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수직 사출 성형기의 핵심 구조에서 스크류 시스템은 플라스틱 원료를 고체에서 용융 상태로 변환하는 데 중요한 역할을 합니다. 정밀한 설계와 효율적인 모션 제어를 갖춘 이 겉보기에 단순한 금속 구성 요소는 분당 수십 번의 고정밀 가소화 사이클을 수행합니다. 사출 성형 공정의 "심장"인 스크류의 설계는 성형 품질과 생산 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.

I. 나사 시스템 구조의 진화

현대의 수직 사출 성형기 나사는 일반적으로 고전적인 3단계 구조 설계를 채택하며, 각 단계는 고유한 기능을 수행합니다. 공급 섹션은 원료의 안정적인 운송을 담당하며, 이 섹션의 깊은 나사 홈은 중력의 영향 하에서 과립의 원활한 흐름을 보장합니다. 압축 섹션은 나사 홈을 점차 좁혀 기계적 압축 효과를 생성하여 가소화 효율을 높이고 과도한 전단을 방지합니다. 더 얕은 나사 홈이 있는 계량 섹션은 고압 환경에서 균일한 용융을 보장하여 제품 품질을 안정화합니다.

계량 섹션은 매우 중요하며, 그 설계는 일반적으로 길이 대 직경(L/D)의 황금 비율을 5:1에서 7:1 사이로 따릅니다. 이는 용융물의 균질성을 보장할 뿐만 아니라 온도 변동을 ±2°C 이내로 유지합니다. 용융물 역류를 방지하기 위해 체크 링 구성 요소는 반응 시간이 0.03초 미만인 이중 밀봉 구조를 사용합니다.

II. 열역학과 유동학의 결합

스크류 회전으로 생성된 전단 열 효과는 유변학 공식 τ = η(du/dy)를 따르며, 전단 속도는 섹션마다 다릅니다. 예를 들어, 공급 섹션에서 전단 속도는 일반적으로 50~100 s⁻¹인 반면, 계량 섹션에서는 500~1000 s⁻¹에 도달할 수 있습니다. PC(폴리카보네이트)와 같은 열에 민감한 소재의 경우 특수 스크류 설계를 사용하여 압축 섹션 길이를 줄여 온도 상승을 30°C 이내로 제한합니다.

용융물의 온도장은 축 방향 기울기를 보입니다. 적외선 열화상을 사용하여 공급구에서 노즐 출구까지의 온도 곡선을 관찰합니다. 스크류 속도와 배압 제어 매개변수를 최적화함으로써 온도 변동 계수를 0.05 이하로 줄여 과도한 온도로 인한 재료 열화를 방지할 수 있습니다.

III. 엔지니어링 소재 및 표면 처리

내마모성을 강화하기 위해 나사 본체는 이온 질화 처리를 거친 질화강으로 만들어졌으며, 그 결과 높은 기준을 충족하는 표면 경도가 제공됩니다. 유리 섬유 강화 소재의 경우 이중 금속 합금 처리 층이 사용되어 기존 질화 처리에 비해 내마모성이 3~5배 향상됩니다. 나사산 상단 표면은 다이아몬드로 코팅되어 마찰 계수가 0.08 이하로 감소합니다.

최신 표면 텍스처링 기술은 레이저 클래딩을 사용하여 나사 표면에 미크론 수준의 홈 배열을 만듭니다. 실험 데이터에 따르면 이 구조는 혼합 효율을 18% 향상시키고 용융 온도 균일성을 25% 향상시킵니다.

정밀 사출 성형 분야에서 스크류 직경 공차는 이제 IT5 등급 정밀도 내에서 제어되며, 동심도 오차는 0.01mm/m를 초과하지 않습니다. 또한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션을 사용하여 최적화된 새롭게 설계된 웨이비 스크류는 광학 등급 PC 구성 요소를 성형할 때 복굴절을 3nm/cm 이하로 줄일 수 있습니다. 스마트 센싱 기술을 통합한 스크류 시스템은 이제 용융 점도를 실시간으로 모니터링하고 적응형 제어 시스템을 결합하여 가소화 공정이 CPK(Process Capability Index) 값이 지속적으로 1.67 이상인 매우 안정적인 상태를 유지하도록 합니다.

전기기계적 통합과 정밀한 설계를 결합한 이 신세대 스크류 시스템은 플라스틱 가공 정확도의 경계를 새롭게 정의하고 있습니다.