KR101160561B1 - 사출 성형기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형기를 이용한 성형물 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사출 성형공정 중에서 사출단계에서 1회 사출할 수 있는 량을 설정하기 위한 설정방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 사출 성형기의 제어방법은, 사출시 캐비티 내의 압력값을 측정하는 단계와, 상기 측정된 압력값을 미리 설정된 임계 압력값과 비교하는 단계와, 상기 측정된 압력값이 임계 압력값에 도달할 때의 스크루의 위치를 입력받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사출 성형기의 제어방법{A CONTROL METHOD FOR INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은 사출성형기를 이용한 성형물 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사출 성형공정 중에서 사출단계에서 1회 사출할 수 있는 양을 설정하기 위한 설정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사출성형기는 사출부, 금형부 및 제어부로 구성되어 있으며, 금형부는 사출부에 인접하여 구비되는 고정금형과 이 고정금형에 대응하여 배치되는 가동금형으로 이루어져 있으며, 이 고정금형과 가동금형 사이에는 특정 형상의 캐비티가 형성되어 있어, 사출부에서 사출된 수지가 이 캐비티에 채워져 금형부의 냉각에 의해 수지가 굳어져서 원하는 성형물이 형성된다.

이러한 사출성형기에서 사출 성형이 이루어지는 공정을 간단히 살펴보면, 사출부의 가열 실린더 내부 전방에 수지를 용융하여 축적하는 계량공정과, 축적된 수지가 가열 실린더의 전단에 마련된 노즐로부터 가압사출되어 금형부의 캐비티에 용융된 수지가 채워지는 충진공정과, 이후 금형부가 냉각됨에 따라 캐비티의 공간을 점유하는 수지가 굳어져 특정 형상의 성형품이 이루어질 수 있도록 수지에 일정한 압력을 일정기간 유지하기 위한 보압공정으로 이루어진다.

양호한 상태의 성형물을 얻기 위해서는 캐비티 내의 성형물이 완전히 굳어지기까지 적절한 압력유지나 압력조절이 필요하다.

이 보압공정은 가열 실린더의 전단부에 구비된 충진공간을 점유하고 있는 용융된 수지가 사출용 서보모터의 전진동작에 의해 금형부의 캐비티로 가압사출되며, 금형부의 냉각으로 인해 캐비티의 수지가 굳어져 완전한 성형물을 이룰 수 있을 때까지 일정한 압력을 유지하기 위한 공정으로, 사출 후 성형물이 굳어질 때까지 그 압력을 일정기간 유지하기 위한 공정이다.

공정에서는 이것을 V-P전환이라고 불리우는데, 가열 실린더 내의 스크루의 전진동작으로 인한 가속동작이 이후에 이루어지는 압력을 유지하기 위한 동작으로 전환되는 것을 의미한다.

이러한 압력유지는 사출을 위한 스크루의 전진동작이 완료된 후 일정기간 지속적인 유지가 필요로 한다.

한편, 가열 실린더의 노즐에서 용융된 수지가 금형부에 형성된 캐비티로 가압사출하게 되면, 금형부가 받든 압력은 캐비티에 수지가 채워짐에 따라 압력이 서서히 증가하다가 캐비티를 완전히 채워지게 되면 금형부가 받는 압력은 급격히 증가하게 된다.

이 때 무리한 압력은 완성된 성형물의 밀도분포에 불균형을 야기할 수 있다.

또한 금형부를 이루는 고정금형과 가동금형 사이에 형성되는 캐비티의 설계 용량과 사출성형기의 실제로 사출되는 사출량과의 차이가 발생될 수 있다.

KR10-2008-0042013 A KR10-2000-0006337 A KR10-2010-0055502 A KR10-2000-0006223 A

본 발명은 금형부에 사출되는 수지 사출량을 정확히 설정하려는데 그 목적이 있다. 이에 따라 사출단계 이전의 계량단계에서의 사출용 서보모터의 초기위치를 정확히 설정하는 것이 가능하고, 금형부에 부가된 형체장치의 서보모터의 구동을 설정할 수 있다. 따라서 전체공정을 시간적으로 최적화할 수 있다.

본 발명에 따른 사출 성형기의 제어방법은, 사출시 캐비티 내의 압력값을 측정하는 단계와, 상기 측정된 압력값을 미리 설정된 임계 압력값과 비교하는 단계와, 상기 측정된 압력값이 임계 압력값에 도달할 때의 스크루의 위치를 입력받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 사출성형기를 이용한 성형물 제조방법에 따르면, 1회 사출량을 계산하고 이를 기초로 가열 실린더 내부의 충진공간을 정확히 설정할 수 있다.

또한 충진공간의 설정은 사출부, 금형부 및 형체장치에 부가되는 서보모터의 동작범위와 구동시점을 정확히 결정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 사출 성형기를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 사출 성형기의 1회 사출량을 결정하기 위한 사출 성형기의 제어를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성들을 한정하는 의미로 해석되어서는 아니될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형기를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 사출성형기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 사출부, 금형부 및 제어부로 나뉘어져 있고, 사출부는 수지공급용 호퍼, 가열 실린더, 사출용 서보모터 및 스크루 회전용 서보모터로 이루어져 있고, 금형부는 고정금형과 가동금형으로 이루어져 있으며, 원하는 형상이 이 고정금형과 가동금형이 맞대어진 공간, 즉 캐비티에 음각되어져 있다.

가동금형은 완성된 성형물을 취출하기 위해 가동금형이 형성되어 있는 방향으로 전후진이 가능하게 하는 형체장치가 부가되어 있다.

그리고 제어부는 사출부, 금형부 및 형체장치에 구비된 전기장치들을 제어하기 위한 제어회로를 구비하고 있다.

사출부에 구비된 호퍼는 가열 실린더의 일측에 부가되어 있는 것으로, 사출 성형물의 재료가 되는 수지를 가열 실린더 내부로 공급하기 위하여 일시적으로 저장하는 곳이다.

이 호퍼에 저장된 수지는 가열 실린더 내부에 형성되어 있는 스크루의 회전에 의해 가열 실린더의 일측 단부 즉, 노즐이 형성되어 있는 부분과 스크루의 전단부 사이에 형성되는 충진공간에 1회의 사출될 량이 저장됨과 아울러 열에 의해 용융 및 가소화되게 되다.

이 충진공간에는 용융수지의 온도와 압력을 검출하기 위한 온도센서 및 압력센서가 부가되어 있다.

가열 실린더의 일측에는 노즐이 형성되어 있고, 타측에는 스크루가 구비되어 있어 이 스크루의 회전 및 전후진 동작이 가능하도록 가열 실린더 내부 중심에 형성되어 있다.

사출을 위한 수지의 용융 상태를 유지하기 위하여 가열 실린더에는 전기적인 에너지를 열에너지로 변환하는 히터가 구비되어 있어, 사출될 때까지 일정한 온도를 유지할 수 있다.

스크루의 후방에는 스크루 회전용 서보모터가 연결되어 있으며, 제어부의 동작 개시신호에 따라 스크루의 회전을 제어하게 된다.

호퍼로부터 공급된 수지가 스크루의 회전동작에 의해 충진공간으로 이동하게 된다.

또한 이 스크루에는 후술할 사출용 서보모터가 부가되어 있는데, 충진이 완료된 수지를 노즐을 통해 금형부로 사출하게 된다.

이때 스크루의 동작은 수지를 가압사출하기 위해 스크루를 노즐이 형성되어 있는 방향으로 전진하여 사출동작을 완료하게 된다.

사출용 서보모터에는 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위해, 서보모터의 회전축에 장착된 나사의 회전에 따라 전후진이 가능하도록 스크루의 일측에 너트가 형성되어 있어, 서보모터가 정회전함에 따라 나사가 회전하게 되고 고정된 너트와의 결합에 의해 스크루가 전진한다.

만약 사출용 서보모터가 역회전하게 되면 이와 반대로 후진하게 된다.

이러한 스크루의 전진동작과 후진동작은 사출시 노즐에서 사출되는 압력으로 수지에 압력 변화를 주게 되므로 성형물의 품질에 영향을 미치게 된다.

여기서 사출용 서보모터는 직선운동을 필요로 하는 구성이므로, 위 기재한 바와 같은 나사가 형성된 회전축과 너트에 의한 기계적 구조 대신에 직선운동이 가능한 리니어모터를 사용하여도 된다.

또한 스크루의 정확한 위치의 검출을 위해 위치센서가 스크루와 서보모터 사이에 구비되어 있어, 제어부에 의해 사출용 서보모터의 동작을 제어할 수 있도록 한다.

한편 금형부는 가열 실린더의 노즐과 인접하게 형성되는 고정금형과 이 고정금형과 대응하는 배치되는 가동금형으로 이루어져 있고, 가동금형은 고정금형과 정합하여 내부에 일정한 공간, 즉 캐비티를 형성한다.

그리고 가동금형에는 형체장치가 구비되어 있어, 금형부를 형개, 형폐 및 형체동작을 수행할 수 있도록 한다.

형체동작 중에는 금형부 내부의 수지가 굳어져 일정한 형상이 만들어질 수 있도록 히터와 냉각수 등 온도조절장치가 부가되어 있다.

특히 노즐로부터 사출되는 수지가 용융 상태를 그대로 유지하면서 캐비티 내부 전체를 다 채워질 수 있도록 적정한 온도를 유지하여야 하며, 이 이후에는 빠른 시간내에 고른 밀도를 유지하면서 굳어질 수 있도록 냉각속도를 조절하여야 한다.

제어부는 위에서 설명한 사출부와 금형부에 부가된 온도센서, 압력센서 및 위치센서에 의해 검출된 측정값을 잔달받고, 이를 기초로 서보모터의 구동, 히터의 동작 및 냉각장치 등의 전기적인 흐름을 제어한다.

이와 같이 형성된 본 발명의 일실시 예에 따른 사출 성형기를 이용한 성형물 제조과정을 수지의 이동과정과 성형과정을 시간적 흐름을 기초하여 설명한다. 본 발명에 따른 수지의 성형은 계량단계, 사출단계, 금형단계 및 성형물 분리단계로 이루어진다.

계량단계는 가열 실린더의 전단부에 형성된 충진공간에 수지를 이송하는 과정으로, 가열 실린더 내부에 마련된 스크루 회전용 서보모터의 회전에 의해 호퍼에 저장된 수지가 충진공간으로 이송된다.

이 과정에서 수지는 열을 받아 용융 및 가소화된다.

대략 1회 사출량을 충진공간에 채워지면 스크루 회전용 서보모터의 회전은 정지한다.

이때 금형부는 형체장치의 형폐동작이 진행되어서 고정금형과 가동금형이 서로 정합되게 된다.

이후의 사출단계 이전에 형폐동작이 완료되고 형체동작이 이루어진 상태가 되어야 한다.

사출단계는 이 충진공간에 채워진 용융 수지가 노즐을 통해 금형부로 사출되는 과정으로, 충진공간에 채워진 수지가 사출용 서보모터의 전진동작에 의해 노즐을 통해 사출되어 금형부의 고정금형과 가동금형 사이에 형성되는 캐비티에 수지가 채워지게 된다.

이 기간 동안 수지에는 일정한 성형압력이 걸리게 되는데 이 압력은 사출용 서보모터의 전진속도에 기인한다.

이때 금형부는 고정금형과 가동금형이 닫혀져 형체장지로부터 일정압력을 받고 있는 상태인 형체동작이 진행되고 있다.

금형단계는 캐비티 내부의 수지를 고형화하는 단계로, 고정금형과 가동금형 사이에 형성된 공간인 캐비티에 수지가 모두 채워진 후, 고정금형과 가동금형에 형성된 냉각수를 이용한 냉각장치로 온도를 낮추어 수지를 고형화 한다.

한편 사출부에는 사출용 서보모터가 수지의 사출 후 전진되어 있는 상태이며, 고형화가 완료될 때까지 압력을 유지하고 있는 상태, 즉 사출용 서보모터의 속도동작이 압력유지로 변환(V-P전환)되는 보압공정 하에 놓이게 된다.

이때 금형부는 고정금형과 가동금형이 닫혀져 형체장치로부터 일정한 압력을 받고 있는 형체동작이 사출단계 이후 계속된다.

금형단계 이후에는 성형물 분리단계가 이어진다.

성형물 분리단계는 고정금형과 가동금형이 분리되고 완성된 성형물을 캐비티에서 취출하게 되는데, 이와 동시에 스크루 회전용 서보모의 구동으로 계량공정이 진행된다.

이때 금형부의 형체장치는 형개동작이 진행되어 성형물이 금형부에서 분리되고 다음 성형물을 위해 형폐동작이 이루어진다.

이와 같은 구성과 제조방법으로 이루어지는 사출 성형은 1회 사출량이 정하여짐에 따라 가열실린더의 충진공간이 결정되며, 사출용 서보모터의 초기 위치와 사출 시간이 정하여 지고, 이후에 이어지는 형체장치의 형계동작, 형체동작 및 형개동작의 시간이 하나의 사이클로 이어지게 된다.

따라서 1회 사출량의 결정은 사출 성형기를 이용한 성형물 제조방법의 제어 설정에 기초가 된다.

이하에서는, 도 2를 참조하면서, 1회 사출량을 결정하기 위한 방법을 설명한다. 1회 사출량은 노즐과 스크루의 전단부 사이의 공간에 의해 결정되므로 스크루의 위치에 따라 결정된다. 따라서 스크루의 위치를 기초로 1회 사출량이 결정된다.

호퍼로부터 저장된 수지 재료는 가열 실린더 내의 스크루의 회전으로 충진공간으로 이동되면서 가소화 및 용융된다.

이 충진공간은 노즐과 스크루의 전단부 사이의 공간으로 1회 사출량에 의해 그 크기가 결정된다.

우선 금형부의 캐비티의 설계시의 용량보다 충분히 많은 량을 포함할 수 있도록 스크루의 위치를 정하여야 한다.

충진공간에서 용융된 수지가 충진되면 사출용 서보모터는 용융된 수지를 가압하여 금형부에 형성된 캐비티로 노즐을 통해 사출하게 된다.

상기 금형부의 캐비티에는 압력센서가 구비되어 있어 캐비티가 받는 압력을 가열 실린더의 노즐에서 사출이 시작되는 시점에서부터 지속적으로 검출하고 측정된 압력값을 미분기와 비교부로 출력한다.

여기서, 캐비티 내의 압력변화를 살펴보면, 상기 캐비티에 용융된 수지가 채워져 감에 따라 캐비티 내의 압력은 서서히 증가하지만, 캐비티를 모두 채우게 되면 측정된 압력값은 급속히 높아지게 된다.

미분기는 시간적으로 변화되는 압력값을 계산하고 이를 서보모터 구동부로 전송하여 사출용 서보모터의 속도를 제어한다.

그 결과, 상기 미분기로 입력되는 압력값이 증가되기 시작하면 상기 사출용 서보모터와 연결된 스크루의 전진 속도는 미분기에서 출력된 값에 따라 줄일 수 있도록 한다.

이에 따라 측정압력값은 급속한 변화를 줄일 수 있게 된다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 서보모터는 회전하는 전기기기로서 관성력이 작용하므로 사출용 서보모터에 연결된 스크루의 정확히 측정하기 어렵다.

또한 측정된 압력값은 비교부에 전송된다. 상기 비교부에는 미리 설정된 임계압력값과 비교하여 측정된 압력값이 임계압력값에 도달하는지 여부를 판단하고, 측정압력값이 임계압력값에 도달하였다면, 제어부는 스크루의 위치를 감지하는 위치센서로부터 스크루의 위치값을 입력받는다.

여기서 임계압력값은 상기 금형부의 캐비티 내에 용융 수지가 완전히 채워질 때 압력이 급속히 높아지는 압력값으로, 형체장치의 형체동작 중에서 형체력을 유지하기 위한 압력값 범위 중에서 선택되어지며, 사용자가 고형화된 성형물의 정밀도를 고려하여 정하여진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 캐비티 내에서 측정된 압력값이 임계압력값에 도달하였을 때의 스크루의 위치값으로부터 1회 사출되는 사출량이 정하여지는 것이며, 제어부는 상기 스크루의 위치값을 기초로 하여 이후에 진행되는 공정들 즉, 사출량, 사출시점 그리고 형체장치의 형폐동작, 형개동작 및 형체동작의 시점과 유지기간을 설정할 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 사출 성형기의 제어방법은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 상기와 같은 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 많은 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

M1 : 사출용 서보모터
M2 : 스크루 회전용 서보모터
M3 : 형체장치용 서보모터
C : 캐비티
S : 충진공간
ps : 압력센서
aps : 위치센서
100 : 사출부
110 : 가열 실린더
120 : 스크루
130 : 호퍼
140 : 노즐
200 : 금형부
210 : 가동금형
220 : 고정금형
300 : 형체장치
310 : 토글기구

Claims (10)

1. 사출 성형기의 제어방법에 있어서,
   (a-1) 사출시 캐비티 내의 압력값을 측정하는 단계와,
   (a-2) 상기 측정된 압력값은 미분기로 출력되며 상기 미분기에서 시간적으로 변화되는 압력값을 계산하는 단계와,
   (a-3) 상기 미분기로 입력되는 압력값이 증가하면, 사출용 서보모터의 속도는 감소하는 단계를 포함해서 스크류의 위치를 제어하는 것;
   (b-1) 사출시 캐비티 내의 압력값을 측정하는 단계와,
   (b-2) 상기 측정된 압력값을 미리 설정된 임계 압력값과 비교하는 단계와,
   (b-3) 상기 측정된 압력값이 임계 압력값에 도달할 때의 스크루의 위치를 입력받는 단계를 포함해서 1회 사출량을 결정하는 것을 특징으로 하는, 사출 성형기의 제어방법.
   
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