성형품의 치수 관리: 금형 설계와 사출 품질을 좌우하는 핵심 기준

성형품 설계에서 치수는 단순한 숫자가 아니라, 제품 품질과 직결되는 중요한 기준입니다.
현장에서 사출 성형을 진행하다 보면 “도면대로 만들었는데 왜 맞지 않는가?”라는 질문을 자주 듣게 됩니다.

이런 문제의 대부분은 성형품의 치수 특성을 충분히 고려하지 않은 상태에서 설계가 진행되었기 때문입니다.
이 글에서는 성형품 치수가 왜 설계 단계에서부터 중요하게 다뤄져야 하는지, 그리고 실무에서 어떤 기준으로 관리해야 하는지를 정리해 보겠습니다.

성형품 치수가 중요한 이유

조립성과 기능에 미치는 영향

성형품은 대부분 단독으로 사용되지 않고, 다른 부품과 조립되어 사용됩니다.
치수가 조금만 어긋나도 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 조립 불량 및 간섭 발생
• 소음 또는 유격 문제
• 기능 저하 및 내구성 감소

특히 맞물림 구조나 체결 구조가 있는 제품일수록 치수 관리의 중요성은 더욱 커집니다.

 

1. 성형품의 치수 오차 발생의 주된 원인
성형품의 치수 오차에 대해서는 일반적으로 금형의 제작 정도만이 크게 거론되는 경향이 있다. 하지만 치수 오차의 발생은 많은 여러 가지 원인이 겹친 결과에 의한 것이다. 여러 원인 중 주된 것들 4가지를 알아보자. 첫 번째, 금형에 직접 관련한 원인이다. 금형에 직접 관련한 요인 중에는 금형 각부의 제작 정도는 물론 가장 중요한 요소지만 금형의 형식 혹은 기본적인 구조, 예를 들면 암수 두 형의 끼워서 맞추는 방법, 파팅 라인의 위치, 사이드 코어(슬라이딩 코어)의 구조 등도 성형품의 치수 오차의 발생과 관련된다. 또한 장기간 사용하는 금형에서는 사출 압력에 의한 금형 각 부분의 변형 혹은 이완, 형을 조이는 압력에 의한 변형 혹은 형을 죄는 행정 중의 암수 두 형의 엇갈림 등, 금형의 구조 혹은 재료, 강도, 열처리 등의 점에서 고려해야 할 사항이 많다. 두 번째, 성형 공정과 관련된 원인이다. 성형 공정의 차질은 성형 수축률의 차질이 되어 나타난다. 성형 공정의 관리는 성형품의 치수 정도의 관리상 가장 중요한 원인이 된다. 사출 성형품의 성형 수축률에 영향을 미치는 성형 조건의 변동 때문에 발생한다. 공정 원인의 주된 것으로는 가열 통 온도(재료 온도), 금형 온도, 사출 압력 및 사출 압력 유지 시간, 사출량(그램/쇼트), 사출 속도, 냉각 시간 및 형 조작 시간(성형 사이클) 등이 있다. 또한 성형 조작의 차질도 성형 수축률에 영향을 미친다. 세 번째, 성형 재료와 관련하는 원인이다. 성형 재료와 관련하는 원인은 모두 성형 수축률의 차질로써 나타나게 된다. 이 가운데 성형 재료의 표준 성형 수축률은 사용하는 재료에 따라 각각의 표준치가 있으나 그 값이 큰 것은 성형 조건과 다른 것이 약간씩 변동한 경우라도 성형 수축률의 차질이 크게 나타난다. 그러므로 표준 성형 수축률이 작은 재료일수록 치수 오차가 적어진다. 예를 들면 표준 성형 수축률이 작은 폴리카보네이트(2/1000~5/1000)는 성형 수축률이 큰 폴리에틸렌(15/1000~25/1000)이나 나일론 등보다는 정확한 치수를 낼 수가 있다. 마지막으로는 성형 후의 경시 변화가 원인이다. 주위의 온, 습도 조건에 의해 치수가 변화할 수 있다. 또한 재료의 소성변형 및 잔류응력 등에 의해서도 치수가 변화할 수 있다.

2. 성형품의 치수 오차와 금형 구조와의 관계
금형의 정도가 성형품의 치수 오차에 직접영향을 미치는 것은 당연하지만 앞에서 말한 바와 같이 금형의 구조, 즉 금형의 설계에 따라 크게 달라진다. 금형의 마모에 관해서도 마찬가지이다. 이 상과 같이 금형과 관련된 오차의 발생 원인은 단지 금형의 정도만이 아니고 금형의 양식이나 구조와 큰 연관을 가지고 있다. 성형품의 치수를 금형의 구조와 관련하여 나눌 수 있다. 첫 번째 종류는 금형에 의하여 직접 정해지는 치수이다. 이것은 성형품의 그 부분이 금형 하나의 부분 중에 포함되는 치수여서 금형의 수 형 또는 암형 중 어느 한쪽 만에 의하여 정해지는 치수이다. 플래시가 나와 있는 모양이라든가 그 두께에 영향받지 않는 치수이다. 두 번째 종류는 금형에 의하여 직접 정해지지 않는 치수이다. 이것은 그 치수가 금형의 두 개 이상의 부분으로 만들어지는 것이다. 상자류의 바깥 높이, 바닥의 두께 등 파팅 라인에 걸쳐지는 치수, 벽 두께 등의 암수형의 상호 관계에 따라 정해지는 치수, 기타 사이드 코어 등에 걸쳐지는 치수 등이 있다. 그 밖의 치수로는 팽행도 및 편심(중공 원통의 내외 중심선의 엇갈림, 동심원의 차질), 굽음 및 비틀림, 각도(다이얼의 눈금 각도, 경사진 부분의 각도) 등이 있다.

3. 사출 성형품의 치수공차에 관한 참고 규격
우리나라뿐만 아니라 해외 각국에서는 성형품의 치수공차에 관해 국가규격 또는 참고적인 표준이 있다. 첫 번째, 독일 공업규격(DIN). 플라스틱 성형품의 치수공차 규격으로서는 가장 체계가 서 있다. 성형품의 치수공차를 금형 구조와 관련해서 정하고 있으며 또 플라스틱 재료의 그룹별로 나누어서 값을 정하고 있다. DIN에는 플라스틱 성형품의 치수 공차 규격 외에 플라스틱용 금형에 대해서도 같은 규격이 있으며 성형품의 제작공차와 관련이 되어 있는 점에서 특징적이다. 1959년 5월을 기준으로 현재 다음과 같은 것이 있다. DIN 7710의 Blatt 1 성형품 치수 공차 규격(압축 성형품), Blatt 2 성형품 치수 공차 규격 (사출성형 품). DIN 16749의 Blatt 1 성형용 금형 치수 공차 규격(압축 성형·금형), Blatt 2 성형용 금형 치수 공차 규격 (사출성형 금형). 두 번째, 미국 SPI Standard. 이것은 국가 규격이 아니고 미국 플라스틱 공업협회(Society of Plastics Industry)에서 제작한 성형품의 치수공차에 대한 참고적인 표준이다. 열강 화성 및 열가소성의 각종 플라스틱 재료마다 공차의 값을 정해두고 있으며, 또 정밀 급, 중급 및 조급의 3단계로 나누고 있는 것이 특징이다. 금형 구조와의 관련에 대해서는 DIN 규격과 닮은 사상을 취하고 있다. 세 번째, 영국 BPF방식. 영국 플라스틱연맹(Brilish Plastics Federation)에서 주장하고 있는 성형품 치수공차의 산정 방식이다. 이 방식은 열경화성 성형품의 치수공차를 금형 구조와 성형품 치수의 오차 발생 원인과 매우 자상한 관계를 지닌 점이 특징이다. 마지막은 유럽 연합의 EN. EN은 유럽연합(EU) 내에서 사용되는 공통 산업 표준으로, 유럽표준화위원회(CEN)가 제정하고 관리한다. EN 규격은 유럽 내에서 제품의 안정성, 품질, 성능 등을 보장하기 위해 마련된 기준으로, EU 회원국들 사이에서 통일된 규격으로 적용된다. EN 규격은 CE 마크와 연계되어 있으며, 유럽 시장에서 판매되는 제품이 이 규격을 준수하면 CE 마크를 부착할 수 있다.

 

성형품의 치수는 단순히 맞고 틀림의 문제가 아니라, 제품 품질과 생산 안정성을 좌우하는 핵심 요소입니다.

수축, 두께, 공차, 기준면과 같은 기본 개념만 제대로 이해해도 불필요한 금형 수정과 반복 작업을 크게 줄일 수 있습니다.

성형품 설계를 진행할 때, 이 글에서 정리한 치수 관리 기준을 한 번 더 점검해 보시길 바랍니다.