플라스틱 금형의 연마 공정

생필품이나 음료 포장 용기 등 플라스틱 제품의 광범위한 적용으로 인해, 외관 요구 사항으로 인해 플라스틱 금형 캐비티 표면이 경면 연마 수준에 도달해야 하는 경우가 많습니다. 또한 광학 렌즈, 레이저 기록 장치 등 금형 제작 시 표면 거칠기에 대한 요구가 매우 높아 연마 요구 사항 또한 매우 높습니다.

연마는 제품의 미관을 향상시킬 뿐만 아니라 소재 표면의 내식성과 내마모성을 향상시키고, 플라스틱 제품의 이형을 용이하게 하고 생산 사출 주기를 단축하는 등 금형의 여러 가지 장점을 강화합니다. 따라서 연마는 플라스틱 금형 제작 공정에서 매우 중요한 공정입니다.

현재 일반적으로 사용되는 연마 방법은 다음과 같습니다.

1.1 기계적 연마

기계적 연마는 볼록한 부분을 연마한 후 절삭 소재 표면의 소성 변형을 제거하고 매끄러운 연마 방법을 얻는 것입니다. 일반적으로 석판, 양모 휠, 사포 및 기타 도구를 사용하며 주로 수동 작업입니다. 회전체 표면과 같은 특수 부품은 턴테이블과 같은 보조 도구를 사용할 수 있으며 표면 품질이 필요한 경우 슈퍼 연마 방법을 사용할 수 있습니다.

슈퍼 피니싱 폴리싱은 특수 연삭 공구를 사용하여 연마제가 포함된 연마액을 가공 대상 표면에 밀착시킨 후 고속 회전시키는 기술입니다. 이 기술을 사용하면 다양한 연마 방법 중 가장 높은 Ra0.008μm의 표면 조도를 달성할 수 있습니다. 이 방법은 광학 렌즈 금형에 자주 사용됩니다.

1.2 화학 연마

화학 연마는 재료 표면의 미세한 돌출부를 오목한 부분보다 화학 매질에 우선적으로 용해시켜 매끄러운 표면을 얻는 방법입니다. 이 방법의 주요 장점은 복잡한 장비가 필요하지 않고, 복잡한 형상의 제품을 연마할 수 있으며, 여러 플라스틱 부품을 동시에 높은 효율로 연마할 수 있다는 것입니다. 화학 연마의 핵심 과제는 연마액의 제조입니다. 화학 연마로 얻는 표면 조도는 일반적으로 10μm입니다.

1.3 전해연마

전해 연마의 기본 원리는 화학 연마와 동일합니다. 즉, 재료 표면의 작은 돌출부를 선택적으로 용해시켜 표면을 매끄럽게 만듭니다. 화학 연마와 비교했을 때, 음극 반응의 영향을 배제할 수 있어 효과가 더 좋습니다. 전기화학 연마 공정은 두 단계로 나뉩니다.

(1) 매크로 레벨링 용해물이 전해질로 확산되어 재료 표면의 기하학적 거칠기가 감소, Ra > 1μm.

(2) 낮은 광 레벨 양극 편광, 표면 밝기 증가, Ra < 1μm.

1.4 초음파 연마

플라스틱 부품을 연마재 현탁액에 넣고 초음파장 내에 배치하면, 초음파 진동을 통해 연마재가 가공물 표면에서 연삭 및 연마됩니다. 초음파 가공은 거시적인 힘이 작아 금형 변형을 일으키지 않지만, 금형 제작 및 설치가 까다롭습니다.

초음파 처리는 화학적 또는 전기화학적 방법과 결합될 수 있습니다. 용액 부식 및 전기분해를 기반으로, 초음파 진동을 가하여 용액을 교반함으로써 가공물 표면에 용해된 생성물을 분리하고 표면 근처의 부식 또는 전해질을 균일하게 합니다. 또한, 액체 내 초음파 캐비테이션은 부식 과정을 억제하여 표면 밝기를 향상시킵니다.

1.5 유체 연마

유체 연마는 고속으로 흐르는 액체와 그 안에 포함된 연마 입자를 세척하여 공작물 표면을 연마하는 것을 목적으로 합니다. 일반적인 방법으로는 연마 제트 가공, 액체 제트 가공, 유체 역학적 연삭 등이 있습니다. 유체 역학적 연삭은 유압으로 구동되어 연마 입자를 포함한 액체 매체가 공작물 표면을 고속으로 흐르게 합니다. 액체 매체는 주로 저압에서 흐름성이 좋은 특수 화합물(고분자 유사 물질)로 구성되며, 탄화규소 분말과 같은 연마재와 혼합됩니다.

1.6 자기연마 및 연마

자기 연삭 및 연마는 자기장의 작용 하에 자기 연마재를 사용하여 연마 브러시를 형성하고 공작물을 연삭하는 방식입니다. 이 방법은 높은 가공 효율, 우수한 품질, 가공 조건 제어의 용이성, 그리고 양호한 작업 환경이라는 장점을 가지고 있습니다. 적합한 연마재를 사용하면 표면 조도를 Ra0.1μm까지 높일 수 있습니다.

플라스틱 금형 가공에서의 연마는 다른 산업에서 요구되는 표면 연마와는 매우 다르며, 엄밀히 말하면 금형 연마는 경면 가공이라고 해야 합니다. 연마 자체에 대한 요구 사항뿐만 아니라 표면 평활도, 매끄러움, 그리고 기하학적 정밀도에 대한 높은 기준이 요구됩니다. 표면 연마는 일반적으로 밝은 표면만 요구합니다.

경면 가공 표준은 AO=Ra0.008μm, A1=Ra0.016μm, A3=Ra0.032μm, A4=Ra0.063μm의 네 가지 수준으로 구분됩니다. 전해 연마, 유동 연마 등의 방법으로는 부품의 기하학적 정밀도를 정확하게 제어하기 어렵고, 화학 연마, 초음파 연마, 자기 연마 등의 방법으로는 표면 품질이 요구 사항을 충족할 수 없기 때문입니다. 따라서 정밀 금형 경면 가공은 여전히 기계 연마에 기반을 두고 있습니다.