런너(Runner)란 무엇인가
런너는 스프루 부시에서 게이트(제품 충진부) 입구까지 용융 수지가 이동하는 통로를 말합니다. 쉽게 말하면, 스프루 부시가 “입구”라면 런너는 그 입구에서 제품이 채워지는 공간까지 연결하는 “배관”에 해당합니다.
런너의 형태는 금형의 구성 방식에 따라 다릅니다. 2매 구성 금형에서는 런너가 상 형판과 하 형판이 맞닿는 파팅면(Parting Line)을 따라 설치됩니다. 성형 후 금형이 열리면 런너와 제품(캐비티)이 함께 빠져나옵니다. 반면 3매 구성 금형에서는 런너가 별도의 런너 판에 위치하며, 금형이 열릴 때 런너와 제품이 각각 다른 면에서 분리됩니다. 3매 금형의 런너는 제품 위쪽에서 수지를 공급하는 형태가 되기 때문에 제품 상면에 게이트 자국을 남기는 핀 포인트 게이트 방식에 주로 사용됩니다.
런너의 형상 종류
런너는 단면의 형태에 따라 크게 세 가지로 나뉩니다. 각 형상마다 특성과 단면적 계산 방법이 다릅니다.
원형 런너
단면이 완전한 원형인 런너입니다. 수지가 흐를 때 유동 저항이 가장 적고, 열 손실도 최소화할 수 있어서 가장 이상적인 형태입니다. 단면적 계산식은 (직경/2) x (직경/2) x 3.14, 즉 원의 면적 공식을 그대로 사용합니다. 다만, 원형 런너를 가공하려면 형판의 양면(상 형판과 하 형판) 모두에 반원씩 새겨야 하므로 가공이 상대적으로 번거롭습니다.
태형(사다리꼴 형) 런너
단면이 사다리꼴 모양인 런너입니다. 윗변이 넓고 아랫변이 좁은 형태로, 아래쪽 양 모서리에 라운드(R) 처리가 되어 있습니다. 단면적 계산식은 (윗변 + 아랫변) x 높이 / 2입니다. 사다리꼴 형태는 형판의 한쪽 면에만 가공하면 되므로, 3매 구성 금형이나 파팅면이 복잡한 금형에서 주로 사용됩니다.
반원형 런너
단면이 반원인 런너입니다. 단면적 계산식은 반지름 x 반지름 x 3.14 / 2입니다. 반원형은 원형에 비해 유동 효율이 떨어지기 때문에 가급적 사용을 지양하는 것이 좋습니다. 수지가 흐를 때 바닥의 평평한 면에서 냉각이 빨리 진행되어 유동 저항이 커지기 때문입니다.
| 런너 형상 | 단면적 계산식 | 가공 방식 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 원형 | (직경/2) x (직경/2) x 3.14 | 형판 양면에 가공 | 유동 효율 최고, 가장 권장됨 |
| 태형(사다리꼴) | (윗변+아랫변) x 높이 / 2 | 한쪽 면에 가공 | 3매 금형, 복잡한 파팅면에 적합 |
| 반원형 | 반지름 x 반지름 x 3.14 / 2 | 한쪽 면에 가공 | 가급적 지양, 유동 효율 낮음 |
런너의 분류 체계
런너는 크게 콜드 런너(Cold Runner)와 런너레스(Runnerless) 두 가지로 분류됩니다.
콜드 런너(Cold Runner)
금형 내에서 수지가 흐른 후 런너 부분의 수지도 함께 굳어서 제품과 같이 빠져나오는 방식입니다. 매 사이클마다 런너 부분의 수지가 폐기물로 발생합니다. 2매판 구성 금형 런너와 3매판 구성 금형 런너가 여기에 해당합니다.
런너레스(Runnerless)
런너 부분의 수지를 굳히지 않고 용융 상태로 유지하여, 다음 사이클에 다시 사용하는 방식입니다. 수지 낭비를 줄이고 성형 사이클을 단축할 수 있습니다. 런너레스는 다시 일부분 런너레스와 전체(HOT) 런너레스로 나뉩니다.
일부분 런너레스에는 연장 노즐형(Extension Nozzle), 고임(웰) 노즐형(Well Type Nozzle), 열 가열(인슐레이티드) 노즐형(Insulated Nozzle)이 있습니다. 이 방식들은 런너의 일부분만 가열하여 수지를 용융 상태로 유지합니다.
전체(HOT) 런너레스에는 오픈 게이트형(Open Gate), 밸브 게이트형(Valve Gate), 세미 밸브 게이트형(Semi Valve Gate)이 있습니다. 이 방식은 런너 전체를 가열하여 수지가 항상 녹아 있는 상태를 유지하므로, 런너 폐기물이 전혀 발생하지 않습니다.
| 분류 | 하위 분류 | 세부 종류 |
|---|---|---|
| 콜드 런너 | – | 2매판 구성 금형 런너, 3매판 구성 금형 런너 |
| 런너레스 (일부분) | 연장 노즐형 | Extension Nozzle |
| 런너레스 (일부분) | 고임 노즐형 | Well Type Nozzle |
| 런너레스 (일부분) | 열 가열형 | Insulated Nozzle |
| 런너레스 (전체/HOT) | 오픈 게이트형 | Open Gate |
| 런너레스 (전체/HOT) | 밸브 게이트형 | Valve Gate |
| 런너레스 (전체/HOT) | 세미 밸브 게이트형 | Semi Valve Gate |
런너 설정 시 반드시 알아야 할 유의사항
런너를 설계할 때는 여러 가지 조건을 동시에 고려해야 합니다. 잘못 설계하면 성형 불량이 발생하거나 생산 효율이 크게 떨어질 수 있습니다.
압력과 열의 균형
런너 설계에서 가장 중요한 원칙은 압력전달 면에서는 최대 단면적으로, 열전도 면에서는 최소 원주로 설계해야 한다는 것입니다. 이것은 사출 압력이 수지를 밀어넣는 힘의 손실을 최소화하면서, 동시에 런너 외부로 열이 빠져나가는 것도 최소화해야 한다는 의미입니다. 원형 단면이 이 조건을 가장 잘 만족시키는 이유가 바로 이것입니다.
런너 굵기의 딜레마
런너를 굵게 만들면 수지가 잘 흐르지만, 런너 안에 채워지는 수지의 양이 많아져서 굳는 시간(고화 시간)이 길어집니다. 이는 곧 성형 사이클이 늘어나 생산성이 떨어진다는 뜻입니다. 따라서 런너는 가능한 가늘게 하되, 단면 형상은 진원(완전한 원)에 가까운 형상으로 만들어 유동 저항을 줄이고 냉각이 빨리 되지 않도록 해야 합니다. 설계 시 단면 형상, 크기, 레이아웃에 반드시 유의해야 합니다.
캐비티 수의 배열
런너의 배치는 캐비티(제품이 만들어지는 공간)의 수와 배열에 따라 달라집니다. 다수 캐비티 금형에서는 각 캐비티까지의 런너 길이가 동일해야 균일한 충전이 가능합니다.
금형 구성에 따른 런너 형상 선택
2매 구성 금형에서 파팅면이 평면일 때는 유동 효율이 가장 좋은 원형 런너를 사용합니다. 반면 3매 구성 금형이거나 파팅면이 복잡한 형태일 때는 한쪽 면에만 가공할 수 있는 사다리꼴(태형) 런너를 사용합니다.
런너 가공 위치
원형 및 6각형 런너는 형판의 양면에 새깁니다. 반면 사다리꼴이나 반원형 런너는 한쪽 면에만 설치합니다. 이는 가공의 편의성과 금형 구조의 특성에 따른 것입니다.
게이트와 런너의 정렬
게이트와 런너의 중심은 유동 온도와 압력 유지를 위하여 일직선상에 있어야 합니다. 중심이 어긋나면 수지의 흐름이 불균일해지고, 온도와 압력이 불안정해져 성형 불량이 발생할 수 있습니다.
이번 편 핵심 정리
이번 편에서는 런너의 정의와 세 가지 단면 형상(원형, 태형, 반원형), 콜드 런너와 런너레스의 분류 체계, 그리고 런너 설계 시 반드시 고려해야 할 유의사항들을 살펴보았습니다. 핵심은 런너는 가능한 가늘게, 진원에 가깝게 설계하되 압력 손실과 열 손실의 균형을 맞추어야 한다는 점입니다.
다음 3편에서는 런너의 끝에서 제품으로 수지가 들어가는 게이트(Gate)의 다양한 종류와 역할, 그리고 제품 품질에 직결되는 에어 벤트(Air Vent)의 원리와 중요성에 대해 자세히 다루겠습니다.
