Mold(몰드) 금형 - 금형의 제작

2. 금형의 제작

 

2.1 Cavity(캐비티) 수의 결정

 금형 제작에서 선행되어야 할 것은 제품의 cavity 수를 결정해야 한다. 생산 총수, 생산 로트(lot)가 큰 경우에는 multi-cavity가 바람직하다. 그러나 multi-cavity의 경우에는 cavity 자체는 정밀 제작되었어도 sprue에서 cavity에 이르는 거리의 차, gate 크기의 차 등에 의한 유동저항의 차이가 생기면 각 cavity 제품의 치수 차가 생길 수 있다. 따라서 높은 정밀도가 요구되는 제품에서는 최대 4 cavity 이하로 할 필요가 있다. Multi-cavity 금형에서는 각 cavity에 균일 plastic의 흐름이 필요하므로 cavity 배열이 유동 거리가 균일하게 해야 하며, runner의 길이가 다른 것은 바람직하지 못하다.

 

2.2 금형의 재료

1) 금형 재료와 선택사항

 금형 재료로서는 현재 KSD 3752(기계구조용 탄소강재)의 SM50C, SM55C, KSK 3711(크롬 몰리브덴 강재)의 SCM440 또는 KSD 3751(탄소공구강재)의 STC7가 사용되고 있다. 금형 재료는 다음 사항을 고려하여 선택해야 한다.

① 가공성이 좋을 것.

② 구입이 용이한 것.

③ 연마가 쉽고 연마면이 좋을 것.

④ 내마모성이 있을 것.

⑤ 조직이 균일하고 pin hole이 없을 것.

⑥ 용접성이 좋을 것.

⑦ 열처리가 용이하고 열처리 후 변형이 없을 것.

 금형의 제조 공정 중 표준 die set으로서 시판되고 있는 것을 구입하여 금형 제조업자가 이것에 캐비티, 코어 등만을 제작하는 경우가 많다.

2) 주로 사용하는 금형 재료의 특성

① NAK55

 - 뛰어난 경면 연마면과 광택을 얻을 수 있다.

 - 가공 면이 극히 양호하다.

 - 기계가공이 양호하다.

 - 최적 조건에서 열처리하였으므로 그대로 형상 가공에 사용할 수 있다.

② NAK80

 - NAK55의 경면 연마성, 방전, 가공면, 인성을 개선한 재료이다.

 - 경면 연마성이 우수하다

 - 방전가공면이 치밀하고 미려하다.

 - 투명, 광택 제품, 정밀 금형에 주로 사용한다.

 - 용접성이 우수하고 열처리가 필요 없다.

③ STAVAX(크롬 합금 스테인리스 금형 강, SUS420J2)

 - 내부식성이 뛰어나다

 - 내마모성이 우수하다

 - 경면성이 우수하다.

 - 냉각수 회로의 부식 문제를 급감시킬 수 있으므로 효과적인 냉각이 가능하다.

④ KPI, KP4, KP4M

 - 기계가공성이 양호하여 가공 시간을 크게 단축할 수 있다.

 - 금형가공 시 변형발생을 최소화할 수 있다.

 - 고광택용으로 다소 부적절하다.

⑤ HR750

 - 열전도도가 다른 금형 소재에 비해 3배가량 높다. 냉각이 불리한 곳에 주로 사용한다.

 - 금형 온도가 높을수록 성형 사이클 단축에 유리하다.

 - S50C 이상의 강도, 내마모성, 절삭성 및 방전가공이 우수하다.

⑥ ASSAB718

 - 경면성이 뛰어나다.

 - 청청도가 높으며 균일성이 우수하다.

 - 취약부위 및 인성이 요구되는 부위에 사용한다.

 - 부식 가공성이 우수하다.

 - 치수와 관계없이 경도가 균일하다.

 - STAVAX 대용으로 쓰기도 한다.

⑦ STD11(SKD11)

 - 고탄소, 고 크롬강이며 특히 내마모성이 크다.

 - 주로 냉간프레스 금형에 많이 사용된다.

 - HRC58 정도까지 경도를 구현할 수 있다.

 - 경도가 요구될 때 열처리하여 사용한다.

⑧ STD61(SKD61)

 - 열충격 및 열피로에 강하다.

 - 주로 열간금형소재로 사용된다.

 - 내마모성과 내열성의 장점을 이용하여 가공용 공구에 사용되고 있다.

 - 정밀금형 및 열처리 금형에 주로 사용된다.

⑨ CENA1

 - 프리하든강으로 사용 경도는 HRC38~42 정도이다.

 - 내청용, 경면, 부식, 방전가공면을 중시할 때 사용한다.

 

2.3 금형의 정도

 사출성형용 금형의 제조 치수는 제품 치수에 plastic 제조업자가 지정하는 성형수축률을 감안, 치수를 증가시킨 것이 금형의 치수가 되며, 공차는 제품도면에서 지정 공차의 1/2 내지 1/4로 하는 것이 일반적이다. 금형제조에 있어 성형수축률과 흐름방향에 근거하여 성형수축률의 차를 사전에 정확히 예상하는 것은 곤란한 경우가 많기 때문에 제조 시 이를 감안하여 수정할 수 있는 방향의 치수로 하는 것이 좋다. 만약 수정이 매우 곤란한 것은 용접 또는 별도의 코어에 의한 방법으로 하고 있다. 특히 구멍 간격의 공차가 매우 작을 때는 구멍용 핀을 세우지 않고 시험 사출한 후 그 결과를 보고 핀을 세우는 방법도 시행하고 있다.

2.4 금형의 제작 공정 예

1) 차별화 기술

① 금형 부품의 표준화, 공용화

② Core 소재의 다양화

③ Mo Coating(몰리브덴 코팅) 표면처리

 

2) 금형의 제작 프로세스(Process)

Design → 기구설계 → Mock-up 진공 주형 → 금형 설계 → 금형 제작 → 사출 → 후가공

 

3) 제품의 경쟁력 방안

	수량	Core 재질	납기	가격
쾌속 금형	5,000 shot	DR79	10~15일	50~60%
	100,000 shot	KP4	15~25일	60~70%
양산 금형	100000 shot	KP4M SKD61 NAK80	25~35일	70~80%

 

① 특히, 다품종/소량 생산 (100 shots ~ 50,000 shots), 준 양산(100,000 shots), 양산(100,000 shots 이상)의 신제품 개발시기를 단축할 수 있다.

② 새로운 금형 기술로 정보통신제품, 아이디어 상품, 의료기기, 전자제품, 부품 등 사출물이 필요한 모든 플라스틱 제품의 금형 납기를 10일 이내에 기존 금형 가격의 1/2 수준에서 공급한다.

③ 쾌속 금형으로 10일 이내에 양질의 플라스틱 사출물을 기존 사출 가격의 1/2 수준으로 공급하며, 제품개발 기간을 단축하게 함으로 제품 경쟁력을 높일 수 있다.