사출 성형 공차 소개
제조업의 세계에서 완벽함은 이론적인 개념이지 실제 현실이 아닙니다. 기계 가공, 주조, 성형 등 생산된 두 부품은 원자 수준까지 동일하지 않습니다. 용융된 플라스틱이 강한 열, 압력, 냉각을 받는 사출 성형에서는 곳곳에 변수가 있습니다.
엔지니어와 제품 디자이너의 과제는 이러한 변형을 제거하는 것이 아니라 이를 제어하는 것입니다. 이곳은 사출 성형 공차 플레이에 참여하세요. 이러한 공차를 정의, 측정 및 설계하는 방법을 이해하는 것이 고성능 어셈블리와 비용이 많이 드는 제조 실패의 차이를 결정합니다.
이 가이드는 ISO 20457과 같은 산업 표준부터 베테랑 성형업체가 사용하는 실용적인 "강철 안전" 설계 전략에 이르기까지 사출 성형 공차의 복잡성을 안내합니다.
사출 성형 공차란 무엇입니까?
가장 간단한 용어로, 관용 성형 부품의 특정 치수에서 허용되는 변동입니다. 이는 부품이 올바르게 작동하는 동안 가질 수 있는 공칭 설계 값과의 편차(+ 또는 -) 범위입니다.
예를 들어, 설계에서 벽 두께가 2.00mm이고 공차가 다음과 같은 경우 ± 0.05mm, 1.95mm에서 2.05mm 사이의 모든 부품이 허용됩니다.
그러나 사출 성형 공차는 금속 가공에 비해 독특합니다. 절단 도구가 재료를 점진적으로 제거하여 치수에 도달하는 CNC 가공과 달리, 사출 성형은 냉각되면서 재료가 수축하는 방식에 의존합니다.
- 수축량: 모든 플라스틱은 액체에서 고체로 전환되면서 수축됩니다.
- 변형: 부품의 서로 다른 영역은 서로 다른 속도로 냉각되는 경우가 많으며 이로 인해 내부 응력이 발생합니다.
이로 인해 사출 성형의 공차는 두 가지 일반적인 범주로 분류됩니다.
- 일반(상업) 공차: 이는 높은 정밀도가 중요하지 않은 대부분의 기능에 적합한 더 넓은 표준 공차입니다. 비용 효율적이고 달성하기가 더 쉽습니다.
- 미세(정밀) 공차: 이는 중요한 기능(예: 베어링 맞춤 또는 밀봉 표면)을 위해 예약된 더 엄격한 범위입니다. 특수한 금형 제작, 고급 소재, 엄격한 공정 제어가 필요하며 이 모두가 비용을 증가시킵니다.
사출 성형에서 공차가 중요한 이유는 무엇입니까?
공차는 인쇄물의 단순한 숫자가 아닙니다. 이는 디자이너와 제조업체 간의 계약입니다. 명확하고 현실적인 공차를 설정하는 것은 다음 세 가지 주요 이유로 중요합니다.
1. 조립 핏과 기능
대부분의 사출 성형 부품은 더 큰 시스템의 구성 요소입니다. 공차가 너무 느슨하면 부품이 덜거덕거리거나 누출되거나 서로 맞지 않을 수 있습니다. 중요하지 않은 기능에 대한 공차가 너무 엄격하면 완벽하게 기능하는 부품이 거부될 수 있습니다.
- 예: 스냅핏 인클로저가 작동하려면 클립 메커니즘에 대한 정확한 공차가 필요하지만 외부 질감 표면의 느슨한 공차는 허용됩니다.
2. 제조원가 관리
공차 엄격성과 부품 비용 사이에는 직접적인 지수 관계가 있습니다.
- 느슨한 공차: 더 빠른 사이클 시간, 표준 툴링, 더 저렴한 재료(예: 상용 폴리프로필렌)를 허용합니다.
- 더 엄격해진 공차: 균일한 냉각을 보장하기 위해 더 느린 처리, 고정밀 강철 금형 및 고가의 엔지니어링 수지(예: 유리 충전 나일론 또는 엿보기)가 필요합니다.
- 황금률: "부품이 계속 작동할 수 있도록 허용하는 가장 느슨한 공차를 고려하여 설계합니다."
3. 일관성과 반복성
공차는 품질 관리에 대한 벤치마크를 제공합니다. 이를 통해 제조업체는 프로세스가 안정적인지 검증할 수 있습니다. 부품이 공차를 벗어나기 시작하면 사출 압력이나 냉각 시간과 같은 공정 매개변수가 바뀌었고 수정이 필요하다는 신호입니다.
사출 성형 공차에 영향을 미치는 요인
사출 성형에서 정밀도를 달성하는 것은 균형을 맞추는 작업입니다. 공구 경로에 따라 최종 치수가 결정되는 기계 가공과 달리 성형에는 본질적으로 움직임과 가변성이 발생하는 액체에서 고체로의 상 변화가 포함됩니다.
네 가지 주요 요소는 부품이 허용 오차 목표에 도달할지 아니면 폐기통에 들어갈지 여부에 영향을 미칩니다.
1. 재료 선택: 관용의 기초
수지의 선택은 달성 가능한 공차를 예측하는 가장 큰 단일 변수입니다. 플라스틱 재료는 주로 분자 구조로 인해 냉각되고 굳어질 때 다르게 행동합니다.
-
수축률:
- 비정질 플라스틱(예: ABS, 폴리카보네이트, 폴리스티렌): 이러한 소재는 점진적으로 냉각되어 덜 수축됩니다(일반적으로 0.4% – 0.8%). 그들은 일반적으로 보유 더 엄격한 공차 .
- 반결정성 플라스틱(예: 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에틸렌): 이는 냉각 시 급속한 결정화 단계를 거쳐 상당한 부피 변화를 초래합니다. 더 많이 줄어들고(일반적으로 1.0% – 2.5% 이상) 엄격한 허용 오차를 유지하기가 더 어렵습니다.
-
필러의 역할:
다음과 같은 필러 추가 유리섬유 또는 미네랄 필러 치수 안정성이 크게 향상됩니다. 섬유는 수축을 기계적으로 제한하므로 나일론과 같은 소재는 강화되지 않은 상태보다 훨씬 더 엄격한 공차를 유지할 수 있습니다.- 주의사항: 섬유는 플라스틱의 흐름과 정렬되는 경향이 있어 이방성 수축 - 부품이 흐름 방향과 흐름 전체에 걸쳐 다르게 수축함을 의미합니다.
2. 금형 설계 및 제작
부정확한 도구로는 정밀 부품을 성형할 수 없습니다. 금형의 품질은 최종 부품의 품질과 직접적인 관련이 있습니다.
- 공구 정밀도: 고정밀 강철 금형(클래스 101)은 CNC 가공되고 EDM은 종종 ± 0.005mm 이내의 공차로 침식됩니다. 알루미늄이나 부드러운 툴링은 시간이 지나도 이와 동일한 범위를 유지할 수 없습니다.
- 캐비테이션:
- 단일 캐비티 금형: 모든 샷이 동일하므로 최고의 정밀도를 제공합니다.
- 다중 캐비티 금형: "공동 간" 변형을 도입합니다. 완벽한 가공을 하더라도 미묘한 흐름 불균형으로 인해 공동 1이 공동 4보다 약간 더 큰 부품을 생산할 수 있습니다.
- 게이트 위치: 게이트는 플라스틱이 금형에 들어가는 곳입니다. 플라스틱은 수직 방향보다 흐름 방향으로 더 많이 수축합니다. 게이트 위치가 좋지 않으면 원형 부품에 타원형이 생기거나 길고 평평한 부품에 뒤틀림이 발생할 수 있습니다.
- 냉각 시스템: 균일한 냉각이 중요합니다. 금형의 한 쪽이 다른 쪽보다 뜨거우면 부품이 고르지 않게 수축되고 더 뜨거운 쪽으로 휘어집니다(휘어짐).
3. 사출 성형 공정 매개변수
완벽한 재료와 완벽한 금형이 있더라도 기계 설정(프로세스 창)에 따라 치수가 변경될 수 있습니다.
- 사출 압력 및 포장: "보압"은 수축을 보상하기 위해 부품이 냉각되면서 금형에 더 많은 재료를 추가하는 것을 의미합니다.
- 높은 팩 압력: 더 많은 플라스틱을 밀어넣어 수축을 줄입니다(부품이 더 커짐).
- 낮은 팩 압력: 더 많은 수축을 허용합니다(부품이 더 작음).
- 용융 및 성형 온도: 온도가 높을수록 일반적으로 흐름이 좋아지지만 냉각 시간이 길어집니다. 여전히 너무 뜨거운 상태에서 부품을 취출하면 금형 외부에서 계속 수축되거나 휘어질 수 있습니다.
4. 부품 형상 및 크기
부품 자체의 설계로 인해 공차에 물리적 한계가 있습니다.
- 전체 크기: 공차는 종종 크기의 함수입니다. 10mm 기어보다 500mm 자동차 대시보드에서 ± 0.1mm를 유지하는 것이 기하급수적으로 더 어렵습니다.
- 벽 두께 일관성: 이것이 플라스틱 디자인의 황금률입니다.
- 균일한 벽: 균일한 냉각과 예측 가능한 수축이 발생합니다.
- 가변 벽: 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 느리게 냉각되어 내부 응력이 발생하여 부품의 모양이 변형(뒤틀림)되어 치수 정확도가 손상됩니다.
요약표: 요소 요약
| 요인 | 공차 제어 강화(더 쉬움) | 공차 제어 감소(더 세게) |
|---|---|---|
| 소재 | 저수축(ABS, PC), 유리충진 | 고수축(PP, HDPE), 비보강 |
| 금형 | 단일 캐비티, 정밀 강철, 형상적응형 냉각 | 다중 캐비티, 알루미늄, 냉각 불량 |
| 기하학 | 작은 크기, 균일한 벽 두께 | 대형 크기, 가변 벽, 평평한 비지지 표면 |
표준 공차 및 지침
"완벽한" 치수는 불가능하므로 업계에서는 허용 가능한 크기를 정의하기 위해 확립된 표준에 의존합니다. 이러한 표준은 엔지니어와 성형업체가 금형을 절단하기 전에 품질 기대치에 동의할 수 있는 공통 언어를 제공합니다.
1. 사출 성형 산업 표준
많은 회사가 자체 내부 공차 시트를 작성하지만 업계의 기준이 되는 인정된 국제 표준이 있습니다.
-
ISO 20457(이전 DIN 16901):
이는 현재 플라스틱 부품 공차에 대한 가장 중요한 글로벌 표준입니다. 이는 널리 사용되는 DIN 16901을 대체했습니다. ISO 20457은 두 가지 주요 변수를 기반으로 공차를 분류합니다.- 금형ing Material: 재료는 수축 특성에 따라 분류됩니다.
- 부품 크기: 치수가 클수록 허용 가능한 편차도 더 커집니다.
-
ISO 8015(기본 공차):
이 표준은 "독립성의 원칙"을 확립합니다. 이는 특정 관계가 정의되지 않는 한(예: GD&T 수정자를 통해) 지정된 각 치수 및 기하학적 요구 사항(평탄도 또는 원형도 등)이 독립적으로 충족되어야 함을 나타냅니다. -
SPI 표준(플라스틱 산업 협회):
미국에서 흔히 사용되는 SPI 표준은 두 가지 기본 클래스를 제공하여 기대치를 단순화합니다.- "좋음"(정밀도): 통제가 강화되고 비용이 높아집니다.
- “상업용”(일반): 표준 제어, 저렴한 비용.
2. 재료별 일반 공차 지침
아래 표는 실제적인 참고 자료를 제공합니다. 선형 공차 (±mm)은 일반적인 산업 역량을 기준으로 합니다. 비정질 수지(ABS 등)와 반결정성 수지(PP 등)의 뚜렷한 차이점을 확인하세요.
| 소재 | 수축 | 상용 공차(±mm) | 미세 공차(±mm) |
|---|---|---|---|
| ABS | 낮음 | $0.20$ | $0.05 - 0.10$ |
| 폴리카보네이트(PC) | 낮음 | $0.20$ | $0.05 - 0.10$ |
| 아크릴(PMMA) | 낮음 | $0.20$ | $0.05 - 0.10$ |
| 나일론(PA6) | 높음 | $0.30$ | $0.15$ |
| 폴리프로필렌(PP) | 높음 | $0.30 - 0.40$ | $0.15 - 0.20$ |
| 폴리에틸렌(HDPE) | 높음 | $0.30 - 0.40$ | $0.20$ |
| TPU / 고무 | 매우 높음 | $0.50$ | $0.25$ |
참고: 이 값은 중소형 기능(예: 25mm~50mm)에 대한 추정치입니다. 부품이 커질수록 이러한 공차 범위도 넓어져야 합니다.
3. 중요 차원과 중요하지 않은 차원
부품 설계에서 가장 흔한 실수 중 하나는 전체 도면에 "블랭킷 공차"(예: "모든 공차 ± 0.1mm")를 적용하는 것입니다. 이는 금형 비용을 불필요하게 증가시킵니다.
효과적인 공차는 치수를 두 가지 범주로 나눕니다.
-
중요 치수(CtF - 기능에 중요):
이는 스냅핏, 베어링 구멍, 밀봉 표면 등 다른 부품과 상호 작용하는 기능입니다. 이것들은 필요합니다 미세한 공차 . 2D 드로잉에서 이를 명시적으로 식별해야 합니다(종종 다이아몬드나 타원형과 같은 기호로 표시됨). -
중요하지 않음/참조 치수:
이는 다른 구성 요소와 접촉하지 않는 미적인 표면, 리브 또는 외부 윤곽입니다. 이들은 사용해야합니다 상업적 공차 . 이러한 공차를 완화하면 성형업체는 실제로 중요한 몇 가지 치수에 공정 제어를 집중할 수 있습니다.
공차를 고려한 설계
엄격한 공차를 위한 싸움은 금형이 절단되기 훨씬 전에 디자이너의 CAD 화면에서 종종 승리하거나 패배합니다. 사출 성형 공정에 맞서는 설계는 금형이 아무리 정확하더라도 결코 일관된 치수를 유지할 수 없습니다.
자연스럽게 공차를 유지하는 부품을 설계하는 모범 사례는 다음과 같습니다.
1. “스틸세이프(Metal Safe)” 전략
이는 새 금형의 공차를 관리하는 데 가장 중요한 개념입니다.
플라스틱 수축은 추정치일 뿐 보장이 아니므로, 절대로 금형을 원하는 크기로 자르면 안 됩니다. 정확한 즉시 공칭 치수. 대신, 나중에 금속을 제거하여 공차를 조정할 수 있도록 금형을 설계하십시오. 금형에서 금속을 제거(연삭/EDM)하는 것은 쉽지만 다시 추가(용접)하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다.
- 구멍(코어)의 경우: 금형에 금속 핀을 약간 디자인하십시오. 더 큰 . 그러면 플라스틱 구멍이 생깁니다. 더 작은 . 구멍이 너무 빡빡하면 핀을 아래로 가공하여 구멍을 열 수 있습니다.
- 외벽(공동)의 경우: 금속 구멍을 약간 자릅니다. 더 작은 . 이렇게 하면 플라스틱 부분이 더 작은 . 부품이 너무 작은 경우 캐비티 벽을 갈아서 부품을 더 크게 만들 수 있습니다.
2. 구배 각도 및 치수 측정
부품이 끌리지 않고 금형에서 배출될 수 있도록 구배 각도(테이퍼)가 필수입니다. 그러나 테이퍼 벽에는 단일 치수가 없고 아래쪽에서 위쪽으로 변경되므로 구배로 인해 공차가 복잡해집니다.
- 갈등: 20mm ± 0.1의 폭을 지정했지만 벽의 구배가 2°인 경우 폭은 하단에서 20.0mm, 상단에서 20.5mm가 될 수 있습니다.
- 해결책: 지정해야 합니다. 어디서 공차가 적용됩니다.
- "주요 직경에서 측정": 일반적으로 가장 넓은 지점입니다.
- "루트에서 측정": 기능의 기본입니다.
- 일반적으로 최소한 0.5° ~ 1° 표준 기능에 대한 초안 3° 또는 more for textured surfaces.
3. 리브, 보스, 싱크 마크
리브(강도용) 및 보스(나사 삽입용)와 같은 형상은 공차 오류, 특히 "프로파일" 또는 "평탄도" 오류의 일반적인 원인입니다.
주벽과 만나는 부분의 리브가 너무 두꺼우면 열을 유지합니다. 두꺼운 교차점이 냉각됨에 따라 외부 표면이 안쪽으로 당겨져 싱크마크 (우울증).
- 공차 영향: 싱크 마크는 표면의 평탄도 공차를 손상시킵니다.
- 규칙: 리브의 두께는 이보다 크지 않아야 한다. 60% 공칭 벽 두께의.
4. GD&T: 선형 공차를 넘어서
복잡한 부품의 경우 간단한 선형 공차(±mm)로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 플라스틱 부품은 유연하고 휘어지기 쉽기 때문에 올바른 것일 수도 있습니다. 크기 하지만 잘못된 모양 .
- 평탄도: 표면 밀봉에 중요합니다. 플라스틱은 휘어지기 때문에 넓은 면적에 걸쳐 0.05mm의 평탄도를 달성하는 것은 극히 어렵습니다.
- 동심도: 기어 또는 회전 부품에 중요합니다.
- 위치 공차: 나사 보스가 정렬 핀을 기준으로 올바른 위치에 있는지 확인합니다. 이는 부품 가장자리로부터의 거리를 측정하는 것보다 더 유용합니다.
전문가 팁: 지지되지 않는 대형 플라스틱 표면에 엄격한 평탄도 공차를 지정하지 마십시오. 평평한 표면이 필요한 경우 아래에 구조적 리브를 추가하여 뒤틀림을 방지하세요.
공차와 관련된 일반적인 사출 성형 결함
부품이 공차를 충족하지 못하는 경우는 기계가 단지 "잘못 추측"했기 때문인 경우는 거의 없습니다. 공차 실패는 거의 항상 특정하고 식별 가능한 성형 결함의 결과입니다. 이러한 결함을 이해하는 것이 치수 문제를 해결하는 열쇠입니다.
1. 뒤틀림(“포테이토칩” 효과)
Warpage는 가장 흔한 적입니다. 기하 치수 및 공차(GD&T) , 특히 평탄도 및 프로파일.
- 원인: 변형은 성형 부품의 서로 다른 부분이 서로 다른 속도로 수축할 때 발생합니다. 이는 일반적으로 다음으로 인해 발생합니다.
- 불균일한 벽 두께: 두꺼운 부분은 얇은 부분보다 더 오랫동안 뜨거운 상태를 유지합니다.
- 고르지 못한 냉각: 금형의 절반이 40인 경우 ℃ 다른 하나는 60이에요 ℃ , 냉각되면서 부품이 더 뜨거운 쪽으로 휘어집니다.
- 공차 영향: 부품의 길이와 너비는 정확할 수 있지만 2mm 정도 구부러지면 평평한 표면과 결합되지 않습니다. 이로 인해 크고 평평한 부품에 대해 엄격한 평탄도 공차(예: 0.1mm)를 유지하는 것이 매우 어렵습니다.
2. 예측할 수 없는 수축
모든 플라스틱은 줄어들지만, 변형 수축은 공차를 없애는 것입니다.
- 원인: 수축은 포장된 플라스틱의 밀도에 따라 결정됩니다. "유지 압력"(보압 단계)이 샷마다 다르거나 일부 사이클에서 게이트가 너무 일찍 얼어붙는 경우 금형 캐비티의 플라스틱 양이 변경됩니다.
- 공차 영향: 이로 인해 선형 치수 오류가 발생합니다. 한 부품은 100.0mm(완벽)일 수 있고, 팩 압력이 약간 떨어졌기 때문에 다음 부품은 99.8mm일 수 있습니다.
- 이방성: 섬유 충전 재료(예: 유리 충전 나일론)는 교차 흐름보다 흐름 방향에서 수축이 훨씬 적습니다. 금형 설계자가 이러한 방향성을 고려하지 않은 경우 부품은 원형이 아닌 타원형이 됩니다.
3. 싱크마크
싱크 마크는 부품 표면의 작은 함몰 또는 움푹 들어간 부분입니다.
- 원인: 이는 부품의 외부 표면이 냉각되어 굳어지지만 내부 코어는 녹은 상태로 남아 있을 때 발생합니다. 내부 코어가 냉각되고 수축됨에 따라 외부 피부가 안쪽으로 당겨집니다. 이는 리브나 보스가 벽과 만나는 곳과 같이 두꺼운 교차점에서 가장 자주 발생합니다.
- 공차 영향: 흔히 외관상의 결함으로 간주되는 싱크 마크는 표면 밀봉에 있어서 허용 오차가 큰 문제입니다. O-링 홈에 싱크 마크가 있는 경우 홈의 깊이가 국부적으로 변경되어 누출 경로가 발생합니다.
4. 치수 불안정성(성형 후)
때로는 부품이 공장에서 출고될 때 완벽하지만 고객에게 도착할 때 허용 오차가 발생하지 않습니다.
- 흡습성 재료: 플라스틱과 같은 나일론(PA) 공기 중 수분을 흡수합니다. 물을 흡수하면서 부풀어 오른다. 건조된 나일론 부품은 몇 주 동안 습기에 노출된 후 0.5%~1.0%까지 성장할 수 있습니다.
- 열팽창: 플라스틱은 열팽창계수(CTE)가 높습니다. 냉장 창고에서 수행된 공차 검사는 고온 조립 공장에서 수행된 공차 검사와 다른 결과를 낳을 수 있습니다.
- 스트레스 완화: 높은 내부 응력(빠른 냉각으로 인해)으로 부품을 취출하는 경우 분자가 자연 상태로 이완되면서 24~48시간에 걸쳐 부품이 천천히 휘어질 수 있습니다.
엄격한 공차를 위한 사출 성형 공정 최적화
엄격한 공차를 달성하는 것은 단순히 정밀한 금형을 제작하는 것만이 아닙니다. 이는 안정적이고 반복 가능한 프로세스를 구축하는 것입니다. 제조 조건이 조금이라도 변동되면 부품의 치수가 변동됩니다.
최고의 성형업체가 공정을 최적화하여 정밀 공차를 유지하는 방법은 다음과 같습니다.
1. 과학적인 성형(분리성형)
"기존" 성형 방식에서는 금형이 가득 찰 때까지 가능한 한 빨리 금형을 채우는 작업이 포함되었으며, 종종 하나의 지속적인 압력 설정에 의존했습니다. 이것은 일관성이 없습니다.
현대 정밀 성형업체에서는 과학적인 성형 (종종 분리 성형이라고 함). 이 기술은 성형 공정을 두 가지 단계로 나누어 제어력을 극대화합니다.
- 1단계(속도 제어): 속도(속도) 제어를 사용하여 금형 용량의 약 95~98%까지 채워집니다. 이는 재료가 조기에 얼지 않도록 신속하게 수행됩니다.
- 2단계(압력 제어): 기계는 캐비티의 마지막 2~5%를 "압축"하기 위해 압력 제어로 전환합니다. 이 보압 단계는 수축을 보상합니다.
이것이 공차에 도움이 되는 이유: 이러한 단계를 분리함으로써 성형업체는 매 샷마다 금형에 얼마나 많은 플라스틱이 채워지는지 정확하게 제어할 수 있어 크기 변동을 유발하는 밀도 변화를 제거할 수 있습니다.
2. 자재 취급 및 건조
젖은 재료로는 정밀 부품을 성형할 수 없습니다.
많은 엔지니어링 수지(나일론, PC, PET, ABS)는 흡습성 , 이는 공기 중 수분을 흡수한다는 의미입니다. 젖은 플라스틱이 녹으면 물이 증기로 변해 공극이 생기고 플라스틱의 분자 사슬이 분해됩니다.
- 결과: 플라스틱의 점성이 낮아지고(더 묽어져) 금형이 과도하게 채워지거나 번쩍이게 되어 치수가 변경됩니다.
- 수정 사항: 정밀 성형기 사용 건조제 건조기 재료가 기계에 들어가기 전에 특정 이슬점(예: -40°C)까지 습기를 제거합니다.
3. 고급 공정 제어
"미세" 또는 "정밀" 공차 등급의 경우 표준 기계 제어만으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 금형 자체 내부의 환경을 모니터링하기 위해 첨단 기술이 사용됩니다.
-
인몰드 캐비티 압력 센서:
(금형에서 멀리 떨어져 있는) 기계의 압력 게이지를 신뢰하는 대신 센서가 금형 캐비티 내부에 직접 배치됩니다. 금형이 가득 찬 시기와 충전에서 보압으로 전환할 시기를 기계에 정확하게 알려줍니다. 이를 통해 재료 점도가 약간 변경되면 기계가 실시간으로 자체 조정될 수 있습니다. -
형상적응형 냉각:
표준 금형은 냉각을 위해 직선형 드릴 워터 라인을 사용하므로 복잡한 영역에 "핫스팟"이 남을 수 있습니다. 형상적응형 냉각은 3D 프린팅된 금속 인서트를 사용하여 부품의 정확한 모양을 따르도록 곡선 및 비틀림 냉각 채널을 만듭니다.- 혜택: 이를 통해 부품의 모든 밀리미터가 정확히 동일한 속도로 냉각되어 사실상 변형이 제거되고 엄격한 공차가 유지됩니다.
4. 툴링 유지 관리 및 교정
금형은 시간이 지남에 따라 마모되는 움직이는 기계입니다.
- 통풍구 청소: 공기가 금형에서 빠져나가면서 통풍구에 잔여물이 남습니다. 통풍구가 막히면 공기가 갇혀 플라스틱이 세부 사항을 완전히 채우지 못하게 하는 배압이 생성됩니다. 이는 "미성형"(소형 부품)으로 이어집니다.
- 파팅라인 마모: 수천 번의 사이클이 지나면 금형을 밀봉하는 강철 모서리가 마모되어 "플래시"(과도한 플라스틱이 새어 나오는 현상)가 발생할 수 있습니다. Flash는 부품에 두께를 추가하여 분할선 전체에 치수를 적용합니다.
엄격한 공차를 위한 사출 성형 공정 최적화
엄격한 공차를 달성하는 것은 단순히 정밀한 금형을 제작하는 것만이 아닙니다. 이는 안정적이고 반복 가능한 프로세스를 구축하는 것입니다. 제조 조건이 조금이라도 변동되면 부품의 치수가 변동됩니다.
최고의 성형업체가 공정을 최적화하여 정밀 공차를 유지하는 방법은 다음과 같습니다.
1. 과학적인 성형(분리성형)
"기존" 성형 방식에서는 금형이 가득 찰 때까지 가능한 한 빨리 금형을 채우는 작업이 포함되었으며, 종종 하나의 지속적인 압력 설정에 의존했습니다. 이것은 일관성이 없습니다.
현대 정밀 성형업체에서는 과학적인 성형 (종종 분리 성형이라고 함). 이 기술은 성형 공정을 두 가지 단계로 나누어 제어력을 극대화합니다.
- 1단계(속도 제어): 속도(속도) 제어를 사용하여 금형 용량의 약 95~98%까지 채워집니다. 이는 재료가 조기에 얼지 않도록 신속하게 수행됩니다.
- 2단계(압력 제어): 기계는 캐비티의 마지막 2~5%를 "압축"하기 위해 압력 제어로 전환합니다. 이 보압 단계는 수축을 보상합니다.
이것이 공차에 도움이 되는 이유: 이러한 단계를 분리함으로써 성형업체는 매 샷마다 금형에 얼마나 많은 플라스틱이 채워지는지 정확하게 제어할 수 있어 크기 변동을 유발하는 밀도 변화를 제거할 수 있습니다.
2. 자재 취급 및 건조
젖은 재료로는 정밀 부품을 성형할 수 없습니다.
많은 엔지니어링 수지(나일론, PC, PET, ABS)는 흡습성 , 이는 공기 중 수분을 흡수한다는 의미입니다. 젖은 플라스틱이 녹으면 물이 증기로 변해 공극이 생기고 플라스틱의 분자 사슬이 분해됩니다.
- 결과: 플라스틱의 점성이 낮아지고(더 묽어져) 금형이 과도하게 채워지거나 번쩍이게 되어 치수가 변경됩니다.
- 수정 사항: 정밀 성형기 사용 건조제 건조기 재료가 기계에 들어가기 전에 특정 이슬점(예: -40°C)까지 습기를 제거합니다.
3. 고급 공정 제어
"미세" 또는 "정밀" 공차 등급의 경우 표준 기계 제어만으로는 충분하지 않을 수 있습니다. 금형 자체 내부의 환경을 모니터링하기 위해 첨단 기술이 사용됩니다.
-
인몰드 캐비티 압력 센서:
(금형에서 멀리 떨어져 있는) 기계의 압력 게이지를 신뢰하는 대신 센서가 금형 캐비티 내부에 직접 배치됩니다. 금형이 가득 찬 시기와 충전에서 보압으로 전환할 시기를 기계에 정확하게 알려줍니다. 이를 통해 재료 점도가 약간 변경되면 기계가 실시간으로 자체 조정될 수 있습니다. -
형상적응형 냉각:
표준 금형은 냉각을 위해 직선형 드릴 워터 라인을 사용하므로 복잡한 영역에 "핫스팟"이 남을 수 있습니다. 형상적응형 냉각은 3D 프린팅된 금속 인서트를 사용하여 부품의 정확한 모양을 따르도록 곡선 및 비틀림 냉각 채널을 만듭니다.- 혜택: 이를 통해 부품의 모든 밀리미터가 정확히 동일한 속도로 냉각되어 사실상 변형이 제거되고 엄격한 공차가 유지됩니다.
4. 툴링 유지 관리 및 교정
금형은 시간이 지남에 따라 마모되는 움직이는 기계입니다.
- 통풍구 청소: 공기가 금형에서 빠져나가면서 통풍구에 잔여물이 남습니다. 통풍구가 막히면 공기가 갇혀 플라스틱이 세부 사항을 완전히 채우지 못하게 하는 배압이 생성됩니다. 이는 "미성형"(소형 부품)으로 이어집니다.
- 파팅라인 마모: 수천 번의 사이클이 지나면 금형을 밀봉하는 강철 모서리가 마모되어 "플래시"(과도한 플라스틱이 새어 나오는 현상)가 발생할 수 있습니다. Flash는 부품에 두께를 추가하여 분할선 전체에 치수를 적용합니다.
공차 측정 및 검증
부품을 생산하는 것은 전투의 절반에 불과합니다. 엔지니어링 사양을 충족한다는 것을 증명하는 것이 나머지 절반입니다. 의료, 자동차 등 고정밀 산업에서 '보기 좋다'는 것은 유효한 품질 기준이 아닙니다.
제조업체는 공차 등급 및 기능 유형에 따라 계측(측정)에 대한 계층화된 접근 방식을 사용합니다.
1. 좌표 측정기(CMM)
는 CMM 사출 성형 공차를 검증하기 위한 최적의 표준입니다. 매우 민감한 터치 프로브를 사용하여 부품 표면의 특정 지점을 물리적으로 탭하여 3D 공간에 매핑합니다.
- 가장 적합한 대상: 엄격한 공차(예: ± 0.05mm), 구멍 직경 및 평면도나 평행도와 같은 기하학적 공차가 있는 중요한 치수입니다.
- 는 Limitation: 물리적인 프로브를 사용하기 때문에 속도가 느릴 수 있습니다. 또한 매우 부드러운 재료(예: TPE 또는 고무)의 경우 프로브 자체의 압력으로 인해 부품이 변형되어 판독값이 부정확해질 수 있습니다.
2. 광학 및 비전 측정 시스템
터치 프로브에 비해 너무 작거나, 너무 유연하거나, 너무 복잡한 부품의 경우 광학 시스템이 사용됩니다. 이 시스템은 고해상도 카메라와 모서리 감지 소프트웨어를 사용하여 부품을 물리적으로 만지지 않고도 치수를 측정합니다.
- 가장 적합한 대상:
- 소프트/유연한 부품: 고무 씰을 변형하지 않고 측정합니다.
- 작은 세부사항: 육안으로 보이지 않는 마이크로 몰딩 기능.
- 속도: 단일 "스냅샷"으로 여러 치수를 즉시 측정합니다(예: 구멍 위치 4개 모두를 동시에 확인).
3. 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔
이는 사출 성형 계측의 최첨단 기술입니다. CT 스캐닝은 X선을 사용하여 부품 내부와 외부 모두의 완전한 3D 모델을 생성합니다.
- 게임 체인저인 이유:
- 내부 확인: 그것은 만 빈 부분의 벽 두께나 의료용 루어 커넥터의 내부 나사산과 같은 내부 특징을 측정하는 비파괴적인 방법입니다.
- 결함 감지: 외부 치수가 완벽하더라도 플라스틱 내부를 관찰하여 부품을 약화시키는 숨겨진 공극(기포)을 감지할 수 있습니다.
- 부품-CAD 오버레이: 는 software overlays the scanned 3D model directly onto the original CAD file, creating a color map (heatmap) that instantly shows where the part is too big (red) or too small (blue).
4. 기능적 측정(Go / No-Go Fixtures)
CMM은 데이터를 제공하지만 때로는 다음 사항만 알고 있어야 합니다. “맞나요?”
대량 생산을 위해 성형업체는 종종 맞춤형 제품을 제작합니다. 설비 확인 . 이는 결합 부품을 모방한 정밀 가공된 금속 블록 또는 스탠드입니다.
- Go/No-Go: 부품이 고정 장치에 맞으면 합격입니다. 그렇지 않으면 실패합니다.
- 속도: 이를 통해 작업자는 기계에서 배출된 부품을 즉시 생산 라인에서 100% 확인할 수 있어 공정 드리프트를 즉시 포착할 수 있습니다.
비용 고려 사항 및 공차 선택
는re is a fundamental rule in manufacturing: 정밀도에는 비용이 듭니다.
공차 엄격함과 생산 비용 간의 관계를 이해하는 것은 프로젝트 관리자와 설계자에게 매우 중요합니다. 일반적인 실수는 전체 도면에 포괄적인 "엄격한 공차"를 적용하는 것인데, 이는 금형 비용을 불필요하게 두 배 또는 세 배로 늘릴 수 있습니다.
1. 공차와 비용의 관계
는 cost of achieving a tolerance is not linear; it is 지수 .
- 상용 공차(± 0.1mm - ± 0.3mm): 는se are achieved with standard CNC machining and standard molding cycles. This represents the baseline cost.
- 정밀 공차(± 0.05mm): 이 범위를 유지하려면 금형 제작자는 더 느린 EDM(방전 가공) 공정과 고급 강철을 사용해야 하며, 금형 제작자는 열 안정성을 보장하기 위해 더 느린 사이클 시간을 실행해야 합니다.
- 초정밀(± 0.01mm): 이를 위해서는 전문적인 마이크로 성형 장비, 온도 조절이 가능한 검사실, 100% 부품 검사가 필요합니다. 비용은 다음과 같습니다. 5배~10배 기준선.
2. 정확성과 비용 효율성의 균형
품질을 저하시키지 않고 예산을 최적화하려면 "위험 기반 허용 범위" 전략:
- 주요 특징 식별(CtF): 엄격한 공차 할당 만 스냅핏, 베어링 보어, 밀봉 표면 등 중요한 기능에 적용됩니다.
- 나머지 부분을 풀어주세요: 리브, 외벽 두께 또는 장식 표면과 같은 중요하지 않은 기능의 경우 표준 상용 공차를 사용하십시오. 이를 통해 성형업체는 좋은 부품을 효율적으로 생산할 수 있는 더 넓은 "공정 창"을 갖게 됩니다.
사례 연구: 실제 사례
이러한 원칙이 실제로 적용되는 모습을 보려면 다양한 산업에서 공차에 어떻게 접근하는지 살펴보겠습니다.
의료기기(고정밀)
- 신청: 인슐린 펜의 복용량 조절 다이얼.
- 공차 전략: 올바른 약물 용량이 전달되도록 하려면 내부 기어 톱니에 매우 엄격한 공차(± 0.02mm)가 필요합니다.
- 절충안: 환자의 안전이 최우선이기 때문에 높은 금형 비용과 느린 사이클 시간이 허용됩니다. 안정성을 위해 PEEK나 폴리카보네이트 같은 소재가 사용됩니다.
자동차 부품(혼합 정밀)
- 신청: 자동차 도어 내부 패널입니다.
- 공차 전략:
- 장착 클립: 패널이 덜거덕거리지 않고 금속 프레임에 끼워질 수 있도록 허용 오차가 엄격합니다.
- 표면 윤곽: 큰 플라스틱 곡선에 대한 허용 오차가 느슨해졌습니다. 소재의 유연성으로 인해 차체에 잘 맞습니다.
- 절충안: 미크론 수준의 정확도보다는 "맞춤 및 마감"에 중점을 둡니다.
가전제품(화장품 중심)
- 신청: TV 리모컨 하우징입니다.
- 공차 전략: 는 most critical tolerance is the 파팅라인 핏 위쪽과 아래쪽 절반 사이. 공차가 꺼져 있으면 사용자는 날카로운 모서리를 느낍니다.
- 절충안: 엔지니어는 내부 치수 정밀도보다는 "간격 및 플러시" 공차에 중점을 둡니다.
결론
사출 성형 공차에 대한 주요 내용
사출 성형은 열, 압력 및 재료 과학의 복잡한 춤입니다. "완벽한" 치수는 이론적으로 불가능하지만, 예측 가능한 올바른 접근 방식을 통해 측정기준을 달성할 수 있습니다.
- 재료에 따라 잠재력이 결정됩니다. 폴리프로필렌(고수축)에서는 폴리카보네이트(저수축)와 동일한 공차를 유지할 수 없습니다.
- "강철 안전" 디자인: 항상 금속 제거가 가능하도록 금형을 설계하십시오. 허용오차에 대비한 가장 저렴한 보험입니다.
- 프로세스 제어가 가장 중요합니다. 정밀한 금형은 안정적인 공정 없이는 쓸모가 없습니다. 다음과 같은 기술 분리된 몰딩 그리고 과학적인 성형 일관성을 위해 필수적입니다.
- 조기에 의사소통: 는 most successful projects involve the molder during the design phase. They can spot a tolerance issue on a CAD model long before steel is cut.
정밀 제조의 미래 동향
미세유체공학 및 웨어러블 기술과 같은 산업이 성장함에 따라 정밀도에 대한 요구가 가능성의 한계를 넓히고 있습니다.
- 스마트 금형: 재료 변화를 보상하기 위해 실시간으로 사출 압력을 자동 조정하는 AI 기반 센서가 장착된 금형입니다.
- 미세 성형: 는 ability to mold parts smaller than a grain of rice with tolerances in the single-digit microns (± 0.005 mm).
엔지니어는 사출 성형 공정의 한계와 기능을 이해함으로써 제조 가능할 뿐만 아니라 기능적이고 비용 효율적이며 고품질의 부품을 설계할 수 있습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 사출 성형의 표준 공차는 얼마입니까?
는re is no single “standard,” but the industry baseline for general commercial tolerances is typically ± 0.1mm ~ ± 0.25mm 중소형 부품용. 고정밀 부품의 경우 공차를 ±로 좁힐 수 있습니다. 0.05mm 하지만 이로 인해 비용이 크게 증가합니다.
2. 가장 엄격한 공차를 유지하는 플라스틱 소재는 무엇입니까?
수축률이 낮은 비정질 수지는 최고의 공차를 유지합니다.
- 최고: 액정 폴리머(LCP) , 폴리카보네이트(PC) , ABS , 그리고 PEEK .
- 필러를 사용하면 더 좋습니다: 추가 유리섬유 또는 탄소섬유 어떤 소재(나일론이나 PP도 포함)에 적용하면 수축이 크게 줄어들고 공차 제어가 향상됩니다.
3. 사출 성형 부품이 설계보다 작은 이유는 무엇입니까?
이는 아마도 다음과 같은 이유 때문일 것입니다. 수축 . 모든 플라스틱은 냉각되면서 수축됩니다. 금형 설계자가 특정 재료의 "수축률"을 정확하게 계산하지 않고 이를 보완하기 위해 금형 크기를 확대하지 않은 경우 최종 부품의 크기가 축소됩니다. 낮은 경우에도 발생할 수 있습니다. 포장 압력 성형 과정 중.
4. 플라스틱 부품에 대해 "무관용"을 달성할 수 있습니까?
아니요. "무공차"는 모든 제조 공정, 특히 플라스틱의 경우 물리적으로 불가능합니다. 플라스틱은 온도와 습기에 민감합니다. 차가운 방에서 측정한 부품은 더운 방에서 측정한 부품과 다릅니다. 항상 허용 가능한 범위(예: ± 0.02mm)를 정의해야 합니다.
5. 허용범위를 벗어난 뒤틀린 부분은 어떻게 수정하나요?
뒤틀림은 일반적으로 고르지 못한 냉각으로 인해 발생합니다.
- 디자인 수정: 보장 벽 두께가 균일함 . 두꺼운 부분을 코어 아웃하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
- 프로세스 수정: 조정하다 냉각 시간 또는 ensure the mold temperature is consistent on both the cavity and core sides.
- 도구 수정: 추가 형상적응형 냉각 채널을 금형으로 보내 핫스팟을 목표로 삼습니다.
6. ISO 2768과 ISO 20457의 차이점은 무엇입니까?
- ISO 2768 주로 다음을 목적으로 하는 일반 공차 표준입니다. 가공된 금속 부품 . 플라스틱에 잘못 적용되는 경우가 많습니다.
- ISO 20457(이전 DIN 16901) 에 대한 구체적인 기준이다 사출 성형 플라스틱 부품 , 수축 및 탄성과 같은 성형 변수를 고려합니다. 플라스틱 부품에 대해서는 항상 ISO 20457을 참조해야 합니다.
7. 벽 두께가 공차에 영향을 미치나요?
네, 상당히 그렇습니다. 벽이 두꺼울수록 수축이 더 심해지고 싱크마크 그리고 공백 . 일관되지 않은 벽 두께의 원인 뒤틀림 . 벽을 균일하고 상대적으로 얇게(일반적으로 2mm - 3mm) 유지하는 것이 일관된 치수를 보장하는 가장 좋은 방법입니다.
