실전 경험에서 나온 견해

이제까지 핫 러너와 관련하여 실제 현장의 문제들과 해결책들에 관해 3부에 걸쳐 연재한 본고를 히터와 열전대(thermocouples), 제어기에 관해 중점적으로 살펴보며 마무리하고자 한다. 이 연재의 1부에서는 지난 20여 년간 핫 러너가 얼마나 엄청나게 발전해 왔는지 설명했다.

핫 러너 포켓이 막혀 플라스틱이 가득 차 있는 광경을 요즘은 예전에 비해 그리 흔히 볼 수 없다. 이런 골치 아픈 상황을 피할 수 있게 된 것은 핫 러너를 스택 몰드 상단에 올려놓고 몰드 플래이트의 밀폐 링과 주입구의 쇠살로 지탱하던 예전의 방식 대신, 핫 드롭과 매니폴드를 나사로 맞물려 고정하기 시작한 덕분이 가장 크다.

일부 툴 제작자들은 장비 관리를 위해 핫 드롭을 제거해내야 할 때 일이 한층 더 까다로워졌다고 불평하기도 한다. 매니폴드의 나사 홈이 마모되어 느슨해져 또 다른 골치 아픈 문제가 생긴다면 이는 틀린 말이 아니다. 하지만 나사홈의 설계와 코팅 기술의 향상 덕분에 이런 염려는 크게 줄었다.

그러므로 큰 그림에서 핫 러너 문제를 바라보자면 이것은 큰 기술적 향상이라고 생각한다. 여기서 잠깐 핫 하프를 적절하게 지탱해야 한다는 언급을 덧붙이고 싶다. 나는 이 부위에 발생하는 여러 가지 문제들을 다년간 보아왔으나 최근에는 이런 문제가 줄어들었다.

핫 러너를 위해 마련된 공간이 충분히 클 때는 캐비티 압력이 꺾일 가능성을 줄이기 위해 핫 하프의 적절한 지탱이 이루어질 수 있도록 하는 문제만 고려하면 된다. 핫 러너를 분해할 때 핫 드롭과 팁의 나사가 손상되지 않도록 적절한 절차를 따르는 것도 매우 중요하다.

특히 경험이 많지 않은 작업자의 경우에는 적절한 예열과 토크 힘 조절에 유의해야 한다. 다행히도 막힘을 뚫거나 히터나 열전대, 드롭을 교체하기 위해 핫 러너를 보수하는 대부분의 경우 핫 러너를 분리할 할 필요가 없다.

히터와 열전대
나는 또 많은 툴 제작자들이 핫 러너 수리를 꺼리는 것을 보았다. 열전대와 히터에서 나온 여러 가닥의 와이어를 보면 겁이 날수도 있다. 하지만 실제로 핫 러너 시스템은 설계와 기능 그리고 와이어링도 매우 간단하다.

핫 러너는 보통 번호를 붙여 식별하는 여러 개의 구역을 가지고 있고, 그 각각의 구역은 별도의 히터와 열전대를 통해 제어된다. 각 구역에 할당된 와이어에 식별을 위한 라벨을 붙여 문제가 생겼을 때 여러 개의 와이어 중에 무엇이 문제인지 찾느라 괜한 수고를 하지 않도록 대비하는 것이 중요하다.

각 구역의 위치와 히터의 전력량을 보여주는 핫 러너 도면을 툴의 곁에 항시 비치해 두어야 한다. 전원 플러그/연결부와 열전대 플러그/연결부들 또한 구역별로 구분된다.

예를 들면, 1구역의 히터는 1구역의 전원 플러그로 연결되고, 1구역으로 가는 열전대는 1구역의 열전대 플러그로 연결된다. 히터에 연결된 두 가닥의 와이어는 서로 같은 것이지만, 열전대에 연결된 와이어들은 그렇지 않다.

열전대는 플러그의 각각 정확한 위치로 연결해야 하는 양극과 음극 와이어를 갖고 있다. 이 와이어들이 제대로 연결되지 않으면 제대로 작동하지 않는다. 자동차 배터리의 음양 전극과 비슷하여, 복잡한 것은 아니지만 연결 위치가 뒤바뀌면 작동하지 않는다.

열전대는 다양한 형태의 제품들이 있지만, 내가 경험해본 것은 붉은색 와이어와 흰색 와이어를 가진 J 타입 뿐이다. 흰색 와이어는 양극으로 자력을 지니고 있으며, 붉은색 와이어는 음극이다. 만일 어떤 쪽이 양극인지 확실치 않을 때는 자석을 이용하면 쉽게 양극을 알아낼 수 있다.

시중에는 와이어 색깔이 다른 여러 타입의 열전대 제품들이 있으며, 제어기가 해당 열전대와 호환이 되지 않으면 제대로 작동하지 않으므로 유의해야 한다. 열전대의 와이어를 덧대어 연결하여 사용하는 것은 적절한 방법을 경험으로 잘 알고 있는 경우가 아니라면 권장하지 않는다. 히터와 열전대 연결선을 연장할 경우 절연처리는 필수여야 한다.

성형장비에 장치한 핫 러너에 발생한 문제를 해결하기 위해 금형을 분리해 내는 대신 취할 수 있는 몇 가지 조처들이 있다. 핫 러너에 문제가 발생했을 때 권해주는 한 가지 방법은 케이블과 제어기를 교체하여 그쪽 이상인지 아닌지를 확인하는 일이다. 경험상 제어기나 케이블이 문제인 경우가 많았다. 그 다음으로는 핀과 플러그를 확인해야 한다. 이따금 핀들이 밀려들어가 케이블 플러그와의 접촉불량이 발생하는 경우가 있다.

또 하나, 제어기상에 어떤 구역 온도가 원하는 값으로 표시되어있다 해서 반드시 실제 온도가 그렇지는 않을 수 있다는 것을 유념해야 한다. 지름 0.040~0.060의 피복에 쌓인 열전대를 가진 고온계를 사용하여 핫 드롭이나 주입 채널 안의 온도를 확인한다.

밸브 게이트 안의 온도를 확인할 때는 밸브 핀을 뒤로 잡아당겨 수지가 흐르는 노즐 안쪽의 채널 부위 온도를 측정한다. 정확한 온도를 얻기 위하여 열전대를 채널의 철제 표면에 닿도록 조심스레 밀어 넣었다 빼기를 반복한다. 열전대를 철제 표면과 실제로 닿도록 하여 측정하지 않고 드롭 안쪽만 재면 정확하지 않은 결과가 나올 가능성이 크다.

왜냐하면 수지가 흐르는 채널 벽면에 플라스틱 막이 형성되어 정확한 온도 측정을 방해하기 때문이다. 열전대 문제에서 목표한 바의 적정 온도를 얻지 못하는 경우라면, 대부분 제어기가 가지고 있는 백분율 전력 출력 조절기능을 사용할 수 있다.

특정 구역이 특정 히터와 같은 와트수(전력량)를 갖고 있는 경우, 해당 구역의 암페어 값에 맞는 전력량을 찾기 위해 백분율로 조절해 보면 된다. 더불어 부품이 성형되고 있을 때는 암페이 값이 변할 수도 있다는 점 또한 고려해야 한다. 핫 러너를 통해 뜨거운 플라스틱을 주입해야 할 때만큼 히터가 열심히 일할 필요가 없기 때문이다.

어떤 구역의 온도가 제어기에 설정한 값보다 뜨거운 경우에는 열전대 문제일 가능성이 크다. 열전대가 단단히 고정되어 확실하게 핫 러너나 핫 드롭의 철제 표면과 닿아있지 않으면, 채널 안의 공기 온도를 재고 있는 셈이 되며, 공기 온도는 핫 러너의 철제 표면의 온도보다 낮을 것이기 때문이다. 결과적으로 열전대는 제어기 히터에 보다 많은 양의 암페어를 보내라고 잘못된 지시를 내리게 되어 이 구역의 온도가 설정값보다 훨씬 높아지게 되는 것이다.

히터의 저항값 측정
히터는 대부분의 경우 전구와 같다. 즉 제대로 작동하거나 나가버리거나 둘 중의 하나이다. 하지만 드물게 와이어 안의 선 몇 가닥이 끊어져 히터의 온도를 올리는데 필요한 암페어량을 제대로 전달하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이런 경우 히터가 적정 저항값을 지니고 있는지를 멀티미터의 옴값 측정 모드를 활용하여 확인할 수 있다.

사용중인 히터 볼트와 와트수를 알면 히터의 옴값이 얼마가 되어야 하는지 계산할 수 있다(볼트수의 제곱을 왓트수로 나누면 옴값이 나온다). 예를 들어, 240V짜리 히터의 전력량이 1,000W이라면, 저항값은 57.6옴이 되어야 한다(240 x 240/1000).

핫 러너 시스템 안으로 물을 투입하는 부위에서 발생하는 누수 또한 문제를 일으킬 수 있다. 요즘 시중에 나와있는 핫 러너의 설계 구조상으로는 이 문제로 해서 히터가 나간다고 해도 과거의 핫 러너에서처럼 그리 심각한 문제가 되지 않는다.

대부분의 경우 물을 빼내고 시스템을 잘 건조시킨 다음 다시 작동시키면 된다. 물이 새고 있음을 알 수 있는 징후 가운데 하나는 핫 러너의 특정 구역이 설정한 온도에 이르기 위해 무리하게 돌아가거나 계속 설정 온도에 다다르지 못하는 경우를 들 수 있다.

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