디자인 할 때 중요한 금형 설계 고려

 

디자인할 때 심미성도 중요하지만, 실제로 만들어질 수 있는 형태를 고려하는 것이 매우 중요합니다.

설계를 고려하지 않은 디자인은 생산 난이도와 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 처음부터 다시 디자인해야 할 수도 있는 상황을 야기합니다.

 

금형이란, 금속재료를 이용하여 만들어진 틀을 말합니다. 이러한 틀을 이용해 재료를 넣어 제품을 반복 생산할 수 있습니다. 흔히 붕어빵 틀을 생각하면 됩니다. 금형의 종류는 또 그 방식과 재료에 따라 프레스 금형, 사출 금형, 다이캐스팅 금형 등 여러 가지로 나뉩니다.

 

이 글에서는 플라스틱 원료를 사용하고 제품 제작에 가장 많이 사용되는 사출 금형 적용 시 디자인에서 고려해야 되는 부분을 알아보겠습니다.

 

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구배(Draft Angle)

단단하게 굳은 사출물은 이젝터 핀이라는 부품을 통해 밀어내어 추출합니다.

이 과정에서 사출물이 금속 금형 표면에 긁혀 불량을 발생시킬 수 있기 때문에, 사출물이 쉽게 빠져나올 수 있도록 각도를 고려하여 설계해야합니다. 이를 구배각이라고 합니다.

 

 

 

필렛(Filet)

필렛은 모서리 부분을 둥글게 만드는 것을 말합니다. 필렛이 필요한 이유는 응력에 있습니다.  

외력이 작용하면 재료 내부에는 이를 저항하는 응력이 생깁니다. 날카로운 모서리는 이런 응력이 집중되어 약한 강도를

가지게 됩니다. 이를 해결하기 위해 필렛을 주어 단층이 생기는 것을 방지하는 것입니다.

 

 

 

벽 두께

일정하지 않은 벽두께는 액체 상태의 재료가 제대로 흐르지 못하게 할 수 있으며, 뒤틀림 또는 싱크마크를 발생시킵니다. 

두께가 다른 부분이 필요한 경우에는 필렛을 필수적으로 이용해 원활한 액체의 흐름을 유도합니다.

 

리브 & 쉘 (Rib & Shell)

두꺼운 벽은 사출물의 뒤틀림, 수축 등 여러가지 결함을 일으킵니다. 또한 냉각 시간이 길어 생산성을 낮추는 요소입니다. 

리브는 이를 해결하기 위한 방법으로, 서로 연결된 살을 붙여 설계하는 방법입니다. 이러한 살을 리브라고 합니다. 적은 부피로 동일한 성능을 발휘할 수 있습니다.

쉘은 이러한 리브를 이용해 강도와 강성은 보강하고 벽 두께는 감소시키는 구조를 일컫습니다.

 

 

 

보스(Boss)

부품과 부품을 체결하기 위해 사용되는 기둥을 보스라고 합니다.

나사 체결은 나사산의 구조를 내경에 만들어야하고 이는 기본적으로 언더컷이 존재하기 때문에 사출 단계에서는

성형하지 않습니다. 대신 인서트 너트를 사용하여 결합합니다. 

 

 

 

언더컷(Under Cut)

위에서 언급한 언더컷이란, 금형의 개폐 동작으로만으로 사출물을 꺼낼 수 없는 형상을 일컫습니다.

돌출되거나 오목한 부분이 원인이며 언터컷 형태는 슬라이드 코어 등 추가적인 부품과 설계가 필요합니다. 

이는 금형의 내구성을 떨어뜨리거나 외관불량을 일으키고 가격 상승을 일으킵니다.

 

슬라이드 코어와 같은 추가적인 부품을 사용하는 방법외에 파팅라인과 우회 설계를 적용하면 이러한 언더컷을 해결할 수 있습니다.

 

언더컷

 

파팅라인 고려(좌), 우회설계(우)

 

다른 방법으로는 재료 자체의 탄성을 이용하여 밀어내는 방법이 있습니다.

하지만 이는 언더컷의 각도, 재료의 탄성, 탄성을 가질 수 있는 구조 등 제약사항이 많습니다.

 

밀어내기

 

 

음각, 양각 (Lettering)

제품에 로고나 글씨를 추가할 때 음각, 양각 방법을 사용합니다.  음각과 양각은 쉽게 도장을 생각하면 구분할 수 있습니다.  음각은 글씨를 제외한 주변이 찍히는 방법이고, 양각은 글씨가 찍히게 하는 방법이라고 생각하면 됩니다.

이러한 표현을 위해서는 CNC 가공이 필요하고 이를 고려한 설계를 진행해야 합니다.

 

 

 

 

스냅핏(Snap Fit)

가장 간단한 부품 체결 방식이지만 재료의 탄성과 구조적 강성, 항복 강도 등을 정확히 고려해야 합니다.

 

 

경첩(Living Hinge)

두 부분을 연결하여 구부릴 수 있도록 만든 경첩은 탄성을 이용하는 구조이므로 유연한 재료가 사용됩니다.

스냅핏과 마찬가지로 정확한 계산이 필요합니다.

 

 

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