스택 몰드와 탠덤 몰드 및 큐브 몰드

왜 배우는가: 스택 금형, 탠덤 금형, 큐브 금형은 생산성과 금형 구조를 함께 묻는 개념이라 시험에서 반복해 나온다. 세 금형의 차이를 정확히 구분해야 답안에서 감점을 피할 수 있다. 실무에서는 한 금형의 성형품 수를 늘리거나 다단 구조를 검토할 때 이 방식들을 고려한다.

출제 이력: 제136회 3교시 3번, 제120회 4교시 6번, 제108회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

스택 금형은 하나의 금형 안에서 캐비티를 상하로 적층하여 한 번의 사출 사이클에 여러 성형품을 얻는 다단 금형이다.

스택 금형, 탠덤 금형, 큐브 금형은 모두 한 번의 형체 동작으로 여러 개의 성형품을 얻는 다수 캐비티 방식의 금형이다. 세 금형을 구분하는 기준은 캐비티가 어느 방향으로 배열되고 파팅면이 어떻게 나뉘는가이다. 캐비티를 높이 방향으로 쌓으면 스택 금형, 한 줄로 늘어놓으면 탠덤 금형, 회전 블록의 여러 면에 배치하면 큐브 금형으로 분류한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 스택 금형: 캐비티를 상하로 쌓은 다단 금형이다.
• 탠덤 금형: 캐비티 군을 직렬로 배치해 순차 성형하는 금형이다.
• 큐브 금형: 중앙 블록을 회전시켜 성형 위치를 바꾸는 금형이다.
• 다단 파팅 구조: 파팅면을 둘 이상 배치한 구조이다.
• 중간 플레이트: 양면에 캐비티를 갖는 가동 판이다.
• 회전 큐브: 큐브 금형의 중앙 블록을 수직축으로 돌리는 장치이다.
• 순차 성형: 캐비티 위치를 바꿔 가며 한 사이클 안에서 차례로 성형하는 방식이다.

2. 개념 풀이

스택 금형은 사출금형의 특수 형식으로, 한 금형 안에 파팅면을 둘 이상 두고 그 사이에 캐비티를 층층이 쌓은 구조이다. 한 번의 형체 동작으로 여러 층의 성형품을 동시에 얻으므로 사출기 한 대의 생산성을 높이는 것이 목적이다. 일반 2매 금형이 파팅면 하나로 성형품을 꺼내는 것과 달리, 스택 금형은 파팅 구조가 다단으로 되어 있다는 점이 본질적 차이이다.

스택 금형의 핵심은 파팅면을 여러 개 두어 한 사이클에 여러 캐비티를 성형하는 데 있다. 중간 플레이트의 양면에 캐비티를 두면 형개 때 두 파팅면이 동시에 열리므로 성형품이 양쪽에서 함께 분리된다. 이때 금형이 받는 형체력은 모든 캐비티의 투영 면적을 합한 값으로 계산해야 하며, 이 값이 사출기의 형체력을 넘지 않도록 설계한다.

스택 금형의 동작은 다음 순서로 진행된다.

• 형체 동작으로 모든 파팅면이 닫히고 각 층의 캐비티에 용융 수지가 충전된다.
• 냉각이 끝나면 모든 파팅면이 함께 열리면서 층별 성형품이 분리된다.
• 이젝팅 장치가 층마다 성형품을 밀어내어 취출하고, 다음 사이클을 시작한다.

금형을 설계할 때는 층마다 용융 수지가 같은 압력과 온도에서 충전되도록 러너 길이와 게이트 위치를 맞춘다. 층이 다르면 충전 시간이 달라져 성형품의 치수와 외관이 층별로 달라지므로, 이 균형이 설계의 핵심 점검 항목이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 다단 파팅 구조는 파팅면을 상하로 둘 이상 배치한 구조로, 스택 금형의 기본 골격이다. 파팅면마다 성형품이 나뉘어 나오므로 파팅 위치 설계가 취출 방식을 결정한다.
• 중간 플레이트는 양면에 캐비티를 갖는 가동 판이다. 수지를 공급하는 러너 경로를 함께 배치하는 경우가 많아 금형 평면 면적의 증가를 줄인다.

탠덤 금형과 큐브 금형은 한 금형 안에서 성형 위치를 바꾸어 가며 순차 성형한다는 점에서 공통된다. 스택 금형은 위치를 바꾸지 않고 여러 층을 동시에 채운다는 점에서 다르다.

탠덤 금형은 캐비티 군을 직렬로 배치하여 한 사이클 안에서 순차적으로 성형하는 방식이다. 서로 다른 재료를 연속으로 사출하는 다색·다재료 성형에 쓰이는 것이 대표적인 용도이다. 스택 금형이 캐비티를 층으로 쌓는 것과 달리, 탠덤 금형은 캐비티를 한 줄로 늘어놓는다는 점이 구분 기준이다. 각 군의 성형 조건이 다르므로 재료 사이의 접합면 접착력과 냉각 상태를 함께 관리해야 한다.

큐브 금형은 회전 큐브 금형 또는 적층 회전 성형이라고도 불린다. 중앙의 가동 블록을 수직축으로 돌려 성형 위치를 바꾸는 방식이며, 이 방식은 원형 부품을 성형하는 데 적합하다. 큐브 금형의 가동 블록은 90° 또는 180° 회전하여 성형품을 다음 파팅면 위치로 옮긴다.

큐브 금형의 공정은 다음 순서로 진행된다.

• 첫 번째 파팅면의 캐비티에서 최초 성형을 수행한다.
• 금형이 완전히 열리면 성형품이 가동 블록 쪽에 남고, 블록을 90° 또는 180° 돌려 두 번째 파팅면 위치로 옮긴다.
• 금형이 다시 닫히면 두 번째 파팅면의 캐비티에 다음 재료를 사출한다.
• 네 번째 사이클에서 완성된 성형품을 취출한다.

큐브 금형은 충전, 냉각, 취출을 병렬로 진행하여 사이클 시간을 줄인다.

3. 등장 배경과 필요성

사출성형의 생산성은 사이클 타임과 한 번의 사출에서 얻는 성형품 수로 결정된다. 성형품 수를 늘리는 가장 일반적인 방법은 캐비티 수를 늘리는 것이다. 그러나 캐비티를 한 평면에 모두 배치하면 금형 크기와 러너 길이가 함께 커지고, 충전 균형을 맞추기 어려워진다.