급속 금형 가열 및 냉각

금형 표면 온도가 높을수록 제품의 표면 품질이 개선되지만 금형을 냉각하는 데 필요한 시간이 증가하여 사이클 타임이 증가하게 됩니다. 급속 금형 가열 및 냉각은 사이클 타임을 최대한 짧게 유지하면서 제품의 표면 품질을 개선하는 데 사용되는 기술입니다. 금형 온도가 계속 변경되기 때문에 이 해석의 시뮬레이션은 천이 냉각 솔버를 사용하여 얻습니다.

금형 면이 사출 전에 재료의 유리 천이 온도(Tg)보다 높은 온도까지 이상적으로 가열되면 사출이 시작됩니다. 금형이 충전되면 신속하게 냉각되어 취출 전에 제품을 고화시킵니다. 그런 다음 금형은 다음 사출이 발생하기 전의 온도까지 다시 가열됩니다. 금형을 고분자의 천이 온도보다 높게 가열하면 금형 압력을 최소화하여 전단으로 인한 체인 절단을 줄이고 충격 강도 및 내열성을 개선할 수 있습니다. 또한 높은 온도는 잔류 응력을 만들고 고분자 유동을 방해하는 스킨 같은 레이어의 형성을 방지하여 표면 품질을 개선할 수 있습니다. 신속한 금형 가열은 일반적으로 금형의 한 면으로 제한되어 제품의 한 면에 부드러운 광택이 있는 표면을 제공합니다. 그러나 투명한 제품의 경우 금형의 양쪽 면이 가열됩니다.

금형의 신속한 가열에는 가열 시스템의 두 가지 주요 범주가 사용됩니다.
면 가열
이 범주에는 단열 레이어가 금형 베이스로 코팅된 다음 가열 레이어가 캐비티 표면으로 단열 레이어에 적용되는 기술이 포함됩니다. 가열 레이어는 전극, 적외선, 전자기 유도 등 다양한 장치를 사용하여 가열할 수 있습니다. 이 접근 방법에서는 제품이 취출된 다음 금형이 닫기 전의 온도로 가열됩니다. 이 접근 방법의 이점은 금형 면이 매우 빠르게 가열되어 사이클 타임이 줄어든다는 것입니다. 그러나 장비가 복잡하다는 단점이 있습니다.
체적 가열
이 범주에는 금형의 한 면이나 양쪽 면이 가열되는 기술이 포함됩니다. 채널이 금형으로 드릴되어 가열과 냉각에 모두 사용되거나 하나에만 전용으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 급속 가열은 다음 그림에 표시된 대로 금형의 코어측 금형 면 아래에 있는 전기 히터 카트리지를 사용하여 얻을 수 있습니다.



히터 카트리지를 사용하는 급속 금형 가열/냉각 공정에 대한 간단한 그림

여기서 왼쪽 플레이트는 고정 플레이트이고, 중심 플레이트는 가열 플레이트, 오른쪽 플레이트는 이동 플레이트이며, 빨간색 원은 히터 카트리지이고 파란색 원은 냉각관입니다.

첫 번째 이미지에서는 금형이 열려 가열 플레이트와 이동 플레이트 사이의 작은 단열 간극을 보여줍니다. 히터 카트리지가 켜져 있고 금형을 가열하고 있습니다. 두 번째 이미지에서는 금형이 닫혀 있고 히터 카트리지가 꺼져 있으며 캐비티는 뜨거운 고분자로 채워져 있습니다. 세 번째 이미지에서는 냉각관이 냉수로 채워져 있고 제품이 냉각되고 있습니다. 마지막으로, 마지막 이미지에서는 가열 또는 냉각이 발생하지 않고 금형이 열려 있으며 제품이 취출됩니다.

히터 카트리지 대신 냉각관을 사용하여 금형을 가열해도 동일한 효과를 얻을 수 있습니다. 냉각관은 온수 또는 높은 온도의 증기를 충전 단계의 가열 막대로 전달하고 낮은 온도의 냉각수를 보압 및 냉각 단계의 냉각관으로 전달할 수 있습니다. 이 경우 냉각 단계가 완료된 후 가열 효율성을 개선하려면 채널 시스템에 공기를 주입하여 물의 모든 추적을 제거하고 냉각관 벽에서 증기의 적절한 접촉을 보장합니다.



급속 가열/냉각 공정 중 시뮬레이션된 금형 온도 변화를 보여주는 구조도

여기서 (a)는 사이클 1, (b)는 사이클 2, (c)는 사이클 3입니다. A는 취출 온도, B는 고분자 유리 천이 온도, 4->1은 사출/보압 단계, 1->2는 냉각 단계, 2->3은 형개/제품 취출 단계, 3->4는 가열 단계입니다.

주: 시뮬레이션된 사출 성형 사이클은 사출 단계와 함께 시작됩니다. 즉, 금형 급속 가열/냉각 시뮬레이션에서 첫 번째 사이클에는 금형 가열이 정확하게 반영되지 않는다는 의미입니다.