사출 금형 구조는 크게 제품의 형상, 파팅라인(P.L)의 형태, 그리고 런너 시스템의 취출 방식에 따라 분류됩니다. 그중에서도 2단 금형(2-Plate Mold)은 구조가 가장 단순하면서도 강력한 내구성을 지녀 실무에서 가장 광범위하게 사용되는 표준 금형 구조입니다. 이번 글에서는 2단 금형의 기계적 작동 메커니즘과 몰드베이스를 구성하는 각 플레이트의 고유 명칭, 역할, 그리고 설계 시 필수 고려사항을 상세히 정리해 보겠습니다.
1. 2단 금형(2-Plate Mold)의 정의와 개폐 작동 메커니즘
2단 금형은 금형이 열릴 때 단 하나의 파팅면(Parting Line)만 열리도록 설계된 구조를 말합니다. 즉, 고정측(상형)과 가동측(하형)의 두 축을 기준으로 금형이 이분할되어 열리며, 이때 성형품(제품)과 유동 시스템(스프루, 런너, 게이트)이 동일한 파팅면에서 동시에 취출되는 것이 가장 큰 특징입니다.
① 형개 및 취출 사이클 메커니즘
- 사출 및 냉각 완료: 사출기의 노즐로부터 고온의 용융 수지가 스프루, 런너, 게이트를 통해 캐비티에 충진된 후 냉각 공정을 거쳐 고화됩니다.
- 형개 단계 (Mold Opening): 사출기의 이동측 플레이트가 후진하면서 고정측 형판과 가동측 형판 사이의 메인 파팅라인(P.L)이 단일하게 개방됩니다.
- 제품 고정 방향성: 빼기 구배와 수축률 제어 메커니즘에 의해 성형품과 런너는 고정측 코어에서 떨어져 가동측 코어(하형) 쪽에 확실하게 밀착된 상태로 후진합니다.
- 밀어내기 단계 (Ejection): 형개가 완료되는 시점에 사출기의 이젝터 로드가 금형의 이젝터 플레이트를 타격하여, 이젝터 핀(밀핀)이 성형품과 런너 시스템을 캐비티 밖으로 동시에 밀어내어 자동 낙하 또는 취출 로봇으로 반출합니다.
2. 몰드베이스 핵심 플레이트별 명칭 표준과 기능 정의
2단 구성 금형을 구성하는 표준 몰드베이스의 구조 부품들은 상하 장착 방향에 따라 고정측(상형)과 가동측(하형) 유닛으로 엄격히 분류됩니다.
| 분류 | 플레이트 표준 명칭 | 기계적 역할 및 설계 지침 |
|---|---|---|
| 고정측 유닛 (상형 부위) |
고정측 부착판 (Top Clamping Plate) |
금형의 맨 윗부분에 위치하며, 사출성형기의 고정측 다이 플레이트에 금형을 볼트나 클램프로 단단히 죄어 고정하는 판입니다. 성형기 노즐 중심을 맞추기 위한 로케이트 링이 장착됩니다. |
| 고정측 형판 (Cavity Plate / 상원판) |
제품의 외관 형상을 형성하는 고정측 코어(캐비티)가 가공되거나 인서트 조립되는 핵심 플레이트입니다. 수지 유입 관문인 스프루 부시와 가동측과의 정밀 동심원을 잡아주는 가이드 핀(또는 부시)이 배치됩니다. | |
| 런너 스트리퍼 플레이트 (Runner Stripper Plate) |
※ 3단 금형 등에서 런너를 강제 이형시킬 때 쓰이는 판으로, 일반적인 2단 금형 설계 시에는 이 플레이트가 제외되어 구조가 매우 컴팩트해집니다. | |
| 가동측 유닛 (하형 부위) |
가동측 형판 (Core Plate / 하원판) |
제품의 내측 형상을 형성하는 가동측 코어가 위치하는 판입니다. 성형 후 수지가 냉각 수축하면서 가동측 코어를 단단히 움켜쥐게 되므로, 제품을 밀어내기 위한 이젝터 핀 구멍들이 정밀하게 관통 가공됩니다. |
| 받침판 (Back-up Plate) |
사출 성형 시 캐비티 내부로 전달되는 수십~수백 톤의 초고압 사출 압력에 의해 가동측 형판이 뒤로 밀리거나 변형되는 것을 방지하기 위해 형판 바로 배면에 조립하여 강성을 보강하는 두께의 판입니다. | |
| 스페이서 블록 (Spacer Block) |
받침판과 가동측 부착판 사이에 좌우 양측으로 배치되는 블록입니다. 이 블록을 통해 내부에 공간(Space)을 형성하여 이젝터 플레이트가 전후작동 스트로크를 확보할 수 있도록 기계적 하우징 역할을 합니다. | |
| 이젝터 플레이트 (Ejector Plate / 상·하) |
성형품을 취출하기 위한 이젝터 핀, 리턴 핀, 스프링 등을 하부에서 고정하여 동시에 전진·후진 운동을 하는 가동판입니다. 핀의 머리를 잡아주는 상부 이젝터 판과 이를 받쳐주는 하부 이젝터 판 2단 1조로 구성됩니다. | |
| 가동측 부착판 (Bottom Clamping Plate) |
금형의 맨 아랫부분에 해당하며, 사출기의 이동측 다이 플레이트에 금형을 견고하게 체결하는 고정판입니다. 사출기 이젝터 로드가 진입할 수 있는 기계적 관통 홀이 가공됩니다. |
3. 2단 금형의 구조적 장단점 및 성형품 적용 가이드
구조의 특성을 정확히 이해해야 제품 기획 목적에 맞는 합리적인 금형 사양을 확정하고 견적 단가를 낮출 수 있습니다.
① 강력한 구조적 장점 (Advantages)
- 낮은 금형 제작비: 플레이트 장수가 적고 내부 작동 매커니즘이 단순하여 설계 및 기계 가공 공수가 대폭 감소하므로 금형 원가 절감에 매우 유리합니다.
- 사출 사이클 타임 단축: 금형 개폐 시 단 하나의 파팅면만 작동하므로 형개 스트로크를 최소화할 수 있어 전체 사출 생산 능률이 향상됩니다.
- 우수한 내구성과 정비성: 구조가 단순한 만큼 가동 중 고장 리스크가 적고 현장에서의 분해·조립 및 냉각 라인 유지보수가 매우 용이합니다.
② 설계상의 한계점 및 단점 (Disadvantages)
- 게이트 위치의 제약: 제품의 외곽 파팅라인 상에 게이트를 설치해야 하므로 사이드 게이트(Side Gate), 오버랩 게이트(Overlap Gate), 팬 게이트(Fan Gate) 등으로 종류가 제한됩니다. 제품 중앙부나 원하는 내측 위치에 다이렉트로 게이트를 꽂는 다점 포인트 설계가 곤란합니다.
- 게이트 후가공(사상 작업) 필수: 제품 외관 모서리에 런너와 게이트 자국이 직접적으로 남게 되므로, 성형 취출 후 작업자가 니퍼로 절단하거나 별도의 자동 사상 트리밍 공정을 거쳐야 하므로 인건비나 공수가 추가될 수 있습니다. (단, 가동측 평면상에 서브마린 게이트 / 터널 게이트를 설계할 경우 형개 시 자동 절단이 가능하여 이 단점을 보완할 수 있습니다.)
4. 고품질 2단 금형 제작을 위한 상세 설계 체크리스트
153LAB 기술연구소에서 제안하는 출도 전 파이널 도면 검증 지침입니다.
① 가동측 수지 부착 강제 유도 설계
금형이 열릴 때 제품이 고정측(상형) 코어에 붙어 올라가면 이젝션 시스템이 작동하지 않아 제품 취출이 불가능해집니다. 이를 방지하기 위해 빼기 구배를 고정측은 완만하게, 가동측은 다소 타이트하게 배분하여 설계합니다. 또한, 깊은 홈이나 보스, 리브 등의 강력한 수축 지지 구조를 가동측 형판 코어 쪽에 집중적으로 배치하여 형개 시 성형품 전체가 확실하게 이동판에 안착되어 후진하도록 유도해야 합니다.
② 스프루 락 핀(Sprue Lock Pin)의 정밀 배치
노즐에서 흘러나온 스프루 부시 내부의 잔류 수지는 고정측에 고착되기 쉽습니다. 따라서 런너 시스템의 원활한 가동측 인양을 위해 스프루 정반대 편 가동측 형판 내부에 역테이퍼형(Z형) 또는 인덕션형 스프루 락 핀을 정밀하게 설계 배치하여, 형개 시 스프루를 가동측으로 강제 당겨 빼내도록 조치해야 합니다.
③ 표준 부품의 최대 채용과 호칭 표기 표준
금형의 납기 단축과 가격 코스트 최소화를 위해 몰드베이스 플레이트 규격품은 물론 가이드 핀, 가이드 부시, 이젝터 핀, 리턴 핀 등은 사내 규격 및 시중 표준화 치수를 그대로 도면에 반영해야 합니다. 도면 상 지시선 표기 시에는 가공자가 한눈에 알아볼 수 있도록 약어 및 표준 호칭 사양 규칙을 준수하여 명기합니다.
- 가이드 핀 표기 예시: G.P.A ф25 × 50 (호칭명 호칭지름 × 전체길이)
- 6각 구멍붙이 볼트 표기 예시: C.S.B M12 × 35 (나사지름 × 머리아래 볼트길이)
