금형 종류 및 특징 – 플라스틱 사출 프레스 다이캐스팅 단조 고무
금형은 다양한 제품을 정밀하게 성형하는 데 필수적인 도구로서 기업에서 제품을 양산하는데 있어 최적의 품질과 생산성을 보이는 기술이라고 할 수 있습니다.
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이에 제품설계 및 생산 등 업계에서 업무할 직장인들을 위한 금형의 종류와 각각의 특징, 원리 등을 소개하고, 생산 및 품질 설계자들에게 유용한 정보를 제공하겠습니다.
금형의 종류 및 분류
| 분 류 기 준 | 금 형 종 류 |
|---|---|
| 성형품의 관통유무에 의한 분류 | 관통금형 : 블랭킹ㆍ드로잉ㆍ압출 금형, 인발다이 |
| 용기(바닥붙임)금형 : 드로잉ㆍ플라스틱성형ㆍ다이캐스팅ㆍ유리요업ㆍ분말야금ㆍ단조ㆍ롤금형 | |
| 금형의 크기별 | 초대형ㆍ대형ㆍ중형ㆍ소형ㆍ초소형 금형 |
| 생산수량별 | 대량생산ㆍ중량생산ㆍ소량생산 금형 |
| 양산여부별 | 양산ㆍ간이금형 |
| 금형재질별 | 금속ㆍ초경ㆍ석고ㆍ목재ㆍ플라스틱ㆍ알루미늄ㆍ주조금형 |
| 정밀별 | 초정밀도ㆍ고정밀도ㆍ중정밀도ㆍ거친정밀도 금형 |
| 성형품 소재별 | 플라스틱용ㆍ고무용ㆍ세라믹ㆍ복합재료 성형용 금형 |
| 재품성형 방법별 | 사출ㆍ압출ㆍ이송ㆍ압축ㆍ캘린더ㆍ불로ㆍ진공ㆍ침지ㆍ발포ㆍ압공ㆍ적층ㆍ주입ㆍ유출성형ㆍ전단가공ㆍ드로잉ㆍ성형가공ㆍ압축가공 금형 |
| 성형제품 또는 조립제품명별 | 자동차용ㆍ자동차 범퍼ㆍ반도체용ㆍ완구ㆍ전화기케이스ㆍ전자부품용ㆍTV 케이스 금형 등 |
금형은 가공품의 종류, 재질, 성형 방법, 금형의 구조, 크기, 수량, 정밀도, 용도 등에 따라 여러 가지로 분류됩니다. 사용 용도 및 성형품(제품)의 재료에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
1. 플라스틱 금형 (Plastic Mold)
플라스틱 합성수지 재료를 가열하여 용융 상태에서 금형에 주입, 냉각하여 성형품을 만드는 금형입니다. 이 금형은 주로 사출 금형(Injection Mold)으로 많이 사용되며, 플라스틱 병, 자동차 부품, 스마트폰 케이스 등 다양한 제품을 만듭니다.
2. 프레스 금형 (Press Die)
프레스 기계에 설치하여 금속 제품을 성형하는 금형입니다. 주로 자동차 부품, 가전제품의 금속 부품 등을 제작하는 데 사용됩니다.
3. 다이캐스팅 금형 (Die Casting Mold)
저용융 금속(Al, Zn, Mg 합금 등)을 고압으로 주입하여 제품을 생산하는 금형입니다. 사출 금형과 원리가 유사하며, 정밀한 금속 제품을 생산하는 데 사용됩니다.
4. 단조 금형 (Forging Die)
공작물을 냉간 또는 가열한 상태에서 해머나 프레스 등으로 충격이나 압력을 가하여 원하는 형상으로 가공하는 금형입니다. 강도와 내구성이 필요한 금속 부품 제작에 사용됩니다.
5. 고무 금형 (Rubber Mold)
고무 및 합성 고무 소재를 금형에 넣어 열과 압력을 가하여 성형하는 금형입니다. 주로 고무 제품이나 자동차 부품 등에 사용됩니다.
6. 유리 금형 (Glass Mold)
유리 원료를 금형에 넣고 고온 고압으로 압력을 가하거나 공기의 압력으로 유리를 부풀게 하여 성형하는 금형입니다. 주로 유리병, 유리컵 등을 제작합니다.
7. 분말야금 금형 (Powder Metallurgy Mold)
금속 및 비금속 분말을 금형에 넣어 고온 고압으로 성형하는 금형입니다. 소결 금형이라고도 하며, 고도의 정밀도가 요구되는 부품 제작에 사용됩니다.
8. 요업 금형 (Ceramic Mold)
벽돌, 타일 등의 세라믹 제품이나 도자기 제품을 성형하는 금형입니다.
9. 주조 금형 (Casting Mold)
주물사, 석고, 플라스틱, 알루미늄 등으로 주형을 제작하여 용융 재료를 주입하여 제품을 생산하는 금형입니다.
금형 제작의 기초
금형이란 무엇인가?
금형은 제품을 정확한 모양과 크기로 성형하기 위해 사용되는 틀입니다. 정밀하게 제작된 금형은 최종 제품의 품질에 결정적인 영향을 미칩니다.
| 금형 부품/용어 | 설명 |
|---|---|
| 코어(Core) | 성형품의 내부 형상을 결정하는 금형 부품으로, 캐비티와 함께 금형의 주요 구성 요소입니다. |
| 캐비티(Cavity) | 성형품의 외부 형상을 결정하는 금형 부품으로, 코어와 함께 사용됩니다. |
| 러너(Runner) | 용융된 재료가 주입구에서 캐비티까지 이동하는 통로입니다. |
| 게이트(Gate) | 러너에서 캐비티로 용융 재료가 들어가는 부분입니다. |
| 스프루(Sprue) | 주입구에서 러너로 용융 재료를 안내하는 통로입니다. |
| 인서트(Insert) | 금형의 특정 부분을 교체 가능하게 만든 부품으로, 다양한 형상이나 재질로 교체할 수 있습니다. |
| 이젝터 핀(Ejector Pin) | 성형이 완료된 후 성형품을 금형에서 밀어내는 역할을 하는 핀입니다. |
| 가이드 핀(Guide Pin) | 금형이 정확하게 맞물리도록 안내하는 핀입니다. |
| 냉각 채널(Cooling Channel) | 금형 내부에 설치되어 성형 과정 중 열을 제거하여 성형품을 냉각시키는 통로입니다. |
| 게이트 컷터(Gate Cutter) | 성형 후 남은 게이트 부분을 잘라내는 도구입니다. |
| 몰드 베이스(Mold Base) | 금형의 기본 틀로, 코어와 캐비티를 지지하며 금형의 구조를 이루는 부분입니다. |
| 리테이너 플레이트(Retainer Plate) | 이젝터 핀을 지지하고 유지하는 판입니다. |
| 파팅 라인(Parting Line) | 금형의 두 부분이 맞닿는 경계선으로, 성형품의 분리선을 형성합니다. |
| 핫 러너 시스템(Hot Runner System) | 금형 내부에 설치되어 용융 재료가 냉각되지 않도록 유지하는 시스템으로, 생산성을 높이고 재료 낭비를 줄여줍니다. |
| 플래시(Flash) | 성형 시 금형의 틈 사이로 용융 재료가 새어나와 성형품의 가장자리에 발생하는 얇은 막입니다. |
| 보스(Boss) | 성형품의 강도를 높이기 위해 추가된 돌출 부위입니다. |
| 언더컷(Undercut) | 성형품의 일부가 금형의 인서트나 코어를 사용하지 않으면 금형에서 쉽게 분리되지 않는 형태를 의미합니다. |
| 슬라이드 코어(Slide Core) | 언더컷을 형성하거나 제거하기 위해 금형에 슬라이드 방식으로 움직이는 부품입니다. |
| 벤트(Vent) | 금형 내의 공기를 배출하는 작은 통로로, 성형품의 기포나 결함을 방지합니다. |
기본적인 금형에서 사용되는 부품에 대한 이름 및 기능에 대한 설명은 위 표를 참고하세요
금형 제작 과정
- 도면 설계: 제품에 맞는 금형 도면을 설계합니다.
- 재료 선택: 적절한 재료를 선택하여 금형을 가공합니다.
- 가공 및 조립: 금형을 가공하고 조립합니다.
- 테스트 및 검증: 금형의 정확성을 테스트하고 검증합니다.
금형 구조 및 부품
| 구조 부품 | 설명 |
|---|---|
| 고정 플레이트(Fixed Plate) | 금형의 고정된 부분으로, 프레스나 사출기 기계에 고정됩니다. 보통 캐비티가 있는 부분입니다. |
| 이동 플레이트(Moving Plate) | 금형의 이동되는 부분으로, 프레스나 사출기 기계에서 열리고 닫히는 역할을 합니다. 보통 코어가 있는 부분입니다. |
| 몰드 베이스(Mold Base) | 금형의 기본 틀로, 코어와 캐비티를 지지하며 금형의 전체 구조를 형성합니다. |
| 캐비티(Cavity) | 성형품의 외부 형상을 결정하는 공간으로, 고정 플레이트에 위치합니다. |
| 코어(Core) | 성형품의 내부 형상을 결정하는 부품으로, 이동 플레이트에 위치합니다. |
| 러너(Runner) | 용융된 재료가 주입구에서 캐비티까지 이동하는 통로로, 금형 내에서 재료를 분배하는 역할을 합니다. |
| 스프루(Sprue) | 주입구에서 러너로 용융 재료를 안내하는 통로입니다. |
| 게이트(Gate) | 러너에서 캐비티로 용융 재료가 들어가는 부분으로, 재료가 캐비티에 들어가기 전의 마지막 단계입니다. |
| 이젝터 시스템(Ejector System) | 성형품이 성형 후 금형에서 쉽게 제거되도록 돕는 시스템으로, 이젝터 핀, 이젝터 플레이트, 리테이너 플레이트로 구성됩니다. 이젝터 핀은 성형품을 밀어내는 역할을 합니다. |
| 냉각 시스템(Cooling System) | 금형 내부에 설치되어 성형 과정 중 열을 제거하여 성형품을 냉각시키는 통로로, 금형의 온도를 조절하여 품질을 높이고 생산 시간을 단축합니다. |
| 벤트(Vent) | 금형 내의 공기를 배출하는 작은 통로로, 성형품의 기포나 결함을 방지하는 역할을 합니다. |
| 슬라이드(Slide) | 복잡한 형상의 성형품을 만들기 위해 금형 내부에서 이동할 수 있는 부품으로, 언더컷을 처리하거나 복잡한 형상을 구현하는 데 사용됩니다. |
| 리프터(Lifter) | 이젝터 핀과 함께 사용되어 성형품을 금형에서 쉽게 분리하는 데 도움을 주는 부품입니다. |
| 가이드 핀(Guide Pin) | 금형의 두 부분이 정확하게 맞물리도록 안내하는 핀으로, 금형의 정확한 위치 설정을 도와줍니다. |
| 클램프 플레이트(Clamp Plate) | 금형을 기계에 고정하기 위해 사용되는 플레이트로, 금형의 안정성을 유지하는 역할을 합니다. |
| 리테이너 플레이트(Retainer Plate) | 이젝터 핀을 지지하고 유지하는 판으로, 이젝터 시스템의 일부입니다. |
| 플래시(Flash) | 성형 시 금형의 틈 사이로 용융 재료가 새어나와 성형품의 가장자리에 발생하는 얇은 막으로, 금형의 밀폐성을 높이기 위해 고려해야 합니다. |
| 핫 러너 시스템(Hot Runner System) | 금형 내부에 설치되어 용융 재료가 냉각되지 않도록 유지하는 시스템으로, 생산성을 높이고 재료 낭비를 줄여줍니다. |
| 고정 블록(Fixed Block) | 금형의 고정된 부분에서 이동하는 슬라이드나 기타 부품을 지지하고 안내하는 역할을 합니다. |
| 이동 블록(Moving Block) | 금형의 이동되는 부분에서 슬라이드나 기타 부품을 지지하고 안내하는 역할을 합니다. |
금형의 고정 플레이트는 금형의 고정된 부분으로, 프레스나 사출기 기계에 고정됩니다.
이 플레이트에는 보통 캐비티가 위치합니다. 이동 플레이트는 금형의 이동되는 부분으로, 기계에서 열리고 닫히는 역할을 합니다. 이 플레이트에는 보통 코어가 위치하며 몰드 베이스는 금형의 기본 틀로, 코어와 캐비티를 지지하며 금형의 전체 구조를 형성합니다.
캐비티는 성형품의 외부 형상을 결정하는 공간으로, 고정 플레이트에 위치합니다.
코어는 성형품의 내부 형상을 결정하는 부품으로, 이동 플레이트에 위치하며 러너는 용융된 재료가 주입구에서 캐비티까지 이동하는 통로로, 금형 내에서 재료를 분배하는 역할을 합니다. 스프루는 주입구에서 러너로 용융 재료를 안내하는 통로입니다.
게이트는 러너에서 캐비티로 용융 재료가 들어가는 부분으로, 재료가 캐비티에 들어가기 전의 마지막 단계입니다.
이젝터 시스템은 성형품이 성형 후 금형에서 쉽게 제거되도록 돕는 시스템으로, 이젝터 핀, 이젝터 플레이트, 리테이너 플레이트로 구성됩니다.
이젝터 핀은 성형품을 밀어내는 역할을 합니다. 냉각 시스템은 금형 내부에 설치되어 성형 과정 중 열을 제거하여 성형품을 냉각시키는 통로로, 금형의 온도를 조절하여 품질을 높이고 생산 시간을 단축합니다. 벤트는 금형 내의 공기를 배출하는 작은 통로로, 성형품의 기포나 결함을 방지하는 역할을 합니다.
슬라이드는 복잡한 형상의 성형품을 만들기 위해 금형 내부에서 이동할 수 있는 부품으로, 언더컷을 처리하거나 복잡한 형상을 구현하는 데 사용됩니다. 리프터는 이젝터 핀과 함께 사용되어 성형품을 금형에서 쉽게 분리하는 데 도움을 주는 부품입니다.
가이드 핀은 금형의 두 부분이 정확하게 맞물리도록 안내하는 핀으로, 금형의 정확한 위치 설정을 도와줍니다. 클램프 플레이트는 금형을 기계에 고정하기 위해 사용되는 플레이트로, 금형의 안정성을 유지하는 역할을 합니다. 리테이너 플레이트는 이젝터 핀을 지지하고 유지하는 판으로, 이젝터 시스템의 일부입니다.
플래시는 성형 시 금형의 틈 사이로 용융 재료가 새어나와 성형품의 가장자리에 발생하는 얇은 막으로, 금형의 밀폐성을 높이기 위해 고려해야 합니다.
핫 러너 시스템은 금형 내부에 설치되어 용융 재료가 냉각되지 않도록 유지하는 시스템으로, 생산성을 높이고 재료 낭비를 줄여줍니다. 고정 블록은 금형의 고정된 부분에서 이동하는 슬라이드나 기타 부품을 지지하고 안내하는 역할을 합니다.
이동 블록은 금형의 이동되는 부분에서 슬라이드나 기타 부품을 지지하고 안내하는 역할을 합니다.
금형의 중요성과 역할
| 금 형 의 분 류 | 성 형 재 료 | 금 형 재 질 | |
|---|---|---|---|
| 용도상 분류 | 성형방법상 분류 | ||
| 프 레 스 금 형 | 전단가공금형 | 1. 금속판 2. 비금속판 | 탄소공구강, 합금공구강, 고속도강, 기계구조용강, 회주철, 초경합금, 아연합금, Ferro-Tic 등 |
| 벤딩가공금형 | |||
| 드로잉 금형 | |||
| 성형가공금형 | |||
| 압축가공금형 | |||
| 플라스틱 금 형 | 사출성형금형 | 열가소성 수지 | 합금강, 알루미늄, 합금주철, 베릴륨강 등 |
| 압축성형금형 | 열경화성 수지 | ||
| 이송성형금형 | 열경화성 수지 | ||
| 압출성형금형 | 열가소성 수지 | ||
| 블로성형금형 | 열가소성 수지 | ||
| 진공성형금형 | 열가소성수지필름 | ||
| 압공성형금형 | 열가소성수지필름 | ||
| 발포성형금형 | 열가소성 수지 | ||
| 다이캐스팅 금 형 | 아연합금, 알루미늄 합금, 주석, 납 등 | 내열강 | |
| 주조금형 | 금속 | 합금강, 주철 등 | |
| 단조금형 | 금속 | 합금공구강(금형강), 고속도강 등 | |
| 고무금형 | 고무, 실리콘 | 합금강, 주철, 알루미늄 등 | |
| 분말야금 금 형 | 금속분말 | 합금공구강, 초경합금 등 | |
| 유리금형 | 압출성형금형 | 유리 | 합금공구강, 주철 등 |
| 블로성형금형 | |||
| 요업금형 | 요업분말 | 합금공구강, 초경합금 등 | |
금형 “Mold“은 제품의 품질, 생산성, 비용 효율성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 정밀하게 제작된 금형은 결함을 최소화하고 생산 과정의 효율성을 높일 수 있으며 이는 경제적 이득을 통한 원가절감을 기대할 수 있습니다.
금형 재료의 선택
금속 금형
강철, 알루미늄, 구리 등의 금속은 내구성이 뛰어나고 고온에서도 안정적인 성능을 발휘합니다. 대량 생산에 주로 사용됩니다.
플라스틱 및 레진 금형
플라스틱과 레진은 비용 효율적이며, 복잡한 형태의 제품 제작에 적합합니다. 소비자 전자제품, 장난감, 생활용품 등에 사용됩니다.
실리콘 및 고무 금형
유연성과 복잡한 형태의 재현 능력이 뛰어나며, 의료 기기, 주방 용품, 어린이 제품 등에 사용됩니다.
생산 및 품질 설계자를 위한 팁
- 정밀도 유지: 정밀하게 제작된 금형은 제품의 품질을 높입니다. 설계 단계부터 정밀도를 고려하세요.
- 적절한 재료 선택: 제품의 목적과 제조 공정에 맞는 재료를 선택하는 것이 중요합니다.
- 정기적인 유지보수: 금형의 수명을 연장하기 위해 정기적인 유지보수와 청결을 유지하세요.
- 최신 기술 활용: 3D 프린팅 등 최신 기술을 활용하여 금형 제작의 효율성을 높이세요.
불량을 줄이기 위한 방법
- 정밀한 설계: 초기 설계 단계에서부터 금형의 정밀도를 확보합니다.
- 재료 품질 관리: 고품질의 재료를 사용하고, 재료의 특성을 잘 이해하여 사용합니다.
- 공정 제어: 생산 공정을 철저히 제어하고, 공정 중 발생할 수 있는 변수를 최소화합니다.
- 정기적인 검증: 금형의 상태를 정기적으로 검증하고, 필요한 경우 즉시 수리합니다.
- 최적화된 유지보수: 금형의 사용 후 청소와 보관을 철저히 하여 수명을 연장합니다.
금형 제작은 단순한 제조 공정을 넘어, 기술과 예술의 조화를 이루는 과정입니다. 이 글을 통해 금형의 종류와 특징, 제작 과정 및 중요성에 대해 깊이 이해함으로써, 제조업의 미래에 대한 통찰을 얻을 수 있기를 바랍니다.
