 나사를 위한.

캐비티 부위는 금형이 열린 다음 회전시키게 된다 따라서 성형품은 비틀림에 견딜.

수 있어야 한다 캐비티 부위의 회전구조는 유압 공압 또는 금형을 여는 힘 에 의. ,

해 조절될 수 있다.

- 19 -

나사빼기 금형나사빼기 금형나사빼기 금형나사빼기 금형Fig. 3Fig. 3Fig. 3Fig. 3

에는 나사빼기 금형의 모습을 나타내었다 에는 단 금형의 모습을 나Fig. 3 . Fig. 4 3

타내었다 단 금형의 주요 특성은 파팅 라인이 두개라는 것이다 첫 번째 파팅 라. 3 .

인은 캐비티로부터 성형품을 이젝팅하기 위한 것이고 두 번째 파팅 라인은 러너 시

스템을 제거하기 위한 것이다.

단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창단금형과 사출성형품 플라스틱 탄창Fig. 4 3 ( )Fig. 4 3 ( )Fig. 4 3 ( )Fig. 4 3 ( )

가동 플레이트의 열림 작동으로 성형품과 러너는 성형품으로부터 자동적으로 제거

된다 이 때 성형품은 금형의 가동측 캐비티 내에 그대로 머물러 있어야 한다 중. , .

간 플레이트의 작동은 다른 방법에 의해 이루어진다 기본적으로 단 금형은 스프. 3

루를 자동적으로 잡아당기거나 또는 평평한 성형품에 대한 다단금형에 사용된다.

- 20 -

사출금형을 구분하는 또 다른 방법은 러너시스템에 의한 것이다 러너시스템은 핫.

러너 시스템 콜드 러너 시스템 절연채널 러너 시스템으로 구분된다 금형을 구분, , .

하는 또 다른 방법은 캐비티 수에 의한 방법이다 단 하나의 캐비티가 있을 경우.

단일 캐비티 금형이라 하고 하나 이상의 캐비티가 있을 경우에는 다수 캐비티 금형

이라 구분한다.

다 사출금형의 세부 설계 사항다 사출금형의 세부 설계 사항다 사출금형의 세부 설계 사항다 사출금형의 세부 설계 사항....

핫 러너핫 러너핫 러너핫 러너1)1)1)1)

핫 러너 방식은 러너나 차 노즐 핫 러너 노즐 을 히터로 가열하여 이것을 향상 일2 ( , )

정은 도로 제어하여 러너나 노즐 내의 용융재료를 사출성형기의 가열 실린더 내의

재료와 거의 동일한 상태로 유지하게 한 것이다 핫 러너 시스템은 일반 러너 시스.

템과 비교하여 많은 장점을 가지기 때문에 사출금형 제작에서 안정된 위치를 차지

하고 있다 러너 시스템의 설계 시 다음과 같은 점에 유의하여 설계 되어야 한다.

기본적으로 핫 러너는 차가운 금형과의 열 차단에 대한 문제가 있기 때문에 이에

대한 적절한 설계가 이루어져야 한다 다음으로 가장 짧은 통로로 최소의 열 압력. ,

손실로 수지를 캐비티에 신속하고 원활하게 운반할 수 있도록 설계되어야 한다 또.

한 수지는 모든 케이트에서 동일한 압력 온도하 에 동시에 충천될 수 있어야 하며,

최적 캐비티 충전과 보압 유지를 위해 단면을 작게 해야 하며 전체의 표면적은 가

급적 작게 해야 한다 또한 재질에 따라 러너의 크기가 다르기 때문에 러너의 설계.

시 수지에 따른 충분한 고려가 있어야 한다.

게이트게이트게이트게이트2)2)2)2)

게이트가 클수록 충전 거동은 유리하며 고속 성형이 가능하고 고품질의 성형품을

얻을 수 있다는 장점이 있지만 게이크 고화시간이 길어져 보압에 의한 역류가 발생

할 수 있다 케이트가 작을수록 잔류응력에 의한 변형 휨 게이트 부근의 수지 고. , ,

화시간에 유리하다 따라서 게이트 설계 시 게이트의 크기에 대한 충분한 고려가.

있어야 한다 게이트는 성형품의 가장 두꺼운 곳 유동이 두꺼운 곳에서 얇은 쪽으. ,

로 향하는 곳 동일한 유동거리를 가지는 곳에 설치한다 충전제가 포함될 경우 유, .

동 방향에 대해 인장 및 충격강도가 높아지는 위치에 설치해야 한다 웰드 라인이.

생기지 않는 곳이나 안 보이는 위치에 설치하며 가는 코어나 리브 핀이 설치된 인,

접한 위치는 가능한 피해야 한다 또한 수지 유동에 의해. , knit line, weld line,

가 생기지 않고 가스가 모이게 되는 위치는 피해야하며 게이트 부근은 보sink mark

압에 의해 잔률 응력이 발생되어 휨이나 충격에 매우 약하므로 휨 하중이나 충격

하중이 크게 작용하는 부분에는 게이트 설치를 피하는 것이 좋다.

- 21 -

언더컷언더컷언더컷언더컷3)3)3)3)

성형기에서 형체결 방향의 운전만으로 빼낼 수 없게 되어 있는 성형품의 오목한 부

분을 언더컷 이라고 한다 이 언더컷은 일반적으로 금형의 구조를 복잡(under cut) .

하게 하고 또 트러블의 발생 및 성형 사이클에 영향을 미치므로 성형품 설계 단계,

에서 가능한 한 언더컷을 피하는 것을 고려해야한다.

가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리가 언더컷의 처리))))

손이나 스트리퍼 플레이트를 이용하여 강제적으로 언더컷을 처리 할 수 있으며 이

러한 방법은 성형 수지의 탄성이 크거나 언더컷의 형상이 금형에서 빠지기 쉬운 형

상일 때 적용되며 금형구조상 성형품에 탄성변형을 시킬수 있는 공간이 확보되어

있어야 한다 에는 손이나 스트리퍼 플레이트를 이용한 강제적인 언더컷의. Fig. 5

처리 모습을 나타내었다.

강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용강제적인 언더컷의 처리 손과 스트리퍼 플레이트의 이용Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )Fig. 5 ( )

강제적인 처리 방법 이외에도 슬라이드 코어 와 이젝터 기구를 이용하여(slide core)

언더컷을 처리할 수 있다 슬라이드 코어에 의한 언더컷 처리는 가장 일반적인 방.

법으로 언더컷을 성형하는 부분을 캠기구 등을 이용하여 사출기 형체결 방향과 직

각 방향으로 후퇴 또는 전진시킴으로써 언더컷을 손상시키지 않고 빼내는 방법이

다 에는 슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리 방법을 나타내었다 슬라이. Fig. 6 .

드 코어를 이용한 언더컷의 처리는 다음 단락 나 슬라이드 코어 에서 자세히 다룰( ) )

것이다.

- 22 -

슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리슬라이드 코어를 이용한 언더컷의 처리Fig. 6Fig. 6Fig. 6Fig. 6

성형품의 내측에 언더컷이 있을 경우에는 이젝터 플레이트에 언더컷 처리기구를 설

치하여 언더컷을 처리할 수 있다 에는 이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리. Fig. 7

모습을 나타내었다.

이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리이젝터 기구를 이용한 언더컷의 처리Fig. 7Fig. 7Fig. 7Fig. 7

나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리나 슬라이드 코어에 의한 언더컷의 처리))))

슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법슬라이드 코어의 구동방법①①①①

앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법앵귤러 핀 에 의한 방법(angular pin)(angular pin)(angular pin)(angular pin)㉮㉮㉮㉮

앵귤러핀 또는 핑거핀 이라고 하는 경사핀에 의해 금형의(angular pin) (finger pin)

개폐 운동에 따라 슬라이드 코어를 전진 후퇴시키는 방법이다 는 원형봉 형, . Fig. 8

태의 앨귤러 핀을 나타내었고 사각봉 형태의 앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어유닛

의 구동 모습을 에 나타내었다Fig. 9 .

- 23 -

앵귤러 핀 원형봉앵귤러 핀 원형봉앵귤러 핀 원형봉앵귤러 핀 원형봉Fig. 8 ( )Fig. 8 ( )Fig. 8 ( )Fig. 8 ( ) 앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어유닛의 구동앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어유닛의 구동앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어유닛의 구동앵귤러 핀에 의한 슬라이드 코어유닛의 구동Fig. 9Fig. 9Fig. 9Fig. 9

앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법앵귤러 캠에 의한 방법㉯㉯㉯㉯

앵귤러 핀 대신에 앵귤러 캠을 형판에 고정하여 슬라이드 코어를 전진 후퇴시키는

방법이다 어느 정도 금형이 열린 후에 슬라이드 코어를 후퇴시킬 필요가 있을 경.

우에 주로 사용다 에는 앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동 모습을 개, Fig. 10

략적으로 나타내었다.

앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동앵귤러 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 10Fig. 10Fig. 10Fig. 10

판 캠에 의한 방법판 캠에 의한 방법판 캠에 의한 방법판 캠에 의한 방법㉰㉰㉰㉰

에 나타낸 것처럼 판 캠에 의해 슬라이드 코어를 작동시키는 방법이다 캠Fig. 11 .

의 형상을 변화시킴으로써 슬라이드 코어의 추회시기를 조정할 수 있다 도 처음에. ,

는 작은 경사각을 줌으로써 큰 힘을 얻을 수 있고 그 다음 큰 경사각을 주어 큰,

이동량을 얻을 수 있다.

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판 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동판 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동판 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동판 캠에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 11Fig. 11Fig. 11Fig. 11

스프링에 의한 방법스프링에 의한 방법스프링에 의한 방법스프링에 의한 방법㉱㉱㉱㉱

스프링의 인장력을 사용하여 슬라이드 코어를 후퇴시키는 방법이다 슬라이드 코어, .

의 인발력과 작동 거리를 크게 할 수 없기 때문에 소형에 한해 사용한다. Fig. 12

에는 스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동 모습을 나타내었다.

스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동스프링에 의한 슬라이드 코어의 구동Fig. 12Fig. 12Fig. 12Fig. 12

위의 방법들 이외에도 유압실린더 에어실린더 치차기구등을 이용하여 슬라이드 코, ,

어를 구동시킬 수 있다.

슬라이드 코어 구동기구의 구성부품 설계슬라이드 코어 구동기구의 구성부품 설계슬라이드 코어 구동기구의 구성부품 설계슬라이드 코어 구동기구의 구성부품 설계②②②②

앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계앵귤러 핀의 설계㉮㉮㉮㉮

에는 앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수를 나타내었다 이 때 스트로크Fig. 13 .

과 앵귤러 핀의 길이 은 아래의 식과 같다(stroke) M L .

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앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수앵귤러 핀과 슬라이드 코어의 관계치수Fig. 13Fig. 13Fig. 13Fig. 13

앵귤러 핀을 적용하는 데 있어서 주의해야 할 사항은 다음과 같다.

앵귤러 핀의 경사각도는 일반적으로 내외로 하고 최대 를 넘지 않도록 한10° 25°▸

다.

앵귤러 핀과 슬라이드 코어 구멍과의 사이에는 정도의 간격을 갖도록 해0.5㎜▸

야 한다.

슬라이드 코어의 높이가 가이드 부의 길이에 비해 높을 경우 슬라이드 코어가▸

닫힐 때 가이드부의 작동이 원활하지 못하다 이 경우는 슬라이드 코어의 앵귤러.

핀 조립부분의 높이를 낮게하여 가 이상 되도록 한다L/H 2 .

대형의 슬라이드 코어에 다수의 앵귤러 핀을 사용할 경우는 다수의 앵귤러 핀이▸

동시에 작동하도록 위치 경사각도 간격을 같게 해야 한다, , .

슬라이드 코어슬라이드 코어슬라이드 코어슬라이드 코어㉯㉯㉯㉯

슬라이드 코어의 재질은 일반적으로 로 하고 가이드부만 화염SM 50C - SM 55C

담금질을 하든지 또는 전체를 담금질하여 이상의 경도를 유지한다HRC40 . Fig. 14

에는 슬라이드코어 바디를 나타내었다.

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Fig. 14 Slide core bodyFig. 14 Slide core bodyFig. 14 Slide core bodyFig. 14 Slide core body

에는 슬라이드 코어 유닛을 나타내었다 슬라이드 코어에는 성형품부과 슬Fig. 15 .

라이드 코어 바디가 일체형인 형태와 바디에 성형품부 를 결합하는 형태 바insert ,

디에 가이드부가 없어 가이드 부를 별도로 붙이는 형태 등이 있다.

슬라이드 코어 유닛슬라이드 코어 유닛슬라이드 코어 유닛슬라이드 코어 유닛Fig. 15Fig. 15Fig. 15Fig. 15

성형품부 직접 가공성형품부 직접 가공성형품부 직접 가공성형품부 직접 가공ⓐⓐⓐⓐ

성형품부와 슬라이딩 분분이 일체이며 일반적으로 널리 쓰이고 있는 것이다 성형, .

품부가 그다지 복잡하지 않고 가공이 간단할 때에 쓰인다 에 개략적인 모. Fig. 16

습을 나타내었다.

슬라이드 바디와 성형품부가 일체인 형태슬라이드 바디와 성형품부가 일체인 형태슬라이드 바디와 성형품부가 일체인 형태슬라이드 바디와 성형품부가 일체인 형태Fig. 16Fig. 16Fig. 16Fig. 16

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성형품부성형품부성형품부성형품부 insertinsertinsertinsertⓑⓑⓑⓑ

성형품부가 다소 복잡하고 큰 것일 경우에 편리하다 이 경우 성형품부 장탈용으로.

장탈용 구멍을 만든다 에는 개략적인 모습을 나타내었다. Fig. 17 .

슬라이드 바디에 성형품부를 결합하는 형태슬라이드 바디에 성형품부를 결합하는 형태슬라이드 바디에 성형품부를 결합하는 형태슬라이드 바디에 성형품부를 결합하는 형태Fig i7Fig i7Fig i7Fig i7

가이드부를 별도로 붙인 형가이드부를 별도로 붙인 형가이드부를 별도로 붙인 형가이드부를 별도로 붙인 형ⓒⓒⓒⓒ

슬라이딩 부분에 담금질한 라이너를 붙여 슬라이딩 부품에 손상을 없앤다 라이너.

의 재료는 보통 를 사용하며 정도의 경도로 한다STS3 - STS5 HRC 53 - 55 . Fig.

에는 개략적인 모습을 나타내었다18 .

슬라이드 바디에 가이드부를 별도로 붙이는 형태슬라이드 바디에 가이드부를 별도로 붙이는 형태슬라이드 바디에 가이드부를 별도로 붙이는 형태슬라이드 바디에 가이드부를 별도로 붙이는 형태Fig. 18Fig. 18Fig. 18Fig. 18

슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편ⓓⓓⓓⓓ

재질은 일반적으로 를 사용하여 마모를 방지하기 위해 슬라이드 코어STC3 - STC5

와 경도차를 두고 정도의 경도로 한다 다양한 종류의 슬라이드 코어HRC52 - 56 .

의 가이드편을 에 나타내었다Fig. 19 .

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슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편슬라이드 코어의 가이드편Fig. 19Fig. 19Fig. 19Fig. 19

록킹블록록킹블록록킹블록록킹블록(Locking block)(Locking block)(Locking block)(Locking block)㉱㉱㉱㉱

록킹블록은 슬라이드 코어를 형체결력에 의해 밀어 붙여 슬라이드 코어의 위치를

결정하는 동시에 수지압력에 의해 슬라이드 코어가 후퇴하려고 하는 것을 방지한

다 록킹블록은 일반적으로 또는 로 제작되며 요. SM50C - SM55C STC3 - STC 5

구경도는 이다 록킹블록의 모습을 에 나타내었다HRC 52 - 56 . Fig. 20 .

록킹블록록킹블록록킹블록록킹블록Fig. 20 (Locking block)Fig. 20 (Locking block)Fig. 20 (Locking block)Fig. 20 (Locking block)

슬라이드 코어의 위치결정창치슬라이드 코어의 위치결정창치슬라이드 코어의 위치결정창치슬라이드 코어의 위치결정창치㉲㉲㉲㉲

금형이 열리면서 빠져나온 슬라이드 코어가 진동이나 기타 요인에 의해 위치가 변

화하여 금형이 닫힐 때 앵귤러 핀과 슬라이드 코어가 충돌하는 것을 방지하기 위한

것이다 위치 결정장치 와 작동모습을 에 나타내었다. (slide retainer) Fig. 21 .

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슬라이드 코어의 위치결정장치슬라이드 코어의 위치결정장치슬라이드 코어의 위치결정장치슬라이드 코어의 위치결정장치Fig. 21 (slide retainer)Fig. 21 (slide retainer)Fig. 21 (slide retainer)Fig. 21 (slide retainer)

라라라라. Collapsible core. Collapsible core. Collapsible core. Collapsible core

는 언더컷이 있는 제품을 사출성형 할 때 쓰이는 금형 이다Collapsible core part .

에 의한 언더컷 처리 방법은 사가 개발한 방법으로 의Collapsible core DME Fig. 22

과 같이 슬릿팅하여 의 세그먼트로 분할한다 세그먼트는 탄성으로 와, , .① ⓐ ⓑ ②

같이 항상 안쪽으로 수축하도록 되어 있는데 쪽이 와 같이 보다 안쪽으로 수, ⓑ ②

축한다 이 상태로 안쪽에서 코어 핀을 밀어 넣으면 는 를 확장하면서 원래의. ⓑ ⓐ

위치로 되돌아가서 의 상태로 된다 성형 후 코어 핀이 지점 아래로 내려오게. , P①

되면 세그먼트가 탄성으로 인해 다시 와 같이 오르라 들게 되어 성형품을 이형②

할 수 있게 된다.

에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리에 의한 언더컷 처리Fig. 22 Collapsible coreFig. 22 Collapsible coreFig. 22 Collapsible coreFig. 22 Collapsible core

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이 방법은 랙이라든가 기어를 필요로 하지 않으므로 구조가 매우 간단한 것이 특징

이다 에는 실제 들 나타내었다. Fig. 23 collapsible core .

Fig. 23 Collapsible coreFig. 23 Collapsible coreFig. 23 Collapsible coreFig. 23 Collapsible core

에는 다른 방식의 를 나타내었다 세그먼트는 플레이트Fig. 24 collapsible core . 2,

코어는 고정플레이트에 고정되어 있는 형태이다 성형 후 플레이트 이 구동하여. , 1

플레이트 을 밀면 세그먼트가 플레이트과 같이 이동하면서 가2, 3 collapsible core

오므라들게 된다 이 후 플레이트 이 고정플레이트에 접하게 되면 핀이 캠을 회전. , 1

시켜 이젝트 핀을 이용 성형품을 이형하는 방식이다 에는 이러한 방식의, . Fig. 25

사출성형에 사용되는 를 나타내었다collapsible core .

플레이트에플레이트에플레이트에플레이트에 고고고고정정정정되되되되는 에 의한 성형는 에 의한 성형는 에 의한 성형는 에 의한 성형Fig. 24 collapsible coreFig. 24 collapsible coreFig. 24 collapsible coreFig. 24 collapsible core

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Fig. 25 Collapsible coreFig. 25 Collapsible coreFig. 25 Collapsible coreFig. 25 Collapsible core

에는 와 가 결합된 금형의 도습을 나타내었Fig. 26 collapsible core collapsible core

다.

와 결합된 금형와 결합된 금형와 결합된 금형와 결합된 금형Fig. 26 Collapsible core collapsible coreFig. 26 Collapsible core collapsible coreFig. 26 Collapsible core collapsible coreFig. 26 Collapsible core collapsible core

에는 금형을 나타내었다Fig. 27 24 cavity collapsible core .

금형금형금형금형Fig. 27 24 caFig. 27 24 caFig. 27 24 caFig. 27 24 cavvvvity collapsible coreity collapsible coreity collapsible coreity collapsible core

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에는 플라스틱 캡의 제조에 이용되는 와 그 성형품을 나타Fig. 28 collapsible core

내었다.

와 사출성형품와 사출성형품와 사출성형품와 사출성형품Fig. 28 Collapsible coreFig. 28 Collapsible coreFig. 28 Collapsible coreFig. 28 Collapsible core

마마마마 사출금형의 소재사출금형의 소재사출금형의 소재사출금형의 소재....

금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항금형재료에 대한 일반적인 요구사항1)1)1)1)

플라스틱 사출성형 금형에 사용되는 재료는 그 종류가 상당히 많은데 금형 각부분

에 대해서 각각 필요한 기능에 따라 선택된다 금형재료로 가장 많이 사용되는 것.

은 물론 강재이지만 이 박에도 베릴륨 동 니켈 전주품 돔 사용되며 또 특히 대형, ( ) ,

인 금형에 있어서는 주강이 사용되는 일도 있다 그러나 어느 강재에 대해서도 공.

통적으로 요구되는 사항들은 다음과 같다.

기계 가공성 절삭성 및 연삭성 이 양호할 것( )▸

표면 마무리성이 양호하고 매끄럽고 아름다우 광택이 나는 표면을 용이하게 얻▸

을 것

조직이 균일하고 핀 홀 등고 같은 내부 결함이 없을 것 재료의 청정도가 높을(▸

것)

내마모성이 클 것▸

충분한 강도와 점성을 가질 것▸

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열처리가 용이하고 열처리에 의한 변형 치수 오차 이 적을 것( )▸

금형의 각 부분에 대해 금형 강재로서 필요한 사항2)

금형의 각 부분에 대해서 금형 강재로서 각가 필요한 사항을 들어보면 다음과 같다

가가가가 캐캐캐캐비비비비티티티티 및 코어 부분및 코어 부분및 코어 부분및 코어 부분))))

캐비티나 코어는 모두 금형으로서 가장 중요한 부분이므로 각각의 사용목적에 따라

양질의 금형재료가 사용된다 흠이나 핀 홀 이 물 등이 없으며 경도가 고른 표면을. ,

얻는 재료라야 함이 특히 중요하다 제품의 용도에 따라 금형 표면을 특히 매끄럽.

게 연마하여 일반적으로 경면 마무리로 하고자 하는 경우에는 청정도가 높고 연마

가공성이 좋은 강재가 사용된다 캐비티나 코어 표면은 성형 조작중에 흠이 생기기.

쉬우므로 표면 경도가 높은 재료가 요망된다 그러나 재료 단가나 가공 공수 등과.

같은 점에서 의 가계구조용 탄소강이 가장 많이 사용되고 있다KP1, KP4, KP4M .

최근에는 기계가공이 용이하게 되는 범위에서 어느 정도의 경도를 가진 프리하든

강 후술 도 많이 사용되기 시작하였다 또한 특별히 경도가 높아야 하는 경우나 슬( ) .

라이드 코어와 같이 마모되기 쉬운 부품에 있어서는 담금질 강이 사용된다.

나나나나 캐캐캐캐비비비비티티티티나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분나 코어를 유지하는 부분))))

캐비티나 코어를 유지하는 부푼 형판 은 강도와 강성이 필요한 부분으로서 사출압( )

력에 의해 휘어짐이 생기거나 변형되는 일이 없어야 한다 그리고 유리섬유 강화.

플라스틱을 성형하는 금형에 있어서는 내마모성도 중요하다 그러나 일반적으로는.

역시 전술한 가 가장 많이 사용되고 있다KP4 .

다 작동하는 부분다 작동하는 부분다 작동하는 부분다 작동하는 부분))))

가이드 핀이나 가이드부시 이젝터 핀 등 작동에 의해 상호 마찰하는 부분은 특별,

히 경도가 높고 흠이나 긁힘이 생기지 않는 재료이어야 한다 탄소공구강 재 이. (SK )

나 합금공구강 재 등의 고탄소강 외에 크롬 몰리브덴 강 재 과 같은 내마(SKS } - (SCM )

모성이 양호한 강인한 특수강이 사용된다 이 밖에 특히 강인성이 필요한 부품에는.

마레이징 강 도 사용된다(MASIC) .

- 34 -

사출성형재료사출성형재료사출성형재료사출성형재료2.2.2.2.

가 플라스틱소재가 플라스틱소재가 플라스틱소재가 플라스틱소재

플라스틱의 경제적인 중요성은 그것의 의관과 밀접한 관계들 가지고 있다 수지의.

기본 적인 특성은 다양한 용도의 활용성이다 플라스틱의 특성은 광범위하게 달라.

지며 다른 재료 그룹과는 딜리 수치의 혼합에 의한 특성은 아주 다양하다 플타스, .

틱의 기본적인 특성은 다음과 같다.

플라스틱은 경량이고 밀도는 범위이다 따라서 금속0.8 g/cm3 - 2.2 g/cm3 . ,■

세라믹 재료 보다 더 가볍다 아울러 기계적 강도가 결얄 재질 중에서는 높은 범위.

에 속한다.

플라스틱은 기계적인 성질의 폭이 넓다 인장강도 탄성계수의 값이 폭 넓으나. ,■

일부는 금속에 비해서는 낮다 한편 유리섬유 강화 플라스틱 은 종래의 정금속. (FRP)

인 알루미늄과 점차 경쟁적으로 사용되고 있다.

플라스틱은 가공이 아주 쉽다 가공온도는 이하로서 에너지 비용이 상대적. 400■ ℃

우로 낮고 더욱이 가공공정 자동화가 절되어 있어 생산 속도를 높일 수 있다 특히, (

사출성형 또 다른 기본적인 특징은 성형제품 설계가 자유롭다 즉 복잡한 형상의). .

제품이라도 비용과 시간을 요하는 차 공정을 거치기 않고 생산할 수 있다2 .

재료의 성질측면에서 플라스틱은 쉽게 개선할 수 있다 모든 첨가제가 효과를.■

발휘하는데 여기에는 강화제를 비롯하여 목분 광물성 재료 첨가제를 들 수 있다, .

강화제는 통상 유리섬유나 탄소섬유가 사용되고 기계적 성질 특히 탄성계수와 인장

강도를 향상시킨다 통상 색소를 혼합하면 플라스틱 부품의 추가적인 도장이 필요.

없다 플라스틱 재료에 가소제를 미리 혼합하면 성형품의 성형특성 및 기계적인 성.

질에 영향을 미친다 난연제는 가연성을 낮추기 위해 미리 혼합시키고 이는 특허. ,

전기분야에서 사용하는 플라스틱에는 특히 중요하다 안정제는 재료의 특수한 성질.

에 적합하게 혼합하며 대표적인 예는 안정제로서 플라스틱의 햇빛에 의한 변질UV

방지에 이용된다.

플라스틱은 열전도도와 전기전도도가 다른 재료에 비해 낮다 플라스틱의 전기.■

전도도는 금속의 이다 이것이 중요한 단열 재료로 플라스틱이 사용되는 이유이1/3 .

다 그러나 단점으로서는 성형 후 냉각시간이 길다는 것이다 이 재료는 또한 좋은. .

전기 절연체가 된다.

- 35 -

전기전도가 가능한 폴리머는 예를 들어 그을음 탄소분말 을 혼합하여 얻을 수 있다( ) .

종류에 따라 투명한 플라스틱이 있고 이들은 안경렌즈 투명유리 컴펙트디스코, , ,■

미래의 광디스크와 같은 용도에 이상적이다 투명유리에 비해 플타스틱은 광학특성.

과 인성이 우수하고 간단한 방법으로 생산해낼 수 있다.

플라스틱은 높은 내화학성을 가진다 금속에 비해 또 하나의 원자연결 구조를.■

가지고 있어 금속과 간이 쉽게 부석되지 않는다 여러 가지 화학물질에 대한 내식.

성을 가지는 이유 하나만으로도 상당한 시장을 점유하고 있다 대표적인 예로서 자.

동차 연료계통의 내식 플라스틱 제품 가전기구 식품표장 용기 화장품 용기 등이, , ,

있다.

플라스틱의 장 단플라스틱의 장 단플라스틱의 장 단플라스틱의 장 단점점점점Table 6Table 6Table 6Table 6 ㆍㆍㆍㆍ

플라스틱은 열적 성질에 의해 경확된 수지에 재차 가열하여도 유동상태로 되지 앓

고 고온으로 가열하면 분해되어 탄화되는 열경화성수지 와 열을 가하(Thermosets)

면 용융유동하여 가소성을 갖게 되고 냉각하연 고화하여 성형되는 것으로서 이와

같은 가열용융 냉각고화 공정의 반복이 가능한 열가소성수지 으로, (Thermoplastics)

분류할 수 있다 열적 성질에 의한 플라스틱 의 분류를 에 나타내었다. Fig. 29 .

- 36 -

열열열열적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류적 성질에 의한 플라스틱의 분류Fig. 29Fig. 29Fig. 29Fig. 29

플라스틱의 성질플라스틱의 성질플라스틱의 성질플라스틱의 성질Table 7Table 7Table 7Table 7

- 37 -

열경화열경화열경화열경화성과성과성과성과 열열열열가소성 수지 종류가소성 수지 종류가소성 수지 종류가소성 수지 종류Table 8Table 8Table 8Table 8

사출성형용 플라스틱은 그 용도에 따라 소재가 다르다 아래에는 용도에 따라 자주.

사용되는 플라스틱 소재를 기술하였다.

투명투명투명투명성성성성을 필을 필을 필을 필요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도■■■■

범용 플라스틱에는 일반용 폴리스티렌이 많이 사용된다 이 수지는 투명성은 좋.▸

으나 광선 투과율이 낮고 크레이징 을 일으키기 쉽다(crazing) .

아크릴은 광선 투과율이 이상이고 내후성이 좋고 황색변화의 염려가 없90% , ,▸

다 따라서 이 수지가 고급 장식품 명판 류 고급 잡화에 많이 쓰여 진다 그러나. , , .

이 플라스틱은 잘 깨지는 결점을 가지고 있다.

이 결점을 보환하고 투명성도 있는 플라스틱에는 투명 염화비닐수지ABS, (PVC)▸

폴리카보네이트 등이 있다 이들 중에 어느 플라스틱을 선택할 것인가는 내, (PC) .

충격성의 크기 및 제품의 요구 특성에 따라 정해지나 내 충격성이라고 하는 견지,

에서 말하면 폴리카보네이트가 좋다 그러나 이 수지는 용융상태에서 유동성이 좋.

지 못하므로 고압이 필요하고 성형성도 일반적으로 좋지 못하다 또한 가격이 높, . ,

다는 결점도 갖고 있다.

내내내내충충충충격성격성격성격성을 필을 필을 필을 필요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도■■■■

내 충격성 가 있다 들 내 충격용으로 선정하는 경우에는 그 충격치를ABS . ABS▸

규정할 필요가 있다 는 품종에 따라 충격치가 다르므로 주의해야 한다. ABS .

이의의 수지로 내 충격에 사용되는 수지는 폴리카보네이트 및 아세탈 또는ABS▸

나일론이 추천된다.

- 38 -

충격에 가장 강한 것은 폴리카보네이트이다 또 나일론 은 흡습성이 있어 평. , 6, 66

균 흡수량을 가질 때 충격에 상당히 강하나 너무 건조시켜 흡수율이 떨어지면 취, ,

약하게 된다.

내내내내열열열열성성성성을 필을 필을 필을 필요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도요로 하는 용도■■■■

범용 플라스틱 중에서 내열성이 가장 높은 것은 폴리프로필렌으로, 120 ~ 13▸

에 견딘다0 .℃

내열성은 그 용도에 따라 필요의 한도가 다르나 혹은 그 정도의 분야에, 100℃▸

는 내열성 를 사용하고 이것보다 높은 정도에는 폴리카보ABS , 120 ~ 130 PPO,℃

네이트가 쓰여진다 더욱 높은 온도에서 사용될 경우에는. PBT, PPS, PA6, PA66,

폴리썰폰등이 사용된다.

내열성의 열가소성 플라스틱에 글라스 섬유를 혼입한 는 기본20 ~ 30% FRTP▸

플라스틱 보다 강성이 높게 되고 이 때문에 당연히 열변헝 온도가 상승한다 따라, .

서 하중이 걸리는 경우에는 이런 종류의 의 채용을 검토해야 한다FRTP .

(FRTP : Fiber Reinforced Thermo Plastic, GRTP : Glass Fiber Reinforced

Thermo Plastic, FRP : Fiber Reinforced Plastic)

치수정동의 용도치수정동의 용도치수정동의 용도치수정동의 용도■■■■

성형 수축률이 큰 결정성 플라스틱은 비 결정성 플라스틱에 비해 정밀한 정도의▸

성형품을 나타낸다 금속 재료에 비해 강성이 부족한 점도 결점의 하나로 하중이.

걸린 경우가 그 변화가 크다.

마찰 마모마찰 마모마찰 마모마찰 마모에 대한 용도에 대한 용도에 대한 용도에 대한 용도,,,,■■■■

아세탈 이나 나일론 을 들 수 있다(POM) (PA) .▸

기어라든가 캠 베어링을 일체로 한 부품에는 등이 사용되나 이, POM, PA, PBT ,▸

것들은 모두 결정성 플라스틱이기 때문에 성형 수축율이 크고 정도를 요하는 부품,

을 제조하는 일은 어렵게 된다 이런 수지들이 마찰에 좋은 것은 적은 마찰계수를. ,

갖고 있으면서 자기 윤활성을 갖기 때문이다, .

따라서 사용중에 별도의 주유를 하지 않아도 계속적으로 사용이 가능하게 된다.▸

난난난난연성의 용도연성의 용도연성의 용도연성의 용도■■■■

열 가소성 수지 중에서 그대로 불연성인 것은 불소수지 이외에는 없다.▸

플라스틱 중에 난연성을 부여한 것을 난연 그레이드라고 하며 이 수지는 성형,▸

에 상당히 조심해야 한다 성형 중에 가스의 발생이 많고 이 가스가 금형이나 기계.

에 녹슬게 한다.

- 39 -

일반적으로 수지 계열은 범용 플라스틱으로 나눌 수 있다, engineering, specialty .

표 에는 가지 분류에 따른 수지의 종류를 나타내었다 이 중 물리적 강성 및 인3 . ,

성과 경량화가 결합되어 가혹한 주변 환경 하중 장기적인 시간의 지속 높은 사용( , ,

온도 화학물질에 노출된 환경 하에서 제품 디자인 및 성형 기술에 의한 예견된 사, ) ,

용자가 원하는 물성을 발현시킨 플라스틱 있는데 이를 엔지니어링 플라스틱이라 한

다.

수지계수지계수지계수지계열열열열Table 9Table 9Table 9Table 9

대 범용 엔지니어링 플라스틱과 특성대 범용 엔지니어링 플라스틱과 특성대 범용 엔지니어링 플라스틱과 특성대 범용 엔지니어링 플라스틱과 특성Table 10 5Table 10 5Table 10 5Table 10 5

- 40 -

그리고 이러한 대 범용 엔지니어링 플라스틱은 각기 다른 사출성형조건을 가지는5

데 각각의 수지에 대한 사출성형조건을 에 나타내었다Table 11 .

재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건재료별 사출성형조건Table 11Table 11Table 11Table 11

베어링용 플라스틱 케이지 성형에 사용되는 수지는 엔지니어링 플라스틱에 속하는

제품군의 제품번호 계열의 수지이다 에는PA(PA66 : BASF A3HG5) . Table 12 PA

수지의 대표적 물성을 나타내었다.

계계계계열열열열의 대표적의 대표적의 대표적의 대표적 물물물물성성성성Table 12Table 12Table 12Table 12 PAPAPAPA

- 41 -

이 중에서 과 은 상온에서의 기계적 물성이 우수한 소재로 아래와 같은PA6 PA66

특징을 가진다.

마찰 마모 특성이 우수ㆍ▸

내유성 가솔린 에테르 케톤 이 우수( , , )▸

자기 윤활성 자기 소화성/▸

유리 섬유에 의한 복합 효과가 큼▸

가스 투과성이 적음▸

방향족 대비 뛰어난 내열성 내약품성 저흡습성 자동차 부품 표면설치: PA , , ,→▸

부품

과 은 고온강성과 내열성 등으로 인해 주로 자동차 부품에 많이 사용되고PA6 PA66

있다 에는 이 사용되는 부품들을 정리하였다. Table 13 PA6, PA66 .

의 주요 용도의 주요 용도의 주요 용도의 주요 용도Table 13 FTable 13 FTable 13 FTable 13 FAAAA6,6,6,6, PAPAPAPA66666666

- 42 -

그러나 계열은 흡습성이 크며 내산성이 낮다 흡습성이 큼으로 인해 그에 따라PA .

치수 변화가 발생하며 절연성이 감소하게 된다 또한 계열은 응력하에서 가열하. PA

면 변형되기 쉽고 수분 흡수에 따라 물성치 변화가 크다는 단점이 있다 계열의. PA

수분 흡습이 물성에 미치는 영향을 에 나타내었다Table 14 .

수분수분수분수분 흡습흡습흡습흡습이 계이 계이 계이 계열열열열의의의의 물물물물성에성에성에성에 미미미미치는 영향치는 영향치는 영향치는 영향Table 14Table 14Table 14Table 14 PAPAPAPA

에는 계열의 구조와 중합을 나타내었다 계열은 폴리아마이드의Fig. 30 PA66 . PA66

특징적인 아마이드기 를 분자쇄에 가지고 있으며 헥사메틸렌다아민과 아디핀(NHCO)

산을 이용하여 만들어진다.

계계계계열열열열의 구조와 중합의 구조와 중합의 구조와 중합의 구조와 중합Fig. 30Fig. 30Fig. 30Fig. 30 PAPAPAPA66666666

- 43 -

계열은 다음과 같은 특징을 보인다PA66 .

기계적 강도 및 내열성이 우수 최대상기사용 온도가 까지 제공, 80 ~ 140■ ℃

내약품성 내마모성이 우수하고 성형성 좋으며 유기용제에 강한 특성,■

강화가 용이하며 다양한 충전 제품이 있음Fiber GF■

자기소화성이 있으며 수분흡수율이 높음,■

본 부품 소재 종합기술지원사업에 이용된 수지는 제품군의 제품이BASF A3HG5ㆍ

다 이 제품의 특징은 가 함유된 제품으로 고강성 내열성이. 25% GF(Glass Fiber) ,

요구되는 자동차 전기 부품에 주로 사용되는 수지이다 에는 가 함유된, . Fig. 31 GF

계열의 적용사례를 나타내었으며 에는 수지의 물성을 나타PA66 Table 15 A3HG5

내었다.

가가가가 함함함함유된 계유된 계유된 계유된 계열열열열의 적용 사의 적용 사의 적용 사의 적용 사례례례례Fig. 31Fig. 31Fig. 31Fig. 31 GGGGF(F(F(F(GGGGlass Fiber)lass Fiber)lass Fiber)lass Fiber) PAPAPAPA66666666

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수지정보 제품수지정보 제품수지정보 제품수지정보 제품Table 15 (Table 15 (Table 15 (Table 15 (PAPAPAPA66666666-G-G-G-GF25 : BF25 : BF25 : BF25 : BAAAASFSFSFSF AAAA3333HGHGHGHG5)5)5)5)

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제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작제 절 및 설계 제작2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /2 Collapsible core insert core /

개발 대상 제품개발 대상 제품개발 대상 제품개발 대상 제품1.1.1.1.

개발하기 위한 제품은 자동차용 베어링 케이지로 볼 베어링 케이지와 니들 베어링

케이지 가지 형태의 제품을 대상으로 금형 성형 기술을 개발하고자 하였다 또한2 / .

개발한 기술을 이용하여 유사한 다른 제품 생산에도 활용할 수 있게 지원하고자 하

였다.

베어링 케이지 성형품은 볼 또는 롤러 베어링이 조립된 상태에서 축과 실린더 사이

에서 원활하게 회전하여야 하며 축과 실린더에 접촉하지 않아야 한다 이러한 베어.

링 케이지 제품은 사용 용도에 따라 그 형상이 매우 다양하며 그러한 모든 베어링

케이지 중 대표적인 니들 베어링 케이지와 볼 베어링 케이지에 대한 금형 성형 기/

술을 개발하기 위해 대상 제폼을 선정하였으며 아래에 가지 개발 대상품의 제품2

도와 모델을 나타내었다3D .

니들 베어링 케이지 제품도와니들 베어링 케이지 제품도와니들 베어링 케이지 제품도와니들 베어링 케이지 제품도와 모델모델모델모델Fig. 32 (R3062) 3Fig. 32 (R3062) 3Fig. 32 (R3062) 3Fig. 32 (R3062) 3DDDD

볼 베어링 케이지 제품도와볼 베어링 케이지 제품도와볼 베어링 케이지 제품도와볼 베어링 케이지 제품도와 모델모델모델모델Fig. 33 (B3062) 3Fig. 33 (B3062) 3Fig. 33 (B3062) 3Fig. 33 (B3062) 3DDDD

- 46 -

작동 메작동 메작동 메작동 메커커커커니즘 설계니즘 설계니즘 설계니즘 설계2. Collapsible core2. Collapsible core2. Collapsible core2. Collapsible core

개발 대상 제품 중에서 니들 베어링 케이지 제품의 경우 제품 형성에 방사형으로

언더컷이 존재하기 때문에 방사 형해로 여러 개의 가 플라스틱 제품이slide core

사출 성형되도록 동시에 조합되었다가 이젝트 되기 전에 동시에 확장 구동될 수 있

는 운동 메커니즘이 요구된다 이러한 메커니즘을 가지는 구조를. core collapsible

라고 한다 이러한 메커니즘을 구현하기 위해서는 앞 장에 설명한 여러 가지core .

구동 방식 중에서 여러 개의 들이 동시에 정밀하slide core collapsible split core

게 구동할 수 있게 하기 위해서는 앵귤러 판 에 의한 구동 방식을 사(angular plate)

용하는 것이 가장 구동 정밀도를 확보할 수 있을 것으로 판단하여 채택 설계하였

다 에는 니들 베어링 케이지 금형의 부를 나타내었다 니. Fig. 34 (R3062) slide core .

들 베어링 케이지 금형의 슬라이드 코어는 총 개의 쪽 포 이루어져(R3062) 10 core

있다 부는 제품을 성형하는 를 이동시키는 앵귤. Slide core slide core slide core，

러 판 개개의 쪽 의 이동방향을 결정해주는 와 성형 후 성, core slide core guide ，

형품을 이젝팅하는 이젝트 핀 등으로 이루어져 있다 의 이동 거리를 고. Slide core

려하여 앵귤러 플레이트의 직선 운동 거리와 경사면의 각을 결정하였다.

슬라이드 코어부의 개슬라이드 코어부의 개슬라이드 코어부의 개슬라이드 코어부의 개략략략략적인 구조 니들 베어링 케이지 금형적인 구조 니들 베어링 케이지 금형적인 구조 니들 베어링 케이지 금형적인 구조 니들 베어링 케이지 금형Fig. 34 ( (R3062) )Fig. 34 ( (R3062) )Fig. 34 ( (R3062) )Fig. 34 ( (R3062) )

에는 사출성형 후 이젝팅 단계까지의 모습을 나타내었다 성형 후Fig. 35 , . , slide

상부의 플레이트 가 이동하게 되고 다음으로는 플레이트 가 상승하여 앵core ( )① ②

귤러 플레이트를 밀어주는 가 벌어지게 진다 마지막으로 이젝트 플레이slide core .

트 이 상승하면서 이젝트 핀에 의해 제품을 취출하게 된다.③

- 47 -

성형성형성형성형 후후후후 이젝이젝이젝이젝팅팅팅팅 과정과정과정과정Fig. 35Fig. 35Fig. 35Fig. 35

에는 의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타내었다 차원 도Fig. 36 collapsible core . 2

면에서 알 수 있듯이 앵귤러 플레이트는 수직으로 총 의 거리를 이동하게 된13㎜

다 플레이트 가 위로 이동한 후 다음 단계에서 앵귤러 플레이트 가 수직으로. , ( )ⓐ ⓑ

상승함에 따라 각각의 쪽 가 를 따라13 core( ) slide core guide( ) 7.505㎜ ⓓ ⓒ ㎜

만큼 바깥쪽으로 벌어지게 된다 마지막으로 이젝트 핀 이 수직으로 상승하면서. ( )ⓔ

성형품을 밀어 취출하게 된다.

- 48 -

의 작동 메의 작동 메의 작동 메의 작동 메커커커커니즘니즘니즘니즘Fig. 36 Collapsible coreFig. 36 Collapsible coreFig. 36 Collapsible coreFig. 36 Collapsible core

- 49 -

및 설계 및 제작및 설계 및 제작및 설계 및 제작및 설계 및 제작3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core3. Collapsible core Insert core

가 부 설계가 부 설계가 부 설계가 부 설계. core. core. core. core

니들 베어링 케이지의 는 설계된 작동 메커니즘을 고려하여 다음Collapsible core

그림과 같이 코어 부 설계를 하였다 그리고 볼 베어링 케이지의 경우에는. insert

으로 설계한 도면을 에 나타내었다 니들 베어링 케이지 금형의core type Fig. 37 .

코어부의 설계는 의 구동 정밀도를 고려하여 단일 케비티로 설계하collapsible core

였고 로 설계한 볼 베어링 케이지의 경우에는 생산성을 고려하여, insert core 4

금형으로 설계하였다cavity .

코어부 설계 도면코어부 설계 도면코어부 설계 도면코어부 설계 도면Fig. 37Fig. 37Fig. 37Fig. 37

나 방전 특성 분석나 방전 특성 분석나 방전 특성 분석나 방전 특성 분석....

은 형상 가공 공정에 관련된 사진이다 그림과 갈이 성형연삭과 와이Fig. 38 core .

어방전 가공을 거친 후 방전 가공으로 최종 모서리부의 가공을 수행하여 최종 core

를 완성한다 이러한 가공 공정 중에서 요구되는 금형의 표면 조도에 따른 방전 가.

공의 조간을 획득하는 데는 현장에서 경험 있는 기술자에 따라 달라진다.

- 50 -

코어 가공 공정 개코어 가공 공정 개코어 가공 공정 개코어 가공 공정 개략략략략도도도도Fig. 38Fig. 38Fig. 38Fig. 38

이러한 가공 조건 획득에 소요되는 시간을 단축하기 위한 방전 특성 분석 데이터가

요구되어 다음과 같이 방전 조건에 다른 방전 시험을 수행하였다.

방전가공은 특정한 형상으로 제작된 공구전극을 이용하여 절연액 중에서 공작물에

공구전극의 형상을 그대로 전사하는 가공이며 일반적으로 금형제작에 많이 사용된

다 방전가공에 의하여 임의의 형상을 가지는 공구전극이 공작물에 전사될 경우 마. ,

무리가공과 같이 가공간극이 좁은 조건이나 전극면적이 큰 대면적 가공에서는 방전

가공의 전면적에서 균일한 방전 현상을 유지하는 것이 곤란해진다 즉 공구전극이. ,

공작물 방향으로 깊이 진행하면 가공부산 물이나 또 다튼 생성물의 배출이 가공간

극에서 용이하지 않다는 점이다 이로 인하여 가공속도를 떨어뜨리고 방전집중과.

이상방전을 야기 시켜서 가공물의 표면 상태를 악화시키고 가공을 계속적으로 진,

행하는 것이 어려워지게 하는 현상이 발생된다 따라서 가공간극에 잔류하는 가공.

부산물의 배출을 용이하게 하기 위한 수단으로 보통 전극에 칩의 배출구를 형성하

여 가공액을 분출 흡입하는 방법이 사용되고 있다 그러나 전극에 구멍을 가공할.

수 없을 경우에는 가공간극에 가공액을 균일하게 공급하는 것이 쉽지 않다 따라서.

전극의 주기적인 점프동작에 따른 펌프작용을 이용하여 가공부산물을 배출함으로써

안정적인 가공 상태를 유지시키는 방법이 현재 대부분의 형조 방전가공에 채용되고

있다 이와 같이 가공 중에 발생하는 여러 문제점들과 긴 가공시간에도 불구하고.

현상을 전사하는 다른 가공방법에 비하여 복잡한 형상과 기계적으로 가공하기 어려

운 재료에 대해서도 형상정밀도가 우수한 점이 금형 제작법으로 방전가공법이 활발

하게 사용되는 이유이다.

방전 특성 분석에 사용된 방전 전극은 일반적으로 많이 사용되고 있는 전극 재료인

를 사용하여 사각 평면 형상의 전극 형태로 동일한 단면적 방전 조건 목표copper (

표면 조도 셋팅 을 변화시켜 가공을 수행하였고 조건에 따른 방전 가공 후의 성형) ,

부의 표면 조도를 측정하였다.

- 51 -

이러한 시험 결과는 지원업체에서 방전 가공 시에 활용할 수 있도록 결과 데이터

자료를 제공하였다 에는 가지 가공 조건을 나타내었고 각각의 임펄스에. Table 16 5

대한 변수들을 정리하여 부록 에 첨부하였다1 .

방전조건방전조건방전조건방전조건Table 16Table 16Table 16Table 16

- 52 -

방전 조건에 따른 표면 거칠기 측정을 위하여 의 장비를 이용하였다Fig. 39 .

표면 거칠기 측정 장비표면 거칠기 측정 장비표면 거칠기 측정 장비표면 거칠기 측정 장비Fig. 39 (Fig. 39 (Fig. 39 (Fig. 39 (VVVVeeco,eeco,eeco,eeco, NNNNT1000)T1000)T1000)T1000)

측정 장비는 비접촉식 측정장비로 장비에 대한 세부사항을 아래의 표에 나타내었

다.

- 53 -

방전 가공 조건에 따른 표면 거칠기 측정을 위해 가공된 측정 시료와 측정 모습을

각각 과 에 나타내었다Fig. 40 41 .

표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정을을을을 위한 사료위한 사료위한 사료위한 사료Fig. 40Fig. 40Fig. 40Fig. 40

표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정표면 거칠기 측정 모습모습모습모습Fig. 41Fig. 41Fig. 41Fig. 41

측정된 표면조도는 중심선 평균 거칠기 와 최대높이 에 대해 산출하였으며 다Ra Rt ,

음과 같이 정의하였다 방전 조건별 표면조도 측정 결과를 에 나타내었다. Table 17 .

- 54 -

방전 조건별 표면 조도 측정 결과방전 조건별 표면 조도 측정 결과방전 조건별 표면 조도 측정 결과방전 조건별 표면 조도 측정 결과Table 17Table 17Table 17Table 17

에는 차원 측정으로부터 얻은 표면형상과 차원 형상에 대해 나타내었다Fig. 42 3 3 .

방전 가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전 가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전 가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전 가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과Fig. 42 (RaFig. 42 (RaFig. 42 (RaFig. 42 (Ra====0.22, 0.56)0.22, 0.56)0.22, 0.56)0.22, 0.56)

- 55 -

방전가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과방전가공 조건에 따른 표면 조도 측정 결과Fig. 42 (RaFig. 42 (RaFig. 42 (RaFig. 42 (Ra====1.0, 1.59, 2.24)1.0, 1.59, 2.24)1.0, 1.59, 2.24)1.0, 1.59, 2.24)

- 56 -

조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형조립정밀도 측정 케이지 금형3. Collapsible core (R3062 )3. Collapsible core (R3062 )3. Collapsible core (R3062 )3. Collapsible core (R3062 )

는 여러 개의 쪽 가 조합되어 하나의 성형품 형상을 얻어야Collapsible core core

하기 때문에 금형 조립 상태에서의 정밀도가 중요한 금형 기술의 요소이다 이러한.

조립정밀도를 확보하기 위해서는 낱개의 의 형상 정밀도 확보 및 형상slide core

균일도가 요구되며 조립 후 여러 개의 형상 누적 공차를 관리함으로써 최종core

제품 형상에 정밀도를 높이고 불량률을 낮출 수 있다 이를 위해 각각의 쪽 에. core

대한 형상 정밀도와 개의 가 조합된 상태에서의 조립 정밀도 측정은 하였다10 core .

에는 형상 정밀도 측정에 이용된 쪽 의 모습을 나타내었다Fig. 43 core .

형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정을을을을 위위위위환 쪽환 쪽환 쪽환 쪽Fig. 43 core(SaFig. 43 core(SaFig. 43 core(SaFig. 43 core(Sammmmple7)ple7)ple7)ple7)

에는 쪽 의 형상 정밀도와 조합된 의 조립 정밀도 측정에 이용한Fig. 44 core core

측정 장비를 나타내었다.

차차차차원 측정기원 측정기원 측정기원 측정기Fig. 44 3 (Fig. 44 3 (Fig. 44 3 (Fig. 44 3 (JJJJinyounginyounginyounginyoung PPPPrecision Co.,recision Co.,recision Co.,recision Co., HAWKHAWKHAWKHAWK 1086CB)1086CB)1086CB)1086CB)

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측정 장비에 대한 세부 사항을 아래의 표에 나타내었다.

가가가가 쪽쪽쪽쪽 형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정형상 정밀도 측정. core. core. core. core

쪽 의 형상 정밀도는 의 조립정밀도를 높이기 위해 기본적으로core collapsible core

확보 되어야하는 부분이다 일정 규격의 롤러가 개의 사이에 위치하여. 10 column

구동하기 때문에 특히 쪽 의 높이 정밀도에 대한 고려가 필요하다 개개의 쪽core .

의 형상 정밀도 및 형상 균일도가 확보되지 못한다면 의 길이나 두께core column ,

위치 등이 변화하여 정해진 규격의 플라스틱 케이지 생산이 어렵다 에는. Fig. 45

정밀도 측정부와 쪽 의 샘플 번호를 나타내었다 그림에서와 같이 쪽 의core . core

형상 정밀도 측정을 위하여 쪽 의 높이 과 를 측정하였다 의core H1 H2 . Slide core

설계 시 쪽 의 높이 과 는 각각의 설계 값을 이고 측정 결과, core H1 H2 20 , 36㎜ ㎜

형상 정밀도는 의 오차범위 이내로 정밀하게 가공되었다0.01 .㎜

- 58 -

쪽쪽쪽쪽 형상 정밀도 측정부와형상 정밀도 측정부와형상 정밀도 측정부와형상 정밀도 측정부와 샘샘샘샘플플플플 번번번번호호호호Fig. 45 coreFig. 45 coreFig. 45 coreFig. 45 core

에는 형상 정밀도 측정 결과를 나타내었다 높이 의 최대 오차가Table 18 . H1

이었다 높이 의 최대 오차는 이었다0.0081 . H2 0.0164 .㎜ ㎜

쪽쪽쪽쪽 형상 정형상 정형상 정형상 정필필필필도 측정 결과도 측정 결과도 측정 결과도 측정 결과Table 18 coreTable 18 coreTable 18 coreTable 18 core

- 59 -

나 조립 정밀도를 측정나 조립 정밀도를 측정나 조립 정밀도를 측정나 조립 정밀도를 측정. Collapsible core. Collapsible core. Collapsible core. Collapsible core

는 성형 시 여러 개의 쪽 가 조합되어 하나의 성형품 형태를Collapsible core , core

만들기 때문에 조립 상태에서의 정밀도가 보다 정밀한 를 생산하기 위한 금형cage

기술 요소라 할 수 있다 특히 본 기술지원사업의 대상인 플라스틱 케이지는 자동. ,

차의 회전축에 사용되는 베어링을 위한 제품이다 때문에 여러 개의 쪽 가 조. core

합되어 만들어지는 원의 진원도가 얼마나 정밀한가를 측정하는 것이 주요한 조립

정밀도를 평가할 수 있는 주요 라 할 수 있다 또한 조합된factor . collapsible core

의 평면도도 쪽 의 인서트부의 위치 정밀도를 나타낼 수 있는 주요 라core foctor

할 수 있다 따라서 본 지원사업에서는 의 조립 정밀도 평가를 위. collapsible core

하여 조합된 상태에서 의 진원도와 평면도를 측정하였으며 진원도collapsible core

와 평면도를 측정한 위치를 에 나타내었다 에는 조립정밀도 측정Fig. 46 . Fig. 47

모습을 나타내었다.

조립 정밀도 측정부조립 정밀도 측정부조립 정밀도 측정부조립 정밀도 측정부Fig. 46Fig. 46Fig. 46Fig. 46

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조립 정밀도 측정조립 정밀도 측정조립 정밀도 측정조립 정밀도 측정 모습모습모습모습Fig. 47Fig. 47Fig. 47Fig. 47

아래의 에는 조립정밀도 측정 결과를 나타내었다 실제 금형에 슬라이드Table 19 .

코어가 설치된 상태에서 조립 정밀도를 측정해야 하지만 측정 장치에 금형이 닫힌

상태에서 측정하는 것이 불가능하여 와 상부 플레이트의 일부 경사부 를slide core ( )

이용하여 과 같이 조립 정밀도를 측정하였기 때문에 진원도나 평면도 측정Fig. 47

결과가 조립정밀도를 평가하기에는 부족하였다고 판단된다 하지만 지원업체의 최.

종 제품 형상 측정 결과 부록 목표치를 만족하는 결과를 얻었기 때문에 쪽( 4) core

의 정밀도 오차 최대 에 의해 조립 정밀도의 목차를 만족하였다고 판단할( 0.008 )㎜

수 있다.

정밀도 측정결과정밀도 측정결과정밀도 측정결과정밀도 측정결과Table 19 Collapsible coreTable 19 Collapsible coreTable 19 Collapsible coreTable 19 Collapsible core

- 61 -

제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형제 절 베어링 플라스틱 케이지 시금형 및 사출 성형3333

시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작시금형 설계 및 제작1.1.1.1.

가 니들 베어링 케이지 금형가 니들 베어링 케이지 금형가 니들 베어링 케이지 금형가 니들 베어링 케이지 금형....

베어링 케이지 금형의 시성형을 위해 금형 설계를 수행하였다 는. Fig. 48

를 적용한 니들 베어링 케이지 금형 시스템의 설계 도면이다Collapsible core .

니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스템템템템 설계 도면설계 도면설계 도면설계 도면Fig. 48 (R3062/12)Fig. 48 (R3062/12)Fig. 48 (R3062/12)Fig. 48 (R3062/12)

- 62 -

설계된 도면에 의해 제작된 시 제작된 금형을 아래의 에 보여주고 있다 이Fig. 49 .

금형은 지원입체에서 수정을 통해 양산에 적용하였다.

제작된 니들 베어링 케이지 금형제작된 니들 베어링 케이지 금형제작된 니들 베어링 케이지 금형제작된 니들 베어링 케이지 금형Fig. 49 (R3062)Fig. 49 (R3062)Fig. 49 (R3062)Fig. 49 (R3062)

또한 아래 에서 보여주는 금형은 지원 업체에서 개발 대상 니들 베어링 케Fig. 50

이지 금형의 기술을 적용하여 양산하고 있는 니들 베어링 케이지collapsible core

제품번호 금형을 보여주며 이 금형은 부의( : k374227PCSP) collapsible core

의 수가 개이다slide split core 27 .

기술 적용기술 적용기술 적용기술 적용 양양양양산 금형산 금형산 금형산 금형 모델명모델명모델명모델명Fig. 50 Collapsible core ( :Fig. 50 Collapsible core ( :Fig. 50 Collapsible core ( :Fig. 50 Collapsible core ( : KKKK374227374227374227374227PPPPCSCSCSCSPPPP))))

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나 볼 베어링 케이지 금형나 볼 베어링 케이지 금형나 볼 베어링 케이지 금형나 볼 베어링 케이지 금형....

아래의 금형 시스템 설계 도면은 볼 베어링 케이지에 대한 도면이며 이 제품의 양

산을 위해 의 금형을 설계하였으며 초기 성형 조건을 위한 시성형 금형으4 cavity

로 에서 보는 바와 같이 금형을 먼저 제작하여 시성형을 지원업체Fig. 51 1 cavity

에서 수행하였고 수행 후 확정을 위해 성형 해석 지원을 통한 사출 성형, 4 cavity

조건을 제시하게 되었으며 설계된 도면을 바탕으로 와 같이 시금형을 제작, Fig. 52

하였다.

니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스니들 베어링 케이지 금형 시스템템템템 설계 도면설계 도면설계 도면설계 도면Fig. 51 (B3062)Fig. 51 (B3062)Fig. 51 (B3062)Fig. 51 (B3062)

양양양양산 금형산 금형산 금형산 금형을을을을 위한 시금형 제작위한 시금형 제작위한 시금형 제작위한 시금형 제작Fig. 52 4 caFig. 52 4 caFig. 52 4 caFig. 52 4 cavvvvity (B3062)ity (B3062)ity (B3062)ity (B3062)

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양양양양산 적용된 볼 베어링 케이지용 금형산 적용된 볼 베어링 케이지용 금형산 적용된 볼 베어링 케이지용 금형산 적용된 볼 베어링 케이지용 금형Fig. 53 4 caFig. 53 4 caFig. 53 4 caFig. 53 4 cavvvvityityityity

다음의 와 는 지원 업체에서 양산되고 있는 다른 모델의 볼 베어링Fig. 54 Fig. 55

케이지 금형을 보여주고 있다.

볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품번번번번호 금형호 금형호 금형호 금형Fig. 54 ( : BR2035)Fig. 54 ( : BR2035)Fig. 54 ( : BR2035)Fig. 54 ( : BR2035)

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볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품볼 베어링 케이지 제품번번번번호 금형호 금형호 금형호 금형Fig. 55 ( : SFig. 55 ( : SFig. 55 ( : SFig. 55 ( : SDADADADA9102)9102)9102)9102)

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사출 성형 해석사출 성형 해석사출 성형 해석사출 성형 해석2.2.2.2.

가 사출성형에가 사출성형에가 사출성형에가 사출성형에서서서서 의 적용의 적용의 적용의 적용. C. C. C. CAEAEAEAE

적용적용적용적용1) C1) C1) C1) CAEAEAEAE

사출성형에 를 적용 할 때 응용 가능한 범위는CAE(computer aided engineering)

다음과 같다 첫째 제품설계 단계에서는 정 동역학을 이용한 구조 해석으로 제품. , ㆍ

의 샅두께와 리브 보스 그릴 등 제품구조를 설계 할 수 있으며 이(rib), (boss), (grill) ,

에 따라 사용할 수지를 결정 할 수 있다 둘째 금형설계에서는 스프루 런. , (sprue),

너 게이트 등의 의 설계가 가능하고 이들의 균형을(runner), (gate) delivery system

검증 할 수 있다 셋째 사출성형 공정 측면에서는 수지온도 금형온도를 결정하며. , , ,

사출시간과 다단 속도제어 다단 보압 등을 결정할 수 있으며 사이클 타임, profile ,

을 단축하여 원가 절감을 이룰 수 있다 사출성형은 히터와 베럴(cycle time) .

스크류의 회전 마찰열을 이용하여 수지를 녹이는 가소화 단계 용융수지가(barrel) ,

금형으로 유입되는 충전단계 충전 후 수지의 체적 수축을 보상하는 보압 단계 고, ,

온의 수지를 취출 가능한 온도까지 냉각하는 냉각단계 제품을 꺼내고 다음공정을,

준비하는 취출 단계로 사이클이 이루어진다 성형된 제품은 후수측으로 변형이1 .

발생할 수 있고 사용 중에 외부 환경에 의해 제품이 파괴되거나 심한 변형을 나타,

내기도 한다 이에 사출성형에서의 는 사출성형의 기본공정에 대한 해석은 물. CAE

론 성형 후 변형과 구조해석을 수행하여 제품의 변형 상태를 확인 할 수도 있다.

본 연구에서는 생산성에 가장 영향이 큰 사이클 타임 감소 및 제품 변형에 의한 불

량률 감소를 위해 를 적용 하였으며 이를 시험사출을 통하여 실제 사출 공정CAE ,

에 적용하였다.

사출성형 조건사출성형 조건사출성형 조건사출성형 조건 선선선선정 기정 기정 기정 기준준준준2)2)2)2)

가 수지가 수지가 수지가 수지온온온온도도도도))))

수지온도의 선정은 수지의 종류 그레이도 금형 성형기에 따라 다르므로, , ,

이나 길이를 참고로 하여 범위를 결정 할 수 있다MFR(melt flow rate) spiral flow .

용융수지의 충전이 곤란힌 두께가 얇은 제품의 성형 제품형상이 크고 플로우 거리,

가 긴 경우 표면광택을 좋게 해야 할 경우에는 일반적으로 실린더 온도를 약간 높,

게 설정하여 유동저항을 작게 하지만 온도를 너무 높이는 것은 수지의 열분해를,

일으킬 우려가 있으므로 주의를 기울여야할 필요가 있다.

- 67 -

두꺼운 제품의 경우에는 유동저항이 작아도 충전이 가능하므로 실린더온도를 약간

낮게 설정하여 싱크마크나 보이드의 발생을 방지하는 것이 좋다.

나 사출시나 사출시나 사출시나 사출시간간간간))))

사출시간은 성형품의 형성과 크기에 따라 다르지만 완전한 충전과 외관상의 제품

품질을 통하여 결정 할 수 있다 일반적으로 평판 상의 얇은 제품은 휨이 발생하기.

쉽기 때문에 사출시간을 짧게 하고 두꺼운 제품은 싱크마크나 보이드의 발생을 방,

지하기 위하여 사출시간을 길게 설정 하여야 한다 또한 게이트의 지름이 클 때는.

사출시간을 짧게 하고 작을 때는 길게 설정한다.

다 사출다 사출다 사출다 사출압압압압력 및 사출력 및 사출력 및 사출력 및 사출속속속속도도도도))))

일반적으로 사출압력 및 사출속도는 크게 하는 것이 바람직하며 특히 얇은 제품의,

성형 시에는 사출속도를 빠르게 하는 것이 매우 중요하다 캐비티 내에서의 수지온.

도가 균일하게 되면 성형품의 강도와 밀도를 단일하거 하여 표면 광택이 우수하며l ,

성형수축 방지 압력강하가 작아지게 되어 대형 캐비티에 충분한 충전이 가능하게,

된다.

라 금형라 금형라 금형라 금형온온온온도도도도))))

금형온도의 설정은 가능한 높게 하고 균일하게 할 필요가 있다 즉 높은 금형온도.

는 수지의 유동 저항을 감소시켜 배향 잔류응력이 작아지며 성형품의 표면 광택이,

향상되는 효과를 낸다 하지만 금형온도를 높게 설정하면 성형수축률이 크게 되어.

싱크 마크의 생성과 성형 사이클 연장 등의 역효과가 나타날 수 있으므로 연속 생

산의 경우에는 제품사양을 만족시키는 금형온도를 설정하여야 한다.

마 냉각마 냉각마 냉각마 냉각시시시시간간간간))))

냉각시간은 실린더온도 금형온도 스프루 런너를 포함한 성형품의 두께에 따라 크, , ,

게 변화한다 충분한 냉각은 성형품의 변형을 작게 하는 것이 가능하지만 성형사이.

클의 연장이나 금형에서 제품을 취출하는 측면에는 역효과가 있다 냉각시간이 짧.

을 때는 성형품은 충분히 고화하지 않으므로 이형에 의한 외력으로 변형을 일으키

기도 하고 치수안정성이 나쁘게 될 뿐만 아니라 형개시 이미 변형하여 금형의 형상

대로 나오지 않을 수도 있다 따라서 냉각시간 선정시 제품이 이형 할 때 무리 없.

이 취출 되며 변형이 생기지 않는 시간을 설정하는 것이 필요하다.

- 68 -

나나나나 모델모델모델모델 분석 및 해석분석 및 해석분석 및 해석분석 및 해석 모델모델모델모델 생성생성생성생성....

본 연구에서 를 이용하여 사출성형공정 설계를 적용한 모델은 롤러베어링CAE

과 볼베어링 에 삽입되는 케이지이다 케이지의 크기(roller bearing) (ball bearing) .

및 형상은 베어링의 종류 크기 용도등에 따라 달라지지만 각 종류별 대표적인 모, ,

델인 두 가지 모델을 선정하여 를 적용하였다CAE .

해석해석해석해석 모델모델모델모델 생성생성생성생성1) Roller Bearing Cage1) Roller Bearing Cage1) Roller Bearing Cage1) Roller Bearing Cage

케이지의케이지의케이지의케이지의 모델모델모델모델링링링링Fig. 56 R3062 Bearing 3Fig. 56 R3062 Bearing 3Fig. 56 R3062 Bearing 3Fig. 56 R3062 Bearing 3DDDD

해석을 위하여 모델링을 수행하였으며 그 결과는 에 도시 하였다3D Fig. 56 . Fig.

은 롤러 와 조립되는 케이지이며 케이지는 직경 인 와56 4.5×12 , 15.918 ArborΦ ㎜

직경 인 실린더 사이에서 원활하게 회전해야 하며 와 실린더에 접촉24.926 , Arbor㎜

이 없어야 한다 상단부의 내경은 약 이며 외경은 약 전체적인 케이지의. 16 20 ,㎜ ㎜

높이는 약 정도의 원통형 구조를 가지고 있으며 상단과 하단 구조물 사이에16 ,㎜

등간격으로 개의 을 가지고 있는 형태이다 일반적으로 해석시 요소10 column . CAE

생성의 원활함을 위하여 미소 모따기나 곡률 곡면 등을 제거 하지만 본 연구에서, , ,

는 의 특성상 이를 모두 모델에 반영한 뒤 을 통하여 해석에 필cage Mesh control

요한 모델을 생성하였다 요소는 를 생성한 뒤 해석의 정확성을 고려. Fusion mesh

하여 각 요소의 를 모두 이하로 수정하였고 생성된 를Aspect Ratio 6 , Fusion Mesh

개의 로 분할하여 최종적으로 를 생성하였다6 Layer 3D Mesh .

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형식의형식의형식의형식의 모델을모델을모델을모델을 이용한 의 생성이용한 의 생성이용한 의 생성이용한 의 생성Fig. 57Fig. 57Fig. 57Fig. 57 PPPParaosolidaraosolidaraosolidaraosolid NNNNodeodeodeode

케이지케이지케이지케이지 모델모델모델모델의 생성의 생성의 생성의 생성Fig. 58 R3016 3Fig. 58 R3016 3Fig. 58 R3016 3Fig. 58 R3016 3D MD MD MD Meshesheshesh

생성된 케이지의 및 의 형상은 과 에 나타내었으며R3062 Node Mesh Fig. 57 58 ,

에서는 일 경우와 일 경우의 를 보여Table 20 Fusion Mesh 3D Mesh Mesh statistics

주고 있다.

- 70 -

모델모델모델모델의의의의Table 20 R3062Table 20 R3062Table 20 R3062Table 20 R3062 MMMMesh statisticsesh statisticsesh statisticsesh statistics

해석 모델 생성 후 게이트 및 러너 시스템의 모델링은 요소를 이용하여Beam MPI

에서 모델링하여 생성 하였다 모델에서는 단 터널 게이트가 적용되었으. R3062 2

며 터널 게이트는 게이트를 성형품 측면에 설치할 수 있는 소형제품을 생산할 때,

사용된다 성형품 게이트 및 러너는 금형의 파팅라인에 위치하며 러너는 파팅 라. , ,

인의 캐비티 바로 앞에서 끝나도록 한다 터널 게이트와 캐비티 간의 예각으로 인.

해 러너는 금형이 열릴 때 자동적으로 분리 된다 하지만 높은 압력 강하로 단순.

제품에서만 적용할 수 있는 단점을 가지고 있다 본 연구에서는 설계된 금형의.

을 그대로 적용하였으며 적용된 터널 게이트는 와 같이 개Delivery system Fig. 59 5

의 게이트를 등간격으로 배치하였다 해석에 적용된 터널게이트의 직경은 이. 0.5 ㎜

다.

케이지케이지케이지케이지 모델모델모델모델의 생성의 생성의 생성의 생성Fig. 59 R3062Fig. 59 R3062Fig. 59 R3062Fig. 59 R3062 DDDDelielielielivvvvery systeery systeery systeery systemmmm

- 71 -

금형의 냉각 시스템 설계는 금형의 개폐시 기구학적인 설계로 코어가 오므R3062

라기 때문에 냉각 시스템 배치에 많은 제약이 있다 따라서 본 연구에서 냉각 시스.

템의 설계는 캐비티와 코어에 모델 제품을 중심으로 하여 대칭적으로 개의 냉각4

채널과 제품 하단부에 개의 를 배치하였다 냉각시스템의 모델링은 러너2 bubbler .

시스템의 모델링과 같이 요소를 사용하여 에서 모델링을 수행 하였으며Beam MPI ,

냉각 시스템이 적용된 해석 모델의 형성은 에 도시 하였다Fig. 60 .

케이지케이지케이지케이지 모델모델모델모델의의의의 냉각냉각냉각냉각 시스시스시스시스템 모델템 모델템 모델템 모델링링링링Fig. 60 R3062Fig. 60 R3062Fig. 60 R3062Fig. 60 R3062

해석해석해석해석 모델모델모델모델 생성생성생성생성2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage

케이지에 적용되는 은 상기 언급된 모델과 같이 제품의Ball Bearing B3062 R3062

특성상 미소 모따기나 반경 곡면등을 그대로 해석 모델에 적용하여 모델링 하였으, ,

며 모델링한 제품의 형상은 에서 확인 할 수 있다 케이지는, 3D Fig. 61 . B3062 6

개의 직경 의 이 등간격으로 삽입 될 수 있는 구조를 가지고 있으며3.35 ball , ball㎜

이 삽입된 후 고속 회전시 빠지거나 의 회전에 방해가 되면 안 된다 특히ball . ball

이 삽입되는 부분의 직경은 케이지에서 가장 중요한 치수를 확보하여야 하므로 해

석 후 상기부분의 에 관한 검토가 반드시 필요한 부분이다warpage .

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케이지의케이지의케이지의케이지의 모델모델모델모델링링링링Fig. 61 B3062 3Fig. 61 B3062 3Fig. 61 B3062 3Fig. 61 B3062 3DDDD

케이지 모델은 외경 약 내경 약 높이 약 를 가지고 있는B3062 23 , 17 , 6.5㎜ ㎜ ㎜

원통형 구조 이며 상기 언급한 바와 같이 개의 이 삽입되는 부분에는 내경과, 6 ball

외경 사이에 과의 원활한 회전을 위하여 구형의 곡면이 있음을 확인 할 수 있ball

다 이 부분은 생성시 형상 정보를 그대로 반영 할 수 있도록. Mesh Mesh control

을 이용하여 최대한 해석 모델에 적용 하였다 최종 해석 모델은 를 이용. 3D Mesh

하였으며 이것은 와 같은 방법으로 생성 후 이를 개의, R3062 Fusion Mesh 6 layer

로 분할하여 를 생성 하였다 에서는 메쉬 생성에 이용된 를3D Mesh . Fig. 62 Node

보여 주고 있으며 에서는 생성된 를 이용한 를 도시하고 있, Fig. 63 Node 3D Mesh

다.

모델모델모델모델의 생성의 생성의 생성의 생성Fig. 62 B3062Fig. 62 B3062Fig. 62 B3062Fig. 62 B3062 NNNNodeodeodeode

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모델모델모델모델의 생성의 생성의 생성의 생성Fig. 63 B3062Fig. 63 B3062Fig. 63 B3062Fig. 63 B3062 EEEElelelelemmmmentententent

모델모델모델모델의의의의Table 21 B3062Table 21 B3062Table 21 B3062Table 21 B3062 MMMMesh statisticsesh statisticsesh statisticsesh statistics

모델 금형은 구조이며 에 적용된 단 터널 게이트 시스템을B3062 4 cavity , R3062 2

적용하여 설계되었다 모델은 단일 캐비티가 아닌 멀티 캐비티 구조를 가지. B3062

고 있어 캐비티내에 충전되는 유동 밸런스뿐만 아니라 각각의 캐비티 사이의 유동

밸런스 까지 해석을 통하여 검증 하여야 한다 는 의. Fig. 64 4 cavity Delivery

의 모습을 도시하고 있으며 그림에서 확인 할 수 있듯이 러너 시스템은system ,

를 중심으로 서로 대칭형상을 가지고 있다Sprue .

- 74 -

케이지케이지케이지케이지 모델모델모델모델의 생성의 생성의 생성의 생성Fig. 64 B3062Fig. 64 B3062Fig. 64 B3062Fig. 64 B3062 DDDDelielielielivvvvery systeery systeery systeery systemmmm

모델모델모델모델의의의의Table 22 B3062 4CaTable 22 B3062 4CaTable 22 B3062 4CaTable 22 B3062 4Cavvvvityityityity MMMMesh statisticsesh statisticsesh statisticsesh statistics

모델의 냉각 시스템은 에 나타나 있듯이 개의 냉각 채널로 구성 되B3062 Fig. 65 4

어 있다.

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케이지케이지케이지케이지 모델모델모델모델의의의의 냉각냉각냉각냉각 생성생성생성생성Fig. 65 B3062 systeFig. 65 B3062 systeFig. 65 B3062 systeFig. 65 B3062 systemmmm

다 해석 결과 및 사출성형 공정 설계다 해석 결과 및 사출성형 공정 설계다 해석 결과 및 사출성형 공정 설계다 해석 결과 및 사출성형 공정 설계....

케이지의 공정설계케이지의 공정설계케이지의 공정설계케이지의 공정설계1) R30621) R30621) R30621) R3062

가 사용수지 분석가 사용수지 분석가 사용수지 분석가 사용수지 분석을을을을 금형금형금형금형온온온온도 설정 및 수지도 설정 및 수지도 설정 및 수지도 설정 및 수지온온온온도 설정도 설정도 설정도 설정))))

본 연구에 적용 된 수지는 사 로써 의 수지이BASF A3HG5 PA66+Glass Fiber 25%

다 일반적으로는 나일론으로 알려져 있으며 플라스틱명은 폴리아미드이다. , . PA-4,

등 종류는 아주 많지만 사출성형용품으로 많이 사용6, 6-6, 6-10, 7, 8, 9, 11, 12

되는 것은 종류이다 여기서 숫자는 에서와 같이 반복단위내의 탄소수를5 . Fig. 67

나타낸다 는 내마모성 내약품성 무음성 충격흡수성 내열 내한성 내유성 강. PA , , , , , , ,

인성 자기 윤활성 등 아주 많은 특성을 가지고 있다, .

결점은 아미노기에 의한 흡습성이 커서 치수 안정성이 부족한 점이다 도 전형적. PA

인 결정성 플라스틱으로 과 같은 상태의 결정화도에 의해 물성이 크, PE, PP, POM

게 좌우된다 은 범용 로 내열성이 필요할 때는 을 사용한다. PA6, 6-6 PA PA66 .

는 높은 칫수 정밀도를 목표로 할 때 은 이 중간용도로 사용된PA11, 12 , PA6-10

다.

- 76 -

공업 부품에 많은 수요가 있지만 가장 특징적인 것은 미끄러움성 무음성 자기 윤, ,

활성을 이용한 슬라이딩 부품 베어링 기어 캠류 이 있다( , , ) .

폴폴폴폴리아리아리아리아미미미미드의 조직드의 조직드의 조직드의 조직Fig. 66Fig. 66Fig. 66Fig. 66 의 분자구조의 분자구조의 분자구조의 분자구조Fig. 67Fig. 67Fig. 67Fig. 67 PAPAPAPA66666666

사용된 의 성형조건 범위는 에 제시하였다 표에서 보듯이 제품을 성PA66 Table 23 .

형하기위해서는 수지온도를 정도로 용융시키고 금형온도를 약 도 근처로300 80℃

맞추는 것이 필요하다 또한 성형후 제품이 취출 되기 위해서는 최소한 제품의 온.

도가 이하 일때 취출하는 것이 바람직함을 알 수 있다 일반적으로 제품의170 .℃

변형을 억제하기위해서는 금형온도를 낮게 설정하는 것이 유리하나 너무 낮게 설,

정하게 되면 제품의 성형성에 문제가 발생될 수 있다 따라서 본 연구에서는 제품.

의 사출성형 후 변형측면을 고려하여 금형온도를 로 선정 하였다90 .℃

성형조건 범위성형조건 범위성형조건 범위성형조건 범위Table 23Table 23Table 23Table 23 PAPAPAPA66 .66 .66 .66 .

- 77 -

사용된 수지의 선도 및 성형온도 범위에서의 전단률 변화에 따른 점도특성 변PVT

화를 과 에서 보여주고 있다 결과 그림에서 보듯이 낮은 전단률에Fig. 68 Fig. 69 .

서는 점도특성의 변화가 없다가 전단률이 약 를 지나게 되면 급격히 점도100 1/s

가 줄어드는 현상을 볼 수 있다 금형의 온도는 수지의 특성파악을shear thinning .

통하여 로 선정하였으며 수지 온도는 로 선정 하였다90 , 290 .℃ ℃

의의의의 선선선선도도도도Fig. 68Fig. 68Fig. 68Fig. 68 PAPAPAPA66666666 PVPVPVPVTTTT

의의의의 점점점점도도도도 선선선선도도도도Fig. 69Fig. 69Fig. 69Fig. 69 PAPAPAPA66666666

- 78 -

나 해석나 해석나 해석나 해석을 통을 통을 통을 통한 사출시한 사출시한 사출시한 사출시간 선간 선간 선간 선정정정정))))

사출시간 은 사출성형 공정에서 가장 중요한 조건이다 일반적으로(injection time) .

사출시간을 낮추면 사출속도가 낮아지기 때문에 유동압력이 높아진다 반대로 사출.

시간을 길게 하면 유동선단의 수지 온도가 낮아지므로 사출 압력이 높아진다 이들.

의 두 상반된 사이의 현상에서 가장 낮은 사출 압력을 갖는 충전 시간을 구할 수

있다.

본 연구에서는 선정된 수지 온도와 금형온도를 적용하여 에서와 같이 사Table 24

출시간에 변화를 주어 해석을 수행하였으며 해석결과를 이용하여 사출압력이 가장,

낮을때의 사출 시간을 도출 하였다 해석에 적용된 사출기는 일본 사의. Sumitomo

인 형체력 스크류 직경 사출속도 의 사출기 이다SE75D 75ton, 20 , 600 /sec .㎜ ㎜

사출시사출시사출시사출시간 선간 선간 선간 선정정정정을을을을 위한 해석 조건위한 해석 조건위한 해석 조건위한 해석 조건Table 24Table 24Table 24Table 24

해석결과는 에 나타내었으며 초에서 최대 사출압력인 약 가량 발Fig. 70 , 0.2 50㎫

생하며 최소 사출 압력은 초 일때 약 로 해석 되었다 해석 결과에서 확인, 1.6 23 .㎫

할 수 있듯이 각 사출 시간대별로 사출 압력의 차이가 있으며 모델의 경우, R3062

에는 사출 시간을 사출 압력이 가장 작게 발생하는 초로 선정할 수 있다1.6 .

- 79 -

사출시사출시사출시사출시간 변화간 변화간 변화간 변화에 따른 사출에 따른 사출에 따른 사출에 따른 사출압압압압력의력의력의력의 변화변화변화변화Fig. 70Fig. 70Fig. 70Fig. 70

사출시사출시사출시사출시간 경간 경간 경간 경우 형체력의우 형체력의우 형체력의우 형체력의 변화변화변화변화Fig. 71 1.6 secFig. 71 1.6 secFig. 71 1.6 secFig. 71 1.6 sec

- 80 -

사출시사출시사출시사출시간간간간 일일일일 때 충때 충때 충때 충전전전전 패턴패턴패턴패턴Fig. 72 1.6secFig. 72 1.6secFig. 72 1.6secFig. 72 1.6sec

사출시간 초일 때의 충전 패턴은 와 같으며 그림에서 알 수 있다시피 충1.6 Fig. 72

전은 케이지 내 외경의 중심점 즉 스프루를 중심으로 하여 대칭으로 충전이 된다.ㆍ

이는 게이트의 위치에 따른 유동 밸런스에 문제가 없음을 확인 할 수 있다 또한.

서로 방향이 다른 수지의 유동이 만나면서 발생하는 웰드 라인 은(weld line) Fig.

에서 나타나듯이 제품의 외곽부에 주로 발생하나 제품의 중요 기능부 즉 롤러가73 ,

삽입되어 회전을 하는 부분이 아니기 때문에 큰 문제가 되지 않을 것으로 사료된

다.

사출시사출시사출시사출시간간간간 일일일일때때때때 발생하는발생하는발생하는발생하는 웰웰웰웰드 라인드 라인드 라인드 라인Fig. 73 1.6sec (Fig. 73 1.6sec (Fig. 73 1.6sec (Fig. 73 1.6sec (wwwweld line)eld line)eld line)eld line)

- 81 -

다 해석다 해석다 해석다 해석을 통을 통을 통을 통한 보한 보한 보한 보압압압압 시시시시간간간간 및 보및 보및 보및 보압압압압력력력력 선선선선정정정정))))

제품을 성형시키기 위해서는 용융수지를 금형 내부로 압력을 가해 밀어 넣어야만

되는데 이렇게 하는 행위 그 자체를 사출이라 정의한다 이러한 사출의 기본 구조.

는

사출 차 충전 사출 보압1 ( ) + 2( )

으로 구성되어 있다 위와 같은 기본구조는 어떠한 사출성형기에 성형조건을 설정.

할 경우라도 동일하며 최초의 사출이 개시될 때 캐비티는 비어 있으므로 비교적,

빠른 속도로 수지가 유입된다 그러다가 어느 정도 수지가 유입되어 금형의 캐비티.

가 수지로 충만해지면 자연적으로 수지의 움직임 매우 둔화하여 멈춰 버리게 된다.

이때 성형품은 완전히 충전이 되었다 하더라도 수축이 발생하여 제품에 변형을 유

발하게 된다 즉 성형이 된 상태라도 사출 압력을 바로 제거 하지 않고 일정. 100%

압력을 유지 시켜 줌으로써 미량의 수지가 캐비티 내부로 수축이 가는 부위에 지속

적인 공급을 통하여 수축을 방지하게 된다 보압 시간의 선정은 게이트 실. (gate

을 확인하여 선정할 수 있다seal) .

사출이 시작되어 금형 내에 수지가 공급되고 보압 과정까지 진행되는 동안에 캐비

티의 수지 공급 주통로인 게이트는 서서히 굳어간다 성형품의 외관상태를 조금이.

나마 더 양호한 상태로 만들기 위해 보압을 가하지만 게이트가 굳어 버리면 성형품

까지의 압력 전달 자체가 봉쇄 되어 압력 전달도 되지 않을 뿐만 아니라 과도한 가

압으로 인한 사출성형기에 무리가 될 수 있다 이러한 상황을 게이트 실이라 한다. .

상기 언급한 바와 같이 게이트 실을 통하여 보압시간을 선정할 수 있으며 해석결,

과에서는 게이트부의 을 확인하여 보압시간을 결정 할 수 있다freeze time .

- 82 -

케이지의케이지의케이지의케이지의Fig. 74 R3062 FroFig. 74 R3062 FroFig. 74 R3062 FroFig. 74 R3062 Frozzzzen tien tien tien timmmmeeee

케이지케이지케이지케이지Fig. 75 R3062 gate sealing tiFig. 75 R3062 gate sealing tiFig. 75 R3062 gate sealing tiFig. 75 R3062 gate sealing timmmmeeee

- 83 -

해석 결과 게이트 실링은 수지의 유입 후 약 초에 발생하는 것으로 확인 되었2.243

다 이는 사출 시간으로 선정된 초 사출 후 약 초 뒤의 시간이다 따라서 보. 1.6 0.6 .

압시간은 초로 설정 할 수 있다 일반적으로 사출현장에서 보압의 크기는 사출0.6 .

압력의 의 압력으로 설정하며 본 연구에서도 사출압력의 수준의 압80%-90% , 80%

력을 보압력으로 설정 하였다.

라 해석라 해석라 해석라 해석을 통을 통을 통을 통한한한한 냉각냉각냉각냉각시시시시간간간간 설정설정설정설정))))

사출성형에서 일반적으로 가장 늦게 고화가 일어나는 부분은 러너 시스템 부분으로

이 부분의 온도가 수지의 취출온도 이하로 떨어졌을때 취출이 가능하며 이 시간을,

근거로 하여 냉각 시간을 설정 할 수 있다 본 연구에서는 선정된 각각의 성형인자.

를 적용한 뒤 냉각시간의 변화를 주어 해석을 수행하였으며 해석 결과 냉각시간은,

냉각수 온도 일때 약 초 후 모든 사출품에서 취출 온도인 이하로 냉25 6 170℃ ℃

각됨을 확인 할 수 있다.

케이지케이지케이지케이지 냉각냉각냉각냉각시시시시간간간간 설정설정설정설정Fig. 76 R3062Fig. 76 R3062Fig. 76 R3062Fig. 76 R3062

마 선마 선마 선마 선정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정을을을을 이용한이용한이용한이용한 변변변변형 해석형 해석형 해석형 해석))))

위의 해석 과정을 통하여 선정된 기본적인 사출성형 조건은 다음과 같으며 선정된,

사출 성형 조건을 모두 적용한 뒤 변형예측을 위한 해석을 수행 하였고 해석결과는

에 도시하였다 변형해석결과 최대변형은 약 로 케이지 하단부 에 발Fig. 77 . 0.11㎜

생하였으며 이는 베어링의 허용 오치 에 근접한 결과이다 하지만 최대 오차, 0.1 .㎜

는 각 방향 즉 방향의 모든 변형을 계산한 값이므로 실제 변형량 보다는 약x, y, z

간 크게 계산되므로 해석상에서 판단한 결과 선정된 조건은 양호함을 확인 할 수

있다.

- 84 -

선선선선정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건Table 25Table 25Table 25Table 25

선선선선정조건 적용정조건 적용정조건 적용정조건 적용 후 변후 변후 변후 변형해석 결과형해석 결과형해석 결과형해석 결과Fig. 77Fig. 77Fig. 77Fig. 77

- 85 -

의 공정 설계의 공정 설계의 공정 설계의 공정 설계2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage2) Ball Bearing Cage

가 사용수지 분석가 사용수지 분석가 사용수지 분석가 사용수지 분석을을을을 금형금형금형금형온온온온도 설정 및 수지도 설정 및 수지도 설정 및 수지도 설정 및 수지온온온온도 설정도 설정도 설정도 설정))))

사용수지는 케이지와 같은 의 수지를 사용하였으며 수지R3062 PA66 + GF 25% ,

온도와 금형의 온도는 케이의 형상이 두께가 약 정도인 리브 형상을 가B3062 1㎜

지고 있으므로 상대적으로 유동저항이 클 것으로 예상된다 따라서 수지의 유동성.

확보를 위하여 유동성에 가장 큰 영향을 마치는 수지의 온도를 보다 가R3062 10℃

량 높은 로 선정하였으며 금형온도도 높은 로 선정 하였다300 , 5 95 .℃ ℃ ℃

케이지의케이지의케이지의케이지의 두께두께두께두께 인 리인 리인 리인 리브브브브형상형상형상형상Fig. 78 B3062 1Fig. 78 B3062 1Fig. 78 B3062 1Fig. 78 B3062 1㎜㎜㎜㎜

사출시사출시사출시사출시간 선간 선간 선간 선정정정정을을을을 위한 해석 조건위한 해석 조건위한 해석 조건위한 해석 조건Table 26Table 26Table 26Table 26

- 86 -

사출시사출시사출시사출시간 변화간 변화간 변화간 변화에 따른 사출에 따른 사출에 따른 사출에 따른 사출압압압압력의력의력의력의 변화변화변화변화Fig. 79Fig. 79Fig. 79Fig. 79

해석 결과 사출시간에 따른 사출압력의 변화는 사출시간 초 일때 약 로0.4 107.5㎫

최대값을 나타내었으며 사출시간 초 일 경우 약 로 가장 작은 사출 압력이, 1.6 81㎫

작용하는 것으로 해석 되었다 이는 의 경우와 같이 작은 사출 압력이 작용. R3062

하는 초를 사출시간으로 선정 할 수 있다1.6 .

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일일일일 때때때때 형체력의형체력의형체력의형체력의 변화변화변화변화Fig. 80 1.6Fig. 80 1.6Fig. 80 1.6Fig. 80 1.6

- 87 -

사출시사출시사출시사출시간 초간 초간 초간 초일일일일 때 충때 충때 충때 충전전전전 패턴패턴패턴패턴Fig. 81 1.6Fig. 81 1.6Fig. 81 1.6Fig. 81 1.6

- 88 -

에서 확인 할 수 있듯이 수지가 스프루 러너를 거친 뒤 개의 캐비티에 동Fig. 81 , 4

시에 충전이 시작됨을 확인 할 수 있다 이것은 러너 시스템의 유동 밸런스는 문제.

가 없음을 의미하며 캐비티 내에서도 각 캐비티 별로 대칭으로 충전되는 형상으로,

보아 게이트의 위치에도 문제가 없음을 확인 할 수 있다 에서는 발생되는. Fig. 82

웰드라인의 위치를 보여주고 있다 발생한 웰드라인은 특정부위에 집중적으로 분포.

하고 있음을 확인 할 수 있으며 이것은 오버 플로우 를 설치하여 웰드라, (over flow)

인을 설치된 오버 플로우 쪽으로 이동 시켜야 할 필요가 있다.

웰웰웰웰드라인의 분드라인의 분드라인의 분드라인의 분포포포포Fig. 82Fig. 82Fig. 82Fig. 82

나 해석나 해석나 해석나 해석을 통을 통을 통을 통한 보한 보한 보한 보압압압압 시시시시간간간간 및 보및 보및 보및 보압압압압력력력력 선선선선정정정정))))

보압시간의 설정은 게이트 실링 시간을 통하여 확인 할 수 있다 해석결과 게이트.

부분의 고화 시간은 수지 유입 후 약 초로 계산 되었으며 이는 사출시간 초를2 , 1.6

제외하면 초로 산출 되었다 의 경우와 사출시간 및 보압시간이 유사하게0.4 . R3062

나타난 이유는 두 모델이 서로 비슷한 체적을 가지고 있으며 터널 게이트들 동일,

하게 적용하며 게이트의 직경 또한 동일하게 적용하였기 때문이다 은 게이, . Fig. 83

트 부위의 수지 고화 시간을 나타내고 있다.

- 89 -

게이트 부위의 수지게이트 부위의 수지게이트 부위의 수지게이트 부위의 수지 고화고화고화고화 시시시시간 약간 약간 약간 약Fig. 83 ( 2sec)Fig. 83 ( 2sec)Fig. 83 ( 2sec)Fig. 83 ( 2sec)

다 해석다 해석다 해석다 해석을 통을 통을 통을 통한한한한 냉각냉각냉각냉각시시시시간간간간 설정설정설정설정))))

케이지와 유사한 결과가 도출 되었으며 사출물이 취출 가능온도 까지 내려R3062

가는 냉각시간은 초 가량으로 해석 되었다6 .

라라라라 선선선선정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정정된 사출성형 공정을을을을 이용한이용한이용한이용한 변변변변형 해석형 해석형 해석형 해석))))

위의 해석 과정을 통하여 선정된 기본적인 사출성형 조건은 과 같으며 선Table 27 ,

정된 사출성형 조건을 모두 적용한 뒤 변형예측을 위한 해석을 수행 하였고 해석결

과는 에 도시하였다 해석결과 최대변형은 약 로 매우 양호한 해석Fig. 84 . 0.06㎜

결과를 나타내었다.

선선선선정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건정된 사출성형 조건Table 27Table 27Table 27Table 27

- 90 -

케이지의케이지의케이지의케이지의 변변변변형해석 결과형해석 결과형해석 결과형해석 결과Fig. 84 B3062Fig. 84 B3062Fig. 84 B3062Fig. 84 B3062

시사출 성현시사출 성현시사출 성현시사출 성현3.3.3.3.

성형 해석에서 획득한 사출 조건을 통해 제작된 금형을 성형기에 장착하고 사출 성

형을 수행하였다 는 실제 수행된 사출 성형 공정에 관련된 사진들이다. Fig. 85 .

제작된 니들 베어링 케이지 금형 사출 성형 공정제작된 니들 베어링 케이지 금형 사출 성형 공정제작된 니들 베어링 케이지 금형 사출 성형 공정제작된 니들 베어링 케이지 금형 사출 성형 공정Fig. 85 (R3062/12)Fig. 85 (R3062/12)Fig. 85 (R3062/12)Fig. 85 (R3062/12)

- 91 -

은 개발 양산된 제품을 보여주고 있다Fig. 86 .

개개개개밭 양밭 양밭 양밭 양산된 제품산된 제품산된 제품산된 제품Fig. 86Fig. 86Fig. 86Fig. 86

은 지원업체에서 양산하고 있는 다양한 베어링 케이지 제품을 보여주고 있Fig. 87

다.

지원업체에지원업체에지원업체에지원업체에서 양서 양서 양서 양산하는 베어링 케이지산하는 베어링 케이지산하는 베어링 케이지산하는 베어링 케이지Fig. 87Fig. 87Fig. 87Fig. 87

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

기존의 자동차 부품 층에서 많은 부품이 플라스틱을 이용하여 제품화하고 있으며

이러한 플라스틱 제품은 금형을 이용허여 대량생산이 가능하며 생산비 또한 대폭,

적으로 절감할 수 있는 장점이 있어 지속적으로 자동차 관련 부품이 고분자 플라스

틱으로 대처되고 있는 실정이다.

베어링 케이지 제품 또한 강재를 이용하여 만들었지만 현재에는(cage of bearing) ,

플라스틱 제품이 나오고 있는 상황으로 그 수요는 점차 증가하는 추세이다 이러한.

플라스틱 베어링 케이지를 사출 성형하여 대량생산하기 위해서는 케이지의 구조상

언더 컷 이 있어 오므라드는 금형 를 제작하여야 한다(undercut) collapsible core( ) .

지원업체에서 자동차 구동 베어링용 플라스틱 케이지 제작을 위한 collapsible core

에 대한 지원을 요청하여 본 사업을 수행하게 되었다.

또한 다양한 베어링 케이지 제품 생산을 위한 지원을 요청하여 의insert core type

볼 베어링 케이지 제품에 대한 기술 지원도 수행하여 지원기업의 베어링 케이지 사

업 확대를 가능하도록 하였다.

베어링 케이지 제품의 품질을 확보하기 위해서는 니들 베어링의 경우 collapsible

제작 시 각각의 들의 가공 정밀도 및 균일성을 확보하여 금형 조립core slide core

후 누적공차에 따른 조립 정밀도 확보하여야 하는데 이러한 가공 정밀도 및, core

조립 정밀도가 확보되지 못하면 조립 틈새 로 사출 성형압에 의해 제품(clearance)

에 가 발생하여 수율이 현저하게 떨어지게 된다 그리고 볼 베어링의 경우에는burr .

제품 형상 특징에 의한 수지의 수축율 차이에 의해 요구되는 제품 형상 오차가 발

생하게 되는데 이러한 문제 해결에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다 이를 해결.

하기 위하여 풍부한 금형 설계 경험과 다양한 성형 변수들에 대한 경험을 바탕으로

를 이용한 엔지니어링 기법을 활용한 결과를 금형 가공 및 제품 성형에 적극CAE

반영하여 지원하였다 다음은 과제 수행 세부 결과이다. .

작동 메작동 메작동 메작동 메커커커커니즘 설계를니즘 설계를니즘 설계를니즘 설계를 통통통통한 금형 설계 기술 지원한 금형 설계 기술 지원한 금형 설계 기술 지원한 금형 설계 기술 지원1. Collapsible core1. Collapsible core1. Collapsible core1. Collapsible core

차원 제품 및 금형 도면으로부터 차원 형상 설계를 통한 의 작2 3 collapsible core

통 메커니즘을 설계하였으며 이를 통한 간섭 및 최종 형상을 설계할 수 있었core

다.

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가공된 의 측정 지원가공된 의 측정 지원가공된 의 측정 지원가공된 의 측정 지원을 통을 통을 통을 통한 가공 정밀도한 가공 정밀도한 가공 정밀도한 가공 정밀도 확확확확보 및 조립 정밀도 향상보 및 조립 정밀도 향상보 및 조립 정밀도 향상보 및 조립 정밀도 향상2. core2. core2. core2. core

는 여러 개의 쪽 로 조립되어 하나의 제품을 얻을 수 있는 구Collapsible core core

조이기 때문에 금형 조립 후 의 조립 정밀도 확보가 중요한 금형collapsible core

제작 기술 요소이다 이러한 조립 정밀도의 확보를 위해서는 먼저 각각의 쪽. core

가공 정밀도 확보가 선행 되어야 하며 이를 위해 쪽 기공 후 각각의 쪽core core

에 대한 정밀 측정을 통해 중요한 형상 인자를 선정하여 설계 데이터와의 오차를

로 확보함에 따라 금형 조립 후의 부의 조립 정밀도를 확보0.01 collapsible core㎜

할 수 있었다 이러한 결과로 제품의 형상 정밀도 및 불량률 감소 효과를 얻을 수.

있었다.

사출 해석사출 해석사출 해석사출 해석을 통을 통을 통을 통한 사출 성형 단한 사출 성형 단한 사출 성형 단한 사출 성형 단축축축축 지원지원지원지원3. cycle ti3. cycle ti3. cycle ti3. cycle timmmmeeee

선정된 가지 형식의 베어링 케이지 를 해석을 이용하여 각 모2 (R3062, B3062) CAE

델별 유동 밸런스를 검토 하였고 사출성형 공정을 설계 하였다 그 결과 두 모델.

모두 취출 공정을 포함하여 초 내외의 사이클 타임을 가질 수 있으며 설계된 공13 ,

정을 반영하였을 경우 제품의 변형은 이내로 두 제품 모두 양호함을 파악 하0.1㎜

였다 본 해석 결과를 창조하여 실제 사출성형에 적용하였을 경우에는 다소 차이가.

발생한 부분도 있었으나 시성형 공정 시간 단축에는 큰 효과가 있었다.

- 94 -

주 의주 의주 의주 의

이 보이 보이 보이 보고서고서고서고서는 산업자원부에는 산업자원부에는 산업자원부에는 산업자원부에서서서서 시시시시행행행행한 부품 소재종합기술지원사한 부품 소재종합기술지원사한 부품 소재종합기술지원사한 부품 소재종합기술지원사1.1.1.1. ㆍㆍㆍㆍ

업의 기술지원보업의 기술지원보업의 기술지원보업의 기술지원보고서고서고서고서이다이다이다이다....

이 기술지원내용이 기술지원내용이 기술지원내용이 기술지원내용을을을을 대대대대외외외외적적적적으으으으로 발표로 발표로 발표로 발표할 때할 때할 때할 때에는 반드시 산업자원에는 반드시 산업자원에는 반드시 산업자원에는 반드시 산업자원2.2.2.2.

부에부에부에부에서서서서 시시시시행행행행한 부품 소재종합기술지원사업의 기술지원결과임한 부품 소재종합기술지원사업의 기술지원결과임한 부품 소재종합기술지원사업의 기술지원결과임한 부품 소재종합기술지원사업의 기술지원결과임을 밝을 밝을 밝을 밝ㆍㆍㆍㆍ

혀야혀야혀야혀야 한다한다한다한다....

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