코어테크 연구개발부　수석 아키텍처 관리자　추옌청(邱彥程)

몰드 온도 조절기와 냉각 채널이 상호 호환되나요?

사출 성형 공정에서 몰드 온도를 제어하는 방식은 일반적으로 몰드 온도 조절기가 제공하는 냉각수를 몰드에 통과시켜 냉각수 온도를 이용해 몰드를 고정 온도로 유지시키는 것입니다. 그러나 각 몰드의 냉각 채널은 설계가 다르고, 다양한 설계의 냉각 채널을 위해 몰드 온도 조절기를 구매하는 것은 많은 비용이 발생합니다. 따라서 현재의 몰드 온도 조절기가 냉각 채널과 호환되는지 어떻게 확인할 수 있을까요? 이 질문에 답하기 전에 먼저 냉각 채널 시스템이란 무엇인지에 대해 알아보아야 합니다.

냉각 채널 시스템

그림 1에 표시된 바와 같이, 몰드 냉각수의 흐름 경로에는 몰드 냉각 채널 이외에 몰드 냉각 채널이 호스(hose) 또는 매니폴드(Manifold)로 연결되어 몰드 온도 조절기에서 나오는 냉각수를 몰드 내로 분포시키고, 몰드를 통과한 냉각수는 다시 몰드 온도 조절기로 돌아갑니다.

그림 1　냉각 채널 시스템

냉각수는 몰드 온도 조절기로 들어간 후 먼저 열교환기(heat exchanger)를 통과하며, 열교환기는 사용자가 설정한 몰드 온도에 따라 냉각수를 가열하거나 냉각시키고, 마지막으로 펌프(pump)를 통해 냉각수를 몰드 온도 조절기 밖으로 내보냅니다.

흐름은 반드시 고압에서 저압으로 흐른다는 것을 우리는 알고 있으므로, 전체 흐름 경로에서 냉각수는 펌프(pump)에서 나오는 위치에 최대 유체 압력을 갖고, 유체 압력은 흐름 경로를 따라 점차 감소되어 펌프(pump)로 돌아갈 즈음 최소값으로 변합니다.

펌프와 냉각 채널의 관계

몰드 온도 조절기 제조업체의 사양서를 보면 몰드 온도 조절기 펌프 성능 곡선을 흔히 볼 수 있는데, 출력 압력이 클수록 유량이 감소하고, 반대로 압력이 적을수록 유량이 커집니다. 그러나 파이프 이론에 의하면 파이프 직경이 고정된 경우 유량이 클수록 파이프 압력차도 커집니다. 펌프와 냉각 채널이 조합되면 압력 균형을 달성할 수 있으므로 그림 2와 같이 냉각 채널 내의 유량과 압력을 얻을 수 있습니다.

그림 2　몰드 온도 조절기와 몰드 냉각 채널의 관계

Moldex3D는 어떤 지원 기능을 제공합니까?

Moldex3D는 냉각 채널을 연결하는 입구에 대한 몰드 조절기를 지정할 수 있습니다(그림 3 참조). 사용자는 유량계가 없는 상황에서 기존의 몰드 온도 조절기 사양에 근거해 해당 냉각 채널의 레이아웃을 설계 및 검증할 수 있으며, 시뮬레이션을 통해 냉각 채널과 몰드 온도 조절기 간의 관계를 알 수 있습니다(그림 4 참조). 따라서 입구의 유량 또는 압력을 추측할 필요 없이 보다 합리적인 냉각 채널 입구 조건을 얻을 수 있습니다. 냉각 채널 분석의 파이프 유량을 알 수 있을 뿐 아니라, 몰드 온도 조절기 분석기와 함께 목표 몰드 온도 달성 여부를 관찰하여 몰드 온도 조절기가 현재의 몰드 냉각 채널에 적용될 수 있는지 평가할 수 있습니다.

그림 3　Moldex3D의 냉각 채널 경계 조건 설정 인터페이스

그림 4　Moldex3D의 유량과 압력 관계 분석

결론

몰드 온도 조절기 제조업체의 경우 각 몰드에 대한 고객의 냉각 채널 설계를 알 수 없고, 고객의 경우도 각 몰드에 대해 각각의 몰드 온도 조절기를 구매한다면 비용 효율적이지 않습니다. 따라서 대부분의 경우 몰드 크기, 부품 크기 및 몰드 온도 요구사항에 따라 현재 몰드 온도 조절기를 사용할 수 있는지를 추측한 다음, 현장의 몰드 온도 상황에 기반하여 몰드 온도 조절기를 보다 정확하게 조정합니다. 그러나 일부 비교적 특별한 냉각 채널 설계, 특히 형상적응형 냉각 채널(conformal cooling) 설계의 경우 일반적으로 간단한 원형 파이프 형태가 아니기 때문에 경험을 바탕으로 몰드 온도 조절기의 호환성을 평가하기는 쉽지 않습니다. 이때 Moldex3D의 지원 하에 몰드 온도 조절기 사양 및 냉각 채널 형상을 포함한 냉각 채널 시스템 정보를 입력하면, 더 많은 참고 정보를 통해 몰드 온도 조절기의 성능을 사전 판단할 수 있습니다.