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2-1 금형수축율 (MOLD SHRINKAGE)

모든 열가소성 프라스틱은 가소화된 후에 냉각 및 고화가 되면서 수축이 된다.

이 결과로 인해 금형설계시에 금형의 캐비티 및 코아 치수를 최종부품치수보다 약간 크게 만들어야 한다.

금형과 부품사이에 존재하는 치수차이를 금형수축이라하고 금형수축율은 다음과 같이 계산된다.

S＝(1－C/M)×100% 여기서

S는 금형수축율(%)이고
C는 부품치수(mm),
M은 금형치수(mm)이다.

금형수축율은 금형형상과 성형조건에 따라 상당히 변한다.

예를 들면 두께가 얇은 부품은 두꺼운 부품보다 수축이 덜 일어난다.

특정용도에 대한 재료선정시 비결정성수지와 결정성수지사이의 수축특성을 이해하는 것이 중요하다.

수지의 결정화정도가 수축율에 주로 영향을 미친다.

결정성수지는 비결정성수지보다 수축이 더 되는 경향이 있다.

비결정성수지는 등방성이고 수지의 흐름방향이나 흐름반대방향의 수축율이 같다.

결정성수지는 이방성으로 수지의 흐름방향과 흐름반대방향의 수축율이 다르다.

보강되지 않은 결정성수지의 수축율은 수지의 흐름방향이 항상 제일 크고 유리섬유가 보강된 수지는 유리섬의 배향 때문에 흐름방향의 수축율이 흐름반대방향의 수축율보다 작다.

그림 39와 그림 40에 금형수축율에 관한 설명이 나와 있다.

2-2 공차 (TOLERANCES)

금형조건과 성형조건과 같은 변수 때문에 열가소성 프라스틱부품의 치수는 도면의 기본치수와 약간 다르다.

이것을 해결하기 위하여 설계단계에서 공차한도를 명시하여야 한다.

지이프라스틱수지로 성형된 제품에 대한 적절한 생산공차는 등급과 실제의 도면치수가 주어진다면 표 9에서 찾아 결정할 수 있다.

표 10은 여러 가지 열가소성 프라스틱수지에 대해 다른 공차그룹과의 관계가 나와 있다.

공차범위가 너무 좁으면 금형비나 부품가격이 너무 비싸지기 때문에 이상적인 부품 제작을 을 위하여 적정공차의 선정이 중요하다.

표 9. 일반 공차


공차 그룹	구분	공칭치수
		OVER	0	1	3	6	10	15	22	30	40	53
		UP TO	1	3	6	10	15	22	30	40	53	70
일반공차
160	A		±0.26	±0.30	±0.33	±0.37	±0.42	±0.49	±0.57	±0.66	±0.76	±0.94
	B		±0.18	±0.20	±0.23	±0.27	±0.23	±0.39	±0.47	±0.56	±0.66	±0.84
150	A		±0.23	±0.25	±0.27	±0.30	±0.34	±0.38	±0.43	±0.49	±0.57	±0.66
	B		±0.13	±0.15	±0.17	±0.20	±0.24	±0.26	±0.33	±0.39	±0.47	±0.58
140	A		±0.20	±0.21	±0.22	±0.24	±0.27	±0.30	±0.34	±0.38	±0.43	±0.50
	B		±0.10	±0.11	±0.12	±0.14	±0.17	±0.20	±0.24	±0.28	±0.33	±0.40
130	A		±0.18	±0.19	±0.20	±0.21	±0.23	±0.25	±0.27	±0.30	±0.34	±0.36
	B		±0.08	±0.09	±0.10	±0.11	±0.13	±0.15	±0.17	±0.20	±0.24	±0.26
치수공차 변화
160	A		0.56	0.60	0.66	0.74	0.84	0.98	1.14	1.32	1.56	1.88
	B		0.36	0.40	0.46	0.54	0.64	0.78	0.94	1.12	1.36	1.68
150	A		0.46	0.50	0.54	0.60	0.68	0.76	0.86	0.96	1.14	1.36
	B		0.26	0.30	0.34	0.40	0.48	0.56	0.66	0.78	0.94	1.16
140	A		0.40	0.42	0.44	0.48	0.54	0.60	0.66	0.76	0.86	1.00
	B		0.20	0.22	0.24	0.26	0.34	0.40	0.48	0.56	0.66	0.80
130	A		0.36	0.36	0.40	0.42	0.46	0.50	0.54	0.60	0.68	0.78
	B		0.16	0.18	0.20	0.22	0.26	0.30	0.34	0.40	0.48	0.56
120	A		0.30	0.34	0.36	0.38	0.40	0.42	0.48	0.50	0.54	0.60
	B		0.12	0.14	0.16	0.18	0.20	0.22	0.26	0.30	0.34	0.40
110	A		0.18	0.20	0.22	0.24	0.26	0.28	0.30	0.32	0.36	0.40
	B		0.08	0.10	0.12	0.14	0.16	0.18	0.20	0.22	0.26	0.30
정밀	A		0.10	0.12	0.14	0.16	0.20	0.22	0.24	0.26	0.28	0.31
엔지니어링	B		0.05	0.06	0.07	0.08	0.10	0.12	0.14	0.16	0.18	0.21
A; 성형과 관련 없는 치수 B; 성형과 관련된 치수

공차 그룹	구분	공칭치수
		OVER	70	90	120	160	200	250	315	400	500	630	800
		UP TO	90	120	160	200	250	315	400	500	630	800	1000
일반공차
160	A		±1.15	±1.40	±1.80	±2.20	±2.70	±3.30	±4.10	±5.10	±6.30	±7.90	±10.00
	B		±1.05	±1.30	±1.70	±2.10	±2.60	±3.20	±4.00	±5.00	±6.20	±7.80	±9.90
150	A		±0.81	±0.97	±1.20	±1.50	±1.60	±2.20	±2.60	±3.40	±4.30	±5.30	±6.60
	B		±0.71	±0.87	±1.10	±1.40	±1.70	±2.10	±2.70	±3.30	±4.20	±5.20	±6.90
140	A		±0.60	±0.70	±0.85	±1.05	±1.25	±1.55	±1.90	±2.50	±2.90	±3.00	±4.50
	B		±0.50	±0.60	±0.75	±0.95	±1.15	±1.45	±1.60	±2.70	±2.80	±3.50	±4.40
130	A		±0.44	±0.51	±0.60	±0.70	±0.90	±1.10	±1.30	±1.80	±2.00	±2.50	±3.00
	B		±0.34	±0.41	±0.50	±0.60	±0.80	±1.00	±1.20	±1.50	±1.90	±2.40	±2.80
치수공차 변화
160	A		2.30	2.80	3.60	4.40	5.40	6.80	8.20	10.20	12.50	15.80	20.00
	B		2.10	2.60	3.40	4.20	5.20	6.40	8.00	10.00	12.30	15.60	19.80
150	A		1.62	1.94	2.40	3.00	3.60	4.40	5.60	6.60	8.60	10.60	13.20
	B		1.42	1.74	2.20	2.80	3.40	4.20	5.40	6.60	8.40	10.40	13.00
140	A		1.20	1.40	1.70	2.10	2.50	3.10	3.80	4.60	5.80	7.20	9.00
	B		1.00	1.20	1.50	1.90	2.30	2.90	3.60	4.40	5.60	7.00	8.00
130	A		0.86	1.02	1.20	1.50	1.80	2.20	2.60	3.20	3.90	4.90	6.00
	B		0.68	0.82	1.00	1.30	1.60	2.00	2.40	3.00	3.70	4.70	5.50
120	A		0.68	0.78	0.90	1.06	1.24	1.50	1.80	2.20	2.60	3.70	4.00
	B		0.48	0.58	0.70	0.86	1.04	1.30	1.60	2.00	2.40	3.00	3.80
110	A		0.44	0.50	0.58	0.68	0.80	0.96	1.16	1.40	1.70	2.10	2.80
	B		0.34	0.40	0.48	0.58	0.70	0.88	1.06	1.30	1.00	2.00	2.90
정밀	A		0.35	0.40	0.50
엔지니어링	B		0.25	0.30	0.40
A; 성형과 관련 없는 치수 B; 성형과 관련된 치수

2-3 스냅핏 체결 (SNAP-FIT LATCHES)

스냅핏 체결은 특히 프라스틱부품 사용시에 가장 적합한 체결방법이다. 이 방법은 프라스틱 부품자체에 결합될 수 있는(INTERLOCKING)형상을 성형하므로서 다른 부품이 부착될 수 있도록 하는 방법이다.

스냅핏 체결은 결합부 래치(LATCH)형상에 따라 분해될 수 있게 설계되거나 영구적으로 조립되도록 설계될 수 있다.

부품들을 조립하는데 요구되는 힘과 래치(LATCH)의 허용할 수 있는 변형량은 래치형상의 설계에 따라 변경시킬 수 있다.

스냅핏 체결은 여러 가지 형태의 설계가 있으나 대부분 다음의 3가지 기본형태로 구분된다.

1) 외팔보형 스냅핏 (CANTILEVER SNAP-FITS)

2) 고리모양의 스냅핏 (ANNULAR SNAP-FITS)

3) 비틀림형 스냅핏 (TORSIONAL SNAP-FITS)

와팔보형의 스냅핏은 그 형상이 엄청나게 다양하기 때문에 여러 가지 스냅핏중에서 가장 보편적으로 상용된다.

외팔보형의 스냅핏은 부품의 기본벽으로부터 연장된 돌출부 끝단에 갈고리 모양(HOOK)이나 구슬모양(BEAD)을 설치하여 그와 결합되는 부품이 체결되도록 되어있다.

스냅핏은 정기적으로 분해되어야 하는 부품에 대하여는 고려하지 말아야 한다.

성공적으로 조립을 하기 위하여는 설계단계에서 다음 사항들이 고려되어야 한다.

① 재료에 일어나는 계산된 변형율은 보강되지 않은 수지의 경우 약 5%를 초과하지 말아야 하고 유리섬유가 보강된 수지의 경우 1∼2%이다.

(이 변형율은 일반적으로 추천되는 변형율수치보다 높지만, 변형은 단지 표면에서 부분적으로 일어나고 지지하는 벽의 유연성에 의해 효과적으로 줄어들기 때문에 대부분의 경우 위의 변형율로 가능하다.)

그림 41은 직선의 스냅핏보와 경사진 스냅핏보에 대한 예이다.

일정한 단면의 보와 경사진 단면의 보에 대하여 변형에 의하여 생긴 변형율은 각각 A와 B식으로 계산될 수 있다.

A) e ＝ (3Yh₀/2ℓ²)×100%
B) e ＝ (3Yh₀/2ℓ²K)×100% 여기서	e ＝ 변형률 Y ＝ 변형 h₀＝ 벽에서의 보두께 K ＝ 비례상수(그림 42 참조) ℓ ＝ 보의 길이K/div>

② 영구조립이 되는 경우 한번의 변형만이 있으므로, 그와 같은 경우에는 상기변형율 수준보다 높아질 수 있다.

③ 보다 낮은 최대변형율로 재료감소를 이루기 위하여는 경사진보를 사용한다.

h₀ 과 h ℓ의 비는 2 : 1이 추천된다.

④ 응력집중을 감소시키기 위하여 보의 바닥에는 최소 0.4h₀ 의 레이우스(R)가 설치되어야 한다.

⑤ 조립되는 위치는 제품벽의 유연성과 연관시켜 고려하여야 한다. 이렇게 하므로서, 외부응력의 감소에 도움이 될 수 있다.

⑥ 수축자국을 피하기 위하여는 h₀ 는 기본벽두께의 60%보다 작아야 한다.

⑦ 래치(LATCH)의 변형은 래치길이의 50%보다 적어야 한다.

2-4 자동화 (AUTOMATION)

자동화란 제품을 이동시키는 장치로부터 수동조작장치 및 컴퓨터를 이용한 제조기술이나 첨단의 제조방법을 이용한 완전히 로보트로 생산하는 시스템까지의 모든 기계적인 조립방법을 이용한 생산방법을 말하는 일반적인 용어이다.

효율, 유연성, 경제성, 품질 및 더 신뢰할 수 있는 최종제품이 자동화를 위해 추진하여야 할 모든 요소이다.

자동화의 핵심은 설계이다.

열가소성의 엔지니어링 프라스틱은 이 용도에 적합한 높은 성능의 재료를 선택할 수 있는 기회를 제공하여 준다.

금속이나 목재 또는 유리등과 같은 기존의 구조용 재료로서 이룰 수 있는 기능보다 더 많은 기능을 통합시키는 것이 가능하고 이와 같이 더 많은 기능을 통합시키므로서 부품수를 줄이고 재고품을 감소시킨다.

그러므로 제품설계에 대한 새로운 시도가 필수적이다.

자동화는 초기설계단계에서 고려되어야 하는 제품설계의 일부분이다. 다음 사항이 자동화 설계시의 지침으로서 검토되어야 할 사항이다.

1) 부품조립이 단순화되도록 제품설계를 하므로서 조립을 합리적으로 하거나 부품을 통합시키므로서 조립공정이 삭제될 수 있다.

2) 부품들을 줄이거나 반조립품을 줄이기 위하여 통합하므로서 보다 크고 보다 쉽게 취급할 수 있는 제품을 만든다.

3) 부품수를 최소로 줄이는 것은 조립을 빨리 하기위하여 필수적이다.

4) 모든 부품이 스냅핏 형상에 의해 생산라인에서 조립될 수 있고 또한 운반구로서 될 수 있도록 샤시(SHASSIS)를 설계하는 것이 좋은 설계의 예이다.

5) 스냅핏 형상은 가능한한 부품에 설계되어야 한다.

스크류나 대점식의 고정(BAYONET FIXINGS)은 조립하기 가장 어려운 체결방법이다.

6) 부품은 조립을 쉽게 하기 위하여 다른 부품을 설치하는데 도움이 되는 가이드면과 위치선정 장치를 설치하여야 한다.

7) 일반적으로 자동화 조립을 하기가 쉽도록 잘 설계된 제품은 수동으로 조립하기도 쉽다.

8) 분해 조립이 쉬운 부품은 재생 사용을 하기도 좋은 이점이 있다.