사출 성형 금형 설명 (2025)

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사출 성형 금형은 플라스틱 제조 공정에서 필수적인 도구입니다. 용융된 플라스틱을 금형 캐비티에 주입하여 부품을 만듭니다. 금형의 두 가지 주요 부분인 코어와 캐비티는 플라스틱 부품의 내부 및 외부 특징을 형성합니다. 이 공정에는 다양한 산업 분야에서 고품질의 반복 가능한 생산을 보장하는 여러 정밀 엔지니어링 구성 요소와 기술이 포함됩니다.

이 가이드는 금형 설계, 재료 선택, 주요 설계 고려 사항 및 유지 관리 관행에 대한 심층적인 정보와 함께 산업 전반의 실제 적용 사례에 대한 실질적인 통찰력을 제공합니다.

1. 사출 성형 금형이란 무엇인가요?

사출 성형 금형은 금형에 플라스틱 재료를 넣고 압력을 가하여 용융된 플라스틱을 단단한 모양으로 성형하는 데 사용되는 공장 도구입니다. 이 캐비티는 제품의 최종 형태를 반영하도록 정밀하게 형성되므로 일반적으로 금형은 두 가지 구성 요소로 만들어집니다:

코어 측면: 구멍, 실 또는 기타 복잡한 모양을 포함한 성형품의 내부 구성입니다. 코어면은 제품의 내부 형상을 형성하는 데 필수적입니다.
캐비티 측면: 부품의 외부 형상과 특성을 정의합니다. 이 면은 용융된 플라스틱과 직접 접촉하여 최종 부품의 외부 표면을 형성합니다.

사출 성형 금형의 주요 기능:

재료 분배: 채널 네트워크(스프 루, 러너 및 게이트)가 용융된 플라스틱을 금형 내부로 이동시킵니다. 이렇게 하면 재료가 모든 캐비티에 균일하게 분포되어 전체 금형 섹션으로 흐르게 됩니다.
냉각: 사출 성형 금형에는 금형을 통해 냉각수(대부분 물)를 통과시키는 냉각 채널이 있습니다. 이는 주입된 액체 폴리머를 냉각하고 고형화하여 부품이 뒤틀림 없이 금형에서 쉽게 제거될 수 있도록 도와줍니다.
배출: 플라스틱이 합쳐지고 냉각되면 작업자가 핀이나 플레이트를 사용하여 성형된 부품을 카테터에서 밀어냅니다. 이렇게 하면 금형이나 부품 자체의 손상 없이 부품을 안전하게 방출할 수 있습니다.

2. 금형의 핵심 구성 요소

각 금형에는 사출 성형에서 중요한 역할을 하는 일련의 핵심 구성 요소가 있습니다. 다음 구성 요소는 최적의 금형 성능을 위해 필수적입니다:

구성 요소	목적	재료
몰드 베이스	금형 구성 요소를 고정하고 정렬합니다.	P20 스틸, 718H
캐비티 및 코어	파트의 모양을 정의합니다.	H13 스틸, 알루미늄(Al7075)
이젝터 시스템	냉각 후 부품을 밀어냅니다.	SKD61, 경화 강철
냉각 채널	효율을 유지하기 위해 온도 조절	구리 합금, 스테인리스 스틸
통풍구	성형 중 갇힌 공기 및 가스 방출	가공 슬롯(0.02~0.03mm)

몰드 베이스

몰드 베이스는 모든 몰드 요소를 제자리에 고정하여 올바른 정렬을 보장하는 중요한 구성 요소입니다. 보통 베이스는 P20 또는 718H 강철로 제작되어 쉽게 가공할 수 있는 내구성이 뛰어나고 정밀한 핏을 제공합니다.

캐비티 및 코어

금형 표면 내부의 캐비티는 부품의 외형적 특징을 정의하고 코어는 내부 특징을 정의합니다. 부품은 H13 강철과 같은 내열성 및 내마모성 소재 또는 소량 및 신속한 프로토타입 제작에 주로 사용되는 Al7075와 같은 알루미늄 합금으로 제작됩니다.

이젝터 시스템

이젝터 시스템은 완성된 부품이 식을 때까지 기다렸다가 식으면 부품을 금형 밖으로 밀어냅니다. 이 시스템의 목적은 경화 강철 이젝터 핀 또는 플레이트(예: SKD61)를 사용하여 금형 부품을 손상시키지 않고 안전하게 부품을 이젝트하는 것입니다.

냉각 채널

냉각 채널은 금형 내부에 통합되어 온도를 조절하고 사이클 시간을 최적화합니다. 일반적으로 구리 합금과 스테인리스 스틸로 만들어지며, 열전도율이 높아 부품을 빠르고 균일하게 냉각하는 데 도움이 됩니다.

통풍구

벤트는 사출 중에 갇힌 공기나 가스가 빠져나갈 수 있도록 하는 작은 가공 슬롯 또는 채널입니다. 통풍구가 제대로 작동하지 않으면 갇힌 공기로 인해 부품에 결함(예: 기포 또는 공극, 압력 축적 등)이 발생하고 결과적으로 부품 고장이 발생할 수 있습니다.

3. 사출 성형 금형의 종류

사출 성형 금형은 대량 생산 또는 특수 애플리케이션과 같은 다양한 제조 요구 사항에 따라 다양한 유형이 있습니다.

투 플레이트 몰드

유형: 가장 간단하고 저렴한 금형 설계는 두 개의 파팅 라인으로 구성됩니다. 러너는 플라스틱이 캐비티로 수동적으로 흐르도록 하고, 파팅 라인은 코어와 캐비티를 분리합니다.

최적 대상: 측면 동작이 없는 단순한 형상이 필요한 부품은 병 뚜껑, 자동차 클립, 소형 소비재 등 2판 금형에 가장 적합합니다.

사이클 시간: 투 플레이트 몰드의 사이클 시간은 15초에서 30초 사이로, 간단한 부품을 고속으로 생산할 수 있습니다.

3판 금형 ② 3판 금형

구조: 두 개의 파팅 라인이 러너 시스템과 부품을 분리합니다. 파팅 라인은 단순하거나 각 금형 사이클에서 여러 부품을 성형할 수 있는 다중 캐비티 금형과 같이 더 복잡한 설계를 포함할 수 있습니다.

이상적인 대상: 3판 몰드는 소형 전자 커넥터 또는 대량의 소비재를 의미하는 다중 캐비티 생산에 이상적입니다.

단점: 3판 금형의 가장 큰 단점은 사출 성형 금형의 복잡성이 증가하여 2판 금형보다 20~30% 더 비쌀 수 있으므로 추가 툴링 비용이 든다는 점입니다.

핫 러너 금형

구조: 핫 러너 몰드는 플라스틱이 러너를 통과할 때 용융 상태를 유지하는 가열 매니폴드로 설계되었습니다. 스프 루가 없으므로 폐기물도 줄어듭니다.

장점: 핫 러너 금형은 스프 루 폐기물을 제거하기 때문에 효율성이 높고 사이클 시간이 더 빠릅니다(콜드러너 시스템보다 사이클 시간이 5-15% 짧습니다).

비용: 핫 러너 시스템은 발열체와 매니폴드 시스템의 복잡성으로 인해 일반적으로 콜드 러너 시스템보다 30~50% 더 비쌉니다.

오버몰딩/인서트 몰드 ④ 오버몰딩/인서트 몰드

프로세스: 오버몰딩은 일반적으로 플라스틱뿐만 아니라 금속과 같은 두 번째 재료를 기존 기판의 표면 위에 사출하는 것을 말합니다. 예를 들어 연질 플라스틱과 경질 플라스틱을 사용하는데, 이 프로세스는 서로 다른 두 가지 재료를 결합하는 데 활용할 수 있습니다.

응용 분야: 오버몰딩은 센서가 내장된 의료 기기, 수공구용 소프트 터치 핸들, 전자 시스템의 다중 재료 부품에 널리 사용됩니다.

4. 금형 재료: 올바른 합금 선택

원하는 내구성, 마감 및 성능을 달성하려면 금형에 적합한 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 다음은 가장 일반적으로 사용되는 몰드 재료 중 일부입니다:

재료	장점	단점	최상의 대상
P20 스틸	저렴하고 우수한 광택성	낮은 내마모성	프로토타입, 소량(50만 사이클 미만)
H13 공구강	높은 내열성, 내구성	비싸고 무겁습니다.	대량 생산
알루미늄(7075-T6)	가볍고 빠른 가공	제한된 수명(최대 10,000회 촬영)	프로토타이핑, 소량 생산
베릴륨 구리	뛰어난 열 전도성	가공 중 유독성	고속 냉각 구역

P20 스틸

즉석 프로토타입부터 소량 생산에 이르기까지 일반적으로 선택됩니다. (저렴하고 광택성이 매우 우수합니다). 실제로 내마모성은 H13 스틸과 같은 다른 소재에 비해 떨어집니다.

H13 공구강

대량 생산이 필요한 경우 내열성과 내구성이 뛰어난 H13 공구강이 널리 사용됩니다. 하지만 더 비싸고 무거워 전체 툴링 비용에 영향을 미칩니다.

알루미늄(7075-T6)

Dave: 가볍고 가공이 빠른 알루미늄 합금(예: 7075-T6)은 시제품 제작 및 소량 생산에 적합합니다. 반면에 알루미늄 금형은 더 빠른 속도와 비용으로 제작할 수 있지만 일반적으로 수명이 짧기 때문에 대량 생산에는 적합하지 않습니다.

베릴륨 구리

베릴륨 구리는 높은 열전도율로 인해 고속 냉각 구역에 사용됩니다. 그러나 베릴륨 구리는 가공 시 독성이 있어 특별한 안전 예방 조치가 필요합니다.

5. 중요한 설계 고려 사항

금형 설계는 사출 성형 공정에서도 매우 중요합니다. 설계 고려 사항에는 금형의 효율성, 최종 부품의 품질 및 생산 주기 시간에 영향을 미치는 다양한 요소가 포함됩니다.

게이트 디자인

게이트는 용융된 플라스틱이 금형 캐비티로 들어가는 곳입니다. 게이트의 유형에는 엣지 게이트, 서브마린 게이트, 핫팁 게이트가 있습니다.

엣지 게이트: 평평한 부품에 가장 적합하며 성형 표면의 외관 손상이 거의 발생하지 않습니다.

서브마린 게이트: 이 게이트는 여분의 재료를 자동으로 다듬어주기 때문에 기어와 같은 작은 부품에 적합합니다.

핫 팁 게이트: 핫 러너 시스템의 기능으로 추가 트리밍 없이 깔끔한 표면 마감을 보장합니다.

구배 각도

구배 각도는 금형 캐비티 측면의 테이퍼로, 금형에서 부품을 제거하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 최소 구배 각도는 텍스처 표면의 경우 1°~2°, 광택 코어의 경우 0.5°입니다. 적절한 구배 각도를 따르지 않으면 부품이 금형에 달라붙어 불량률이 증가하고 전반적인 생산 효율이 저하될 수 있습니다.

냉각 최적화 ③ 냉각 최적화

냉각은 사출 성형에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 냉각 시간이 감소하면 생산 사이클 시간이 길어지는 동시에 부품 품질도 저하됩니다. 일반적으로 냉각 시간은 전체 사이클 시간의 50~60%를 차지합니다. 3D 프린팅 컨포멀 냉각 채널과 같은 최신 기술을 사용하면 냉각을 최적화하여 사이클 시간을 단축하고 생산 효율성을 개선할 수 있습니다.

6. 유지보수 및 수명 연장

적절한 금형 유지 관리는 부품의 품질 일관성을 유지하고 금형 수명을 늘리는 데 매우 중요합니다. 일반적인 유지보수 활동에는 이젝터 핀 윤활, 캐비티 연마, 스틸 코어 재경화 등이 포함됩니다. 적절한 유지 관리를 통해 사출 성형 금형은 최적의 효율로 수년 동안 지속될 수 있습니다.

유지 관리 사례:

매일: 이젝터 핀에 그리스를 바르고 마모 상태를 점검하며 금형 표면을 청소합니다.
매월: 몰드 캐비티를 다이아몬드 페이스트와 혼합하여 표면을 매끄럽게 마무리합니다;
매년: 질화를 통해 강철 코어를 재경화하면 금형의 수명을 최대 10만 사이클까지 연장할 수 있습니다.

제대로 관리하지 않으면 금형의 수명이 급격히 감소합니다. 예를 들어, H13 강철 금형을 정기적으로 유지 관리하지 않으면 수명이 40%까지 줄어들어 교체 횟수가 증가하고 결과적으로 생산 중단 시간이 길어질 수 있습니다.

7. 산업별 애플리케이션

사출 성형 금형은 다양한 산업 분야에서 사용되며, 각각 금형 설계, 재료 선택 및 생산 공정에 대한 특정 요구 사항이 있습니다.

산업	금형 요구 사항	BFY 몰드 엣지
의료	FDA 준수 재료, ISO 13485 인증	검증된 클린룸 성형
자동차	고광택 마감, 엄격한 공차(±0.02mm)	사내 CMM 검사 및 PPAP 지원
소비자 가전	마이크로 몰딩(1g 미만 부품), EMI 차폐	방수 씰을 위한 LSR 오버몰딩

결론

사출 성형 금형은 다양한 산업 분야에서 고품질 플라스틱 부품을 생산하기 위한 핵심 요소입니다. 올바른 유형의 금형, 재료 및 유지보수 옵션은 생산을 최적화하고 비용을 절감하며 제품 품질을 보장할 수 있습니다. 3D 프린팅 및 유기 광소자는 최적의 금형 설계 및 재료 선택 성능을 통해 구현되는 고유한 요구 사항(예: 서브 마이크론 피처 형태)이 있는 특정 애플리케이션의 예입니다.