지난 2편에서는 2매 금형의 각 구성요소와 기능, 그리고 3매 구성 금형의 구조와 특징에 대해 알아보았습니다. 3매 금형은 런너 스트리퍼 판이 추가되어 핀 포인트 게이트를 사용할 수 있고, 게이트가 자동으로 절단되는 장점이 있었습니다.
이번 3편에서는 언더컷이 있는 제품을 만들기 위한 특수한 금형 구조와 핫 런너 금형에 대해 자세히 알아보겠습니다. 언더컷은 금형 설계에서 가장 까다로운 부분 중 하나이므로 그 원리를 정확히 이해하는 것이 중요합니다.
언더컷이 있는 제품의 금형 구조
언더컷이란 무엇인가
언더컷이란 성형품에서 성형 공정이 완료된 후 이형 방향에 지장을 주는 형상을 말합니다. 이형이란 금형에서 제품을 분리하는 것을 의미합니다. 쉽게 말해서 금형이 단순히 열리는 방향으로는 제품을 빼낼 수 없는 형상이 언더컷입니다.
예를 들어 플라스틱 제품에 옆으로 튀어나온 돌기가 있거나, 옆면에 구멍이 뚫려 있다면 이것이 언더컷입니다. 금형이 위아래로 열릴 때 이런 형상들이 걸려서 제품이 빠지지 않습니다. 제품 도면의 형상과 다르게 나타날 수 있는 것을 언더컷이라고 합니다.
언더컷은 위치에 따라 세 가지로 구분됩니다. 언더컷이 한쪽에 있는 금형, 양쪽에 있는 금형, 그리고 성형품 내부에 있는 금형입니다.
한쪽에 언더컷이 있는 제품 금형 구조
한쪽에만 언더컷이 있는 경우에는 한 방향으로 언더컷을 먼저 해제한 후에 성형품을 취출합니다.
이 구조에서는 슬라이드 코어라는 부품이 사용됩니다. 슬라이드 코어는 옆으로 움직이는 금형 부품입니다. 금형이 열릴 때 슬라이드 코어가 먼저 옆으로 빠져나가면서 언더컷 부분을 해제합니다. 그 다음에 제품이 위아래 방향으로 취출됩니다.
작동 순서를 보면, 금형이 닫혀있는 상태에서 성형이 완료됩니다. 그 다음 금형이 열리기 시작하면 경사핀이나 캠 등의 작동에 의해 슬라이드 코어가 옆으로 이동합니다. 슬라이드 코어가 충분히 빠진 후에 이젝터 핀이 작동하여 제품을 밀어냅니다.
양쪽에 언더컷이 있는 제품 금형 구조
양쪽에 언더컷이 있는 경우에는 양 방향으로 언더컷을 먼저 해제한 후 성형품을 취출합니다.
이 구조에서는 양쪽에 각각 슬라이드 코어가 설치됩니다. 금형이 열릴 때 양쪽의 슬라이드 코어가 동시에 바깥쪽으로 벌어지면서 언더컷을 해제합니다. 마치 양손을 벌리듯이 양쪽으로 열리는 것입니다.
양쪽 슬라이드 코어 아래에는 스프링이 설치되어 있는 경우가 많습니다. 이 스프링은 슬라이드 코어가 원래 위치로 돌아오도록 도와주는 역할을 합니다. 금형이 다시 닫힐 때 스프링의 힘으로 슬라이드 코어가 안쪽으로 복귀합니다.
성형품 내부에 언더컷이 있는 금형 구조 – 경사핀 방식
성형품 내부에 언더컷이 있는 경우는 더욱 복잡합니다. 내측에 경사로 작동하는 핀으로 언더컷을 먼저 해제한 후 성형품을 취출합니다.
이 방식에서는 앵귤러 핀 또는 경사 코어라고 불리는 부품이 사용됩니다. 이 핀은 비스듬하게 기울어져 있어서, 금형이 열릴 때 위아래 움직임이 옆으로 움직이는 힘으로 변환됩니다. 제품 내부의 언더컷 부분이 이 경사 코어에 의해 안쪽에서 바깥쪽으로 빠져나옵니다.
| 언더컷 위치 | 해제 방식 | 사용 부품 |
|---|---|---|
| 한쪽 | 한 방향 해제 | 슬라이드 코어, 경사핀 |
| 양쪽 | 양 방향 동시 해제 | 양쪽 슬라이드 코어, 스프링 |
| 내부 | 경사 작동 해제 | 앵귤러 핀, 경사 코어 |
성형품 내부에 언더컷이 있는 금형 구조 – 회전 방식
내부 언더컷을 해제하는 또 다른 방식으로 회전 방식이 있습니다.
첫 번째는 모터와 체인 등으로 언더컷을 먼저 해제한 후 성형품을 취출하는 방식입니다. 모터가 회전하면 체인이나 벨트를 통해 그 회전력이 금형 내부의 코어로 전달됩니다. 코어가 회전하면서 나사 형태의 언더컷이 풀리게 됩니다.
두 번째는 기어를 이용하여 평기어와 피니언 기어 구조로 언더컷을 해제하는 방식입니다. 평기어는 평평한 형태의 기어이고, 피니언 기어는 작은 기어를 말합니다. 이 두 기어가 맞물려 돌아가면서 내부 코어를 회전시킵니다.
성형품 내부에 나사 언더컷이 있는 금형 구조
플라스틱 병뚜껑처럼 내부에 나사산이 있는 제품을 만들 때는 특수한 금형 구조가 필요합니다. 나사산은 대표적인 내부 언더컷입니다.
이런 제품을 만드는 금형에서는 나사 코어가 회전하면서 제품에서 빠져나옵니다. 마치 나사를 풀듯이 코어가 돌면서 제품과 분리되는 것입니다. 이를 위해 모터, 기어, 체인 등의 회전 메커니즘이 금형에 내장됩니다.
언더컷 금형의 특징과 주의사항
언더컷이 있는 제품의 금형은 여러 가지 특징이 있습니다.
첫째, 금형의 구조가 복잡해지므로 금형 가격이 비쌉니다. 슬라이드 코어, 경사핀, 기어 등 추가 부품이 필요하기 때문입니다.
둘째, 언더컷 처리 부품들의 긁힘, 마모, 절손 등 사고 우려가 많습니다. 이 부품들은 매 성형 사이클마다 움직이므로 마모가 빨리 진행됩니다.
셋째, 사이드 코어를 사용할 경우 분할선에 의한 흔적이 남습니다. 슬라이드 코어와 본체 금형 사이의 경계선이 제품 표면에 자국으로 나타날 수 있습니다.
넷째, 사이드 코어가 클 경우 금형 온도 조절기구 설치가 어렵습니다. 냉각수 라인을 배치할 공간이 부족해지기 때문입니다.
다섯째, 성형 사이클 시간이 길어질 수 있습니다. 슬라이드 코어가 움직이는 시간이 추가되기 때문입니다.
여섯째, 성형 시 부품 작동 상태가 잘못되어 작업 불량을 일으킬 수 있습니다. 슬라이드 코어가 제대로 복귀하지 않은 상태에서 금형이 닫히면 금형 파손이 발생할 수 있습니다.
핫 런너(런너레스) 금형의 이해
핫 런너 금형의 기본 개념
핫 런너 금형은 런너레스 금형이라고도 불립니다. 이 금형은 금형의 캐비티에 이르는 수지의 흐름 부위에 열을 가하는 방식입니다.
핫 런너 금형에서는 스프루와 런너 부위에 히터가 설치되어 수지가 항상 용융된 상태를 유지합니다. 이렇게 하면 스프루 부시나 런너가 굳어서 나오지 않습니다. 런너가 발생하지 않더라도 계속적으로 사출을 가능하게 만든 금형 구조입니다.
일반적인 다이렉트 게이트 방식과 비교하면 차이가 명확합니다. 일반 금형에서는 스프루 부시가 있고 매 사이클마다 스프루가 굳어서 나옵니다. 하지만 런너레스 시스템 적용 금형에서는 스프루 부시가 없고 수지가 항상 녹아있는 상태로 유지됩니다.
콜드 런너와 핫 런너의 비교
콜드 런너 금형에서는 성형이 끝나면 런너와 스프루가 굳어서 제품과 함께 나옵니다. 이 런너는 버려지거나 재활용을 위해 분쇄됩니다.
핫 런너 금형에서는 런너 부분이 항상 녹아있으므로 런너가 나오지 않습니다. 제품만 깔끔하게 나옵니다. 매니폴드라는 부품이 녹은 수지를 여러 캐비티로 분배해주고, 게이트를 통해 각 캐비티로 수지가 들어갑니다.
| 구분 | 콜드 런너 금형 | 핫 런너 금형 |
|---|---|---|
| 런너 상태 | 매 사이클 굳어서 배출 | 항상 용융 상태 유지 |
| 재료 손실 | 런너만큼 손실 발생 | 손실 거의 없음 |
| 후가공 | 런너 절단 필요 | 불필요 |
| 금형 구조 | 단순 | 복잡 |
| 초기 비용 | 저렴 | 고가 |
핫 런너 금형의 장점
핫 런너 금형에는 많은 장점이 있습니다.
첫째, 런너 형상이 없으므로 사이클 타임이 단축됩니다. 런너가 냉각될 때까지 기다릴 필요가 없기 때문입니다.
둘째, 형개 거리 단축 등을 통한 생산성이 향상됩니다. 런너를 빼내기 위한 추가 공간이 필요 없습니다.
셋째, 런너에 의한 수지 손실이 없습니다. 원재료를 절약할 수 있어 대량 생산에서 큰 비용 절감 효과가 있습니다.
넷째, 제품과 게이트가 분리되어 제품 후 가공이 필요 없습니다. 게이트 자국도 매우 작게 남습니다.
다섯째, 금형 내압이 감소하여 사출 속도 증가가 가능합니다. 런너에서의 압력 손실이 없기 때문입니다.
여섯째, 다점 게이트 제작이 용이합니다. 큰 제품에 여러 개의 게이트를 설치하기 쉽습니다.
일곱째, 게이트 온도 조절을 통해 유동을 자유롭게 조절할 수 있습니다. 각 게이트의 온도를 개별적으로 제어할 수 있습니다.
핫 런너 금형의 단점
반면에 핫 런너 금형에는 단점도 있습니다.
첫째, 금형 온도 제어가 필요합니다. 히터와 온도 센서, 온도 컨트롤러 등 추가 장비가 필요합니다.
둘째, 사출 제품의 색상 교환이 어렵습니다. 런너 내부에 남아있는 이전 색상의 수지를 완전히 빼내기 어렵습니다. 색상을 바꿀 때 많은 양의 수지를 퍼지해야 합니다.
셋째, 온도에 민감한 수지와 온도 변화에 따라 점도가 급격히 변하는 수지를 사용하는 금형은 게이트 설계에 신중을 기해야 합니다. 잘못된 온도 관리는 수지 열화나 성형 불량으로 이어질 수 있습니다.
이번 편 핵심 정리
이번 편에서는 언더컷이 있는 제품의 금형 구조와 핫 런너 금형에 대해 알아보았습니다. 언더컷은 제품을 빼내는 방향에 방해가 되는 형상으로, 슬라이드 코어나 회전 메커니즘을 통해 해결합니다. 핫 런너 금형은 런너를 항상 녹은 상태로 유지하여 재료 손실을 줄이고 생산성을 높이는 방식입니다.
다음 편에서는 사출성형 금형의 표준 부품 구조에 대해 자세히 알아보겠습니다. 로케이트 링, 가이드 핀, 가이드 부싱 등 금형을 구성하는 표준 부품들의 역할을 살펴보겠습니다.
