가소화 스크류에 관한 모든 것 Part 3 

WITTMANN innovations (Volume 14 - 2/2020)

Filipp Pühringer/heads the WITTMANN BATTENFELD

Process Engineering Development Department.

앞 시리즈에서는 가소화 장치 설계 및 스크류 구조 계산의 기본 원리에 대해 논의했다. 처리량 거동, 압력 상승 용량 및 용융 공 정에 대한 계산은 모범적인 스크류 형상에서 입증되었다. 이 기획 시리즈의 세 번째이자 마지막인 Part 3에서는 스크류 구조를 최적화할 수 있는 가능성을 다룬다. 

첫 번째 산출 결과 Results of the first calculation 

이전 시리즈에서 제시된 예에서, 평균 계량 성능은 배압이 80bar이고, 원주 스크류 속도(회전수, RPM)가 300㎜/s인 경우 약 12.49g/s로, 이는 적절한 형상 최적화로 개선될 수 있다. 스크류는 압력 상승을 위한 상당한 초과 용량을 보여주었다. 

배압이 80bar인 스크류는 160bar 미만의 최고 압력에 도달할 수 있었다. 그러나 재료를 보호하기 위해서나 부드러 운 가소화를 위해서는 이 피크 압력을 실제로 120bar 미만으로 줄여야 한다. 하지만 이송 방향으로 약 8D 이동한 후에 재료가 이미 완전히 액화되었기 때문에 용융 공정은 매우 긍정적으로 전개 되었다. 

추가 최적화 과정에서 이제는 단단한 재료가 계량 존으로 너무 멀리 이동하는 것을 막아야 한다. 극단적인 경우 스크류, 배럴 및 체크 밸브가 과도하게 마모될 수 있다. 

궁극적으로, 이는 용융 수지의 체류시간이 재료 업체가 권장하는 최소 체류시간 아래로 떨어지지 않아야 하는 이유이기도 하다. 

구조의 최적화 Optimizing the geometry 

Test 1: 계량 존 단축(Shortening the metering zone) 

첫 번째 단계로 계량 존의 길이를 줄여야 한다. 이에 대한 아이디어는 플라이트 깊이가 낮고 길이가 상당한 계량 존이 선행하 는 스크류 존에 해당 차단 효과를 생성한다는 것이다. 

이것은 또한 최적화 시도 전에 압축 존의 끝까지 피크 압력 포인트의 근 접성에 의해 나타난다. 이 첫 번째 테스트에서는 계량 존이 5.5D에서 3.5D로 단축되었다. 22D의 총 스크류 길이를 변경하지 않고 유지하기 위해 압축 존이 연장된다. 피크 압력에 미치는 영향은 무시할 수 있다. 

그러나 압력 피크가 체크 밸브에 가까워지면서 계량 존의 압 력 구배가 더 가파르게 되었다. 완전성을 위해, 변화가 용융 공정 및 처리량에 유사하게 작은 영향을 미친다는 점도 언급해야 한다. 액화는 이제 L/D 8.9에서 완료되었으며, 평균 계량 성능은 약 13.02g/s이다.

Test 2: 계량 존 깊이 증가(Increasing the metering zone depth) 

계량 존을 단축하여 달성된 효과는 미미하기 때문에 이제 플라이트 깊이는 두 번째 단계로 검사한다. 개별 존은 원래 길이(전 체 길이의 25% / 25% / 50%)로 돌아간다. 2개 존의 플라이트 깊이 비율은 변경되지 않지만, 계량 존의 플라이트 깊이 비율은 25~30% 증가한다. 

반올림한 수치로, 계량 존에 대해 약 3.2mm의 플라이트 깊이가 산출된다. 이 최적화 시도를 수행한 후 압력 곡선은 158bar 의 원래 압력이 129bar로 감소했음을 보여준다. 플라이트 깊이가 28% 증가하면 계량 존을 약 36% 단축하는 것보다 막힘 효과가 훨씬 더 많이 감소하는 것이 흥미롭다.

 여기에서 언급할 가치가 있는 다른 점은 이 이동으로 도달한 평균 계량 성능 15.23g/s 및 완전한 액화가 L/D 10.4로 이동한 것이다. 또한, 기본적으로 공정 파라미터에 대한 영향을 최적화하기 위해 압축비, 존 길이 비율 등을 유사한 방식으로 변경할 수 있다. 

유니멜트 스크류 UNIMELT screws 

이러한 테스트가 다양한 재료에 대해 수행되고 그에 따라 조화되는 경우 보편적으로 적용 가능한 스크류 구조가 나타난다. WB(Wittmann Battenfeld)에서 이러한 종류의 다용도 스크류는 ‘UNIMELT’라는 이름으로 판매된다. 

열가소성 수지 가공에서 매우 광범위한 응용 분야에서 두드러진다. 적합한 내 마모 패키지와 함께 오래 지속되는 가소화 시스템을 제공한다. WB 엔지니어 팀은 사출성형의 특별한 과제를 해결해야 할 경우 고객이 모든 개별 목적에 맞는 최적의 가소화 솔루션을 공동으로 조사할 수 있도록 지원한다.