성형품의 돌출: 안정적인 이형을 위한 기본 원리와 설계 기준

사출 성형 공정에서 제품이 완성되었다고 해서 모든 과정이 끝난 것은 아닙니다.

금형에서 제품을 꺼내는 돌출(Ejection) 과정이 안정적으로 이루어지지 않으면 제품 손상, 변형, 외관 불량이 발생할 수 있습니다. 특히 성형품의 형상이나 재료 특성에 따라 돌출 불량은 반복적으로 발생하는 문제가 되기도 합니다. 이 글에서는 성형품의 돌출이 무엇인지, 그리고 안정적인 돌출을 위해 고려해야 할 기본 원리와 설계 기준을 중심으로 정리해 보겠습니다.

성형품 돌출의 역할과 중요성

돌출이란 무엇인가

돌출이란 성형이 완료된 제품을 금형에서 분리하여 꺼내는 공정을 의미합니다.

• 성형 완료 후 냉각 상태
• 금형 개방 후 이젝터 작동
• 제품 분리 및 배출

이 과정이 원활하지 않으면 다음 사이클 자체가 불가능해집니다.

돌출 불량이 품질에 미치는 영향

돌출 문제는 단순 작업 불편을 넘어 품질 문제로 이어집니다.

• 제품 긁힘
• 휨 및 변형
• 백화 현상
• 외관 손상

따라서 돌출은 성형 조건만큼이나 중요한 공정 요소입니다.

1. 돌출의 종류
이젝터 핀: 핀은 가장 가공하기 쉽고 경도를 필요로 하는 경우 담금질 연삭 등이 다른 방법에 비해 쉬우며, 성형품의 임의 자리에 배치할 수 있어서 가장 많이 쓰이고 있다. 구멍도 가공하기가 쉽고 끝손질이나 정도도 바라는 대로 잘 이룩할 수 있으며, 취동 저항이 가장 적으므로 긁히는 사고 또한 잘 일어나지 않는다. 따라서 금형의 수명도 길고 교환성이 좋으며 파손 시의 보수가 잘 된다. 그러나 작은 면적으로 돌출하는 것이므로 성형품의 일부에 돌출 응력이 집중해서 컵이나 상자 모양에 있어서 드래프트가 적어 이형 저항이 큰 성형품 등에 사용하면 일그러지거나 빠져나와 버리므로 적당하지 않다.
스트리퍼 플레이트: 스트리퍼 프레이트는 플레이트나 코어의 가공은 그다지 어렵지 않으나 핀에 비하여 기계 가공 취동면을 끼워서 맞추기에 많은 시간을 요구한다. 또한, 취동면이 긁혀 도는 경우가 있으므로 담금질이 필요하지만 열처리가 곤란하다. 또 교환성을 가지기 어려우며 보수에 많은 공수가 필요하다. 교환성을 갖게 하거나 담금질을 잘하기 위해서 부시를 넣어두면 보수가 쉬우며 특히 여러 개 빼기의 경우는 파손 개소만 교환하면 된다. 또, 스트리퍼 플레이트와 코어의 맞춤 면의 평면 형상이 원형 또는 각형일 경우 기계 가공이나 맞추기 가공은 비교적 쉬우나 곡선의 연속 등의 변형은 어려워진다. 스트리퍼 플레이트는 다른 방법에 비하여 돌출 면적이 가장 넓으므로 성형품이 확실하게 이형되며 이형 저항이 큰 컵이나 캡 등의 성형품에 유효해서 많이 쓰인다. 또 외관상으로도 돌출의 흔적이 거의 나타나지 않으므로 그 점에서도 우수하다.
슬리브: 슬리브는 가공성은 비교적 좋으나, 슬리브의 안지름이 작거나 긴 것은 가공이 어렵고 살 두께가 얇은 것은 사용 중 균열되기 쉽다. 그러나 슬리브의 끝 면에서 같이 돌출하므로 성형품에 돌출이 균일하게 되므로 확실하게 이형이 되며 성형품에 크랙 등이 잘 생기지 않는다.
공기압에 의한 것: 공기압에 의한 방법은 공기를 통하는 틈새나 밸브 등을 만드는 정도로 가공이 간단하여 컵이나 상자 등의 깊이 성형품의 이형 방법으로서 매우 유효하다.
각형 또는 판상의 이젝터 핀 판 모양의 돌출: 판 그 자체는 가공, 열처리에 그다지 난점은 없으나 구멍의 가공은 곤란하며, 방전 가공 등의 특수한 가공이 필요하다. 형판이나 코어의 부분을 분할해서 조합하는 형으로 하면 가공은 쉽게 할 수 있으나 공수는 증가하게 되며, 성형품에 분할의 선이 나타나고 투명한 것일 때는 외관이 좋지 않아서 허용되지 않을 경우도 있다. 또 취동 저항도 둥근판에 비해 많고 판이 얇을수록 부러지며, 좌굴 하기 쉬우므로 되도록 사용을 피하는 것이 좋다.

 

2. 돌출 사례
핀 돌출: 핀만을 사용하는 경우로서, 가장 많이 쓰이는 핀을 설치하는 장소로는 이형 저항이 강한 부근에 배치함이 필요하며, 이형 저항이 고를 경우는 균등하게 배치하는 것이 바람직하다.
핀과 슬리브 돌출: 부분적으로 이형 저항이 강한(구배가 적고 길다) 파이프 모양의 돌기가 있는 경우로서, 그 주변부나 내면을 핀으로 돌출시켜도 성형품이 깨지므로 슬리브에 의하여 돌출하는 것으로 핀을 주로하고 슬리브를 보조로 하는 것이다.
슬리브 돌출: 깊은 파이프 모양의 성형품이며, 안팎의 둘레가 모두 가동 측에 들어가 있는 경우로 돌출하는 자리는 단면에만 있으며 슬리브를 사용하는 것이 가장 유효하다.
접시 핀 돌출: 일반적으로 캡 모양의 성형품의 돌출에는 스트리퍼 플레이트가 많이 쓰이나 접시 핀을 사용하면 가공이 간단해진다. 그러나 스트리퍼 플레이트에 비하여 코어의 냉각과 같은 결점이 있다.
단 달린 핀 돌출: 작은 성형품 때문에 가는 핀밖에 사용되지 않을 경우 핀의 가운데보다 굵게 하여 좌굴을 피하게 한다.
스트리퍼 플레이트와 핀 돌출: 핀과 스트리퍼 플레이트를 병용하는 것으로, 코어의 내면에 이형 저항이 큰 부분이 있어서 스트리퍼 플레이트만으로는 그 부분이 깨져서 형에 남는 것을 막기 위해 핀을 마련한 것인데 스트리퍼 플레이트를 주로 하고 핀을 보조로 하였을 경우이다. 이 경우 핀을 코어 안에 마련하므로 코어를 냉각시키는데 지장을 가져오게 되어 작은 지름의 코어에는 직접 냉각할 수 없다는 결점이 있다. 그러므로 되도록 핀을 마련하지 않아도 이형이 되도록 성형품의 형상을 고려해야 한다.
보스 돌출: 부분적으로 가늘고 긴 보스나 리브가 있을 경우로서, 그 주위를 핀으로 돌출시키면 크랙을 일으키거나 성형품이 깨져서 남게 되므로 보스나 리브의 바닥 부분에 핀을 만들어서 확실하게 이형 시킬 필요가 있다.

 

성형품의 돌출은 사출 성형 공정의 마지막이자 품질을 결정짓는 중요한 단계입니다.

안정적인 돌출을 위해서는 조건 조정보다 설계와 구조에 대한 이해가 우선되어야 합니다. 이 글에서 정리한 돌출의 기본 원리를 기준으로 금형 설계와 성형 공정을 점검한다면 돌출 관련 불량을 충분히 줄일 수 있을 것입니다.