압축 성형은 고무 성형에 처음 사용되었지만, 그 이후로 사용되는 재료의 범위가 크게 확대되었습니다. 여러분 주변의 많은 품목은 압축 성형을 사용하여 만들어졌으며 오늘날에도 여전히 훌륭한 제조 솔루션이 될 수 있습니다.
압축 성형이란 무엇입니까?
압축 성형은 상단과 하단의 양면 가열 금형을 사용하여 성형 가능한 재료를 금형에 의해 결정된 모양이나 형태로 압축하는 생산 공정입니다. 열과 압력은 모두 압축 성형 공정의 중요한 측면입니다. 열은 사용되는 재료의 유형에 따라 압축 성형에 사용되는 재료가 녹거나 경화되도록 돕습니다. 압력을 가하면 연화된 재료가 금형 캐비티 안으로 고르게 흘러 들어가게 됩니다.
이름에서 알 수 있듯이 압축력은 이 성형 방법의 핵심입니다. 사용되는 프레스의 톤수는 2500톤까지 올라갈 수 있습니다. 압축 성형은 대량 생산에 탁월한 제조 방법입니다.
압축 성형 공정
압축 성형 공정은 작업 중인 재료 유형에 따라 몇 가지 변형이 있습니다. 그러나 주요 프로세스는 6가지 기본 단계로 나눌 수 있습니다.
1단계: 성형을 위한 기계 준비
다양한 유형의 압축 성형 장비가 있지만 각 장비는 생산 주기가 시작되기 전에 어떤 방식으로든 준비되어야 합니다. 여기에는 다음과 같은 작업이 포함될 수 있습니다.
- 금형 청소
- 이형제 스프레이
- 불을 켜고 금형을 예열하는 중
- 인서트 등을 배치합니다.
이러한 조치는 필수적이며 단계가 누락되면 부품에 결함이 있거나 손상될 수 있습니다.
2단계: 공급 재료 측정 및 로드
압축 성형에 사용되는 플라스틱 재료의 양을 정확하게 측정해야 합니다. 이는 제품 간의 일관성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 금형에 재료가 너무 많으면 다음과 같은 여러 문제가 발생할 수 있습니다.
- 차단해야 할 과도한 양의 플래시
- 탈형 과제
- 손상된 금형
- 낮은 치수 정확도
반면, 재료가 너무 적으면 부품의 밀도가 부족하거나, 표면 품질이 좋지 않거나, 심지어 재료 부분이 누락될 수도 있습니다.
정확한 양의 재료가 측정되면 금형의 캐비티에 배치됩니다. 성형 재료는 금형에 넣기 전에 예열될 수 있습니다. 이는 사이클 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
3단계: 금형 닫기/재료 압축
재료가 제 위치에 있으면 금형을 닫아 재료를 금형 캐비티의 모든 부분에 밀어넣는 압축을 가합니다. 이 단계에서는 재료를 부드럽게 하거나 열경화성 재료의 경화를 돕기 위해 금형에 열을 가할 수도 있습니다.
더 빠른 사이클 시간을 위해 금형 폐쇄가 미리 결정된 속도로 이루어집니다. 재료가 금형 캐비티 내부에서 옮겨질 수 있으므로 속도도 너무 높으면 안 됩니다.
4단계: 경화 또는 냉각
금형이 닫힌 후 재료는 일정 시간(일반적으로 1~5분) 동안 제자리에 유지됩니다. 이 기간 동안 재료는 열경화성 플라스틱으로 경화됩니다. 경화는 폴리머에서 가교결합이 일어나 특정 특성을 지닌 고체 부품이 생성되는 과정입니다.
열가소성 수지의 경우 이 기간 동안 금형 내 성형 부품이 손상되지 않고 제거될 수 있을 만큼 단단해질 때까지 냉각됩니다.
5단계: 탈형
이 단계에서 금형이 열리고 고체 부분이 금형에서 제거됩니다. 배출 핀과 기타 기계 시스템이 이를 도울 수 있습니다. 어떤 경우에는 손으로 탈형을 수행할 수도 있습니다.
일부 부품은 다른 부품보다 탈형 과정이 더 복잡합니다. 예를 들어 인서트를 사용하여 성형된 부품의 경우 인서트는 탈형 단계 중 어느 시점에서 제거되어야 합니다.
6단계: 후처리
부품이 금형에서 제거된 후 준비가 된 것으로 간주되기 전에 몇 가지 추가 단계를 거쳐야 할 수도 있습니다. 이 단계에서는 여분의 재료나 플래시를 잘라내는 것이 일반적인 절차입니다. 다른 부품은 내부 응력을 줄이거나 청소하기 위해 열처리가 필요할 수 있습니다.
압축 성형의 금형 설계
압축 성형의 성공은 부품에 적합한 금형을 설계하는 것에서 시작됩니다.압축 성형의 메커니즘은 부품이 가질 수 있는 기능에 특정 제한을 둡니다. 설계된 부품을 제조할 수 있도록 하려면 이러한 제한 사항을 인식하는 것이 중요합니다.
압축 성형 기계는 복잡한 디자인의 부품을 성형하는 데 사용할 수 있지만 이로 인해 공정이 더욱 어려워집니다.
복잡한 디자인은 프로세스에 여러 단계를 추가할 수 있습니다. 이러한 설계는 재료가 흐르고 금형의 모든 부분에 도달하는 것을 더 어렵게 만들 수도 있습니다. 추가 단계는 생산 주기가 길어지고 비용이 높아지는 것을 의미하며 재료 흐름이 좋지 않으면 부품에 결함이 발생할 수 있습니다.
부품 배출을 쉽게 만드세요
배출하기 어려운 부품은 다음과 같은 문제에 직면할 수 있으므로 부품을 설계할 때 부품 배출 용이성을 고려해야 합니다.
- 긴 사이클 시간
- 표면 마감 불량
- 배출 중 파손
부품 배출을 더 쉽게 만드는 두 가지 요소는 금형 설계에 구배 각도를 사용하고 언더컷을 방지하는 것입니다.
적절한 벽 두께 선택
두꺼운 벽과 얇은 벽 모두 성형 부품에 문제를 일으킬 수 있습니다. 두꺼운 벽은 내부 공극이 형성되기 쉽습니다. 이는 벽의 외부 부분이 내부 부분보다 훨씬 빠르게 냉각되기 때문에 발생합니다.
얇은 벽은 온도 변화로 인한 변형력에 저항할 수 있는 강도가 부족합니다. 부품이 냉각됨에 따라 어떤 식으로든 휘거나 뒤틀릴 가능성이 더 높습니다.
이러한 과제는 금형 설계가 부품의 구조적 요구 사항과 재료의 흐름을 기반으로 최적의 벽 두께를 선택해야 함을 의미합니다. 리브는 두꺼운 벽 부분 없이 강한 부품을 얻기 위해 종종 사용됩니다.
재료를 고려하십시오
압축 성형 과정에서 다양한 재료가 다르게 작동합니다. 일부 재료는 다른 재료만큼 쉽게 흐르지 않습니다. 다른 것들은 더 느리거나 더 빠른 속도로 가열되거나 냉각됩니다. 일부 재료는 공정의 일부 단계에서 팽창하거나 수축할 수도 있습니다.
금형 설계에서는 결함이 있는 부품이나 잘못된 치수의 부품이 만들어지는 것을 방지하기 위해 이러한 사실을 고려해야 합니다.
오래 지속되는 디자인
압축 성형은 대량 생산 방법으로 분류됩니다. 이는 사용된 금형이 오래 지속되어야 하고 많은 부품에 사용되어야 함을 의미합니다.
이를 보장하려면 고온 및 고압으로 인한 손상 영향을 최소화하는 방식으로 금형을 설계해야 합니다.
쉽게 손상될 수 있는 금형 부분은 수리가 쉽도록 설계해야 합니다. 이렇게 하면 해당 부품을 교체하거나 수리해야 하는 경우 가동 중지 시간이 줄어듭니다.
압축 성형용 재료
압축 성형은 열경화성 수지와 열가소성 수지를 모두 사용할 수 있는 몇 안 되는 제조 공정 중 하나입니다. 이는 이 공정을 사용하여 제조할 수 있는 제품의 범위를 크게 확장합니다. 현재 사용되는 일반적인 재료로는 실리콘, 에폭시, HDPE 등이 있습니다.
실리콘
실리콘은 많은 응용 분야에서 천연 고무를 대체하는 놀라운 탄성 재료입니다. 내열성이 우수하고 절연체로서의 성능이 매우 뛰어납니다. 또한 고무보다 내구성이 뛰어나 의료 및 식품 등급 응용 분야에 모두 사용할 수 있습니다.
실리콘은 쉽게 흐르기 때문에 금형의 형태를 잘 채울 수 있기 때문에 압축 성형에 적합합니다.실리콘 일반적으로 개스킷, 씰 및 의료 장비 부품을 생산하는 데 사용됩니다.
PU
폴리우레탄이라고도 알려진 PU는 충격 강도, 내마모성, 인성이 높은 부품을 만듭니다.배합에 따라 PU 부품은 다양한 물리적 특성을 가질 수 있습니다.
이 열경화성 수지는 쉽게 흐르며 압축 성형을 통해 바퀴, 씰, 롤러 등을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
HDPE
고밀도 폴리에틸렌은 쉽게 녹고 녹은 상태에서 잘 흐르는 열가소성 수지입니다. 상당히 복잡한 부품의 압축 성형에 사용할 수 있습니다. 이 소재는 치수 안정성과 충격 저항이 매우 우수합니다.
압축 성형은 산업 및 자동차 응용 분야용 HDPE 부품 제조에 사용됩니다.
PTFE
폴리테트라플루오로에틸렌은 탁월한 논스틱 특성을 나타내며 화학물질에 대한 내성도 매우 높습니다. PTFE는 쉽게 흐르기 때문에 압축성형에 적합한 소재입니다. 베어링, 개스킷, 전기절연용 부품 등을 모두 PTFE를 사용하여 성형할 수 있습니다.
다른 성형공정과의 비교
압축 성형과 사출 성형은 두 공정 모두 금형을 사용하기 때문에 자주 비교됩니다. 상당한 정도의 중복이 있기는 하지만 이 두 가지 제조 방법은 크게 다르며 일반적으로 서로 다른 제조 요구 사항을 충족합니다.
개방형 대 폐쇄형 금형
압축 성형은 개방형 금형 설계를 사용합니다. 재료는 금형의 상단 부분이 그 위에서 닫히기 전에 노출된 금형 캐비티에 배치됩니다.
반면, 사출 성형에서는 폐쇄형 금형 설계를 사용합니다. 재료는 이미 닫혀 있는 금형에 주입됩니다. 재료를 도입하거나 배출하기 위한 통로가 있습니다.
부품 설계
압축 성형에 사용되는 금형의 개방형 특성은 패널과 같이 복잡하지 않은 기하학적 구조를 가진 대형 부품을 만드는 데 적합한 공정입니다. 이 공정을 사용하면 자동차 범퍼와 같은 부품을 쉽게 만들 수 있습니다.
사출 성형 금형의 폐쇄형 특성으로 인해 보다 복잡한 설계의 부품 생산에 탁월한 공정이 됩니다. 재료는 복잡한 형태로 흘러갈 수 있도록 고압에서 금형에 주입됩니다.
설치 비용
사출 성형 작업을 설정하는 것은 압축 성형을 설정하는 것보다 비용이 더 많이 드는 경향이 있습니다.사출 성형 공정의 높은 압력을 처리하고 공정 매개변수를 엄격하게 제어할 수 있어야 하기 때문에 툴링 비용이 상당히 높습니다.
압축 성형용 툴링은 비용이 많이 들지 않으므로 생산량이 적을 때 더 나은 선택이 됩니다.
사이클 시간
압축 성형 주기는 1분에서 6분 사이입니다. 반면에 일부 사출 성형 주기는 2초 정도로 짧을 수 있습니다.
사출 성형의 경우 생산 시간이 1분을 넘는 경우도 있지만 일반적으로 공정이 더 빠르고 대량 생산에 탁월한 선택입니다.
사이클 시간의 이러한 차이는 사출 성형 공정이 일반적으로 완전히 자동화되는 반면 압축 성형은 부품이 취출되기 전에 경화되는 데 시간이 필요한 수동 작업이 가능하다는 사실에서 비롯됩니다. 압축 성형에서는 재료 로딩과 부품 배출을 수동으로 수행할 수도 있습니다.
정밀도 수준
사출 성형 공정은 압축 성형에 비해 훨씬 더 정밀한 공정입니다.사출 성형에 사용되는 금형은 매우 강한 재료로 만들어집니다. 부품의 모양과 치수에 영향을 미치는 결함이 발생할 가능성이 적습니다.
정밀도 수준은 사출 성형 부품에 후처리가 필요하지 않을 정도로 충분히 높습니다.
재료 옵션
사출 성형은 다양한 재료에 적합하지만 압축 성형의 특별한 경우는 벌크 성형 컴파운드나 시트 성형 컴파운드를 사용할 수 있다는 것입니다. 이러한 재료에는 잘게 잘린 섬유가 포함되어 있으며 복합 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.
사출 성형은 이러한 재료를 사용할 수 없으며 복합 재료로 구성된 부품을 만드는 데 적합하지 않습니다.
압축성형의 장점과 단점
압축 성형은 한 세기 이상 지속되었습니다. 그 이유는 다음과 같은 장점이 있기 때문입니다.
- 툴링 비용 절감:유압프레스 등 압축성형과 관련된 장비는 사출성형에 사용되는 장비만큼 복잡하지 않습니다. 이는 압축 성형 작업을 시작하는 데 드는 비용을 줄여줍니다.
- 소량 생산에 더 적합:압축 성형 툴링의 비용이 저렴하므로 생산량이 적을 때 더 좋습니다. 이는 손익분기점에 도달하는 데 필요한 제품 수가 적기 때문입니다.
- 큰 품목에 적합:압축 성형을 사용하여 만든 부품의 크기와 무게 측면에서 주요 제한 요소는 프레스의 톤수와 크기입니다. 따라서 압축 성형은 일반적으로 사출 성형 및 기타 공정에 비해 더 큰 부품을 제조하는 데 사용됩니다.
- 삽입이 가능합니다:인서트 성형은 한 재료를 다른 재료 위에 성형하는 것입니다. 올바른 방법과 툴링을 사용하면 압축 성형을 통해 이것이 가능합니다.
- 강력한 부품:압축 성형은 사용하는 큰 압축력 덕분에 매우 견고한 조밀한 부품을 생산합니다.
- 재료 호환성:압축 성형은 섬유 함침 복합재를 포함한 다양한 유형의 재료와 호환됩니다.
이 제조 방법은 일부 제품에 항상 적합한 것은 아닙니다. 압축 성형의 단점은 다음과 같습니다.
- 부품 복잡성:압축 성형을 사용하여 달성할 수 있는 복잡성 수준은 나쁘지 않지만 사출 성형 및 기타 공정과 경쟁할 수 없습니다.
- 생산 시간:압축 성형의 생산 시간은 사출 성형의 생산 시간보다 깁니다.
- 후처리:올바른 조치가 없으면 플래시는 압축 성형에서 심각한 문제가 될 수 있습니다. 이 여분의 재료는 잘라내야 하며 이 추가 단계는 비용이 많이 들 수 있습니다.
압축 성형의 응용
압축 성형은 열가소성 및 열경화성 폴리머로 다양한 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이에 대한 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 전기 부품:소켓, 면판, 스위치 및 기타 전기 부품은 압축 성형을 사용하여 만들 수 있습니다.
- 전자 기기:이 기술을 사용하면 키패드, 게임 컨트롤러 등의 부품을 만들 수 있습니다.
- 자동차 부품:대형 패널 및 차량의 기타 부품은 압축 성형을 사용하여 만들 수 있습니다.
- 의료 기기 부품:인공호흡기 마스크 및 기타 의료 기기는 압축 성형을 사용해 제작됩니다.
결론
압축 성형은 사출 성형만큼 정교하지는 않지만 특정 유형의 제품을 만드는 데 가장 좋은 방법으로 남아 있습니다.
이 제조 공정은 간단하며 재료를 금형에 수동으로 로드할 수도 있습니다. 단순함에도 불구하고 강도가 매우 높고 표면 마감이 우수한 제품을 생산하며 일부 복잡한 형상도 관리할 수 있습니다.
압축 성형은 이제 많은 열경화성 및 열가소성 재료에 적용되며 해당 제품은 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.