게이트의 종류-2: 특수 게이트의 구조와 적용 목적

앞선 글에서는 사출 성형에서 가장 기본이 되는 게이트의 종류를 살펴보았습니다.

하지만 실제 현장에서는 외관 품질, 자동화, 고속 생산, 정밀 성형과 같은 요구가 증가하면서 기본 게이트만으로는 한계가 있는 경우도 많습니다. 이러한 요구를 해결하기 위해 사용되는 것이 바로 **특수 게이트(Special Gate)**입니다.

이 글에서는 일반적인 상황을 넘어 특정 목적을 위해 설계된 대표적인 특수 게이트의 종류와 특징을 이해 중심으로 정리해 보겠습니다.

특수 게이트가 필요한 이유

기본 게이트의 한계

기본 게이트는 구조가 단순하고 범용성이 높지만 다음과 같은 한계가 존재합니다.

• 외관 자국 문제
• 고속 충전 시 불안정
• 자동 절단 한계
• 다수 캐비티 제어 어려움

이러한 문제를 해결하기 위해 특수 게이트가 적용됩니다.

특수 게이트의 목적

특수 게이트는 다음과 같은 목적을 가지고 설계됩니다.

• 외관 품질 향상
• 충전 제어 정밀화
• 자동화 대응
• 고속·대량 생산

즉, 제품 요구 조건이 높아질수록 특수 게이트의 필요성도 커집니다.

대표적인 특수 게이트의 종류

1. 핀포인트 게이트
핀 포인트 게이트 방식도 제한 게이트의 일종으로서 생각할 수 있다. 그러나 이 게이트는 앞에서 말한 제한 게이트의 경우와는 금형의 구조가 달라있으며, 별개의 러너로서 생각한다. 주로 스티롤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 성형에 쓰이고 있으며, 다시 최근에는 다른 성형 재료에도 사용되고 있다. 핀 포인트 게이트의 장점은 여러 가지가 있다. 성형품의 표면에 거의 흠 자국이 눈에 띄지 않을 정도로 게이트 자국이 마무리된다. 큰 성형품의 경우, 여러 개소에서 주입이 되므로, 성형 왜곡, 변형이 적다. 게이트 위치의 선정이 비교적 제한되지 않고 자유롭게 잡을 수 있다. 다수 개의 성형에 적합하다. 그러나 보통의 게이트에 비하면 작으므로 사출 압력은 높게 해야 한다. 그렇기 때문에 되도록 게이트 랜드(길이)를 짧게 하고 유동 저항을 작게 할 필요가 있다. 그리고 다시 이형 시 성형품과 게이트가 전달되었을 때, 게이트 부의 고화된 재료가 캐비티 내에 남지 않도록 해야 한다. 비교적 큰 성형품이나 성형성이 나쁜 경우에는 게이트는 각각 경우에 굵게 만들어 나가지 않으면 안 된다. 그러나 게이트 자국이 당연히 커지게 되므로 외관상 지장이 없는 경우거나 뒤쪽의 경우에 한정된다. 또 보통 캐비티 쪽에서 게이트를 향하여 알맞은 모떼기를 하고 반드시 게이트 부와 성형품과 더불어 들어낼 수 있도록 하는 경우가 많다. 경첩 성형품의 경우 재료가 본체 쪽의 캐비티를 완전히 충전한 뒤 정첩부를 통과해서 덮개 쪽의 캐비티에 흘러 들어가는 위치에 게이트를 설정해야 한다. 반드시 경첩부에 웰드 라인이 생기지 않도록 해야 한다.

 

2. 서브마린 게이트(터널 게이트)
게이트 방식으로는 핀 포인트 게이트와 큰 차이가 없으나, 핀 포인트 게이트처럼 성형품 표면에 게이트 자국을 남기지 않고 측면 또는 이면에 만들 수가 있으므로 외면에 게이트 자리를 남기고 싶지 않을 경우에 많이 이용된다. 다시 이형 할 때 게이트 부가 자동으로 절단되어서 성형품과 러너, 게이트 부가 별개로 되므로 게이트의 뒷손질 공정이 생략된다. 그러나 러너, 게이트의 조각 가공이 상당히 언더컷이 되기 때문에 러너 돌출 시 도중에서 부러지거나, 게이트가 캐비티 내에 남지 않도록 해야 한다. 따라서 이 언더컷의 허용 치수와 재료의 강성이 문제가 된다. 일반적으로는 금형 구조는 보통 러너 게이트 방식과 같으며 핀 포인트 방식보다는 간단하다. 서브마린 게이트를 직접 성형품에 붙일 수 없을 경우에 부득이하게 뒷면 따위의 지장이 없는 부분에 이젝터 핀을 마련하여 그 일부를 게이트로 하는 경우 터널의 연장과 게이트의 교차로 성형품이 절단되기 때문에 성형 후 다시 게이트를 다듬질 가공하지 않으면 안 되나, 직접 성형품의 표면에 나오지 않는 부분을 이용하면 후가공도 쉬워진다.

 

3. 필름 게이트, 팬 게이트, 링 게이트, 디스크 게이트
이러한 여러 게이트 방식은 성형품의 형상에 따라 선택되는 것이며, 어떤 성형품에도 모두 적합한 것은 아니다. 예를 들면, 평판이며 면적이 비교적 큰 성형품일 경우에는 필름 게이트나 팬 게이트를 쓰는 경우가 많다. 보통의 게이트에서는 폭이 좁기 때문에 성형품에 기포나 플로우 마크를 남길 염려가 있을 경우에 쓰인다. 따라서 게이트 폭을 크게 잡아 균일한 흐름에 의해 성형하려고 하는 것으로 얼룩이 없는 좋은 성형품이 가능하다. 그러나 그다지 두껍게 할 수는 없다. 성형 후의 뒷마무리도 게이트 폭이 넓어진 만큼 여분으로 걸려 오게 되는 것으로 보통의 사이드 게이트로서는 도저히 성형되지 않는 경우에만 사용되고 있다. 또 링 게이트의 경우도 역시 성형품의 형상이 선택의 조건이 되어 있으며, 파이프 모양의 것이 많이 사용되고 있다. 그것도 비교적 가늘고 긴 성형품에 특히 많으며, 그 이외에도 링 게이트를 사용하지 않아도 성형되는 경우가 많다. 디스크 게이트는 성형품의 중앙 부근에 스프루 지름보다 큰 뚫린 구멍이 있을 경우에 사용하며 언제나 쓰일 수 있는 것은 아니다. 그러나 이 뚫린 구멍을 게이트로 하면 러너 가공은 필요가 없거나 간단하고 짧은 것으로 다이렉트 게이트가 되기 때문에 성형의 압력 손실이 적다. 단, 게이트로서 이용하는 뚫린 구멍의 위치는 성형품의 중앙 부근에 없으면 성형기에 설치하였을 때 편심하게 되고 사출 압력의 밸런스가 취해지지 않으며 성형기에 무리가 생긴다. 그 때문에 되도록 성형품의 밸런스가 잡힌 위치에 있는 뚫림 구멍을 쓰지 않으면 안 된다.

 

4. 러너 레스 방식
이때까지의 방식은 모두가 성형 시에 스프루, 러너가 그때마다 성형품과 동시에 성형되고 있으며, 성형 능률상으로나 경제상으로도 낭비가 있고 불필요한 경비를 소모하고 있을 경우가 많고 자동운전 등 기타 불합리한 경우가 많다. 러너, 스프루가 1사이클마다 집어내지 않고서도 성형이 가능할 경우가 있고 이 방식을 채용할 경우에는 금형의 온도 컨트롤 및 성형 재료의 특성 또는 성형품의 형상 등을 충분히 고려할 필요가 있다. 특히 러너를 가열하기 위해서 캐비티의 온도 컨트롤에 대해서는 성형품의 살 두께가 얇은 것 또는 다수 개에 대해서 반드시 이 방법이 유리하다고는 말할 수 없다. 웰타이프 노즐(물굄식), 인슐레테드 러너(단열 러너), 호트 러너(가열 러너), 엑스텐션 노즐(노즐 연장형), 기타 밸브 게이트 방식 중에서 어느 것을 사용할지는 주로 성형품의 형상, 재료의 종류, 금형의 잡이 수, 사용 성형기 등에 따라 선정해야 한다. 그중에는 특히 성형 재료에 의하여 러너 레스에게 알맞은지 아닌지 또 러너 레스로 하였을 경우, 성형 상 금형 온도의 제어 등에 지장이 일어나지 않는지 아닌지를 미리 검토해 두지 않으면 안 된다.

 

특수 게이트는 모든 제품에 적용해야 할 기술은 아니지만, 제품의 외관·기능·생산성을 한 단계 끌어올릴 수 있는 강력한 설계 요소입니다. 기본 게이트의 특성을 충분히 이해한 후 필요한 경우에만 특수 게이트를 선택한다면 품질과 비용 사이의 균형을 효과적으로 맞출 수 있습니다. 이 글을 통해 게이트 설계에 대한 전체적인 시야를 정리해 보시길 바랍니다.