플라스틱 사출 수축률 계산법과 금형 보정 방법 정리

플라스틱 사출에서 수축은 단순히 제품이 조금 작아지는 현상으로 끝나지 않습니다. 조립 불량, 홀 피치 오차, 뒤틀림, Sink Mark, 평면도 불량까지 이어질 수 있기 때문에 수축률은 금형 설계와 사출조건을 함께 보면서 관리해야 합니다.

특히 같은 재질이라도 벽두께, 게이트 위치, 보압, 금형 온도, 냉각 시간, 유동 방향에 따라 실제 수축량이 달라질 수 있습니다. 그래서 재료 카탈로그의 수축률 한 숫자만 그대로 적용해 금형 치수를 결정하면 예상보다 오차가 커질 수 있습니다.

사출 수축률을 먼저 이해해야 하는 이유

사출 직후의 플라스틱 제품은 완전히 안정된 상태가 아닙니다. 용융된 수지가 금형 안에서 냉각·고화되는 동안 체적이 감소하고, 취출 후에도 재료와 조건에 따라 치수가 추가로 변할 수 있습니다.

여기에 재료의 배향성, 벽두께 편차, 냉각 편차가 겹치면 모든 방향이 동일하게 줄어드는 것이 아니라 한 방향은 많이 수축하고 다른 방향은 상대적으로 적게 수축하는 현상도 발생합니다.

그래서 사출 치수 문제를 볼 때는 수축률 숫자만 확인하기보다 어느 방향으로 얼마나 줄었는지, 취출 후 언제 측정했는지, 보압이나 금형 온도를 바꿨을 때 치수가 얼마나 이동하는지를 함께 기록하는 편이 훨씬 유용합니다.

플라스틱 사출 수축률 계산 공식

기본적인 선형 수축률은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

S = ((D - M) / D) × 100

S는 수축률(%), D는 금형 기준 치수, M은 실제 성형품 치수입니다.

예를 들어 금형 치수가 100mm이고 안정화 후 실제 제품이 98.5mm라면 치수 차이는 1.5mm이고 계산된 수축률은 1.5%입니다.

목표 제품 치수에서 금형 치수를 역산하는 공식

반대로 목표 완성품 치수를 알고 있고 예상 수축률이 주어졌다면 필요한 금형 치수를 역산할 수 있습니다.

D = M / (1 - S)

이때 S는 백분율이 아니라 소수값을 사용합니다. 예를 들어 1.8%는 계산할 때 0.018입니다.

금형 치수 보정 계산 예시

최종 제품이 120mm가 되어야 하고 예상 선형 수축률이 1.8%라고 가정하면 다음과 같습니다.

목표 제품 치수 M = 120mm
예상 수축률 S = 1.8% = 0.018

D = M / (1 - S)
D = 120 / (1 - 0.018)
D = 120 / 0.982
D ≒ 122.20mm

단순 선형 계산에서는 금형 기준 치수를 약 122.20mm로 볼 수 있습니다.

다만 실제 금형은 모든 방향에 동일 수축률을 적용하면 안 되는 경우가 있습니다. 유동 방향과 횡방향의 수축 차이가 크거나 국부 두께가 다른 제품이라면 주요 기준치수를 따로 관리하고 시사출 실측값으로 보정해야 합니다.

플라스틱 사출 수축률·금형 치수 계산기

금형 치수와 실측 제품 치수를 입력하면 실제 수축률을 계산하고, 목표 제품 치수와 예상 수축률을 입력하면 필요한 금형 치수를 역산합니다. 값을 바꾸면 버튼을 누르지 않아도 결과가 바로 갱신됩니다.

플라스틱 수축이 커지는 주요 원인

사출 수축은 한 가지 변수로만 결정되지 않습니다. 재료 고유 특성에 제품 형상과 공정 조건이 겹쳐 최종 치수가 만들어집니다.

재료 특성과 결정성 차이

일반적으로 결정성 수지는 비결정성 수지보다 수축이 크게 나타날 수 있습니다. 유리섬유나 충전재가 들어간 수지는 전체 수축량뿐 아니라 유동 방향과 횡방향의 수축 차이도 중요합니다.

따라서 데이터시트에 수축률 범위가 표시되어 있어도 제품 전체에 단일 값으로 적용하기보다 실제 게이트 방향과 핵심 치수를 같이 보는 것이 좋습니다.

벽두께 편차와 Sink Mark

두꺼운 부분은 얇은 부분보다 냉각과 고화가 늦습니다. 특히 보스 뿌리, 리브 교차부, 급격한 단차처럼 국부적으로 재료가 몰린 부위는 Sink Mark와 치수 편차가 함께 나타날 수 있습니다.

보압과 Gate Seal

보압이 부족하거나 보압이 충분히 전달되기 전에 게이트가 고화되면 수지가 식으면서 줄어드는 체적을 보충하기 어렵습니다. 그 결과 제품 치수가 더 작아질 수 있습니다.

그렇다고 보압을 무조건 올리는 것도 좋은 방법은 아닙니다. 과도한 압력은 Flash, 잔류응력, 취출성 악화 같은 다른 문제를 만들 수 있으므로 압력과 시간을 함께 조정해야 합니다.

금형 온도와 냉각 편차

금형 좌우 또는 Core·Cavity의 냉각 조건이 다르면 단순한 크기 감소보다 Warpage·Twist·Flatness 불량처럼 형상 변형이 먼저 나타날 수 있습니다.

제품 설계 단계에서 수축 편차 줄이는 방법

설계 단계에서는 벽두께를 가능한 한 균일하게 만들고, 급격한 단차를 줄이며, Rib와 Boss가 주변 벽보다 과도하게 두꺼워지지 않도록 검토합니다.

또한 Gate는 단순히 충전 가능한 위치만 보는 것이 아니라 핵심 조립치수 영역까지 보압이 전달되는지를 같이 보는 것이 중요합니다.

모든 치수를 한 번에 맞추려고 하기보다 Datum, 조립 피치, Seal 영역, Bearing·Bush 조립부처럼 기능상 중요한 치수를 먼저 정하고 관리 우선순위를 두는 편이 현실적입니다.

사출조건에서 수축을 보정하는 순서

사출품 치수가 작게 나왔다고 바로 금형을 키우기 전에 현재 성형조건이 안정화되어 있는지 먼저 확인합니다.

• 보압 압력과 보압 시간이 충분한지 확인합니다.
• Gate Seal 이전까지 보압이 제대로 전달되는지 확인합니다.
• 금형 온도와 좌우 냉각수 온도·유량 편차를 확인합니다.
• 용융 수지 온도와 실제 공정 Window가 적절한지 확인합니다.
• 취출 시간이 너무 빠르지 않은지 확인합니다.
• 흡습성 재료라면 건조 조건과 재료 보관상태를 확인합니다.

현장에서 치수가 작게 나왔다고 바로 금형을 수정하는 경우가 있지만 보압 부족이나 냉각 불균형이 원인이라면 조건 최적화만으로도 치수가 상당히 움직일 수 있습니다.

반대로 조건을 안정화하고 반복 생산했는데도 특정 기준 치수가 일정하게 부족하다면 그때 금형 보정을 검토하는 것이 좋습니다.

재료별 수축률을 볼 때 주의할 점

수지 데이터시트에 표시된 Mold Shrinkage는 설계 초기에는 매우 유용하지만 실제 제품 형상과 동일한 조건에서 얻어진 값이라고 볼 수는 없습니다.

제품은 시험편보다 벽두께와 Gate 구조가 복잡하고, 강화재가 포함된 수지는 유동방향에 따라 수축 특성이 달라질 수 있기 때문에 재질명만 보고 하나의 고정 Scale 값을 적용하는 방식은 주의해야 합니다.

재료 특성	수축에서 나타나는 경향	설계·금형에서 확인할 부분
비결정성 수지	상대적으로 치수 변화가 안정적인 편	잔류응력·외관·금형온도
결정성 수지	상대적으로 수축이 크게 나타날 수 있음	치수 편차·Warpage·냉각
유리섬유 강화 수지	유동방향과 횡방향 차이가 커질 수 있음	Gate 방향·Fiber Orientation·변형
흡습성 재료	건조·보관·후흡습 조건의 영향	Drying 조건·측정조건·보관환경

사출품 치수 측정 시점도 기준화해야 합니다

사출품은 취출 직후와 일정 시간 안정화한 이후의 치수가 다를 수 있습니다. 따라서 서로 다른 시간에 측정한 값을 같은 수축률 데이터처럼 비교하면 금형 수정 방향이 잘못될 수 있습니다.

시사출과 양산에서 최소한 다음 항목은 같이 기록해 두는 것이 좋습니다.

• 제품 Part No.와 Revision
• 금형 Revision
• 재료명·Grade·Lot
• 측정 방향과 측정 위치
• 취출 후 측정까지 경과시간
• 샘플 수량
• 보압·금형온도·용융온도·냉각시간
• 측정 장비와 기준 온도

수축률을 1.6%처럼 숫자 하나만 남기는 것보다 “어떤 재료·어떤 방향·어떤 사출조건·몇 시간 후 측정한 1.6%인지”를 같이 남겨야 다음 금형 설계에서도 재사용할 수 있는 데이터가 됩니다.

수축 불량이 발생했을 때 판단 순서

증상	먼저 확인할 항목	다음 조치
제품 전체가 일정하게 작음	재료 수축률·보압·측정시간	조건 안정화 후 금형 Scale 검토
Gate 반대쪽만 작음	보압 전달·Gate Seal	Gate·보압시간·압력 확인
한 방향만 많이 줄어듦	유동방향·Fiber Orientation	방향별 보정 검토
Boss·Rib 주변 Sink	국부 두께·보압·냉각	형상과 조건 함께 수정
치수와 함께 휨 발생	좌우 냉각·배향·취출변형	단순 Scale보다 Warpage 원인 확인
Lot마다 치수가 달라짐	재료·건조·공정 안정성	성형조건과 원재료 이력 비교

플라스틱 사출 수축률 FAQ

플라스틱 사출 수축률은 어떻게 계산하나요?

기본적인 선형 수축률은 S = ((D - M) / D) × 100으로 계산할 수 있습니다. D는 금형 기준 치수, M은 실제 성형품 치수입니다.

목표 제품 치수를 알고 있을 때 금형 치수는 어떻게 계산하나요?

D = M / (1 - S)를 사용합니다. 여기서 S는 퍼센트가 아닌 소수로 변환해야 하므로 1.8%라면 0.018을 사용합니다.

금형에 수축률만큼 Scale을 한 번에 적용하면 되나요?

단순 형상과 등방성에 가까운 재료에서는 초기 기준으로 사용할 수 있지만 실제 제품에서는 유동방향·횡방향, 벽두께, Gate 위치와 강화재 배향에 따라 방향별 수축 차이가 발생할 수 있습니다. 중요 치수는 시사출 실측값을 기준으로 별도 보정하는 편이 안전합니다.

사출품 치수가 작으면 바로 금형부터 수정해야 하나요?

항상 그렇지는 않습니다. 보압 부족, 짧은 보압시간, 냉각 불균형, 금형온도, 재료 건조 등 공정조건 때문에 치수가 작아질 수도 있으므로 조건을 안정화한 뒤 반복적으로 같은 오차가 남을 때 금형 수정 여부를 판단하는 편이 좋습니다.

벽두께가 두꺼우면 왜 수축 문제가 커지나요?

두꺼운 구간은 내부가 늦게 냉각·고화되면서 국부적인 체적 수축이 크게 나타날 수 있기 때문입니다. Boss와 Rib 주변에서는 Sink Mark와 치수 변형이 함께 발생하기 쉽습니다.

취출 직후 측정한 치수를 수축률 계산에 사용해도 되나요?

비교 목적이라면 측정시점을 반드시 통일해야 합니다. 취출 직후와 안정화 이후 치수가 달라질 수 있기 때문에 시사출·금형 수정·양산 승인에서 동일한 측정시간과 환경을 사용하는 것이 중요합니다.

마무리 정리

플라스틱 사출 수축률은 공식 자체만 보면 어렵지 않습니다. 금형 치수와 제품 치수의 차이로 실제 수축률을 계산하고, 목표 제품 치수와 예상 수축률로 초기 금형 치수를 역산할 수 있습니다.

하지만 실제 치수 불량은 재료 특성, 유동방향, 벽두께, Gate, 보압, 냉각, 취출과 측정 시점이 함께 영향을 줍니다.

재료 데이터로 1차 금형 설계 → 조건 안정화 → 시사출 치수 측정 → 방향별 실제 수축률 분석 → 필요한 부분만 금형 보정 순서로 접근하면 단순히 전체 Scale을 반복해서 바꾸는 것보다 치수 문제의 원인을 훨씬 명확하게 잡을 수 있습니다.