플라스틱 제품은 우리 일상 곳곳에서 사용됩니다. 물병, 휴대폰 케이스, 자동차 부품, 가전제품 외관까지 셀 수 없이 많은 플라스틱 제품들이 있습니다. 이 모든 플라스틱 제품들은 어떻게 만들어질까요? 바로 금형이라는 특별한 틀을 사용해서 만들어집니다.
이번 글에서는 플라스틱 사출성형의 핵심인 금형에 대해 처음부터 차근차근 알아보겠습니다. 금형이 무엇인지, 왜 필요한지, 어떤 장점이 있는지 초보자도 쉽게 이해할 수 있도록 설명해 드리겠습니다.
금형의 개요 – 대량생산의 핵심 도구
금형은 성형품의 고정밀도를 보장하고, 성형시간을 단축하며, 자동화를 가능하게 하는 등 사출성형 시 매우 유용한 도구입니다. 쉽게 말해, 금형은 같은 모양의 제품을 빠르고 정확하게 수천, 수만 개씩 만들어낼 수 있게 해주는 핵심 장비입니다.
금형을 이해하기 위해서는 크게 두 가지 측면을 살펴봐야 합니다. 첫째는 금형의 정의와 분류이고, 둘째는 금형을 사용했을 때 얻을 수 있는 장점입니다. 이 두 가지를 알면 왜 산업 현장에서 금형이 필수적인지 이해할 수 있습니다.
금형의 정의 – 세 가지 관점에서 바라보기
금형이란 간단히 말하면 동일 규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 금속으로 만들어진 틀입니다. 붕어빵을 만드는 붕어빵 틀을 생각하면 이해가 쉽습니다. 붕어빵 틀에 반죽을 넣고 구우면 똑같은 모양의 붕어빵이 나오듯이, 금형에 플라스틱 재료를 넣으면 똑같은 모양의 플라스틱 제품이 만들어집니다.
금형의 정의는 크게 세 가지 관점에서 설명할 수 있습니다. 협의적 정의, 광의적 정의, 그리고 기술적 정의입니다.
협의적 정의
협의적 정의란 가장 좁은 의미의 정의입니다. 협의적 정의에서 금형이란 금속재료를 사용하여 만들어진 틀을 의미합니다. 여기서 틀이라는 한자어는 형(型)입니다. 즉, 금속으로 만든 형태라는 뜻에서 금형이라는 이름이 붙었습니다.
실제로 붕어빵 틀도 금속으로 만들어져 있습니다. 이처럼 금속 재질로 만들어진 틀이라면 모두 협의적 의미의 금형에 해당합니다.
광의적 정의
광의적 정의는 더 넓은 의미의 정의입니다. 이 관점에서는 금형을 재료의 특성에 따라 두 가지 계열로 구분합니다.
첫 번째는 소성(Plasticity)과 전연성(Malleability, Ductility)을 이용하는 Dies계(Press형) 금형입니다. 소성이란 물체에 힘을 가했을 때 원래 형태로 돌아가지 않고 변형된 상태를 유지하는 성질입니다. 전연성은 금속을 얇게 펴거나 늘릴 수 있는 성질입니다. 이런 성질을 이용해서 금속 판재를 프레스로 눌러 원하는 형태를 만드는 것이 Dies계 금형입니다.
두 번째는 유동성(Fluidity)을 이용하는 Mold계(사출형, 기타) 금형입니다. 유동성이란 물질이 흐를 수 있는 성질입니다. 플라스틱을 열로 녹이면 액체처럼 흐르게 되는데, 이 상태에서 틀에 넣으면 틀 모양대로 굳어집니다. 이런 원리를 이용한 것이 Mold계 금형이며, 이 금형을 설계할 때는 3D CAD, Modeling, 유동해석(CAE) 등의 기술이 활용됩니다.
기술적 정의
기술적 정의는 산업 현장에서 실제로 사용되는 관점입니다. 이 관점에서 금형이란 소품종 제품 대량생산의 모체가 되는 틀이며, 나아가 동일 규격 제품 대량생산의 모체가 되는 틀입니다.
여기서 소품종 대량생산이란 적은 종류의 제품을 많은 수량으로 생산하는 것을 의미합니다. 예를 들어, 한 가지 모델의 스마트폰 케이스를 수십만 개 생산하는 것입니다. 금형이 있으면 이런 대량생산이 가능해집니다.
기술적 정의에서는 금형 외에도 치공구, 측정 게이지 등의 보조 장비가 필요하며, RP(Rapid Prototyping, 신속 시제품 제작), 자동화 설비, 기상 측정(공작물이 기계에 장착된 상태에서 측정하는 것) 등의 기술이 함께 필요합니다.
금형 정의 비교표
| 구분 | 핵심 내용 | 특징 |
|---|---|---|
| 협의적 정의 | 금속재료를 사용하여 만들어진 틀 | 재료 관점의 가장 기본적인 정의 |
| 광의적 정의 | 소성/전연성 이용(Dies계) 또는 유동성 이용(Mold계) | 재료 특성에 따른 분류 포함 |
| 기술적 정의 | 동일 규격 제품 대량생산의 모체가 되는 틀 | 치공구, 자동화, 측정 기술 필요 |
금형의 명칭 – 나라마다 다른 이름
금형은 나라마다 부르는 명칭이 다릅니다. 각 나라의 산업 발전 역사와 문화에 따라 서로 다른 용어를 사용하고 있습니다.
한국에서는 다이(Die)와 몰드(Mold)라는 용어를 사용합니다. 프레스 금형은 다이, 사출 금형은 몰드라고 구분해서 부르는 경우가 많습니다.
일본에서는 가네가타(Kanegata, かねがた)라고 부릅니다. 한자로는 金型으로 쓰며, 줄여서 가타(がた, 型)라고 부르기도 합니다. 일본은 금형 산업이 일찍 발달했기 때문에 한국도 과거에는 일본식 용어를 많이 사용했습니다.
대만, 홍콩, 싱가포르 등 중화경제권에 속하는 국가들에서는 모구(模具)라고 부릅니다. 模는 본뜨다, 具는 도구라는 뜻으로, 본을 뜨는 도구라는 의미입니다.
영국, 독일, 프랑스, 미국 등 서방 선진국에서는 Special Tooling이라고 부릅니다. 특수 공구라는 의미로, 금형이 일반 공구가 아닌 특수한 목적을 위해 제작된다는 점을 강조한 표현입니다.
국제 표준 명칭
국제 금형 협회(ISTMA: International Special Tooling & Machining Association)에서는 몰드에 대하여 영국식 표기인 Mould로 통일하여 사용하고 있습니다. 미국식 철자인 Mold와 영국식 철자인 Mould의 차이인데, 국제 표준으로는 영국식을 채택한 것입니다.
아시아 금형 협회(FADMA: Federation of Asia Die & Mould Association)에서도 우리나라 영문판 디렉토리를 모토로 1995년도 FADMA 디렉토리를 발간하면서 사출 금형에 대한 영문 표기는 Mould로 통일했습니다. 다만, 일반적으로는 Mold로 표기하는 경우가 많습니다.
국가별 금형 명칭
| 국가/지역 | 명칭 | 비고 |
|---|---|---|
| 한국 | 다이(Die), 몰드(Mold) | 용도에 따라 구분 |
| 일본 | Kanegata(金型) | 가타(型)로 줄여 부름 |
| 중화경제권 | 모구(模具) | 대만, 홍콩, 싱가포르 |
| 서방 선진국 | Special Tooling | 영국, 독일, 프랑스, 미국 |
성형품 생산에서 금형 사용 시 장점
금형을 사용하면 수작업으로 제품을 만드는 것에 비해 수많은 장점이 있습니다. 이 장점들 때문에 현대 제조업에서 금형은 필수적인 도구가 되었습니다.
품질 관련 장점
첫째, 생산제품과 부품의 치수 정밀도가 높습니다. 금형은 정밀하게 제작되기 때문에 금형에서 나오는 제품도 정밀한 치수를 갖게 됩니다. 0.01mm 단위까지 정확하게 만들 수 있어서 정밀 부품 제작에 적합합니다.
둘째, 제품 규격이 동일하여 호환성이 있고 조립 생산이 쉽습니다. 같은 금형에서 나온 제품들은 모두 같은 크기와 모양을 갖기 때문에, 다른 부품과 조립할 때 문제가 발생하지 않습니다. 이것은 대량생산 체제에서 매우 중요한 특성입니다.
셋째, 제품의 외관이 깨끗합니다. 금형 표면을 매끄럽게 가공하면 제품 표면도 매끄럽게 나옵니다. 별도의 표면 처리 없이도 깨끗한 외관을 얻을 수 있습니다.
생산성 관련 장점
넷째, 생산 시 금형을 이용하면 특수기술이나 숙련기술 없이도 제품을 만들 수 있습니다. 숙련된 장인이 아니어도 금형과 기계만 있으면 누구나 일정 수준 이상의 제품을 생산할 수 있습니다. 이것은 인력 운용에 큰 유연성을 제공합니다.
다섯째, 제품의 생산시간이 단축됩니다. 수작업으로 하나하나 만드는 것에 비해 금형을 사용하면 생산 속도가 비약적으로 빨라집니다. 사출성형의 경우 몇 초에서 몇 분 사이에 하나의 제품이 완성됩니다.
여섯째, 다른 생산 방법보다 종업원 수를 줄일 수 있어 인건비가 절약됩니다. 금형과 자동화 시스템을 결합하면 최소한의 인원으로 대량생산이 가능합니다. 특히 컴퓨터 등 자동화 시스템을 이용하면 무인 생산 공장 운영도 가능합니다.
설계 및 제조 유연성
일곱째, 신제품의 개발 또는 모델의 변경이 쉽습니다. 새로운 디자인의 제품을 만들고 싶을 때 금형만 새로 제작하면 됩니다. 생산 설비 전체를 바꿀 필요 없이 금형 교체만으로 새로운 제품을 생산할 수 있습니다.
여덟째, 두께가 얇은 제품의 생산이 가능하고 무게도 줄일 수 있습니다. 금형을 사용하면 매우 얇은 벽면을 가진 제품도 균일하게 만들 수 있습니다. 이것은 재료비 절감과 제품 경량화에 도움이 됩니다.
이번 편 핵심 정리
이번 글에서는 금형의 기본 개념을 살펴보았습니다. 금형이란 동일 규격의 제품을 대량으로 생산하기 위해 금속으로 만들어진 틀입니다. 협의적, 광의적, 기술적 관점에서 각각 다르게 정의될 수 있으며, 나라마다 부르는 명칭도 다릅니다.
금형을 사용하면 높은 치수 정밀도, 제품 호환성, 깨끗한 외관, 빠른 생산속도, 인건비 절감, 설계 유연성, 경량화 등 수많은 장점을 얻을 수 있습니다. 이러한 장점들 덕분에 금형은 현대 제조업의 핵심 도구로 자리 잡았습니다.
다음 편 예고
다음 편에서는 금형의 분류에 대해 자세히 알아보겠습니다. 금형은 크게 몰드계 금형과 다이스계 금형으로 나뉘며, 각각 다양한 성형 방법에 사용됩니다. 특히 플라스틱 금형의 다양한 성형법에 대해 상세히 설명하겠습니다.
