금형디자인꾸러미

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몰드지식 채널 — Tue, 10 Feb 2026 14:10:17 +0900

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몰드지식 채널 — Tue, 10 Feb 2026 14:08:10 +0900

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몰드지식 채널 — Tue, 10 Feb 2026 14:03:36 +0900

이 블로그는 사출 성형과 금형 설계에 대한 기초 이론과 구조적 이해를 체계적으로 정리하기 위해 운영되고 있습니다.

현장에서 자주 접하는 금형 구조, 성형 조건, 재료 특성, 불량 원인과 같은 내용을 초보자도 이해할 수 있도록 원리 중심으로 설명하는 것을 목표로 합니다.

모든 글은 특정 제품 판매나 홍보를 목적으로 하지 않으며, 기술적 이해를 돕기 위한 정보 제공용 콘텐츠로 작성되었습니다.

이 블로그를 통해 금형과 사출 성형 전반에 대한 기본 개념을 정리하고, 설계와 생산을 바라보는 논리적인 사고 흐름을 공유하고자 합니다.

금형 캐비티의 역할과 설계 기준: 제품 품질을 결정하는 핵심 구조

몰드지식 채널 — Mon, 8 Dec 2025 15:29:42 +0900

금형을 구성하는 여러 요소 중에서 **캐비티(Cavity)**는 제품 형상을 직접 만들어 내는 가장 중요한 부품입니다. 캐비티의 설계와 가공 상태에 따라 제품의 외관, 치수 정밀도, 성형 안정성이 크게 달라집니다. 이 글에서는 금형 설계의 핵심 구성 요소인 캐비티의 개념, 역할, 설계 기준을 기초부터 실무 관점까지 정리해 보겠습니다.

금형 캐비티란 무엇인가

캐비티의 정의

캐비티란 금형 내부에서 제품의 외형(외측 형상)을 형성하는 공간 또는 부품을 의미합니다. 일반적으로 고정측 금형에 배치되며 코어와 함께 제품 형상을 완성합니다.

1. 금형의 캐비티 수
플라스틱 사출 성형에서 하나의 금형을 사용하여 한 번에 성형할 수 있는 제품의 수를 캐비티 개수라고 한다. 캐비티의 수는 1개에서 최대 216개까지 가능하다. 캐비티 수가 많아지면 한 번의 성형으로 성형되는 제품의 수가 많아지므로 제품당 생산 비용을 줄일 수 있다. 그러나 다른 캐비티의 성형품 치수, 중량, 외관 등의 품질 변동이 커지는 경향이 있으므로 주의해야 한다. 장단점을 종합적으로 분석하여 캐비티의 수를 많이 할지 적게 할지 결정해야 한다. 일반적으로 캐비티의 종류에 따라 캐비티의 수가 정해진다.
1) 대형 성형품-기본적으로 하나의 캐비티
캐비티가 크기 대문에 두 개 이상의 캐비티는 물리적으로 어렵다.
2) 신제품 금형-1개의 공동
시장에서 신상품의 판매를 예측할 수 없으므로 처음에는 캐비티가 하나인 금형을 사용하여 생산되며 판매량이 많아지면 캐비티 수가 증가한 금형으로 더 큰 수요를 맞출 수 있도록 준비한다.
3) 전자 부품, 정밀 부품-2 또는 4개의 캐비티
성형품의 품질 변동을 고려하여 캐비티의 수를 줄여야 한다.
4) 자동차, 가정용 전기 제품 등 중소형 성형품-약 4~8개의 캐비티
총생산량과 품질 변동 사이의 관계를 고려해 볼 때, 캐비티의 수는 경험상 위험을 낮추는 것으로 밝혀졌다.
5) 식품 용기, 기타-24~64개 이상의 캐비티
수백만 개 이상의 생산량을 예측할 수 있기 때문에 캐비티 수를 크게 하여 생산 원가를 절감한다.

2. 좌우 비대칭 캐비티의 편심 방지
캐비티의 배치가 스프루에 대해 좌우 비대칭인 경우에 캐비티의 모양에 따라 용융 수지를 충전할 때 시프트가 발생할 수 있다. 캐비티 블록과 코어 블록의 상대적인 위치에 의해 성형품의 치수가 변하거나 버가 발생하는 등의 문제가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는 테이퍼 블록을 캐비티의 방향과 반대 방향으로 배치함으로써 위치 이동을 방지할 수 있다. 단일 캐비티 금형 또는 테스트 금형의 경우에는 성형품의 형상에 집중하는 대신 먼 곳에서 다른 관점으로 금형의 전체 구조를 살펴보고 여기에 제시된 힌트를 기억해야 한다. 하나의 부품에만 주의를 기울이지 않고 전체를 볼 수 있는 유연성을 가진다면 균형 잡힌 설계를 할 수 있다.

3. 캐비티의 외부 치수 결정을 위한 절차
캐비티의 외부 치수(고정 측 형판의 포켓)는 대부분 현재와 비슷한 과거 금형의 치수가 참조로 사용되거나 경험과 직관으로 결정된다. 외부 치수를 결정하는 올바른 절차가 알려져 있다면 플라스틱의 압력으로 인해 금형이 파손될 위험을 피할 수 있으며, 불필요하게 강하고 큰 금형을 준비하는 데 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 치수를 결정하는 정확한 절차는 2단계로 이루어져 있다.
1) 1단계: 최소 벽 두께 계산
캐비티는 강재 블록 내부를 오목한 모양으로 조각하여 형성된다. 조각된 형상과 강재의 외부 형상 사이의 살의 두께가 일정한 두께를 갖지 않으면 사출 압력으로 인해 금형이 파손되거나 크게 변형될 수 있다. 재료 강도 분야의 방정식을 적용하여 이론적으로 계산하여 권장되는 두껫값을 얻을 수 있다. 사용되는 방정식에 따라 다르기 때문에 적절한 식을 선택해야 한다. 데이터는 성형 조건 및 강재의 종류 등을 고려하여 결정된다. 또한 전문가는 나쁜 조건과 좋은 조건 등의 여러 조건을 가정하여 계산하고 그 계산의 결과를 비교한다. 이론에 기초한 최소 살 두께는 계산으로 얻어진 살의 두께의 값에 대한 안전 여유를 고려하여 결정된다.
2) 2단계: 캐비티
계산으로 얻어진 살의 두께의 값을 이용하여 캐비티의 크기를 결정하면 캐비티를 형판에 고정할 때 충분한 크기의 플랜지가 확보되지 못할 수 있거나 나사 구멍을 드릴 작업하기에 충분한 공간을 확보하지 못할 경우가 가끔 발생할 수도 있다. 이 경우 치수 중 하나가 배치될 수 있도록 치수를 결정해야 하며 최종 캐비티 치수는 정수를 사용해야 한다.

4. 캐비티 치수 결정 방법
성형 수축률을 사용하여 캐비티 치수를 결정한다. 우선 성형 수축률을 구한다. 다음은 성형품의 치수를 결정한다. 그 이후 캐비티 치수를 계산한다. 이론적으로 캐비티의 목표 치수는 22.11mm이다. 또한 시험 제작 후 성형기 작동과 금형 수정을 고려하여 계산된 22.11mm 치수에서 약간의 조정이 이루어진다. 현재 기계로 22.11mm 너비의 금형 부품 가공이 당연히 가능하지만 0.01mm 단위로 지정되어 있고 기계 가공 비용이 많이 들기 때문에 가능한 경우 0.01mm 부분을 짝수로 반올림한다. 따라서 22.11은 22.10 또는 22.12로 수정한다. 가능한 한 정확하게 가공하려면 22.11로 남겨둘 수 있다. 최종적으로 계산된 치수가 금형의 캐비티 상에 있을 때, 코어 치수의 조정은 캐비티의 경우보다 한 번 더 이루어진다. 캐비티의 경우에 치수를 약간 작게 하여 나중에 금형을 수정할 수 있다. 이 경우 22.10을 22.08 또는 22.12를 22.08로 보정한다. 금형은 코어에서 약간 큰 치수로 준비한다. 이 경우에는 22.10이 22.12로 22.12가 22.14로 보정된다. 이러한 조정은 경험에 근거하여 금형이 수정될 필요가 없다고 판단되는 경우 필요하지 않다. 캐비티 치수 결정 방법에 대한 적용한 대표적인 예가 있다. 치수 공차가 단면 공차 값일 경우(+- 공차 값이 아닌 경우)이다. 성형품의 치수가 22인 경우 캐비티의 치수는 22.11이라는 결과가 나온다. 이러한 결과에 따라서 캐비티를 준비하면 성형물의 치수 변동 확률은 +방향뿐만 아니라 -방향에서도 동일하기 때문에 수축이 커지면 예측한 것보다 측면 허용 오차가 초과할 위험이 있다. 또한 수축이 예측보다 작아지면 +측의 공차를 초과할 우려가 있다. 이러한 관점에서 단면 공차의 경우 수축 계산이 공차 폭의 중심에 기준을 두어야 한다.

금형 캐비티는 제품 품질을 직접적으로 결정하는 금형의 핵심 부품입니다. 수축률, 이형각, 소재, 가공 상태를 종합적으로 고려해 캐비티를 설계한다면 외관·치수·수명 측면에서 안정적인 성형이 가능합니다. 이 글에서 정리한 캐비티 설계 기준은 금형 설계 전반의 기본 원칙으로 활용할 수 있습니다.

금형 설계의 기본 개념과 절차: 안정적인 사출 성형을 위한 설계 기준

몰드지식 채널 — Mon, 8 Dec 2025 11:30:11 +0900

금형 설계는 사출 성형 공정의 출발점이자 제품 품질을 결정하는 가장 중요한 단계입니다. 아무리 좋은 재료와 사출기를 사용하더라도 금형 설계가 부적절하면 불량, 반복 수정, 생산성 저하를 피할 수 없습니다. 이 글에서는 앞선 글들에서 다룬 개별 요소들을 하나로 정리하여, 금형 설계의 전체 흐름과 핵심 사고방식을 기초부터 차분하게 정리해 보겠습니다.

1. 금형 설계의 개념
금형 설계는 금형 아이디어를 실현하는 성형품이 원하는 규격 내에 있고 비용이 요구 한도 내에 있도록 하는 작업이다. 설계 요소를 7가지 정도로 분류할 수 있다.
1) 강도 설계
캐비티 및 코어 변형, 파손과 몰드베이스 변형 등.
2) 안전 설계
후크 볼트 강도를 조사, 형 개폐 방지 구조 등의 조사.
3) 기능적 디자인
성형품의 치수 유지, 러너 및 게이트 구조 조사 및 취출 방법 조사.
4) 형상 디자인
3차원 형상 설계, 외관 품질 조사 및 형상 변경 등의 조사.
5) 유지 보수 설계
유지 보수 부품 구조 조사, 예비 부품 조사, 반복성 조사, 해체 및 조립의 용이성 조사.
6) 열 관련 설계
금형에 대한 열 수축률 조사, 온도 조절 수단 조사, 성형품 냉각 능력 조사
7) 비용설계
금형 비용 조사, 성형품 가격 조사, 표준 부품 등의 조사
이렇게 금형 설계는 단순히 성형품의 형상을 만드는 것이 아니고 상기 관점에서 여러 가지를 연구하는 것이 중요하다.

2. 금형 설계의 강도 이론
금형은 플라스틱 성형을 위한 정밀 기계이지만 기능을 유지하려면 적절한 강도를 가져야 한다. 또한, 금형의 설치 작업을 수행하거나 제거할 때 중량 부하가 작용하기 때문에 금형이 변형되거나 손상되는 것과 같은 갑작스러운 문제로 인해 인체에 상해를 주는 사고가 발생하지 않도록 충분한 강도를 가져야 한다. 이를 위해서는 단순히 경험이나 직감에 기초한 강도를 확보하는 것만으로는 충분하지 않으며, 재료 역학에 기반한 강도 계산을 사용하여 금형 설계를 수행하는 것이 중요하다. 플라스틱 사출 금형의 설계에는 재료 역학에 기초하여 3가지의 실험 데이터를 활용할 필요가 있다.
1) 동적 강도 시험
충격 시험(샤르피 충격 시험, 아이조드 충격 시험), 피로 시험
2) 정적 강도 시험
압축 시험, 좌굴 시험, 비틀림 시험, 인장 시험, 굽힘 시험, 전단 시험
3) 산업용 시험
크리프 시험, 마모 시험 등
계산 결과는 엔지니어의 윤리를 엄격히 준수해야 하며, 좋은 의도를 바탕으로 의사 결정을 내릴 필요가 있다. 또한 기술적으로 확립된 경험 식은 재료 강도와 관련된 계산에 사용되어야 하며, 계산 결과와 관련하여 안전율을 사용해야 한다. 금형 사고 예방 및 안전 확보는 설계 엔지니어의 판단에 의존하기 때문에 비용 절감을 위해 디자인에 너무 많은 무게가 주어지지 않도록 항상 자신에게 엄격해야 하고 이러한 사항들은 금형 설계 엔지니어가 항상 기억해야 한다.

3. 금형 강도의 증가
플라스틱 금형은 용융 수지의 충전 시에 고압의 내부 압력이 가해지고 금형 클램핑 시에 높은 압축 응력을 받게 된다. 금형이 커지면 자중으로 굽힘 응력을 받을 수도 있다. 금형이 자중에 의한 외부 응력이나 응력으로 인해 변형되거나 파손되지 않도록 하기 위해서 금형의 강성을 강화할 필요가 있다. 여기서 강성이란 하중을 받는 변형에 대한 저항이다. 종 탄성계수 E와 재료의 횡 탄성계수 G는 강성에 영향을 미친다. E 또는 G의 값이 큰 재료는 높은 강성이라고 말할 수 있다. 즉, 굴곡이나 뒤틀림에 대한 강한 저항력을 나타낸다. 보다 이해하기 쉽게 말하면 소재는 구부리기 어렵고 매우 작은 처짐을 가지고 있다. 더 자세히 설명하면 강도는 굽힘 강도 또는 비틀림 강도가 될 수 있다. 굽힘 강도는 플라스틱 사출 금형의 경우 특히 중요하다. 굽힘 강도는 굽힘 하중에 의한 굽힘 저항을 나타낸다. 일반적으로 굽힘 강도는 E, I로 표시된다. 굽힘 강도를 높이기 위해서 제품 E나 I값을 크게 할 필요가 있다. 즉, 종 탄성계수(E)의 값이 큰 재료를 선택하는 동시에 단면(I)의 단면 2차 모멘트를 크게 하는 단면 형상을 선택함으로써 굽힘 강성을 높게 할 수 있다. 구조체가 높은 굽힘 감성을 가지면 휨이 작아지거나 굽힘 변형으로 인한 파손에도 견딜 수 있다.

4. 금형 설계 및 제조의 장단점
플라스틱 사출 금형 설계 및 제조에서 표준화는 다른 기계 설계 및 제조 분야보다 상대적으로 빠르게 확산된다고 할 수 있다. 미스미는 이 문제에서 중요한 역할을 담당했으며 양적 비교를 통해 설계 및 제조의 표준화 장단점을 알아보고자 한다.
1) 금형 설계 및 제조의 장점
유지 보수 시의 호환성이 향상된다. 표준 부품을 사용하여 교체 부품의 사양을 통일할 수 있으므로 상호 호환성이 탁월하다. 가공 시간 단축, 다듬질 및 조정 시간의 단축이 가능하다. 이 때문에 부품 준비 시간이 단축되고 생산 원가도 절감된다. 설계 시간을 단축할 수 있다. 이 때문에 설계 전달 시간이 단축되고 설계 비용조차 줄어들게 된다. 수출의 경우 유지 보수가 쉽다. 금형을 수출할 때 동일한 표준 부품을 현지에서 조달할 수 있다면 신속하게 유지 보수를 수행할 수 있다. 기계나 장비 수를 늘릴 필요가 없다. 구매에 의존할 수 있기 때문에 회사 내의 기계나 장비 수를 늘릴 필요가 없다. 따라서 고정비용을 늘릴 필요가 없다. 주문 관리 비용을 줄일 수 있다. 주문 관련 회계의 추가 작업 부담이 제거되고 결과적으로 비용을 절감할 수 있다.
2) 금형 설계 및 제조의 단점
회사 내의 기본 구성 요소 생산 기술이 하락할 수 있다. 새로 입사한 설계자에게 기본 지식이나 금형 설계를 전수하는 것이 어려워질 가능성이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 회사 내에서 설계 세미나를 수행하거나 수리를 위해 부품을 회사 내에서 생산하는 회사들이 있다. 장단점, 손실과 이득을 고려할 때 금형의 설계와 제조의 표준화가 더 진전되었다고 할 수 있다.

5. 금형의 초기 비용 구조
금형의 가치는 품질, 납품, 원가의 3가지 요소에 의해 결정된다. 이 중 비용은 초기 비용과 운영 비용으로 구성된다. 또 초기 비용은 원가 구성 요소로 구성되는 것이 일반적이다. 초기 비용에는 원재료비, 금형 설계 비용, 가공 비용, 표준 구성 요소 구매 비용, 측정 비용, 다듬질 및 조립 비용, 몰드베이스 구매 비용, 표면 처리 비용, 문제 해결 비용, 세금, 포장과 운송 비용, 시험 운전 비용 등이 있다.

금형 설계는 단일 기술이 아니라 여러 요소를 종합적으로 판단하는 과정입니다. 제품 형상, 재료 특성, 생산 조건을 하나의 흐름으로 이해하고 설계한다면 불량과 수정 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 이 글에서 정리한 금형 설계의 기본 개념과 절차는 앞으로 어떤 제품을 설계하더라도 반복 적용할 수 있는 기준이 될 것입니다.

금형 부품 소재: 수명과 품질을 결정하는 선택 기준

몰드지식 채널 — Mon, 8 Dec 2025 09:37:05 +0900

금형은 단순한 형상이 아닌 수많은 부품이 조합된 정밀 구조물입니다. 이때 각 부품에 어떤 **소재(Material)**를 선택하느냐에 따라 금형의 수명, 유지보수 주기, 성형 품질이 크게 달라집니다. 이 글에서는 금형 설계와 제작에서 반드시 고려해야 할 대표적인 금형 부품 소재와 선택 기준을 실무 관점에서 정리해 보겠습니다.

금형 부품 소재가 중요한 이유

금형 부품의 역할

금형은 다음과 같은 부품으로 구성됩니다.

코어(Core)
캐비티(Cavity)
슬라이드 및 리프터
인서트
가이드 부품

각 부품은 서로 다른 하중과 마모 조건을 받기 때문에 동일한 소재를 사용하는 것은 비효율적입니다.

소재 선택이 미치는 영향

소재 선택은 다음 요소에 직접적인 영향을 줍니다.

마모 수명
가공성
열처리 가능 여부
성형 품질 안정성

즉, 소재는 금형 성능의 기반입니다.

1. 금형 제조용 철강의 화학 성분
플라스틱 성형용 금형에 사용되는 강재는 기본 재료로 페라이트-탄소 합금(일반적으로 강재로 불린다)이 있다. 열처리 및 기계적 특성 등을 고려할 때 유용하게 쓰일 수 있기 때문에 일부 기본적 강재의 화학적 조성을 기본적으로 이해하는 것이 도움이 된다.

2. 스틸의 탄성 계수
탄성 계수는 금형 부품을 제조하는 데 사용되는 강재의 강도 또는 탄성을 나타내는 재료 특성이다. 타성 계수는 일반적으로 영계수라고도 한다. 탄성 계수는 강재를 잡아당길 때의 변형률과 인장 응력 사이의 비례 계수이다. 즉, 응력은 변형률에 비례한다. 탄성 계수의 실제 값은 금속 재료의 종류에 의해 결정된다. 탄성률의 물리적인 값은 금속 재료의 유형에 의해 결정된다. 일반적으로 탄성률에 대한 값이 더 큰 재료는 보다 높은 인장 응력 또는 강성을 갖는다.

3. 금형 부품의 변형
금형이 실제로 사출 성형에 사용된 후에는 탄소강 및 합금 공구강으로 만들어진 부품들은 휘어짐, 변형 또는 치수의 증가가 있을 수 있다. 이러한 현상이 지속되어 치수가 변하는 현상을 에이징이라고 한다. 합금 공구강 중에서 탄소강이 시간에 따라서 변화하는 주요 원인은 담금질 중에 잔류하는 오스테나이트 구조가 마르텐사이트 구조로 변화할 때 발생하는 부피의 팽창으로 알려져 있다. 담금질 과정 중 담금질 온도에서 갑자기 냉각시켜 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 변화시키는 것이다. 물, 기름, 염욕을 통한 급속 냉각이 이루어지지만, 온도가 0℃ 미만이면 마르텐사이트로 전환되지만 낮지 않으면 소량의 오스테나이트 조직이 마르텐사이트 구조 내에 남아있게 된다. 이 나머지 부분은 잔류 오스테나이트라고 한다. 이 잔류 오스테나이트는 시간 경과에 따라 서서히 마르텐사이트 조직으로 변화하고 그 시간에 부피가 팽창하는 것으로 알려져 있다. 결과적으로 잔류 오스테나이트의 양이 많다면 그 경향은 시간에 따른 커다란 변화라고 추측할 수 있다. 잔류 오스테나이트를 줄이게 하기 위해서 프레온 등의 냉매를 사용하여 약 -80℃의 저온 환경을 조성하여 깊은 냉각 처리(서브제로 처리)를 실시하는 것이 효과적이다. 그 환경에서 급속 냉각을 수행할 수 있다. 액체 산소 또는 액체 질소를 사용하는 경우 -180℃~-190℃까지 냉각할 수는 있지만 비용이 많이 들기 때문에 특별한 경우에만 수행된다. 따라서 시간 경과에 따른 변화가 없어야하는 부품의 경우, 서브제로 처리를 수행하는 것이 좋다.

4. 재료의 열전도
금형 또는 플라스틱 재료에서 가공 또는 변형의 물리적 현상은 열의 가열 또는 냉각에 의해 수행된다. 열전달은 재료의 구조에 의해 결정된다. 열 전도성은 소재를 통해 열을 쉽게 전달할 수 있는 특성 중 하나이다. 열 전도성은 단위 시간 내에 단위길이에 걸쳐 단위 온도 변화와 함께 얼마나 많은 양의 열이 전달되는지를 나타내는 지표이다. 이를 위해 가장 일반적으로 사용되는 기호는 람다이다.

5. SKD61의 템퍼링
합금 공구강 중 캐비티 또는 코어의 재료로서 열간 가공용 다이스틸(SKD61)이 사용되고 있다. 그것은 또한 경도가 비교적 높고 마모를 견디며 충격에도 비교적 높은 내성을 갖기 때문에 얇은 코어 핀의 소재로 고려된다. 탁월한 특성을 끌어내기 위해 SKD61은 담금질이 필요하다. 담금질 후 금속 조직을 안정시키고 인성을 개선하기 위해 템퍼링 처리를 한다. 그러나 템퍼링 조건에 따라 치수의 변화 및 경도의 감소를 일으키는 것으로 알려져 있으므로 이러한 것을 이해하지 않고 템퍼링을 수행하면 예기치 않은 결함이 발생할 수 있다.
1) 템퍼링에 의한 치수 변화
작업물의 외형 치수는 SKD61이 담금질 된 후 템퍼링 될 때 변경된다. 템퍼링 온도에 따라 외부 치수가 커지거나 작아질 수 있다. 템퍼링 후에 추가 가공을 하지 않으려면 템퍼링 후 치수 변화를 고려하여 담금질 전에 가공 작업을 수행해야 한다.
2) 템퍼링에 의한 경도 저하
SKD61의 경도는 담금질 후 템퍼링에 의해 다양한 경우에 감소한다. 예를 들어 1030℃에서 담금질된 재료가 템퍼링 되면 템퍼링 온도에 따라 변화될 수 있다. 따라서 불필요한 고온에서 템퍼링을 하면 경도가 급격히 떨어지므로 마모 저항이 필요한 경우에는 주의를 기울여야 한다.

6. 문양과 철강 재료
질감은 성형 제품 표면에 인공적인 패턴이나 무늬를 만들 때 사용된다. 질감은 식각 또는 샌드블라스트와 유사한 캐비티의 표면에 무늬를 새겨 넣는다. 무늬와 에칭에서 부식성·산성 액체는 일정 조건에서 강재의 표면과 접촉하여 침식시킨다. 무늬 제작 시에 주의해야 할 점들이 있다.
1) 방전 가공으로 준비된 표면에는 특히 주의해 깊은 연마를 해야 한다. 방전 가공된 표면에는 가공 경화층이 생길 수 있으므로 이러한 표면을 철저히 연마하는 것이 좋다.
2) 캐비티 면의 표면 거칠기는 가능한 한 미세하게 연마되어야 한다. 또한, 연마의 정도도 가능한 한 균일하게 해야 한다.
3) 강재는 가능한 동일한 강재이어야 하며, 동일한 롯트에서 선택되어야 한다. 동일한 강재를 사용해도 재료의 롯트나 압연 방향의 차이에 의해 무늬 가공 후의 마무리 상태에 차이가 있을 수 있다. 또한, 강재 유형이 다르면 침식 상태가 미묘하게 바뀔 수 있다. SKD11과 프리 하든 강 S55C에 대해 동일한 침식 처리가 수행되어라도 무늬 상태에 미묘한 차이가 있을 수 있다. 무늬의 상태가 다르게 되면 다시 무늬 작업을 수행하기 위해 시간이 엄청나게 길어질 수 있고, 캐비티 표면의 연마를 다시 수행해야 한다.

7. 재료의 선팽창 계수
탄소강을 기반으로 하는 재료가 금형에 사용되더라도 비금속 재료의 비철금속은 단열 목적으로 금형에 사용된다. 금형 조립 시 실온에서 치수를 조정할 수는 있지만 사출 성형 중에 온도가 상승 및 하강하기 때문에 부품이 열팽창 되는 경향이 있다. 팽창 여유가 고려되지 않은 경우 금형의 작동이 불량해지거나 부품이 파손될 수 있다.

금형 부품 소재는 금형의 수명과 품질을 결정하는 가장 기본적이면서도 중요한 요소입니다. 부품별 역할, 성형 수지 특성, 생산 수량을 종합적으로 고려해 적절한 소재를 선택한다면 불필요한 비용과 문제를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이 글에서 정리한 소재 선택 기준은 안정적인 금형 설계를 위한 기본 가이드로 활용할 수 있습니다.

생분해성 플라스틱: 친환경 소재의 특성과 성형 관점

몰드지식 채널 — Thu, 4 Dec 2025 17:30:28 +0900

플라스틱은 현대 산업에서 없어서는 안 될 소재이지만, 환경 문제와 함께 그 사용 방식에 대한 고민도 커지고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 등장한 소재가 바로 **생분해성 플라스틱(Biodegradable Plastic)**입니다. 생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱과 유사한 성형성을 가지면서도 특정 조건에서 분해가 가능한 특성을 지니고 있습니다. 이 글에서는 환경적 의미를 과장하지 않고, 사출 성형과 재료 특성의 관점에서 생분해성 플라스틱을 객관적으로 살펴보겠습니다.

생분해성 플라스틱이란 무엇인가

생분해성 플라스틱의 정의

생분해성 플라스틱이란 미생물, 열, 수분 등의 작용에 의해 일정 조건에서 분해가 가능한 고분자 소재를 의미합니다. 생분해성 플라스틱은 매장되었을 때 박테리아나 미생물로 인해 생물학적으로 분해되는 물질이다. 이러한 플라스틱의 특성은 석유를 기반으로 하는 플라스틱에 비하여 환경 보호의 관점에서 이상적이다. 하지만, 중요한 점은 모든 환경에서 즉시 분해되는 것은 아니라는 것입니다.

석유 화학으로 합성된 기존의 플라스틱 수지는 박테리아에 의해 분해될 수 없으며, 폐기물로 영구적으로 남는다. 그러나 최근 화학 기술의 발전으로 인하여 물과 이산화탄소로 분해되는 플라스틱 수지 재료가 개발되었다. 이러한 재료 중 일부는 이미 시판 제품으로 만들어졌으며 다양한 사출 성형품에 상용되고 있다. 생분해성 플라스틱 수지로 만든 성형품을 사용하면 땅속에 묻히거나 퇴비로 부엌 쓰레기와 섞여 분해된다. 이것은 지구의 환경을 보존하고 지구 온난화를 방지하는데 이상적인 물질이다. 생분해성 플라스틱 수지를 공업 제품 또는 포장재로 사용하기 위해서는 일정한 강도와 내열성을 갖고 식품 및 위생 관련 기준을 충족시켜야 하지만 이러한 요구 사항을 만족하는 제품이 하나씩 상용화되고 있다. 2005년 3월에 개최된 아이치 엑스포에서 생분해성 플라스틱이 여러 면에서 소개되었다. 예를 들어 레스토랑에서 사용된 식기류는 모두 생분해성 플라스틱으로 만들어졌다. 대형 PC 제조업체들은 PC의 구성 요소에 생분해성 플라스틱을 사용할 것이라고 발표했으며, 생분해성 플라스틱에 대한 수요는 환경 보호 및 재활용에 관한 법률에서 볼 때 급속도로 증가하는 것으로 생각된다. 도요타 모터 회사는 자동차 내장 부품 분야에서 폴리 락틱산 제품을 연속적으로 사용할 것이라고 발표했다. 이렇게 투명성, 내열성 등 업계에서 요구되는 특성을 갖는 생분해성 플라스틱 소재의 개발이 급속히 진행되고 있다. 이들은 가전제품, OA 기기용 부품, 식품 용기, 자동차 내장 부품 등 다양한 분야에서 실용화가 매우 빠른 속도로 진행될 것이다. 생분해성 플라스틱 재료 중 대표 4가지로 폴리 비닐알코올, 폴리 글리콜산, 폴리-락틴산(PLA), 폴리 부틸렌 숙시네이트(PBS)가 있다. 폴리 부틸렌 숙시네이트: 폴리 부틸렌 숙시네이트는 전형적인 숙신산이 성분인 부드러운 바이오매스로 만든 생분해성 플라스틱 수지이다. 폴리 락틱산은 고경도 성형 제품에 적합하지만 PBS는 소프트 성형 제품에 적합하다. 폴리라틱산(PLA): 식물원료 생분해성 플라스틱인 폴리라틱산은 식물성 원재료를 100% 사용하는 열가소성 플라스틱으로 사출 성형, 압출 성형 및 블로우 성형에 쉽게 사용된다. 또한 석유계 또는 화학 원료를 사용하지 않고 합성할 수 있는 플라스틱 수지이다. 또한 이 플라스틱을 토양에 폐기하면 토양의 박테리아가 생산하는 효소에 의해 완전히 물과 이산화탄소로 분해되는 뛰어난 환경적 특성을 가지고 있다. 폴리락틱산 플라스틱의 원료는 현재 전분이나 설탕(포도당)이 사용되고 있다. 즉, 원료는 옥수수 또는 여러 가지 덩이줄기, 사탕수수, 사탕무 등이 될 것이다. 전분을 원료로 사용하면 전분에 물을 첨가하여 포도당으로 변한다. 이것은 우리가 찹쌀을 씹을 때와 같은 반응이며 서서히 단맛이 난다. 다음은 락토바실리스가 포도당에 첨가된다. 유산균이라고도 불리는 이런 미생물은 포도당을 젖산으로 화학적 전환하는 능력을 갖추고 있다. 락틱산은 인체 내부에서 자연적으로 합성되는 물질로 근육에 축적되면 목 통증이나 어깨 통증과 같은 근육통을 유발하는 것으로 알려져 있다. 다음은 이 락틱산 탈수 반응이라 불리는 처리를 하여 락티드라고 하는 물질로 변환할 수 있다. 락티드에는 L-락티드와 D-락티드의 두 가지 유형이 있지만 대부분 L-락티드이다. 반응 결과가 L-락티드인지 D-락티드인지는 유산균의 종류에 따라 다르지만 D-락티드의 제조에 사용할 수 있는 박테리아는 많지 않다. 다음은 상기 락티드의 개환 중합이라 불리는 처리이다. 폴리락틱산계 플라스틱을 얻을 수 있다. 유리 전이 온도는 약 57℃이다. 고로 금형을 이용하여 대량 생산을 할 수 있다. 금형 온도를 약 30~40℃로 설정하여 일반 폴리락틱산 플라스틱의 사출 성형이 가능하다. 경험이 축적되면 금형 설계도 가능하다. 그러나 성형품의 내열 온도는 약 60℃이기 때문에 기계적 강도가 높지 않고 성형품의 용도는 이들 조건을 만족하는 것에 한정된다. 투명한 그레이드도 가능하다. 여러 회사의 연구 결과로 폴리락틱산 플라스틱은 현재 약 120℃의 온도를 견딜 수 있게 판매되고 있다. 이 등급의 경우 유동성, 이형성이 매우 나쁘고 냉각 시간이 길어지므로 금형 설계 시에 주의를 기울여야 한다. 폴리락틱산은 폴리머이며 열가소성이다. 따라서 고온으로 가열하면 용융되고 냉각되면 고체가 되므로 주의가 필요하다. 이 플라스틱의 존재가 10년 이상 전에 확인되었지만 산업적으로 대규모로 제조하는 방법은 확립되지 않았으며, 대량 생산품에 사용되는 것은 거의 알려지지 않았다. 그러나 Cargill 사와 미국 Dow Chernicals LLC는 젖산 생산의 산업적 방법을 개발하는 데 성공하여 시장에서 판매되기 시작했다. 현재 이 회사는 NatureWorks LLC로 이름을 바꾸고 사업을 확장하고 있다. 또한, 폴리락틱산 플라스틱의 적용 범위는 높은 내열 그레이드의 출현으로 인해 상당히 넓어졌다. 현재 이 플라스틱의 적용에 대한 다양한 분야의 연구가 진행 중이다. 이렇게 우수한 소재임에도 불구하고 널리 사용되지 않는 이유 중 가장 중요한 이유는 폴리올레핀 플라스틱(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등) 또는 스티렌 기반 플라스틱(PS, ABS 등)의 원료에 비하여 비용이 여전히 높다는 것이다. 생산량이 여전히 낮기 때문에 원자재 가격이 여전히 높았던 것은 불가피했다. 그러나 석유 가격이 크게 상승하고 폴리락틱산 플라스틱의 생산량이 증가함에 따라 비용 차이가 점점 적어지고 있다. 결과적으로 원재료 비용이 점점 낮아지는 추세이다. 폴리락틱산을 생분해하기 위해서는 미생물의 양, 온도, 습도, pH 등과 같은 환경이 적절해야 한다. 일상생활에서 정상적인 환경에서는 생분해가 시작되지 않는데 조건이 만족하면 토양 또는 퇴비에서 생분해가 시작된다. 토양에는 생분해가 시작되기까지 약 1개월이 필요하다. 퇴비에서 온도가 60℃ 가까이 상승하면 약 3일 후에 생분해가 시작된다. 퇴비에 넣은 필름 모양의 성형품은 약 2주 만에 완전히 분해된다.

생분해성 플라스틱은 기존 플라스틱을 완전히 대체하는 소재라기보다는, 용도에 따라 선택적으로 활용되는 재료입니다. 사출 성형 관점에서는 일반 수지와 유사한 공정이 가능하지만, 온도 관리와 재료 특성에 대한 이해가 필수적입니다. 이 글에서 정리한 내용을 바탕으로 제품 요구 조건에 맞는 합리적인 소재 선택을 검토해 보시길 바랍니다.

플라스틱 수지의 특성: 사출성형 품질을 결정하는 재료의 이해

몰드지식 채널 — Thu, 4 Dec 2025 15:00:21 +0900

사출 성형에서 금형 설계와 성형 조건이 아무리 완벽하더라도 재료인 플라스틱 수지의 특성을 이해하지 못하면 안정적인 품질을 얻기 어렵습니다. 플라스틱 수지는 종류에 따라 유동성, 강도, 내열성, 수축률이 크게 다르며 이 차이는 곧 성형성·불량 발생·제품 수명으로 이어집니다. 이 글에서는 사출 성형과 금형 설계의 기초가 되는 플라스틱 수지의 주요 특성과 분류 기준을 실무 관점에서 정리해 보겠습니다.

플라스틱 수지란 무엇인가

플라스틱 수지의 정의

플라스틱 수지는 열이나 압력을 가하면 성형이 가능하고 냉각 후에는 일정 형상을 유지하는 고분자 재료입니다.

사출 성형에서는 이 수지를 용융 상태로 만들어 금형 내부에 충전한 후 제품을 제작합니다.

플라스틱 수지의 기본 분류

플라스틱 수지는 열에 대한 반응에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다.

열가소성 수지
열경화성 수지

사출 성형에서는 주로 열가소성 수지가 사용됩니다.

1. 플라스틱 재료의 수축률
플라스틱 사출 금형의 설계를 진행하기 위해서 성형 수축률을 결정할 필요가 있다. 사출 성형에 사용되는 일반적인 플라스틱 재료에 대한 대략적인 성형 수축률 가이드가 존재한다. 자세한 내용은 성형 재료 제조업체로부터 각 그레이드에 대한 재료 카탈로그 및 기술 문서를 얻고, 결정을 내릴 때 참고 자료로 사용하는 것이 일반적이다.

2. 플라스틱의 종류와 캐비티용 강재의 선택
캐비티용 강재는 플라스틱 수지의 종류 및 성형품에 요구되는 기능에 따라 선택한다. 강재의 선택이 적절하지 않은 경우 정밀한 표면으로 연마하는 것이 불가능하거나 성형 중에 부식이 진행된다. 또 마모가 빠른 속도로 발생할 수 있다.

3. 플라스틱의 유리 전이 온도 Tg
열가소성 수지는 용융점보다 높은 온도에서 용융되어 액상이 되지만 액체 상태에서 서서히 냉각됨에 따라 점도가 점차 증가하여 고무 상태가 되어 최종적으로 응고된다. 고무 상태에서 고체 상태로의 온도(유리 상태)를 유리 전이 온도라고 한다. 유리 전이 온도는 일반적으로 Tg로 표시된다. Tg는 플라스틱의 유형에 따라 결정되는 물리적인 양이다. Tg의 값을 알면 캐비티 내부에서 성형품이 냉각되는 데 필요한 시간과 금형에서 꺼낼 수 있는 성형품 온도를 예측할 수 있다.

4. 내열성 폴리락틱산 수지의 사출 성형
대표적인 생분해성 플라스틱 중 하나는 폴리락틴산(PLA)이다. 폴리락틱산은 식물에서 추출한 생분해성 플라스틱 수지이다. 폴리락틱산은 비교적 단단하고 폴리스타이렌과 거의 동일한 기계적 강도를 가지고 있다. 약 10년 동안 산업용으로 사용되고 있지만 강도와 내열성이 부족하기 때문에 고부가가치 산업 제품에는 그다지 많이 사용되지 않았다. 하지만 최근 나노 복합체 기술을 응용하여 내열성이 우수한 폴리락틱산이 개발되고 있다. 이러한 재료는 최대 120℃의 하중에서 처짐 온도를 견딜 수 있기 때문에 뜨거운 물로 세척하거나 연속적으로 증기 환경에서 사용할 수 있다. 따라서 일회용 식품 용기, 회수 가능한 식품 용기(학교 점심에 반복적으로 사용되는 식품 용기 등), 개인용 컴퓨터 류, 사무 자동화기기 류, 병 용기, 포장 용기 등의 용도로 사용된다. 내열성 폴리락틱산은 수축률이 크고(약 12~20/1000), 강하게 코어에 달라붙는 성질을 갖는다. 이형 저항을 작게 만드는 금형 설계 및 기계 가공 및 표면 처리가 필요하다. 따라서 취출 구조를 고려하는 것이 매우 중요하다. 또한, 폴리락틱산의 내열성을 얻기 위해서 금형 캐비티 표면 온도를 약 110~120℃로 유지할 필요가 있다. 따라서 금형에는 카트리지 가열 장치 또는 오일 온도 제어 장치가 필수적이다. 특히, 케이스, 용기 등의 깊이가 깊은 성형품의 경우 취출이 극히 어렵다. 성형품의 내열성뿐만 아니라 원활한 배출을 가능하게 하는 금형 구조 및 사출 성형 방법에 관해서는 여러 가지 기술이 개발되고 있다.

5. 플라스틱 수지의 용융 흐름 지수
플라스틱 수지의 유동성이 양호하거나 불량하든 상관없이 사출 성형 조건, 특히 사출 압력 또는 사출 속도 및 금형 온도의 설정이 용융 수지의 유동성에 큰 영향을 끼친다. 플라스틱의 유동성을 평가하는 여러 가지 방법이 있지만 지침으로 사용되는 가장 쉬운 방법은 용융 흐름 지수(MFR) 방법이다. 용융 흐름 지수는 멜트로 인덱서라고 불리는 시험 장치에 플라스틱 수지를 투입하여 가열하고 소정 중량의 용융 수지를 유동시키고, 유출된 플라스틱의 중량을 측정한다. 용융 흐름 지수는 유속의 지표로써 사용한다. 이 시험 방법은 JIS 및 ISO 규격에 규정되어 있다. 용융 흐름 지수가 높은 플라스틱 수지는 유동성이 좋은 것으로 평가된다. 반면, 용융 흐름 지수가 낮은 플라스틱 수지의 유동성은 낮다. 그러나 용융 흐름 지수는 정적 상태에서의 유동성을 평가하는 반면, 실제 사출 성형에서 플라스틱 수지는 아주 짧은 시간에 매우 좁은 게이트를 통해 흐르기 때문에 용융 흐름 지수가 사출 성형의 경우에는 맞지 않는다는 사실을 이해할 필요가 있다. 용융 흐름 지수는 플라스틱 수지의 물성을 간단히 파악하기 위해서 플라스틱 수지 유동성의 지표로써 사용된다.

6. PET 플라스틱
PET는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 플라스틱 수지의 약자이다. PET는 270℃ 근처의 융점을 가지며 성형 온도는 270~280℃이므로 사출 성형은 상대적으로 높은 온도에서 수행된다. 이 플라스틱의 특징 중 하나는 유동성이다. 유동성이 융점 이상에는 우수하지만 고화가 시작되면 유동이 갑자기 어려워진다. 즉, 플라스틱의 온도와 유동성 사이에는 매우 밀접한 관계가 있다. 금형의 온도 관리와 플라스틱의 온도 관리는 PET의 경우 필수 항목이다. 유체 상태에서 고화하는 과정 중에 PET의 결정 크기가 커지고, 결정이 쉽게 구형 결정이 될 수 있다. 이런 일이 발생하면 성형품은 투명하지는 않고 색상이 탁하며, 희게 된다. 결과적으로, 투명한 성형품을 제조하는 경우 구형 결정의 성장을 억제하기 위해 신속하게 냉각할 필요가 있다. 따라서 금형에 급속 냉각 시스템을 제공해야 한다. 냉각기를 사용하는 금형 온도 변화를 5~15℃로 유지해야 한다. 금형 내에서 플라스틱 수지의 온도가 270~280℃에서 5~15℃의 온도로 관리해야 하므로 PET의 사출 성형이 얼마나 어려운지 알 수가 있다. 대부분의 경우 PET의 사출 성형에 핫 런너가 사용되며, 게이트를 기계적으로 열고 닫음으로써 유동성 관리를 확실하게하기 위해 밸브 게이트가 선택된다. 유동성이 양호하므로 금형 틈새 관리 및 충전압력으로 인한 변형을 고려해야한다. 특히 핫 런너의 매니폴드 설계 시 열팽창으로 인한 변형 및 관리를 방지하는 것이 중요하다. 또한, PET는 수분에 민감하게 반응하기 때문에 펠릿의 예비 건조를 철저히 할 필요가 있고 관리 레벨을 높게 할 필요가 있다. 이 플라스틱은 물과 반응할 때 가수 분해를 한다. 따라서 PET의 사출 성형에는 사전 건조 장비가 필수적으로 요구된다. 현재 PET 플라스틱의 사출 성형 기술은 성숙 단계에 이르렀고, 대량 생산이 가능하며 대량 생산 세계에서 슈퍼 다중 사출 금형 기술이 사용되고 있다.

플라스틱 수지는 사출 성형 공정의 출발점이자 기준입니다. 수지의 유동성, 수축, 열적 특성, 강도를 정확히 이해하고 적용한다면 금형 설계와 성형 조건은 훨씬 단순해집니다. 이 글에서 정리한 플라스틱 수지의 기본 특성은 앞으로 다룰 성형 조건·불량 분석을 이해하는 핵심 기반이 될 것입니다.

언더컷의 처리 방법: 금형 설계에서 가장 중요한 선택 기준

몰드지식 채널 — Thu, 4 Dec 2025 12:30:16 +0900

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.

형상 변경 가능 여부
제품 기능 영향 검토
금형 구조 복잡도 판단
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.

게이트의 종류-2: 특수 게이트의 구조와 적용 목적

몰드지식 채널 — Thu, 4 Dec 2025 10:19:40 +0900

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.