사출금형 공정 순서와 주요 설비 종류 정리

플라스틱 제품, 어떻게 정밀하게 찍혀 나올까?

우리가 일상에서 쓰는 플라스틱 제품들—세탁기 버튼, 자동차 부품, 리모컨 케이스까지—그 모든 것이 정교한 금형과 사출성형기에서 탄생합니다. 특히 대량 생산을 가능하게 한 사출금형은 정밀성, 반복성, 생산성을 모두 갖춘 제조업의 핵심 공정인데요. 이번 글에서는 사출금형의 제작 공정 순서와 사용되는 주요 설비 종류를 실제 제조현장에서의 흐름을 따라가며 정리해보겠습니다.

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1. 사출금형이란?

사출금형(Injection Mold)이란, 열가소성 수지를 고온에서 녹인 뒤 금형 내부에 고압으로 주입해 일정한 형상의 제품을 찍어내는 데 쓰이는 정밀 금속 틀입니다. 보통 강철(특수강, SKD61, H13 등)로 제작되며, 수만~수십만 번의 반복 주입에도 견딜 수 있도록 설계됩니다.

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2. 사출금형 제작 전체 공정 순서

사출금형은 단순히 CAD로 설계한 후 만들어지는 것이 아닙니다. 각각의 단계가 세밀하게 분리되어 있으며, 전체 제작에는 최소 3~5주, 복잡한 경우 수개월이 소요될 수 있습니다.

단계	세부 작업
1. 제품 설계 검토	제품의 형상, 수축률, 언더컷 등을 고려해 금형화 가능성 검토
2. 금형 구조 설계	냉각 라인, 게이트 위치, 이젝터 설계 등 포함한 금형 CAD 설계
3. 가공용 3D 모델링	CAM 소프트웨어로 가공용 데이터 생성 (예: Mastercam, NX 등)
4. 소재 준비 및 가공	금형강 블록 준비 → CNC, 방전가공, 밀링 등으로 형상 가공
5. 조립 및 시운전	캐비티, 코어, 가이드핀, 슬라이드 등 정밀 조립 및 윤활
6. 금형 시제품 사출	T0 샘플 사출 → 결함 분석 (기포, 수축, 웰드라인 등)
7. 수정 및 완성	설계 변경 및 금형 보정 후 양산 투입

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3. 사출금형 주요 부품 구성

금형은 크게 고정측(고정판)과 이동측(가동판)으로 나뉘며, 내부에는 다양한 정밀 부품들이 존재합니다.

부품명	기능
캐비티(Cavity)	제품 외형 형성, 고정측에 위치
코어(Core)	내부 형상 형성, 이동측에 위치
슬라이드(Slide)	언더컷 해소를 위한 측면 가동 부품
이젝터핀	냉각 후 제품을 밀어내는 핀
러너/게이트	용융 플라스틱이 금형에 유입되는 통로
냉각채널	금형 내부 냉각수 흐름 통로로 냉각 시간 단축

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4. 사출금형 제작에 사용되는 주요 설비

1) CNC 머시닝센터 (CNC MCT)

• 고속 회전으로 금형 강재를 정밀 절삭하는 기계
• 3축 또는 5축 기계가 일반적이며, 오차 범위 ±0.005mm 수준

2) 방전가공기(EDM)

• 전극을 사용해 전기 에너지로 미세한 형상을 태워내는 방식
• 복잡한 형상, 깊은 캐비티, 각진 모서리 가공에 유리

3) 연삭기(Grinder)

• 마무리 정밀도를 높이기 위한 평면 가공용 기계
• 캐비티면이나 가이드 부위를 정밀하게 마감 처리

4) 선반/밀링 머신

• 코어핀, 가이드 부품 등의 원형 또는 평면 부품 가공에 사용

5) CAD/CAM 소프트웨어

• 3D 모델링(CAD), 가공 경로 생성(CAM), 시뮬레이션 수행
• 대표 프로그램: SolidWorks, UG NX, Mastercam

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5. 금형 사출 시 품질 문제와 대응

사출금형은 초기 설계·가공·시운전까지 모든 단계에서 정밀도가 요구됩니다. 대표적인 품질 이슈는 다음과 같습니다.

품질 문제	원인 및 대응
웰드라인	게이트 위치 수정 또는 유속 조절
기포(Bubble)	사출압력, 온도 조정 / 배기 불량 점검
수축 자국	냉각 시간 증가 / 러너 설계 변경 필요
밀림(Mismatch)	가동/고정측 정렬 오차, 클램프 압력 확인

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6. 국내외 금형 산업 동향과 전망

• 국내 금형 수출 규모: 2023년 기준 약 22억 달러, 세계 5위권 (KOTRA 자료)
• 주요 수출국: 미국, 멕시코, 중국, 독일 등
• 전망: 전기차 부품, 정밀 의료기기, 스마트폰 부품 등 소형·고정밀 금형 수요 증가
• 스마트금형 도입 확대: 내장 센서로 온도, 압력 실시간 모니터링 가능 → 불량률 감소 효과

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요약 정리

• 사출금형은 제품을 찍어내는 정밀 금속 틀로, 설계~시운전까지 다단계 공정 필요
• 금형 제작에는 CNC, EDM, CAM 소프트웨어 등 다양한 설비와 기술이 투입됨
• 실무에서는 설계 정확성과 냉각, 이젝션 구조, 유지보수성까지 고려한 설계가 중요
• 금형 품질은 제품 불량률에 직접 영향을 미치므로 시제품 단계 검증 필수