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금형을 처음 받아서 열어봤을 때, 어디부터 봐야 할지 막막했던 적 있으신가요. 저도 처음엔 그랬습니다. 상측이니 하측이니, 코어니 캐비티니 말은 많은데 실제로 뭘 어떻게 확인해야 하는지 아무도 명확하게 알려주지 않더군요. 이 글은 사출 금형의 코어와 캐비티가 각각 어떤 구조이고, 설계할 때 뭘 봐야 하며, 실제 현장에서 어떤 순서로 점검해야 하는지를 제가 직접 겪은 경험을 바탕으로 풀어낸 내용입니다.
코어와 캐비티, 뭐가 다른가요
사출 금형은 크게 두 덩어리로 나뉩니다. 현장에서는 보통 상측과 하측, 또는 고정 측과 이동 측이라고 부릅니다. 공식 명칭으로는 캐비티(Cavity)가 상측·고정 측, 코어(Core)가 한 측·이동 측에 해당합니다. 같은 금형을 두고 부르는 이름이 현장마다 달라서 처음엔 꽤 헷갈립니다.
캐비티는 금형의 여성형 부분으로, 제품의 외부 형상을 만드는 쪽입니다. 쉽게 말해 눈에 보이는 겉면, 즉 표면 질감이나 윤곽선, 파팅 라인(Parting Line, 금형이 열리고 닫히는 경계선)이 이쪽에서 결정됩니다. 반면 코어는 남성형 부분으로 제품 내부의 리브(Rib), 보스(Boss), 나사산처럼 구조적 기능을 담당하는 형상을 잡아줍니다. 여기서 리브란 제품 벽면에 덧대는 보강 돌기를 말하고, 보스는 나사 체결 등을 위한 원통형 돌기입니다.
한 가지 더. 재질 이야기를 빼놓을 수 없습니다. 일반적으로 캐비티 쪽은 표면 압력을 더 많이 받기 때문에 경화강(P20, NAK80, 718 등급)처럼 단단한 소재를 씁니다. 코어 쪽은 알루미늄 합금처럼 상대적으로 부드러운 소재를 쓰는 경우도 있습니다. 그런데 제 경험상 이 재질 문제가 나중에 꽤 골치 아파지는 경우가 있는데, 이 얘기는 뒤에서 다시 다루겠습니다.
설계 포인트, 이것만은 꼭 짚고 가세요
금형 설계에서 가장 먼저 따지게 되는 건 드래프트 각도(Draft Angle)입니다. 드래프트 각도란 금형에서 제품이 빠져나올 때 마찰을 줄이기 위해 수직 벽면에 살짝 기울기를 주는 것을 말합니다. 각도가 부족하면 제품이 금형에 달라붙어 사출 후 배출할 때 변형이 생깁니다. 제가 직접 써봤는데, 조금이라도 드래프트가 부족한 면이 있으면 이젝터 핀 자국이 과하게 남거나 제품 표면에 긁힘이 생기더군요. 소재의 수축률(Shrinkage Rate, 냉각 후 재료가 줄어드는 비율)과 제품 표면 질감에 따라 각도 기준이 달라지므로 설계 단계에서 반드시 검토해야 합니다.
냉각 채널(Cooling Channel) 배치도 핵심입니다. 냉각 채널이란 금형 내부에 뚫어 놓은 물길로, 용융 플라스틱이 굳는 속도를 균일하게 제어하는 역할을 합니다. 상측 캐비티는 가스벤트(Gas Vent, 공기 배출 홈)가 제대로 나 있는지, 냉각이 캐비티 형상을 따라 고르게 배치됐는지 확인해야 합니다. 하측 코어도 마찬가지입니다. 특히 형상이 복잡할수록 냉각이 한쪽에 쏠리면 뒤틀림(Warpage)이나 싱크 마크(Sink Mark, 표면이 움푹 꺼지는 현상)가 생기기 쉽습니다.
벽 두께의 균일성도 빠뜨릴 수 없습니다. 두께가 일정하지 않으면 두꺼운 부위는 늦게 굳고 얇은 부위는 빨리 굳으면서 내부 응력이 생겨 치수가 틀어집니다. 설계 단계에서 몰드플로우(Moldflow)나 솔리드웍스(SolidWorks)처럼 시뮬레이션 소프트웨어로 수지 흐름과 냉각 분포를 미리 검토하면 이런 문제를 상당 부분 줄일 수 있습니다(출처: Autodesk Moldflow 공식 페이지).
- 드래프트 각도: 소재·질감에 맞게 설정, 부족하면 배출 시 변형 발생
- 냉각 채널: 형상에 따라 균일하게 배치, 가스벤트 위치도 함께 검토
- 벽 두께 균일성: 불균일 시 싱크 마크·뒤틀림·치수 불량으로 이어짐
- 시뮬레이션 활용: 몰드플로우 등으로 사전 검증하면 불량률을 크게 낮출 수 있음
현장 점검, 눈으로 볼 수 있는 것과 없는 것
금형을 처음 받았을 때 육안으로 할 수 있는 점검이 생각보다 많습니다. 하지만 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 현장에서 도면이나 보증서 없이 외관만 보는 경우가 대부분이거든요. 그래서 순서를 잡아두는 게 중요합니다.
상측(캐비티) 쪽에서는 가스벤트가 형상 끝단에 제대로 파여 있는지, 냉각 배관이 캐비티 형상을 따라 균등하게 배열됐는지 살핍니다. 고정 플레이트 두께도 확인하고, 가이드 부싱(Guide Bushing, 상하 금형이 정확히 맞물리도록 안내하는 부품)의 타입과 마모 상태도 봅니다. 형상이 복잡하면 분할 코어(Split Core) 방식으로 나뉜 부분이 있는지도 체크해야 합니다.
하측(코어) 쪽은 냉각이 촘촘하게 설계됐는지, 이젝터 핀(Ejector Pin, 성형 후 제품을 금형에서 밀어내는 핀)이 허용 공차 안에서 매끄럽게 움직이는지를 봅니다. 밀핀 주변에 가스 빼기 홈이나 오일 홈이 있는지도 확인해야 합니다. 슬라이드 코어가 있다면 작동용 스프링이 제대로 설치됐는지, 오일 홈은 있는지도 빠뜨리면 안 됩니다. 변형 코어나 특수 밀핀은 열처리(Heat Treatment) 여부를 꼭 확인합니다. 열처리가 안 된 부품은 초기 가동 몇천 샷 이내에 마모되거나 변형됩니다.
요즘은 밸브 게이트(Valve Gate) 방식의 핫런너(Hot Runner) 금형이 많이 보급됐습니다. 핫런너란 수지가 굳지 않게 금형 내부 채널을 일정 온도로 유지하는 시스템입니다. 이 경우 히터 온도가 목표치까지 제대로 올라가는지, 밸브 핀이 개폐 동작을 정확히 하는지를 반드시 확인해야 합니다. 유압 코어가 있다면 작동 중 이젝터 핀과 간섭이 없는지도 체크 항목입니다.
실제 사출 때 뭘 먼저 봐야 하나
금형 점검이 끝났으면 이제 실제 사출 단계입니다. 여기서 제 경험상 이건 좀 다릅니다. 많은 분들이 처음부터 풀샷(Full Shot)을 넣으려 하는데, 저는 쇼트샷(Short Shot) 방식으로 조금씩 사출량을 늘려가며 수지가 어떻게 흘러가는지 흐름 패턴을 먼저 파악하는 걸 권장합니다. 쇼트샷이란 금형 캐비티를 완전히 채우지 않고 일부만 채운 상태에서 멈추는 방법으로, 게이트 밸런스(Gate Balance, 복수의 게이트에서 수지가 균등하게 유입되는 정도)와 후 충전 패턴을 눈으로 직접 확인할 수 있습니다.
어느 쪽이 빨리 채워지고, 어느 부위가 늦게 성형되는지 파악하는 게 먼저입니다. 늦게 채워지는 부위에는 가스가 갇혀 가즈리(Burn Mark, 가스가 압축되며 발생하는 탄화 흔적)가 생기거나 미충전 불량이 납니다. 제가 직접 겪어보니 이 확인을 건너뛰고 조건만 맞추다 보면 나중에 원인을 찾기가 훨씬 어려워집니다.
바리(Flash, 파팅 라인이나 핀 주변으로 수지가 새어나온 것)가 어디서 생기는 지도 초기에 잡아야 합니다. 바리가 생기는 위치를 보면 상하 금형이 잘 맞물리고 있는지, 특정 부위에 형개력이 집중되고 있는지를 판단할 수 있습니다. 이젝터 핀이 균등하게 작동하고 있는지, 제품이 금형에서 깨끗하게 빠지는지도 초기 샷에서 반드시 확인해야 합니다. 사출성형 공정 전반의 품질 관리 기준은 출처: Plastics Industry Association(SPI)에서도 관련 가이드를 찾아볼 수 있습니다.
마지막으로 재질 이야기를 다시 꺼내야겠습니다. 원가 절감을 이유로 이젝터 핀을 한 등급 낮은 소재로 쓰거나, 코어 일부를 열처리 없이 납품하는 경우가 실제로 있습니다. 이런 금형은 초기 가동 시 가스가 누적되어 가즈리가 반복해서 발생하거나, 수천 샷 이후 핀이 마모되어 치수 불량이 터집니다. 금형 보증서라도 받아두고, 재질 사양을 설계도로 반드시 확인해 두는 것이 나중에 분쟁을 막는 가장 확실한 방법입니다.
자주 묻는 질문
Q. 코어와 캐비티 재질이 왜 다른 건가요?
A. 캐비티는 사출 압력을 정면으로 받는 위치라 마모와 변형에 강한 경화강을 씁니다. 코어는 내부 형상을 잡는 역할이라 상대적으로 가공성이 좋은 알루미늄 합금을 쓰기도 합니다. 다만 원가 절감 이유로 코어 쪽 소재를 낮추면 초기 가동부터 문제가 생길 수 있으니 발주 전 사양을 반드시 확인하는 게 좋습니다.
Q. 사출 후 제품이 금형에 달라붙는다면 원인이 뭔가요?
A. 가장 흔한 원인은 드래프트 각도 부족입니다. 수직에 가까운 벽면은 냉각 후 수지가 수축하면서 금형을 강하게 잡아버립니다. 이젝터 핀 배치가 불균형하거나 핀 수가 부족한 경우에도 같은 현상이 납니다. 드래프트 각도를 재검토하고, 핀 위치가 두꺼운 부위 중심에 배치돼 있는지 설계도로 확인하세요.
Q. 가즈리(탄화 흔적)가 계속 생기는데 어떻게 해야 하나요?
A. 가즈리는 가스가 빠져나갈 곳이 없을 때 압축되면서 생깁니다. 먼저 가스벤트 위치와 깊이를 점검하고, 쇼트샷으로 수지 흐름의 마지막 합류 지점을 확인하세요. 그 지점에 벤트가 없다면 추가로 파내는 게 가장 빠른 해결책입니다. 이젝터 핀 클리어런스를 통해 가스가 빠지게 설계하는 방법도 병행할 수 있습니다.
Q. 핫런너 금형은 콜드런너와 점검 방법이 다른가요?
A. 핫런너 금형은 히터 온도가 목표 온도까지 고르게 올라가는지 먼저 확인해야 합니다. 밸브 게이트 방식이라면 각 밸브 핀의 개폐 타이밍이 균일한지, 누액 흔적은 없는지도 체크합니다. 콜드런너에 비해 점검 항목이 많고, 초기 가동 전 온도 안정화 시간을 충분히 확보하는 것이 중요합니다.
결론
코어와 캐비티는 단순히 플라스틱 모양을 잡아주는 덩어리가 아닙니다. 재질, 냉각, 드래프트 각도, 이젝터 배치까지 수십 가지 결정이 압축된 구조물입니다. 설계 단계에서 한 가지라도 대충 넘기면 현장에서 반드시 그 청구서가 날아옵니다. 저도 그걸 몸으로 배웠습니다.
점검은 눈에 보이는 것에서 시작하되, 설계도와 금형 보증서로 눈에 안 보이는 것까지 확인하는 습관을 들이시길 권장합니다. 원가 절감 바람에 생략된 것들이 초기 가동 때 어디서 터지는지 보면, 아끼려다 더 쓰는 상황이 얼마나 자주 생기는지 알 수 있습니다. 금형을 제대로 아는 것이 결국 불량률을 낮추고 생산 효율을 올리는 가장 빠른 길입니다.