언더컷의 처리 방법: 금형 설계에서 가장 중요한 선택 기준

사출 성형 제품을 설계하다 보면반드시 한 번은 마주치게 되는 문제가 있습니다. 바로 **언더컷(Undercut)**입니다.

언더컷은 제품 기능이나 결합 구조를 위해 필요하지만, 금형 설계 관점에서는 이형을 방해하는 가장 큰 장애 요소가 됩니다. 이 글에서는 언더컷의 기본 개념부터 대표적인 언더컷 처리 방법과 선택 기준까지 금형 설계 흐름에 맞춰 정리해 보겠습니다.

언더컷이란 무엇인가

언더컷의 정의

언더컷이란 금형 개폐 방향으로 제품을 분리할 때 간섭이 발생하는 형상을 의미합니다.

즉, 일반적인 고정측·이동측 구조만으로는 제품을 꺼낼 수 없는 형상입니다.

언더컷이 발생하는 대표적인 예

• 측면 구멍
• 걸림 구조
• 내부 돌기
• 역테이퍼 형상

이러한 구조는 제품 기능에는 유리하지만 금형 구조를 복잡하게 만듭니다.

언더컷 처리의 기본 원칙

언더컷을 처리할 때는 다음 순서로 검토하는 것이 일반적입니다.

1. 형상 변경 가능 여부
2. 제품 기능 영향 검토
3. 금형 구조 복잡도 판단
4. 생산 수량 고려

즉, 무조건 기구를 추가하는 것이 정답은 아닙니다.

대표적인 언더컷 처리 방법

1. 외부에 언더컷이 있을 경우 처리 방법
1) 사이드 코어
성형품의 바깥쪽에 언더컷이 있을 경우는 가동 측에 사이드 코어를 달아서 고정 측에서 앵귤러 핀 또는 앵귤러 캠을 세워서 이동하는 것이 일반적인 방법이다. 이 경우에 성형품은 이동 측에 붙어 있어서 사이드 코어가 후퇴해서 뒤로 돌출된다. 스트리퍼 플레이트 위에 사이드 코어가 이동하기 위한 홈을 만들어 앵귤러 핀에 의하여 이동하고 스트리퍼 플레이트와 이젝터 핀이 동시에 작용해서 성형품을 돌출시킨다. 사이드 코어와 그 관련 부품으로서 슬라이드 할 부품은 담금질하여 경화시켜 두지 않으면 긁힐 우려가 있다. 금형은 사이드 코어를 아래로 하여 기계에 설치된다. 즉 금형이 열렸을 경우 사이드 코어는 자동으로 내려지고 스토퍼에 닿아서 위치가 느슨해지는 일은 없다. 만약 사이드 코어를 옆으로 하여 성형기에 설치하는 경우에는 스톱 핀에 의하여 사이드 코어의 자리 정하기로 한다. 또 사이드 코어를 위로 보고 설치할 경우는 스프링에 의하여 사이드 코어를 매달거나 밀어 올림으로써 형 열기를 하는 중에 사이드 코어의 위치에 차질이 생기는 것을 방지한다. 매판 구조 사이드 코어는 먼저 캐비티부와 코어부를 열리지 않도록 하여 러너 스트리퍼 플레이트와 분리해서 사이드 코어를 후퇴시킨 다음 캐비티와 코어를 분리하는 방법으로, 일반적으로 널리 사용되고 있다. 에어 실린더에 의한 구멍 뚫기를 하는 경우 형 열기를 하기 전에 사이드 코어를 후퇴시킨 후에 형 열기를 한다. 이 경우에는 로킹 블록을 매달기가 곤란하므로 관통 구멍으로 성형 압력에 의한 사이드 코어의 후퇴력이 전혀 없을 경우에만 가능하다. 사이드 코어의 이동량이 클 경우에는 앵귤러 핀은 경사각이 25도 정도까지는 좋으므로 스트로우크가 큰 것에는 부적당하다. 스트로우크가 큰 것에는 유압실린더를 사용한다. 성형기에는 성형기의 유압 회로에서 유압 실린더용의 유압을 들어낼 수 있는 것과 끌어낼 수 있는 것이 있으며, 유압을 끌어낼 수 없는 성형기의 경우는 별도로 유압 유닛을 준비하지 않으면 안 된다.
2) 분할형
외부에 나사가 있을 경우 보빈처럼 외부에 콜러가 있을 경우 또는 풀리와 같이 외부에 흠이 있을 경우 등 캐비티 부를 2개 또는 수 개로 나누어서 금형을 제작한다. 분할형의 이동 방법에는 앵귤러 핀을 쓰는 방법, 이젝터 플레이트, 또는 이젝터 로드를 사용하는 방법 등이 있다. 금형의 작동 순서로는 성형이 끝나면 형 열기에 의하여 먼저 로킹 블록이 해방되고 앵귤러 핀에 가이드 되어서 분할형이 이동하고 이젝터 플레이트가 전진해서 성형품이 돌출하게 된다. 이어서 형죄기가 시작되고 이젝터 로드가 후퇴하면 이젝터 플레이트는 스프링의 힘으로 후퇴하며 그 뒤 앵귤러 핀에 가이드 되어서 분할형이 전진하며 로킹 블록으로 고정된다. 이 경우에 문제가 되는 것은 이젝터 플레이트의 작동이 부드러우며 스프링의 힘으로 확실히 돌아오게 되나 어떠한 원인에 의하여 이젝터 플레이트의 작동이 굳어질 경우 만약 돌아오지 않게 되면 이젝터 핀과 분할형은 충돌해서 금형이 파손된다. 이 사고를 방지하기 위해서는 리밋 스위치를 달아서 이젝터 플레이트가 돌아오지 않으면 형이 조여지지 않도록 전기적으로 결합하는 방법도 있다. 보빈의 분할형은 앵귤러 핀을 써서 분할형을 이동시킨다. 이 경우에는 앵귤러 핀은 분할형을 이동시키는 데 쓸 뿐으로 성형 시의 성형 압력 때문에 분할형이 후퇴하는 것을 방지하기 위해서는 로킹 블록으로 강하게 누른다. 따라서 분할형의 구멍과 앵귤러 핀과는 0.5 정도 융통이 있게 한다. 앵귤러 캠을 이용할 수도 있다. 고정 측에 코어를 두고 가동 측은 외부의 언더컷만 빼면 간단하게 성형품을 들어낼 수 있도록 하고 고정 측의 코어에서 성형품을 빼기 위하여 앵귤러 캠을 이용하여 성형품이 코어에서 빠져서 비로소 분할형을 이동시키는 방법이다.

 

2. 성형품 내면에 언더컷이 있을 경우 처리 방법
1) 언더컷 부를 성형품과 더불어 돌출시키는 방법
이 방법은 내부에 수평 보스가 있는 성형품인데 그 금형을 수평 보수 부를 돌출 핀과 동시에 돌출시켜서 손으로 성형품을 집어낸다.
2) 내측의 슬라이드 코어
성형품의 안쪽에 조그맣게 튀어나온 것이나 들어간 곳이 있을 경우 이젝터 플레이트에서 기울어진 슬라이드 코어를 만들어 이젝터 플레이트가 전진함에 따라 슬라이드 코어는 성형품을 돌출시키면서 옆으로 이동하여 언더컷을 뗀다.
3) 치중차
가장 간단한 방법이나 생산성이 극히 나쁘다. 안 나사를 치중차로써 성형하였을 경우 치중차를 2조 이상 제작하여 성형 중에 성형품을 들어 매어 두도록 한다. 또 들어내는 데는 간단한 공구 또는 장치를 제작할 필요가 있다.
4) 코어를 오므리는 방법
안쪽에 콜러가 있는 성형품일 경우 이젝터 핀이 성형의 개폐 방향으로 움직이는 역할을 한다. 이 금형은 스트리퍼와 이동 코어가 일체가 되어 있어서 코어는 어물어지면서 성형품을 돌출시키는 작용을 한다.

 

언더컷은 금형 설계에서 피할 수 없는 요소이지만, 처리 방법에 따라 금형의 완성도와 생산성이 크게 달라집니다. 형상 변경 → 단순 기구 → 복합 기구 이 순서로 접근한다면 불필요한 비용과 리스크를 줄일 수 있습니다.

이 글에서 정리한 언더컷 처리 기준을 바탕으로 보다 안정적인 금형 설계를 진행해 보시길 바랍니다.