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금형이란, 제품의 최초 ‘틀’이나 ‘형(型)’을 설계하고 제작해
같은 모양의 제품을 동시에 제작할 수 있게 만드는 기술을 말한다.
한마디로 붕어빵 틀을 만드는 기술이 금형이다.
밀가루 반죽과 팥을 넣으면 모양도 맛도 똑같이 나오는 붕어빵 틀처럼
빠른 시간 안에 동일한 품질의 제품을 대량 생산할 수 있는 금형은
제품의 가격 경쟁력을 좌우하는데 결정적인 역할을 하기도 한다.
완제품의 디자인과 품질을 좌우하는 핵심 기술, 금형에 대해 알아보자.
기술 백과사전은 챔프(국가인적자원개발컨소시엄)와 협업으로 제작되었습니다.
국가인적자원개발컨소시엄의 다른 영상을 보실분은 아래 링크에서 확인하시면 됩니다^^
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우리 모두 지식인이 되는 그날까지 열심히 영상 만들겠습니다.
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#금형 #붕어빵 #틀 #유니바디
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사출 금형 총정리 – 양산을 위한 기구 설계와 사출 성형
금형 사출은 시제품이 아닌 최종 제품을 생산하는 제조 공법입니다. 모든 제조 공법이 마찬가지지만 금형 사출을 고려한다면, 신뢰할 수 있는 전문가와 …
Source: blog.capa.ai
Date Published: 11/22/2022
View: 8891
플라스틱 가공법 사출성형(사출금형) – 네이버 블로그
가열에 의해 녹은 플라스틱 재료를 사출금형 속으로 사출시킨다음 고화(固化) 또는 경화(硬化)시켜 성형품을 만드는 가공방법.
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 11/19/2021
View: 2517
플라스틱 사출금형 제작시 비용 부담을 줄이는 방법
사출 금형이란 고온에서 용해된 플라스틱 수지를 금형 내부에 주입하여 냉각 과정을 거쳐 제품을 생산하는 공정을 말합니다. 금형에도 프레스 …
Source: bon-systems.com
Date Published: 11/25/2021
View: 6202
사출 금형이란? 사출 금형의 뜻과 종류, 금형 구조에 대해 알아보기
사출 금형은 사출 공정에서 사용하는 금형이며, 플라스틱 원료를 사용하여 동일한 형태의 제품을 대량으로 생산하기 위한 도구입니다.
Source: carwithmc.tistory.com
Date Published: 7/5/2021
View: 4655
사출 설계 vs. 금형 설계. 핵심 차이는? – 로켓펀치 공식 블로그
우리가 알고 있는 플라스틱 제품의 90% 이상은 금형에 의해 만들어집니다. 양산의 압도적인 방식을 차지하고 있는 사출의 핵심은 틀(금형)을 이용한다 …
Source: blog.rocketpunch.com
Date Published: 12/20/2021
View: 7674
플라스틱 사출금형의 이해 – Daum 블로그
플라스틱 사출금형의 이해 – 금형이란, 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 만들어진 틀”을 말합니다. 예를 들면, 따끈따끈한 붕어빵을 만들 …
Source: blog.daum.net
Date Published: 5/28/2022
View: 2630
회사 소개 – 금형 제작자 – 플라스틱 부품 제조
우리는 금형을 전문적인 제조 업체, 금형과 플라스틱을 생산 하는ㄴ 베트남 에있는 일류 업체 입니다. 주요 상품: 사출 금형, 플라스틱 성형, 의료 플라스틱, …
Source: www.midamold.com
Date Published: 9/7/2021
View: 5401
플라스틱 사출 금형 – RJC Mold
금형의 게이트를 통해 용융 플라스틱이 유입되어 러너와 게이트를 통해 캐비티를 채웁니다. 냉각 후 금형을 열고 사출 성형기의 이젝터 핀을 상판으로 …
Source: rjcmold.com
Date Published: 11/6/2022
View: 4501
주제와 관련된 이미지 플라스틱 사출 금형
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주제에 대한 기사 평가 플라스틱 사출 금형
- Author: 세상의모든지식
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- Date Published: 2020. 7. 27.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=1HGjYngYnas
양산을 위한 기구 설계와 사출 성형
사출 기술과 금형 제작의 원리에 대해 알아보세요.
Industrial injection molding press the manufacture of plastic parts
사출이 무엇인가요?
사출 뜻 : 플라스틱 가공 기법으로, 미리 가공된 틀에 액체 상태의 플라스틱 재료를 주입해 성형하는 공법입니다. 복잡하고 정교한 부품을 몇 초 만에 만들어내는 과정은 경이롭기까지 합니다.
금형사출 공법에 관한 보편적인 가이드입니다. 제조 프로젝트는 요구 사항에 따라 다양한 변수가 내포될 수 있습니다. 따라서 제조 시, 전문적인 제조 파트너와의 충분한 상담이 필수입니다.
사출 금형 협력 업체를 찾고 계신가요?
명확한 소통이 성공적인 프로젝트의 지름길입니다.
사출 금형 파트너에게 제조를 의뢰하기 전에 가공 방식과 재료, 기구설계와 사출설계 등에 대해 알아보세요. 그래야 제대로 된 금형 사출 결과물이 나오기 때문입니다.
현재 어느 단계에 계신가요?
사출 성형은 로켓을 쏘아 올리는 행위에 비견할 수 있습니다. 아이디어를 시장이라는 궤도에 진입시키는 일이니까요. 그만큼 복잡하고 어렵습니다. 때로는 비용도 억대 단위로 듭니다. 따라서 현재 프로젝트의 진척도가 어느 단계에 있든, 천천히 시간을 갖고 아래 가이드를 정독하는 것을 추천합니다.
금형 사출의 장점과 단점
장점
대량 생산에 최적화
플라스틱 가공 , 양산에 특화된 기술입니다.
사출 성형은 부품을 대량으로 생산하기 위한 공법입니다.
금형과 시스템 구비가 됐다면 매우 빠르고 저렴하게 생산할 수 있습니다.
사출성형은 형태와 크기에 따라 30~90초의 속도로 부품을 생산합니다.
작은 부품들은 하나의 금형을 공유할 수 있습니다.
알루미늄 금형은 5~10K의 사이클을 견딜 수 있습니다.
공구강 금형은 100K의 사이클을 견딜 수 있습니다.
다양한 재료를 제조할 수 있습니다.
거의 모든 열가소성 물질을 성형할 수 있습니다.
일부 열경화성 물질을 성형할 수 있습니다.
용도에 따라 첨가제, 경화제를 혼합하여 재료의 특성을 강화할 수 있습니다.
비교적 정확한 공차를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
일반적으로 0.5mm 수준의 공차를 가진 부품을 생산합니다.
더욱 엄격한 공차를 적용할 경우 0.125mm 수준의 공차를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
완성된 부품을 생산합니다.
부가적인 후가공이 필요치 않거나 적습니다.
단점
높은 초기 비용이 요구됩니다.
각각의 형상마다 금형을 제작해야 합니다.
양산형 금형의 제작 비용은 적게는 수백만 원에서 많게는 수억 원에 달합니다.
최소 생산량을 충족해야만 합니다.
잘못된 금형 설계는 치명적인 오류를 발생시킬 수 있기 때문에 전문가의 컨설팅이 필요합니다.
기구설계 전문가, 사출설계 전문가가 필요합니다.
수정 시 막대한 금액이 요구됩니다.
수많은 변수가 고려되어 설계되기 때문에 수정 시 높은 비용이 요구될 수 있습니다.
따라서 양산에 앞서 시제품을 제작해보고, 제조성 검증을 해보세요.
긴 리드 타임이 요구됩니다.
금형 제작은 일반적으로 4~6주가 소요됩니다.
생산에서 배송까지 일반적으로 2~4주가 소요됩니다.
따라서 사출 금형의 전체 사이클은 약 6~10주가 소요됩니다.
금형의 수정이 필요할 시 추가적인 시간이 소요될 수 있습니다.
사출 뜯어보기
사출 장치
industrial injection molding machine
사출 장치는 플라스틱 원료를 녹여 금형으로 주입하는 기능을 담당합니다. 이 장치는 3개의 요소로 구성됩니다. 호퍼, 배럴 그리고 왕복 스크루입니다.
아래는 간단히 요약된 금형 사출 프로세스 입니다.
건조된 중합체를 호퍼에 넣고 제품의 스펙에 따라 착색 안료 또는 강화 첨가제를 추가합니다. 원료는 배럴로 공급됨과 동시에 가열되어 혼합됩니다. 액체 상태의 재료가 스크루를 통해 적절한 온도와 압력을 가진 상태로 이송됩니다. 재료가 노즐을 통해 금형으로 가득 주입되어 형상을 갖춥니다. 재료가 응고되면 금형이 열리고, 이젝터 핀이 전진하며 사출물을 이탈시킵니다. 1~5번 과정이 빠르게 반복됩니다.
1 – 6 번의 과정은 형상에 따라 다르지만 대게 30 – 90초 정도의 시간을 소모합니다. 잘 설계된 시스템을 통해 제작된 부품은 후가공 처리도 필요 없습니다.
금형
금형 설계와 제작
금형 사출의 꽃은 금형입니다. 금형 하나로 수많은 제품을 복제할 수 있고, 시장에 팔아 큰 이득을 볼 수 있습니다. 하지만 이 꽃은 험준하기로 유명한 ‘비용의 절벽’ 끝자락에 피어있습니다. 금형 생산 비용은 적게는 수백만 원에서 많게는 수억 원에 달합니다. 이런 부담스러운 상황에도 금형 제작에서 만큼은 비용보다 품질이 우선시 되어야 합니다. 역설적이게도 이 방법이 비용을 아끼는 최선의 길이기 때문입니다. 이유는 다음과 같습니다.
금형을 제작하는 데에는 높은 비용과 긴 리드 타임이 요구됩니다. 대량 생산시, 부품의 품질과 금형의 수명이 금형 설계 단계에서 결정됩니다. 문제 발생시, 금형의 수정 비용은 금형을 새로 만드는 것과 마찬가지로 고가입니다.
충분히 고려되지 않은 금형을 기점으로 발생할 수 있는 이슈는 대량생산 단계에서 상당히 큰 리스크로 작용할 수 있습니다. 따라서 제조 지식을 가진 클라이언트와 신뢰할 수 있는 숙련된 전문가가 제대로 소통할 때 성공적인 금형이 설계되고, 문제없이 생산이 진행될 수 있습니다.
금형은 일반적으로 CNC 가공을 통해 제작됩니다. 알루미늄 혹은 공구강을 깎아 금형의 형태를 가공하고 적절한 표면처리 작업을 합니다. 지금 바로 금형을 제작하고자 한다면 CNC 가이드를 확인하고 지식을 습득해 보세요.
최근에는 3D 프린팅의 재료가 다양해짐에 따라 3D 프린팅을 이용한 저렴한 금형도 나오고 있습니다.
사출 금형 구조
금형 구조 일러스트
일반적으로 캐비티와 코어로 구성된 2단 금형이 선호됩니다. 비교적 설계와 제작이 간단하고 비용이 적은 장점이 있기 때문입니다. 다만 설계에 제약 사항이 있는데, 이는 다음과 같습니다.
상판과 하판에 가공된 음각의 면이 모난 부분 없이 평평해야 합니다. 튀어나오거나 패인 부분이 없어야 합니다.
위의 권장 사항을 충족하지 못할 시, 추가적인 부품이 필요합니다. 한 방향으로 개폐되는 금형의 특성상 복잡한 형상의 사출물을 온전히 이탈시킬 수 없기 때문입니다. 따라서 추가적인 방향으로 힘을 가할 부품이 필요한데, 사이드 액션 코어(혹은 인서트)가 그 역할을 합니다. 사이드 액션 코어는 상단 또는 하단에서 금형 속으로 삽입되는 부품입니다. 이 부품의 움직임을 통해 돌출부 혹은 패인 형태를 가진 부품을 온전히 이탈시킬 수 있습니다. 다만 금형이 복잡해질 수록 비용이 급격히 상승하는 경우가 많고, 이탈 후에 후가공이 필요할 수 있습니다.
금형의 종류 : 2단 금형
금형은 부품 수에 따라 종류가 분류됩니다. 일반적으로 2단 금형, 3단 금형이 있습니다.
2단 금형 작동 원리 일러스트
2단 금형의 구성
파팅라인에 의해 러너 시스템(스프루, 러너, 게이트)이 고정 측과 가동 측으로 나뉩니다.
고정 측에 고정 측코어, 가동 측에 가동 측코어가 설치되어 있습니다.
사이드 게이트 방식이 가장 일반적입니다.
2단 금형의 특징
구조가 간단하고 금형 설계비용이 저렴합니다.
내구성이 좋으며 사출 사이클이 빠릅니다.
게이트의 위치에 따라 추가적인 절단 가공이 필요할 수 있습니다.
금형의 종류 : 3단 금형
3단 금형 작동 원리 일러스트
3단 금형의 구성
고정 측 형판과 가동 측 형판 사이에 러너 스트리퍼판이 있습니다.
러너 스트리퍼판과 고정 측 형판 안에 러너가 있습니다.
고정측 형판과 가동 측 형판 사이에 코어가 위치합니다.
3단 금형의 특징
게이트의 위치를 임의로 적용하기 유리합니다.
게이트가 자동으로 분리되어 절단 가공처리가 필요 없습니다.
성형 사이클이 비교적 깁니다.
2단 금형에 비해 비용이 많이 듭니다.
구조가 복잡해 내구성이 떨어집니다.
러너 시스템
러너 시스템 구조 일러스트
러너 시스템의 구조
러너 시스템은 액체 상태의 재료를 캐비티로 주입하는 장치입니다. 이 통로를 통과하는 동안 재료는 일정한 유속과 압력을 유지하도록 설계되어 있습니다. 러너 시스템은 금형 안에 재료를 안정적으로 분배하는 기능을 담당하며 3가지 요소로 구성되어 있습니다.
스프루
노즐 입구 쪽에 위치해 있는 부품입니다. 사출기 노즐로부터 주입된 재료를 러너로 이송시키는 역할을 합니다.
러너
스프루와 게이트를 잇는, 수지가 흐르는 길을 지칭합니다. 여러 개의 러너가 설치될 수 있으며 각각 수지를 이송합니다. 충전이 완료되면 재료의 공급을 끊습니다.
게이트
러너의 마지막 부분이며 캐비티의 입구입니다. 제품의 정밀도와 외관의 질에 지대한 영향을 미치는, 러너시스템에서 가장 중요한 부분입니다.
게이트
게이트의 형상과 위치 그리고 개수를 적절히 조절하면 제품 외관의 질과 정밀도가 크게 향상됩니다.
게이트는 표준 게이트와 비표준 게이트, 핫러너 게이트로 분류됩니다. 표준 게이트는 재료를 급속히 경화시켜야할 때 쓰입니다. 이를 위해 캐비티 입구의 단면적을 제한하며, 제한 게이트라는 이름으로 부르기도 합니다. 비표준 게이트는 재료의 응고 속도가 중요하지 않을 때 씁니다.
게이트 위치 선정 기준은 다음과 같습니다.
부품의 가장 두꺼운 부분에 설치하는 것이 이상적입니다.
외관상 눈에 띄지 않는 곳이 좋습니다.
웰드라인이 생성되지 않는 곳에 설치하는 것이 좋습니다.
가스가 고이는 방향의 반대편에 설치해야 합니다.
캐비티의 끝 부분까지 동일하게 충전시킬 수 있는 위치여야 합니다.
절단 및 후가공 처리가 간단히 되는 면이 좋습니다.
한쪽으로 치우쳐 있지 않은 곳이 좋습니다.
기능을 손상시키지 않는 곳에 설치하는 것이 이상적입니다.
게이트의 대표적인 종류는 다음과 같습니다.
사이드 게이트 • 2단 금형에 사용됩니다.
• 게이트 치수 변경이 쉬워 범용적으로 사용됩니다.
• 대부분의 재료를 사용할 수 있습니다.
• 다이렉트 게이트 (비표준 게이트) 다이렉트 게이트 • 2단 금형에 사용됩니다.
• 사출 시 압력 손실이 적습니다.
• 모든 수지를 사용할 수 있습니다.
• 성형 사이클이 긴 단점이 있습니다. 서브마린 게이트 • 주로 2단 금형에 사용됩니다.
• 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다.
• 마무리 공정이 필요하지 않습니다.
• 게이트 위치에 흔적이 생기는 결점이 있습니다.
• 위 결점을 보완하기 위해 추가적인 설계가 가능합니다. G 게이트 • 주로 2단 금형에 사용됩니다.
• 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다.
• 마무리 공정이 필요하지 않습니다.
• 게이트의 위치 선정이 비교적 자유롭습니다.
• 제품의 외관이 중요할 경우 사용됩니다. 핀 포인트 게이트 • 3단 금형에 사용됩니다.
• 금형이 열리며 게이트가 자동으로 절단됩니다.
• 마무리 공정이 필요하지 않습니다.
• 사출물에 게이트 자국이 거의 보이지 않습니다.
• 다점 게이트를 설계하기 쉬워 면적이 큰 사출물을 성형하기 좋습니다.
사출 금형 설계 하는법
금형 사출은 시제품이 아닌 최종 제품을 생산하는 제조 공법입니다. 모든 제조 공법이 마찬가지지만 금형 사출을 고려한다면, 신뢰할 수 있는 전문가와 협업하는 것이 프로젝트를 성공적으로 마무리하는 지름길입니다.
하지만 ‘협업’이 아닌 ‘의존’하는 관계가 되어서는 안 됩니다. 프로의 세계에서 순진함은 용납되지 않으니까요. ‘금형사출 뜯어보기’ 단락을 보셨다면 금형 사출에 무수한 변수가 존재한다는 것을 짐작하셨을 겁니다.
최적의 선택지를 선택하기 위해서는 설계단에서부터 최적화가 이뤄져야합니다. 이는 제품에 대해 제일 잘 아는 클라이언트와 노련한 금형 전문가의 소통을 통해 실현될 수 있습니다.
아래의 금형 설계 지식을 습득하고 프로젝트를 성공적으로 완성하세요.
금형 설계의 룰
일정한 벽 두께
기구 설계 시 유의사항 : 사출물 벽 두께
금형 설계 시 불안정한 환경 요소를 배제하지 않으면 생산 단계에서 여러 가지 결함이 발생할 수 있습니다. 사출물의 일정하지 않은 벽 두께는 액체 상태의 재료가 제대로 흐르지 못하도록 막는 대표적인 방해 요소입니다.
뒤틀림 방지를 위해 벽 두께를 균일하게 설계해 주세요.
두께가 다른 섹션이 필요한 경우 필렛은 필수적입니다.
필렛의 너비는 다음과 같습니다.
(두꺼운 벽의 높이 – 얇은 벽의 높이) x 3
(두꺼운 벽의 높이 – 얇은 벽의 높이) x 3 재료에 따른 권장 벽 두께를 지켜 설계해주세요.
(일반적으로 1.2 ~ 3mm의 벽두께가 권장됩니다.)
재질 벽 두께 단위 PP 0.8 ~ 3.8 mm ABS 1.2 ~ 3.5 mm PE 0.6 ~ 3.0 mm PS 1.0 ~ 4.0 mm PUR – 2.0 ~ 20.0 mm PA 6 – 0.8 ~ 3.0 mm PC 1.0 ~ 4.0 mm PC- ABS 1.2 ~ 3.5 mm POM 0.8 ~ 3.0 mm PEEK 1.0 ~ 3.0 mm 실리콘 1.0 ~ 10.0 mm
구조적 설계 : 리브
비정상적으로 두꺼운 벽은 사출물의 뒤틀림, 수축 등 여러 가지 심각한 결함의 원인입니다. 또 두꺼운 벽은 냉각 시간이 길어 생산성을 낮춥니다. 이러한 상황에서는 구조적인 해법을 강구할 수 있습니다. 위와 같이 서로 연결된 살을 붙여 설계하면, 보다 적은 부피로 동일한 성능을 가진 부품을 만들 수 있습니다. 이러한 살을 리브라고 합니다.
기구 설계 시 유의사항 : 리브
하나의 두꺼운 리브보다 여러 개의 얇은 리브를 설치하는 것이 효과적입니다.
리브의 방향은 금형 내 수지의 흐름 방향과 같은 방향으로 설치해야 합니다.
권장 두께 이상의 리브는 표면의 결함을 야기할 수 있습니다.
리브의 권장 두께는 다음과 같습니다.
맞닿은 벽 두께 x 0.5
맞닿은 벽 두께 x 0.5 리브의 권장 높이는 다음과 같습니다.
맞닿은 벽 두께 x 3
필렛
기구 설계 시 유의사항 : 필렛
제품의 모든 벽 두께가 일정하게 설계하는 것이 이상적이기는 하나, 의도에 따라 변화가 필요할 수 있습니다. 이때 외형에 단층이 생기는 것을 방지해 주세요. 단층으로 인해 형성된 날카로운 모서리는 응력을 집중시키며 결함을 야기합니다. 또한, 상대적으로 약한 강도를 가지게 될 확률이 높습니다. 따라서 필렛을 줘 완만한 형상의 변화를 꾀하세요.
재료의 흐름을 고려하여 부드러운 형상이 필수적입니다.
필렛의 권장 길이는 다음과 같습니다
필렛의 길이 > 벽 두께의 단차 x 3
필렛의 길이 > 벽 두께의 단차 x 3 내부 모서리의 권장 필렛 값은 다음과 같습니다.
필렛 값 < 벽두께 x 0.5 필렛 값 < 벽두께 x 0.5 외부 모서리의 권장 필렛 값은 다음과 같습니다. 필렛 값 = 내부 필렛 값 + 벽두께 구배 각 설계 기구 설계 시 유의사항 : 구배 각 설계 사출된 재료가 굳어 성형이 완료되면 금형이 개방됩니다. 단단하게 굳은 사출물을 이젝터 핀이라 부르는 부품이 튀어나와 금형에서부터 밀어냅니다. 이러한 간단한 과정에서도 심각한 결함이 발생할 수 있기 때문에 주의가 필요합니다. 플라스틱 제품이 금속 금형에 긁혀 발생하는 결함은 사소해 보일 수 있습니다. 하지만 표면의 불량은 상품성을 크게 떨어뜨릴 수 있는 중대한 결함입니다. 이를 방지하기 위하여 제품이 쉽게 빠져나올 수 있도록 금형에 추가적인 각도를 설계하는데, 이것이 구배 각 입니다. 최소 구배 각은 0.5° 이상이 권장됩니다. 권장 구배 각은 2° 이상이 권장됩니다. 부품 높이가 50mm 이상일 때, 25mm마다 +1° 구배 각을 추가해 주세요. 표면 부식 후가공은 1°~2° 구배 각을 추가해 주세요. 리브에도 구배 각이 필요합니다. 단, 최소 권장 벽 두께를 준수하는지 확인이 필요합니다. 사출 금형의 언더컷 언더컷이란 금형의 개폐 운동만으로 사출물을 꺼낼 수 없는 형상을 말합니다. 돌출되거나 오목하게 패인 부분이 주된 요인입니다. 언더컷은 추가적인 부품과 설계가 필요합니다. 슬라이드 코어 등의 부품이 추가돼야 하는데 이는 금형의 내구성을 떨어뜨리거나 외관 불량을 일으키는 주된 요인입니다. 또한, 언더컷은 금형의 구조를 복잡하게 만들어 비용을 크게 높입니다. 마지막으로 생산 속도를 저하시키기 때문에 가능하면 언더컷을 피하는 방향으로 설계하는 것이 좋습니다. 설계 프로그램에는 언더컷을 미리 검사할 수 있는 기능이 있습니다. 이를 참고삼아 금형 설계 전문가와 심도 있는 소통을 통해 암초를 피해 가세요. (UG-NX의 Draft Analysis 기능을 사용하면 설계도면 상에서 언더컷을 체크할 수 있습니다.) 언더컷 가공 : 우회 설계 기구 설계 시 유의사항 : 언더컷 가공 부득이하게도 언더컷을 유발하는 형상이 필요한 상황이 발생할 수 있습니다. 이럴 때는 우선 금형의 개폐 운동만으로 제품을 이탈시킬 수 있는 구조를 고려해 보세요. 언더컷을 우회하는 설계는 프로젝트의 비용을 획기적으로 낮출 수 있습니다. 숙련된 전문가와 협업하여 언더컷을 우회해 보세요. 언더컷 가공 : 파팅라인 이동 기구 설계 시 유의사항 : 파팅 라인 이동 상판과 하판이 포개지는 부분을 파팅라인이라고 합니다. 파팅라인은 금형 설계 시 매우 신중하게 결정해야 합니다. 이를 잘 이용하면 언더컷이 생기는 상황을 방지할 수 있습니다. 파팅라인의 위치 선정을 통해 외부 표면의 언더컷을 상쇄할 수 있습니다. 파팅라인을 이동 할 때 러너시스템을 고려해야 합니다. 언더컷 가공 : 강제 밀어내기 기구 설계 시 유의사항 : 강제 밀어내기 언더컷이 작거나 탄성 있는 재료로 성형된 부품은 강제 밀어내기 기법을 사용할 수 있습니다. 이는 재료의 특성을 양껏 이용한 영리한 우회방법입니다. 하지만 제약 사항이 많다는 단점이 있습니다. 소재가 연질이며 탄성이 좋아야 합니다 (HDPE, PA 등) 탄성을 가질 수 있는 형태여야 합니다. (캡 모양 등) 리브, 모서리 등 탄성을 떨어뜨리는 구조가 없어야 합니다. 언더컷 리드의 각도는 30~40°로 형성되어 있어야 합니다. 언더컷 가공 : 슬라이드 코어와 경사 코어 언더컷을 다루는 정공법은 슬라이드 혹은 경사 코어를 이용하여 플라스틱 부품을 꺼내는 방법입니다. 일반적으로 바깥쪽에 형성된 언더컷은 슬라이드 코어로, 안쪽에 형성된 언더컷은 경사 코어로 이탈시킵니다. 경사 코어는 금형이 열린 후 밀판이 전진하여 코어를 분할시키고, 언더컷을 가진 플라스틱 부품을 밀어냅니다. 금형에 코어의 가동 영역이 필요합니다. 코어의 움직임을 고려해 부품에 구배 각도를 추가해야 할 수 있습니다. 기능부 디자인 보스 기구 설계 시 유의사항 : 보스 부품을 조립하는 가장 일반적인 방법은 나사 체결입니다. 하지만 나사를 결합하기 위한 나사산은 기본적으로 언더컷입니다. 따라서 사출 단계에서 성형하지 않습니다. 인서트는 일종의 너트로, 사출물의 조립부에 삽입되는 나사산입니다. 이 부품은 보스에 단단히 고정되어 플라스틱 부품과 한몸이 됩니다. 이런 조합으로 플라스틱 부품은 금속 재료의 단단한 내구성까지 가질 수 있죠. 보스의 외경 : 인서트 외경 x 2 보스의 내경 : 나사 코어의 외경과 동일하게 설계해 주세요. 일반적으로 보스는 리브와 함께 설계됩니다. 보스의 벽 두께는 균일해야 합니다. 나사의 머리가 튀어나오지 않도록 입구를 모따기를 해주세요. 인서트 기구 설계 시 유의사항 : 인서트 인서트는 나사를 견고하게 고정하는 부품입니다. 정밀하게 가공된 부품이기 때문에 표준 규격의 나사를 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 또한, 내구성이 뛰어난 금속 재료를 사용하기 때문에 반복적인 분해조립이 가능합니다. 인서트는 열, 초음파를 이용하여 사출물에 삽입시키거나 금형 내 적절한 위치에 배치 후 재료를 사출해 고정합니다. 보스는 접시형 홀을 내는 것이 좋습니다. 스레드를 표준 나사탭으로 절삭해야 합니다. 리브 기구 설계 시 유의사항 : 리브 2 제품의 내충격성 요구사항이 너무 높아 최대 권장 두께의 벽으로 충분치 않을 경우, 리브를 활용해 강한 구조를 설계할 수 있습니다. 리브의 두께 : 부품의 벽두께 x 0.5 리브의 높이 : ≥ 리브의 두께 x 3 리브의 필렛 : ≥ 리브 두께의 1/4 구배각도 : 나일론 = 0.5°, ABS & PC = 0.5 ~ 1.5°, 강화 ABS & PC = 1 ~ 3°) 리브 간격 : ≥ 리브의 두께 x 4 스냅 핏 기구 설계 시 유의사항 : 스냅 핏 가장 간편한 부품 체결 방식으로 조립과 분해가 간편합니다. 또한, 생산품의 조립단가를 낮출 수 있는 장점이 있습니다. 다만 재료의 탄성을 이용하는 만큼 재료의 물성과 구조적 강성을 고려한 설계가 필수적입니다. 내구도 높은 스냅 핏을 설계하기 위해서는 적절한 굴절률과 탄성, 항복 강도를 정확히 계산해야 합니다. 따라서 수많은 시제품이 필요하며 전문가와의 협업이 필수적입니다. 언더컷을 방지할 수 있는 구조적 설계가 필요합니다. 스냅 핏의 두께 : 부품의 벽 두께 x 0.5 스냅 핏의 수직 벽에는 구배각도가 고려되어야 합니다. 경첩 (Living Hinge) 기구 설계 시 유의사항 : 리빙 힌지 , 경첩 경첩은 부품의 두 부분을 연결하여 구부릴 수 있도록 만든 구조입니다. 재료의 탄성을 이용하여 설계되는 경첩은 일반적으로 플라스틱 병과 같은 용기에 사용됩니다. 탄성을 양껏 활용해야 하는 구조이므로 유연한 재료가 사용됩니다. 생활용품 용도로는 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)이, 그리고 엔지니어링 용도로는 나일론(PA)가 사용됩니다. 스냅 핏과 마찬가지로 탄성, 항복 강도를 정확하게 계산하기 위하여 수많은 시제품 테스트가 필요합니다. 경첩의 최소 권장 두께 : 0.2 ~ 0.35mm 필렛을 최대한 크게 설계하여 응력을 최소화 하는 게 좋습니다. 경첩의 어깨 부분은 부품의 주요 벽 두께와 동일하게 설계하는 게 좋습니다. 크러쉬 리브 기구 설계 시 유의사항 : 크러쉬 리브 1 기구 설계 시 유의사항 : 크러쉬 리브 2 크러쉬 리브는 사출물 끼리 맞닿아 발생하는 마찰력을 이용한 고정 장치입니다. 삽입되는 사출물을 돌출된 돌기가 강력하게 잡아주기 때문에 견고한 고정력을 얻을 수 있습니다. 크러쉬 리브는 최소한의 공차로 단단하게 조립되어야 하는 결합부를 경제적으로 설계할 수 있습니다. 베어링과 샤프트가 이 방법으로 고정되는 경우가 많습니다. 크러쉬 리브와 삽입될 플라스틱 부품이 최소 0.25mm 겹치도록 설계해야 합니다. 크러쉬 리브는 2mm의 반지름을 가지도록 설계합니다. 크러쉬 리브의 수직 벽에는 구배 각도를 추가하지 않습니다. 크러쉬 리브의 수직 벽은 45°로 깎아 설계합니다. 양각 제품에 로고나 텍스트, 기호를 추가하는 것은 효과적인 브랜딩 요소입니다. 이러한 세밀한 묘사는 금형에 추가적인 CNC 가공을 필요로 합니다. 따라서 이러한 양각 표현을 위해서는 CNC 가공 프로세스에 맞는 설계를 해야 합니다. 높이 0.5mm 이상의 양각(금형 기준으로는 음각)이 권장됩니다. 두께가 균일한 텍스트가 권장됩니다. 텍스트는 20 Pt 이상의 둥근 글꼴의 사용이 권장됩니다. 공차 기구 설계 시 유의사항 : 공차 사출 성형은 일반적으로 ±0.5mm의 공차를 가진 성형물을 생산합니다. 더 엄격한 공차를 요구할 수 있지만, 비용이 크게 상승합니다. 경우에 따라서는 CNC 가공이나 드릴링과 같은 추가적인 가공 단계를 거치는 것이 경제적으로 정밀도를 높이는 방법일 수 있습니다. 금형 사출의 결함 웰드 라인 사출 성형 시스템의 최적화에 실패하면 여러 문제가 발생할 수 있습니다. 융융된 액체 상태의 재료가 각자의 다른 속도로 흐르기 때문입니다. 이는 결과적으로 표면에 줄무늬를 띄는 결함을 유발합니다. 해결 방법 사출 속도와 압력이 최적 수준인지 확인해야 합니다. 재료의 흐름 방향과 유량이 안정될 수 있도록 필렛을 설정합니다. 얇은 벽에 게이트를 위치합니다. 싱크 마크 싱크 마크는 사출물의 내부에서 발생한 수축 현상이 해당 부품의 표면을 함몰시키는 결함입니다. 사출된 재료의 냉각 시간을 너무 짧게 설정했거나, 캐비티 내의 압력이 부적절한 경우 싱크 마크가 형성됩니다. 과도하게 가열된 게이트가 원인일 수도 있습니다. 해결 방법 금형 온도를 낮추고 캐비티 내 압력을 높입니다. 설계 시, 두꺼운 벽을 피해 냉각시간을 줄이는 것이 좋은 예방책입니다. 기포 사출물에 기포가 생성되는 결함입니다. 금형의 상판과 하판이 제대로 닫히지 않은 경우, 재료의 점성이 너무 질은 경우 등 여러 가지의 원인으로 발생합니다. 해결 방법 벽 두께가 가장 두꺼운 부분에 게이트를 위치합니다. 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다. 압력을 높이고 유지시간을 길게 설정합니다. 금형이 완벽히 정렬합니다. 용접선 서로 다른 방향으로 흐르던 재료가 만나 예상 밖의 형상이 만들어지는 결함입니다. 부적절한 온도와 속도가 주된 원인입니다. 해결 방법 금형과 재료의 온도를 높입니다. 사출 속도를 높입니다. 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다. 뒤틀림 서로 다른 부분의 수축률이 다를 때 발생하는 결함입니다. 일반적으로 불균일한 냉각으로 발생합니다. 해결 방법 부품에 잔류 응력이 가해지지 않도록 충분한 냉각 시간을 설정합니다. 균일한 벽두께로 설계하는 것이 좋습니다. 사출되는 재료가 한 방향으로 흐르는 것이 좋습니다. 수축이 적은 재료로 교체하는 것도 방법입니다. 긁힘 재료가 식으면 금형에 압력이 가해집니다. 심한 경우 사출물 이탈 시 표면을 훼손할 수 있습니다. 따라서 설계 시 충분한 구배 각도를 설정하면 긁힘을 방지할 수 있습다. 해결 방법 충분히 고려해 구배를 설정하세요. 미성형 사출된 재료가 금형을 가득 채우지 못한 결함입니다. 재료의 점성이 너무 질거나, 금형 내 탈기가 이루어지지 않아 기포가 발생한 경우 미성형 될 수 있습니다. 해결 방법 흐름성이 좋은 재료로 교체합니다. 금형의 온도를 충분히 높입니다. 가스의 배출이 원활하도록 금형을 설계합니다. 사출 금형 재료 지식 사출 성형기의 원리와 금형 설계 노하우를 습득 하셨나요? 이제 전문가와 소통할 준비가 됐습니다. 아래에 이어지는 재료 정보를 여태껏 쌓아온 제조 지식에 더해보세요. 준비는 완벽할수록 좋습니다. 재료 폴리 프로필렌 (PP) 양산 가능 재료 : 폴리 프로필렌 뛰어난 내화학성을 지니고 있으며 식품 안전등급 취득이 가능합니다. 다만 엔지니어링 용도로는 다소 부적합한 재료입니다. 제조 시 재료 특징 투명도가 높고 약간 경질입니다. 병 용기 등을 만드는 데에 많이 사용됩니다. ABS 양산 가능 재료 : ABS 높은 내충격성과 뛰어난 인성을 지닌, 저비용 저밀도의 열가소성 수지입니다. 사출 성형에 가장 보편적으로 사용되는 재료입니다. 제조 시 재료 특징 고온에서의 성형 시 향상된 광택과 내열성을 얻을 수 있습니다. 저온에서의 성형 시 향상된 내충격성과 강도를 얻을 수 있습니다. 폴리에틸렌 (PE) 양산 가능 재료 : 폴리에틸렌 충격강도와 내후성이 우수한 경량 열가소성 수지로, 실외 사용에 적합한 재료입니다. 잡화부터 엔지니어링 용도까지 넓게 쓰입니. 제조 시 재료 특징 각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 도료 등에 사용됩니다. 가볍고 유연한 특징을 가지고 있습니다. 폴리스티렌 (PS) 양산 가능 재료 : 폴리스티렌 사출 성형 시 사용할 수 있는 가장 저렴한 플라스틱입니다. 식품 안전등급을 취득할 수 있는 장점이 있습니다. 다만 취성이 있어 단독으로 사용되기보다는 다른 중합체와 혼합하여 사용합니다. 제조 시 재료 특징 생활용품, 장난감, 전기절연체, 전자제품 케이싱 등에 사용됩니다. 가볍고 냄새가 없는 장점이 있습니다. 탄성 한계치에 도달 시 급작스럽게 깨지는 취성이 있습니다. 폴리우레탄 (PU) 양산 가능 재료 : 폴리우레탄 높은 내충격성, 기계적 성질 및 경도가 우수한 열가소성 수지입니다. 두꺼운 부품을 성형하는 데에 적합한 재료입니다. 제조 시 재료 특징 탄성 있고 질기며 내화학성을 지닌 소재입니다. 신축성이 좋아 고무 대용으로 사용됩니다. 일반적인 페인트, 합성섬유 등에 사용됩니다. 첨가물을 혼합하여 단단한 톱니바퀴나 파이프 등에도 사용됩니다. 나일론 (PA 6) 양산 가능 재료 : 나일론 PA 6 나일론 6는 견고하며 높은 인장 강도와 탄성 및 광택을 지니고 있습니다. 자동차, 항공기, 전자 및 전기 제품, 의류, 의약품 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 제조 시 재료 특징 엔지니어링 열가소성 플라스틱입니다. 강한 인성, 마모 저항, 내화학성, 피로 내구성, 윤활성, 내충격성, 강성을 지닌 재료입니다. 구조적인 사출 제품, 베어링을 제작하는 데에 많이 쓰입니다. 폴리에스테르에 비해 생분해성이 열악합니다. 폴리 카보네이트 (PC) 양산 가능 재료 : 폴리카보네이트 대표적인 엔지니어링 플라스틱입니다. 투명하며 상당한 강도가 필요한 경우 많이 쓰입니다. 제조 시 재료 특징 매우 뛰어난 충격 강도, 내열성, 투명성, 멸균성, 내연성, 내오염성을 지닌 재료입니다. 사무기기부터 방탄유리, 건축 자재까지 다양한 분야에 사용됩니다. PC + ABS 양산 가능 재료 : PC+ABS 혼합 PC와 ABS의 특성을 결합한 소재입니다. ABS의 높은 가공성과 PC의 뛰어난 기계 특성, 내충격성, 내열성이 결합됐습니다. 제조 시 재료 특징 두 소재의 뛰어난 특성을 결합한 산업용 소재입니다. 탁월한 내충격성과 내열성을 지니고 있습니다. 사무기기, 전기 전자, 가전기기 등의 하우징으로 많이 사용됩니다. 폴리옥시메틸렌 (POM) 양산 가능 재료 : 폴리옥시메틸렌 결정성 열가소성 플라스틱으로 높은 강도와 강성, 낮은 수분 흡수율, 우수한 슬라이딩 및 내마모성을 지닌 재료입니다. 정확한 치수를 성형하기 좋으며 가공성이 우수합니다. 제조 시 재료 특징 고강도, 강성 및 인성과 우수한 충격강도, 내마모성, 가공성, 내가수분해성 및 탄력성 그리고 낮은 수분 흡수율을 지니고 있습니다. 물과 접촉하거나 전기 절연 부품에 사용됩니다. 식품, 제약 및 의료 분야에 사용됩니다. 슬라이딩 부품으로도 많이 사용됩니다 (베어링 부시, 롤러, 슬라이드 레일) 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 양산 가능 재료 : 폴리에테르에테르케톤 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 수지로 고온 등의 열악한 환경에서 최고의 물성을 유지하는 재료입니다. 제조 시 재료 특징 260도의 고온 저항성, 우수한 자기 윤활성, 내식성, 난연성, 박리 저항성, 내마모성, 방사선 저항성을 지닌 재료입니다. 식품 가공부터 의료, 자동차 및 항공 우주 분야에 넓게 쓰이는 재료입니다. 엄격한 공차를 준수하도록 가공할 수 있으며, 다양한 장점을 가지고 있기 때문에 금속을 대체할 수 있습니다. 실리콘 고무 양산 가능 재료 : 실리콘고무 우수한 내열성 및 내화학성을 가지며 경도를 조절할 수 있는 열경화성 수지입니다. 제조 시 재료 특징 예술, 스포츠 분야부터 건축, 항공 우주 등 모든 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 뛰어난 내열성, 내한성, 내후성, 내유성, 내약품성, 내열성, 연성을 지니고 있으며 혹독한 조건에서 절연체로도 사용될 수 있습니다. 금형사출에 대한 개념이 정리 되셨나요? 제조업체 매칭플랫폼 카파에서 국내 최고의 사출금형 파트너 업체와 직접 상담해보세요!
플라스틱 가공법 사출성형(사출금형)
5. 사출과 보압
플라스틱 사출성형에 있어서 이론적으로 그리고 실질적으로 매우 중요시 해야할 사출 용어이다.
사출은 크게봐서 1차와 2차로 정의를 내릴수 있다. 1차는 ` 충전 ‘이며 `2차’는 ` 보압 ‘을 의미한다.
충전이란 , 가열실린더를 통해 용융된 플라스틱이 사출압력과 속도에 의해 성형기의 노즐 구멍을 통과하면서 금형내부 로 주입되어 성형품을 형성하기위해 ` 채워지는 것 ‘을 말한다.
보압이란 , ` 플라스틱으로 채워진 성형품’ 의 외관을 아름답게 하기위해 ` 보충시켜 주는 압력 ‘을 말한다.
사출이 만약 `1차(충전)만 존재’ 한다면 성형품의 외관은 형편없이 움푹 패이고 쭈그러 들면서 보기가 좋지않을 것이다.
이러한 것을 방지하기 위해 `보압’은 반드시 필요하다.
압력을 보충시켜 주면 움푹 들어간 성형품의 외관을 튼튼하고 보기좋게 만들 수 있기 때문이다.
플라스틱 사출금형 제작시 비용 부담을 줄이는 방법
제품의 디자인과 설계 작업은 설계 난이도 외에도 디자이너(또는 설계자)의 능력에 따라서 똑같은 결과물이라도 작업 시간과 제품 구조에 차이가 발생합니다. 사각형 형태의 단순한 제품을 설계하는 것과 기하학적인 형상의 제품을 디자인하는 것 2가지 중에서 더 많은 시간과 전문성을 요구하는 경우는 무엇일까요? 당연히 복잡한 형상을 설계하는 것이 전자보다 훨씬 더 많은 집중을 요구합니다.
금형의 설계 역시 마찬가지입니다. 플라스틱 사출금형을 통한 제품 생산을 위해서는 용해된 금형 내부에 사출 소재가 주입되었을 때 냉각시킬 있는 수로 설계와 좌/우측 금형이 벌어지면서 사출품의 취출이 용이하도록 금형의 구조를 설계해야 합니다. 이러한 금형의 구조에 따라서 제품의 생산시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 소재량, 수축 및 변형으로 인한 불량률이 개선될 수 있습니다. 그리고 이렇게 설계된 도면을 바탕으로 실제 사출기에 장착하기 위한 금형의 몰드베이스와 코어, 캐비티를 가공해야 하는데 이 과정에서 가공하는 형상이 복잡해지면 가공 방식의 한계로 인해 제작 시간의 증가와 함께 추가 공정이 발생하게 되며 결국 위에 설명드린 예시와 마찬가지로 추가되는 공정으로 인해 작업 조건이 늘어나면서 초기 금형 제작 비용을 향상시키는 요인이 됩니다.
사출 금형이란? 사출 금형의 뜻과 종류, 금형 구조에 대해 알아보기
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사출 공정에서 가장 중요한 도구인 사출 금형에 대해 알아봅시다
사출 금형이란?
금형은 제조 분야에서 제품을 생산하는데 사용되는 도구로 재료의 소성, 전연성, 유동성 등의 성질을 이용하여 사출, 프레스 등의 제조 과정을 통해 원하는 제품을 만드는 툴입니다. 내구성 강한 금속 재료를 사용하여 만들어진 틀(형)로, 동일 규격의 제품을 대량으로 생산하기 위한 도구이죠.
사출 금형은 사출 공정에서 사용하는 금형이며, 플라스틱 원료를 사용하여 동일한 형태의 제품을 대량으로 생산하기 위한 도구입니다. 금형을 먼저 닫은 후 플라스틱 재료(수지)를 녹여 액체 형태로 만든 뒤 고온과 고압으로 금형 내에 주입한 뒤 급속하게 냉각시켜 원하는 형태의 플라스틱 제품을 제작하죠. 일상 생활 용품, 의료, 자동차, 반도체, 제조업 등 거의 모든 분야에서 사용하는 플라스틱 제품들이 이 사출 공정과 사출 금형에 의해 만들어집니다.
사출 금형의 종류
사출 금형에는 목적과 용도에 따라 다양한 종류가 있으나 오늘날 사용하는 사출 금형은 크게 2단 금형, 3단 금형 그리고 스택 금형으로 나눌 수 있습니다.
(좌) 2단 금형 (우) 3단 금형
먼저 2단 금형은 가장 기본적인 사출 금형의 구조이며 금형 제작 시 제조 비용이 상대적으로 저렴하며 일반적으로 단순한 형상을 제작 할 때 일반적으로 사용됩니다. 2단 금형은 크게 두 면으로 나눌 수 있는데요, 사출 성형 시 한 면은 고정되어 있고 다른 한 면은 이동하면서 금형을 열고 닫히며 제품을 만들어 냅니다. 냉각 직후 금형을 열면 움직이는 금형 쪽에 플라스틱 러너(찌꺼기)가 붙어있는 성형품이 남게 되는데, 이 러너를 제거해야 비로소 완성품을 얻을 수 있습니다. 이 러너를 제거하는 방법은 성형 후 니퍼 등으로 자르거나 금형 내에 핫런너라는 별도의 장비를 장착하는 것이며 핫런너에 관해서는 따로 포스팅을 하겠습니다.
3단 금형은 사출 되는 공간이 두 부분으로 구분됩니다. 가운데의 금형을 두고 한 공간에는 러너가 생산되며 다른 한 공간에서는 제품 본품이 만들어 집니다. 사출 후 금형이 열리는 과정에서 러너가 제품에서 분리되므로 2단 금형과는 다르게 별도로 제거할 필요가 없습니다. 3단 금형은 2단 금형보다는 제작 비용이 비싸지만 핫 러너를 장착하는 것보다 저렴하고 핫 러너 금형보다 파손 가능성이 적습니다. 또한 열에 민감한 재료의 경우 열화 될 가능성이 적습니다. 반대로 단점도 있는데, 성형 사이클 타임이 길고 소모하는 재료 소모가 많으며 더 큰 사출 압력을 필요로 합니다.
마지막으로 스택 몰드(금형)입니다. 스택 몰드는 금형 양방향에서 제품이 사출하는 금형으로 중첩금형 또는 양면 사출 금형으로 부르기도 합니다. 금형 양쪽에서 성형품을 만들 수 있기 때문에 사출 사이클 시간을 단축시키고 에너지 및 재료 효율이 높아진다는 장점이 있습니다. 사출기 추가 설치나 사출기 갯수를 늘리지 않고도 부품 생산 효율을 높일 수 있는 것이죠. 또한 양쪽에 다른 성형품이 제작될 수 있도록 설계하여 한 번의 사이클로 동시에 두 개 이상의 완성품을 찍어낼 수 있습니다.
스택 몰드 역시도 치명적인 단점 몇 가지가 있습니다. 우선 금형의 설계가 어렵고 제작 기간이 오래걸리며 그만큼 금형 가격도 훨씬 비싸집니다. 다른 금형에 비해 사이즈 또한 크기 때문에 사용 하기 위해서는 상대적으로 더 큰 사출기가 필요하며 스트로크, 최대 사출용량, 스택 몰드의 지지 구조, 사출기의 강성 등 사출 조건 역시도 제한적입니다. 이러한 이유로 스택 몰드의 상용화는 아직까지도 진행중입니다.
2단 금형과 3단 금형의 구조
마지막으로 2단 금형과 3단 금형의 구조, 각 부위의 명칭에 대해 알아보겠습니다.
2단 금형의 구조
– 몰드 베이스(Mold Base): 캐비티와 코어를 지탱하는 블록
– 코어(Core): 이동측의 성형품면
– 캐비티(Cavity): 고정측의 성형품면, 일반적으로 외관
– 이젝터 핀(Ejector Pin): 완성된 제품을 금형으로부터 취출시킴 (금형에서 제품을 밀어냄)
– 이젝터 판(Ejector Plate): 이젝터 핀을 밀어주는 판. 이젝터 로드에 의해 작동됨
– 가이드 핀(Guide Pin)/가이드 부시(Guide Bush): 금형이 정확하게 닫히도록 하는 역할
3단 금형의 구조
– 런너 플레이트 (Runner plate): 러너(스프루)가 생성되는 공간
– 런너(Runner): 액체 플라스틱이 흐르는 통로, 플라스틱 찌꺼기
– 코어(Core): 성형품 본품이 생성되는 공간
– 이젝터 핀(Ejector Pin): 완성된 제품을 금형으로부터 취출시킴 (금형에서 제품을 밀어냄)
– 이젝터 판(Ejector Plate): 이젝터 핀을 밀어주는 판. 이젝터 로드에 의해 작동됨
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사출 설계 vs. 금형 설계. 핵심 차이는?
양산에서 금형 설계가 진짜 중요하다던데, 잘하는 곳이 어디죠?
우리가 알고 있는 플라스틱 제품의 90% 이상은 금형에 의해 만들어집니다.
양산의 압도적인 방식을 차지하고 있는 사출의 핵심은 틀(금형)을 이용한다는 것인데요.
아주 복잡하고 아름다운 형상을 굉장히 빠른 시간 내에 적은 인력과 노력으로 만들어낼 수 있습니다.
하지만 금형을 잘 모르는 사람이 사출물과 금형을 설계한다면, 제작 비용이 끝도 없이 증가할 수 있습니다.
시제품은 아무리 복잡해도 금형에 비해서는 적은 비용으로 쉽게 만들 수 있습니다.
시제품 단계에서는 무엇이 잘못되거나, 형태를 바꿔야 하거나 하더라도 처음부터 다시 설계해도 됩니다.
하지만 금형은 섣부르게 제작했다가 수정하면, 추가 비용이 억 단위가 될 수도 있습니다. 그래서 금형을 설계하고 제작할 때는 매우 신중해야 하고, 전문가가 진행해야 합니다.
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이번에는 하드웨어 스타트업, 제조 초기 기업이 양산을 하게 될 경우, 압도적으로 많이 사용하게 되는 제조 방법 사출에 대해 좀 더 자세하게 알려드리도록 할게요.
제작 외주를 주더라도 전체적인 프로세스와 유의점을 알고 있어야 좀 더 시간과 비용을 줄이는 방향으로 양산을 진행할 수 있을 것입니다.
사출은 크게 다섯 단계로 나눠집니다. 1) 사출(사출물) 설계 – 2) 금형 설계 – 3) 금형 제작 – 4) 시사출 – 5) 금형 수정인데요. 오늘은 사출 설계와 금형 설계를 살펴보겠습니다.
1) 사출 설계 – 금형을 고려한 최종결과물의 설계
사출을 이해하기 쉽게 비유하면, 붕어빵을 생각하면 될 것 같습니다. 붕어빵 모양의 금속 틀 안에 밀가루 반죽을 넣고 팥을 올리고 익히면 붕어빵이 나오는데요.
사출 설계는 붕어빵 모양 자체를 설계하는 것이고, 금형 설계는 붕어빵 틀을 설계하는 것이랍니다.
사출 설계는 최종 제품 구조와 형태, 플라스틱 재질과 관련이 높은데요. 붕어빵으로 예를 들자면 붕어빵을 어느 정도 크기로 해야 사람들의 입에 잘 맞게 들어갈 지, 몸통 두께는 어느 정도로 해야 팥이 터져 나오지 않을지 등을 고려하는 것이죠.
시제품 단계에서 고려했던 요소와 비슷하죠? 최종 금형 설계까지 고려한 완벽한 시제품을 만들었다면 그게 사출물이 될 수도 있습니다만, 그런 경우는 많지 않죠.
플라스틱 재질을 생각해 사출 설계를 해야 한다는 뜻은 플라스틱 종류가 정말 많기 때문에 그렇습니다. 우리가 주변에서 볼 수 있는 플라스틱 종류만 수 백 가지인데요.
잘 찌그러지는 얇은 페트병도 플라스틱이고, CD나 DVD를 만드는 폴리카보네이트도 플라스틱입니다.
플라스틱의 성질이 달라지면, 금형도 달라지게 됩니다. 반죽이 얇고 바삭바삭한 붕어빵을 원할 때와 반죽이 두툼해서 오래 익혀야 하는 붕어빵은 금속 틀의 모양이 달라지겠죠.
사출 설계 단계에서 다시 한번 점검해야 할 것은 최종적으로 제작하고자 하는 물건의 기능과 형태, 그리고 제작 단가까지 고려한 플라스틱 재질의 선택입니다.
위에서 말씀드린대로 금형 단계로 들어서면 수정 비용이 만만치 않기 때문에 사출 설계 단계에서 시장과 소비자까지 생각한 최종 제품의 형태를 결정하는 것이 좋습니다.
2) 금형 설계 – 최종 결과물의 틀 설계
사출 설계가 제품 구조와 관련이 높다면, 금형 설계는 생산 기술과 관련이 높은데요.
붕어빵 100 개를 만드는 틀에 비해 100만 개를 만드는 틀은 더 튼튼하고 오래 가게 제작을 해야겠죠. 또, 붕어빵을 10초 만에 만들어야 하는 틀과, 1분 동안 천천히 구워도 되는 틀은 다를 거예요.
이렇게 금형의 수명(붕어빵 100만개)과 제품의 생산 속도(10초)에 따라 금형 설계와 비용이 달라지는데요. 금형도 찍어내면 찍어낼수록 닳습니다.
마모된 금형을 계속 쓰면 제품의 품질이 떨어지겠죠. 물론 튼튼한 철로 금형을 만들면 수명이 길지만 튼튼한 철은 비쌉니다.
100개 만들고 끝낼 제품을 튼튼한 철로 금형을 만들 필요는 없지만, 10만 개, 100만 개 대량으로 제작해야 하는 제품은 금형이 튼튼해야 할 겁니다.
제품 생산 속도가 빨라지려면 금형 구조가 복잡해집니다.
아래 그림을 보면 좀 더 이해가 잘 되실 거예요. 1번 금형과 2번 금형을 보면 비슷한 모양을 찍어내는 것 같은데 차이를 살펴볼까요?
1번 금형에서는 ㄷ자로 된 모양 사이에 뾰족한 막대기가 붙어 있는 채로 떨어지고, 2번 금형에서는 뾰족한 막대기도 떨어지고 ㄷ 모양 두 개가 각각 떨어지죠.
1번 금형에서 만든 모양은 나중에 사람이나 다른 기계가 가운데 뾰족한 막대도 없애고, 모양을 분리하는 걸 별개로 해줘야 해서 시간이 더 걸릴 거예요.
2번 금형은 생산 속도가 빠른 대신 금형이 3단으로 되어 있네요. 금형에 들어갈 쇠도 더 많이 들고, 금형이 1번에 비해 훨씬 복잡하기 때문에 설계하는 비용도 많이 듭니다.
그래서 제품을 한번에 제작하고 끝나는지 아니면 월에 몇 개 만들어 총 몇 개를 만들지에 대한 계획 수립이 중요합니다.
시장 조사 및 제품 기획 단계에서 향후 생산 계획을 정확히 계산해 놨어야 금형을 설계하고 제작할 때도 제품에 가장 적합한 금형을 만들 수 있습니다.
금형 제작 비용이 비싸지게 되는 경우를 먼저 살펴볼까요?
사출물에 구멍이 많다
서로 다른 방향으로 구멍이 있다
부위별로 두께가 많이 다르다
특별한 정밀도가 요구된다
제품이 크다
위의 3번 금형을 보시면 구멍이 하나 뚫린 제품을 만드는 모습을 볼 수 있는데요. 1번 금형과 비교해본다면 구멍이 뚫리게 하기 위해 위에서 아래로 내려오는 동작이 하나 더 추가된 것을 알 수 있습니다.
구멍이 많아질수록 금형 설계도 복잡해지지만, 금형 제작 비용도 높아지겠죠.
제품 부위별로 두께가 많이 다를 경우, 녹은 플라스틱을 식힐 때 문제가 복잡해집니다.
붕어빵 반죽이 다 익은 다음에 붕어빵을 뗄 수 있는 것처럼, 금형에 넣은 플라스틱이 충분히 식은 다음에 떼어낼 수 있는데요.
금형 사이에 물길을 설계해 냉각수가 흐르게 해서 플라스틱을 식히는 방식을 사용하는 경우가 많습니다. 빠르게 식혀야 하는 곳은 냉각수가 가까워야 하고, 천천히 식혀야 하는 곳은 냉각수가 멀어야겠죠.
아래 그림에서 최종 제품인 T의 윗부분은 얇고 기둥 부분은 굵은 것을 볼 수 있습니다. 하늘색 원이 냉각수가 다니는 길입니다.
왼쪽 그림에서 b로 표시된 부분이 가장 뜨거운 부위인데요. 전체를 균일하게 식혀서 떼어내야 시간이 적게 걸리니, b를 빠르게 식혀주도록 냉각수가 흐르는 길을 다시 설계해줘야겠죠.
오른쪽 그림처럼 b에 가까운 곳에 물길을 두 곳 더 추가했습니다. 즉, 금형이 복잡해지고 설계 및 제작 비용이 증가한다는 의미죠.
금형 설계 전문가는 주문한 고객이 원하는 형태, 치수, 표면이 제대로 구현될 수 있는 금형을 만드는 사람입니다.
금형 설계 단계에서는 금형을 제작할 때 비용을 줄일 수 있는 전문가의 노하우가 매우 중요합니다.
아주 작은 부분의 설계 변화로 금형 비용을 수백 만원 줄일 수도 있습니다. 제조 경험이 풍부한 금형 설계 전문가를 찾는 것이 중요합니다.
사출의 다섯 단계에서 사출 설계와 금형 설계에 대해 알려드렸는데요. 다음 글에서는 금형 제작, 시사출, 금형 수정에 대한 내용을 설명해 드리겠습니다.
이렇듯, 제조하기 위해서는 전문가들과의 소통이 필수입니다.
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플라스틱 사출금형의 이해
– 금형이란, 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 만들어진 틀”을 말합니다.
예를 들면, 따끈따끈한 붕어빵을 만들려면 잘 반죽된 밀을 붕어모양의 틀에다 넣고 불로 익히면 되지요.
여기서 동일한 모양의 붕어빵을 구워내는 붕어빵 모양의 틀을 바로 금형이라고 말할 수 있습니다.
– 금형사용의 장점, – 생산제품, 부품의 치수 정밀도가 높다 – 제품규격이 동일하여 호환성이 있고 조립 생산이 쉽다. – 제품생산시 금형을 이용하면 특수기술이나 숙련기술 없이도 제품을 만들 수 있다. – 제품의 외관이 깨끗하고 모델의 변경이 쉽다. – 신제품의 개발 또는 모델의 변경이 쉽다. – 제품의 생산시간이 단축된다. – 다른 생산 방법보다 종업원 수를 줄일 수 있어 인건비가 절약된다. 컴퓨터 등 자동화시스템을 이용하면 무인 생산공장 운영도 가능하다 – 두께가 얇은 제품의 생산이 가능하고 무게도 줄일 수 있다.
금형 구조 이해
<2단 금형의 구조 설명> 1. 고정측 설치판, 2. 고정측 형판, 3. 가동측 형판, 4. 받침판, 5. 스페이서블록, 6. 가동측 설치판, 7. 에젝터플레이트(상), 8. 에젝터플레이트(하), 9. 리턴핀, 10. 리턴 스프링, 11. 가이드핀 부시, 12. 가이드핀, 13. 에젝터 핀, 14. 로케트링, 15. 스프루 부시, 16. 코아, 20. 냉각 홀, 21. 에젝터 홀, 22. 제품
2단 금형
– 게이트방식 : Submarine Gate 또는 터널게이트 – 제품 취출 시에 게이트가 절단되어지는 것으로 사출후 게이트 사상 등 후 처리가 필요없는 금형구조 임.
인서트 금형
– 인서트 제품 금형 – 금속기구류 부품 등을 금형내부(코아)에 1차 삽입한 후 제품을 성형하는 금형구조.
가동측 슬라이드 금형
– 측면으로 구멍이나 요철(언더 컷)이 있는 부분을 슬라이드시킨다.
기본적으로 플라스틱 금형은 반드시 제품을 코어 측에 고착시켜 밀어내서 취출하도록 만들어진다.
그 때문에 제품을 밀어낼 때 측면으로 요철등의 장해가 있으면 제품을 밀어서 취출할 수 없기 때문에 이러한 형상 부분이나 측면 전체를 슬라이드시킨다.
양슬라이드(분할) 금형
– 보빈과 같은 형상의 언더 컷은, 2단의 분할 금형 블록으로 해 슬라이드시켜 처리한다.
이러한 구조의 금형을, 분할 금형(스프릿트 금형)이나 양슬라이드 금형으로 불리고 있다.
변형밀핀 금형
– 변형밀핀을 사용하여 내측 언더컷을 처리하는 방법으로서 일반적으로 잘 사용되고 있는 방법의 금형구조 임.
3단 금형
– 게이트 방식 : Pinpoint Gate – 일반적이고 전형적인 3단 금형구조입니다.
모터사용 나사빼기 금형
– 코어 나사산을 모터로 회전시켜 plate를 spring에 의해 취출하며, 지금은 모터를 사용하지 않는 여러가지 나사빼기 장치가 있다. 이런 언더컷 처리 방법은 시판되고 있는 장치도 있으나 제품형상등에 따라 달라지므로 자제 노하우에 의한 제작으로 처리되고 있다.
핫 런너(Hot runner) 금형
– sprue와 runner 부분을 히타로 가열 제어해서 항상 유동화상태로 보존해주어 재료loss발생이 없는 장점이 있다.
여러가지 장점은 있으나, 금형제작비가 고가이므로 대량생산이 아니면금형의 감가상각문제가 있다.
플라스틱 사출 성형의 이해
1. 형개.형폐 : 저속.고속.저속.금형보호.고압.형폐 2. 사출.보압 : 속도와 압력을 위치나 시간으로 단계적으로 변화시킨다. 3. 냉각.배압.스크류 회전 : 사출.보압공정 종료 후 냉각.계량공정에 들어간다. 스크류가 회전하고 재료공급이 이루어지면서 설정치까지 후퇴한다. 4. 형개 : 저속.고속.저속.정지 5. 에젝팅(제품추출) : 상황에 따라 속도조절로 2,3회 에젝팅한다. 6. 제품취출완료.
회사 소개
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ISO 9001:2015, ISO 14001:2015, ISO 13485:2016 & ISO 45001:2018
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우리 회사 MIDA에서 방문해서 환영합니다. 우리는 금형을 전문적인 제조 업체, 금형과 플라스틱을 생산 하는ㄴ 베트남 에있는 일류 업체 입니다.주요 상품: 사출 금형, 플라스틱 성형, 의료 플라스틱, 전자 플라스틱, 기술 플라스틱, 정밀 플라스틱.고객한테 제일 높은 품질 가지고 있는 제품들을 제공하기위해 MIDA는 설립할때부터 효과적이 있는품질 경영 시스템과 환경을 설정했 으며뷰로 베리타스 (Bureau Veritas)인증을 받았습니다.우리는 고객한테 제품과 금형을 디자인부터 생산, 생품을 성형, 장식및 포장까지 완벽한 솔루션을 제공 할수 있습니다.목표를 달성하기위한 체인의 지속적인 개선 :
MIDA는 유명한 브랜드 Makino, Mazak, Charmilles, Okamoto, Mitutoyo, Fanuc, Sumitomo, JSW, Yushin… (일본, 스위스, 미국…)에 자동 로봇과 사출 성형 기계를 포함 되며 현대적이고 정밀한 금형을 생산 기계 시스템을 끊임없이 투자 하고 개선하고 있습니다.
플라스틱 사출 금형 프로젝트를 시작할 준비가 되셨습니까?
플라스틱 사출 금형이란 무엇입니까?
플라스틱 사출 금형은 사출 공정을 통해 용융 플라스틱을 형성하는 데 사용되는 공동이 있는 중공 금속 블록으로 설계되었습니다. 금형 내부에는 많은 구멍이 있으며 온도는 기름, 물 또는 히터를 사용하여 제어할 수 있습니다.
금형의 게이트를 통해 용융 플라스틱이 유입되어 러너와 게이트를 통해 캐비티를 채웁니다. 냉각 후 금형을 열고 사출 성형기의 이젝터 핀을 상판으로 밀어 성형 부품을 더 사출합니다.
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