사출 사이클 타임 계산기

사출 성형 사이클 타임은 어떻게 계산하나요?

사출 성형 사이클 타임은 네 단계의 합입니다: 충전(사출), 보압(유지 압력), 냉각, 금형 개폐(취출 포함). 냉각 시간은 일반적으로 가장 긴 단계로 전체 사이클의 50-80%를 차지하며, 최적화의 주요 대상입니다.

냉각 시간은 부품의 벽 두께, 수지의 열확산율, 용융 온도·금형 온도·취출 온도 간의 온도 차이에 의해 결정됩니다. 평판에 대한 푸리에 열전도 방정식을 따릅니다: t_cool = (s²/π²α) × ln(4(T_melt − T_mold)/(π(T_eject − T_mold))).

벽 두께를 줄이면 냉각 시간이 두께의 제곱에 비례하므로 사이클 타임에 가장 큰 영향을 미칩니다. 벽 두께를 20% 줄이면 냉각 시간을 36% 줄일 수 있어 생산 경제성이 크게 향상됩니다.

Formula: 총 사이클 = 충전 + 보압 + 냉각 + 형개/형폐 냉각 시간 = (s² / π²α) × ln[4(Tm - Tw) / π(Te - Tw)] 충전 시간 = 숏 중량 / 사출 속도

계산 예시

벽 두께 2 mm인 40 g ABS 부품(α = 0.12 mm²/s, 용융 230°C, 금형 60°C, 취출 100°C). 냉각 시간 = (2² / (π² × 0.12)) × ln((8 / π²) × 170 / 40) = 3.377 × 1.237 = 4.18 s. 80 cm³/s 충전은 40 / 1.02 / 80 = 0.49 s, 보압은 냉각의 40% = 1.67 s, 여기에 형개폐 3 s와 취출 0.5 s: 합계 = 9.84 s ≈ 시간당 365개.

이 계산기를 사용해야 할 때

• 사출성형 제품의 생산 처리량을 추정할 때
• 설계 변경이 사이클 타임에 미치는 영향을 평가할 때
• 수지의 열확산 계수와 가공 온도를 비교할 때
• 병목 단계(충전, 보압, 냉각 또는 금형 이동)를 식별할 때

흔히 하는 실수

• 공칭 벽 두께 대신 최대 벽 두께를 사용하지 않는 것
• 보압 시간을 무시하는 것
• 일반 수지 계열의 열확산 계수를 가정하는 것
• 금형 온도 조절기의 한계를 무시하는 것

결과 해석 방법

• 냉각 시간이 총 사이클 시간의 70%를 초과하면, 냉각 최적화에 집중하세요
• 소형 부품의 시간당 부품 수가 100 미만이면 다중 캐비티 금형을 고려하세요
• 충전 시간이 상당 부분을 차지하면, 사출 속도 또는 벽 두께를 확인하세요

관련 표준 및 참고자료

• ISO 294-1 — 플라스틱 — 시험 시편의 사출 성형: 재현 가능한 물성 시험을 위한 공정 조건 및 사이클 타임 문서화
• ASTM D3641 — 열가소성 성형 및 압출 재료 시험 시편의 사출 성형 실무: 사이클 타임 및 파라미터 문서화
• SPI 플라스틱 산업 협회 수지 가이드 — ABS, PP, PE, 나일론 등 일반 수지의 사이클 타임, 냉각 속도 지침 및 열확산율 값 포함
• Rosato & Rosato — '사출 성형 핸드북'(3판, Springer): 푸리에 냉각 시간 방정식, 수지 열 데이터 및 사이클 타임 최적화에 대한 종합 참고서

자주 묻는 질문

사출 성형 사이클 타임을 줄이는 가장 효과적인 방법은?

냉각 시간이 두께의 제곱에 비례하므로 벽 두께를 줄이는 것이 가장 효과적입니다. 다른 전략으로는 금형 냉각 채널 설계 최적화(컨포멀 쿨링), 용융 온도 낮추기, 열확산율이 높은 수지 사용, 금형 개폐 이동 거리 최소화가 있습니다.

사출 성형 사이클에서 냉각 시간이 지배적인 이유는?

플라스틱은 매우 낮은 열전도율(0.1-0.4 W/m·K, 강철의 ~50 W/m·K 대비)을 가지고 있어 열 제거가 느립니다. 부품은 취출 전에 열변형 온도 이하로 냉각되어야 뒤틀림을 방지합니다. 두꺼운 부품(>3 mm)의 경우 냉각에 20-60초가 걸릴 수 있는 반면 충전과 보압 단계는 합계 3-6초에 불과합니다.

컨포멀 냉각은 사이클 타임을 어떻게 개선하나요?

컨포멀 냉각 채널은 부품 형상을 따라 냉각수를 핫스팟에 더 가깝게 배치합니다. 이는 기존 냉각 대비 냉각 시간을 20-40% 줄일 수 있습니다.