금형 기초

금형을 모르면 불량 원인을 평생 못 찾습니다

사출 현장에 들어오면 처음 배우는 건 대개 성형 조건이에요. 온도 올려라, 압력 낮춰라, 시간 늘려라. 그런데 조건을 아무리 만져도 안 잡히는 불량이 있습니다. 웰드라인, 캐비티마다 다른 중량, 특정 자리에만 나는 버, 매번 같은 곳에 생기는 싱크마크.

이건 조건 문제가 아니라 금형 구조 문제예요. 구조를 알면 "조건으로 잡을 수 있는 것"과 "금형을 고쳐야 하는 것"이 구분됩니다. 그 구분이 되는 순간, 하루 종일 조건만 만지다 퇴근하는 일이 없어져요.

부울경은 자동차 부품 2·3차 벤더와 가전 사출업체가 몰려 있습니다. 대부분 원청이 금형을 지급(사급)하고 협력사가 성형만 하는 구조라, 금형을 마음대로 뜯을 수도 없어요. 그래서 더더욱 "구조를 읽고 원인을 지목하는 능력"이 필요합니다.

1. 금형은 두 덩어리로 갈라집니다

사출 금형은 고정측과 가동측 두 덩어리로 나뉘고, 그 사이가 벌어졌다 닫히면서 제품이 나옵니다. 갈라지는 면이 파팅라인(PL) 이에요.

> 제품은 반드시 가동측(코어)에 붙어서 열려야 합니다. 이젝터가 가동측에만 있기 때문이에요. 고정측에 붙어 버리면 뽑아낼 장치가 없어 제품이 금형에 남고, 그 상태로 다음 형체가 걸리면 금형이 깨집니다. 그래서 고정측은 매끄럽게, 가동측은 붙잡는 형상(구배 작게, 언더컷 미세하게)으로 설계해요.

 사출기 노즐
     │
     ▼
 [로케이트링] ─ [스프루 부시]         ← 고정측 (Cavity)
     │
     ▼  스프루 (세로 통로)
   러너 ──┬── 게이트 ──▶ 캐비티 ─┐
   (가로) │                       │   ← 파팅라인 PL
          └── 게이트 ──▶ 캐비티 ─┘
                                  │
                    코어 + 이젝터 핀      ← 가동측 (Core)
                                  │
                              제품 낙하

캐비티와 코어라는 말이 헷갈리는데, 단순합니다.

• 캐비티(cavity) = 움푹 팬 쪽. 제품의 바깥 모양을 만듭니다
• 코어(core) = 튀어나온 쪽. 제품의 속 모양(구멍, 안쪽 벽) 을 만듭니다

컵을 생각하면 쉬워요. 컵 바깥면은 캐비티가, 컵 안쪽 빈 공간은 코어가 만듭니다. 둘 사이의 틈이 곧 제품 살두께입니다.

2. 수지가 흘러가는 길 — 스프루·러너·게이트

녹은 수지는 노즐에서 나와 세 단계를 거쳐 제품 자리로 들어갑니다.

게이트를 왜 일부러 좁게 만드나요? 세 가지 이유가 있습니다.

1. 좁은 곳을 빠르게 통과하면서 전단열로 수지가 다시 뜨거워져 잘 흐릅니다
2. 게이트가 먼저 굳어야 역류가 막히고 보압이 제대로 걸립니다
3. 제품과 러너를 떼어내기 쉽습니다

콜드러너 vs 핫러너

> 핫러너 금형에서 특정 캐비티만 미성형이 나면 성형 조건보다 그 노즐의 히터·열전대를 먼저 의심하세요. 온도가 낮은 노즐 하나가 그 캐비티만 못 채웁니다.

3. 게이트 위치가 제품 품질의 절반입니다

여기가 이 차시의 핵심이에요. 게이트를 어디에 뚫느냐가 웰드라인 위치와 충전 균형을 결정합니다. 그리고 이건 금형을 다시 만들기 전에는 못 바꿉니다.

웰드라인이 생기는 원리

흐르던 수지가 구멍, 보스, 인서트, 리브 같은 장애물을 만나면 좌우로 갈라집니다. 갈라진 두 흐름은 장애물 뒤에서 다시 만나요. 그런데 만나는 순간, 두 흐름의 선단은 이미 금형 벽에 닿아 식어 있고 표면에 얇은 껍질(스킨)이 생긴 상태입니다.

 게이트 ▶ ══════╗           ╔══════▶
                ║  ○ 구멍   ║
                ╚═══════╦═══╝
                        ↑
             두 흐름이 만나는 자리 = 웰드라인

  · 선단은 이미 식음 → 분자가 서로 얽히지 못함
  · 흐름 앞쪽 공기와 휘발분이 그 자리에 갇힘
  · 겉으로는 가는 선, 속으로는 강도 저하

웰드라인은 보기 싫은 선이 아니라 강도 결함입니다.

• 유리섬유 강화 수지(PA6-GF30 등)는 특히 심각합니다. 섬유가 흐름 방향으로 배열되는데, 합류면에서는 섬유가 면을 가로지르지 못해요. 합류부 강도가 모재 대비 크게 떨어집니다.
• 착색제·펄 안료가 들어간 수지는 합류면에서 색이 다르게 보입니다
• 나사 체결부, 하중 걸리는 리브 근처에 웰드라인이 오면 사용 중 크랙으로 이어집니다

대책은 세 층위로 나뉩니다

> 웰드라인을 없앨 수는 없고 위치를 옮길 수만 있습니다. 그래서 설계 단계에서 "웰드라인이 반드시 생긴다면 어디에 두는 게 가장 덜 위험한가"를 정해요. 눈에 안 띄고 하중 안 걸리는 자리로 보냅니다.

충전 불균형 — 게이트가 만드는 또 하나의 문제

수지는 게이트에서 가까운 곳부터, 두꺼운 곳부터 채웁니다. 그래서 흐름 거리(flow length)가 다르면 채워지는 시점이 달라져요.

• 한 제품 안에서 불균형 → 먼 쪽에 미성형(쇼트샷), 가까운 쪽에 과충전으로 버(플래시)
• 다캐비티 금형에서 불균형 → 캐비티마다 제품 중량이 다름

다캐비티 금형은 러너를 자연 밸런스(H형·대칭 배치) 로 짜는 게 원칙입니다. 모든 캐비티까지의 유로 길이를 똑같이 만드는 거예요. 공간이 안 나와 비대칭으로 짜면 인공 밸런스(먼 쪽 러너를 굵게)로 맞추는데, 이건 조건이 바뀌면 다시 어긋납니다.

캐비티 밸런스 점검 — 숏샷 테스트

가장 확실한 진단법이에요. 사출량을 일부러 줄여 덜 채워진 제품을 뽑아 보면 어디가 먼저 채워지는지 눈으로 보입니다.

[숏샷 테스트 절차]
1) 보압 0, 사출량을 정상의 50% 로 낮춰 성형
2) 60% → 70% → 80% → 90% 로 단계별로 올리며 각 단계 제품 보관
3) 캐비티별로 나란히 놓고 채워진 정도를 비교

[4캐비티 금형 중량 편차 판정 예]
캐비티 1 : 24.6 g
캐비티 2 : 25.1 g
캐비티 3 : 25.0 g
캐비티 4 : 23.8 g          ← 눈에 띄게 가벼움

평균 = (24.6 + 25.1 + 25.0 + 23.8) / 4 = 24.625 g
최대 편차 = (25.1 - 23.8) / 24.625 x 100 = 5.3 %

→ 통상 관리 목표는 캐비티 간 편차 2~3% 이내
→ 5.3% 는 러너·게이트 불균형 또는 4번 게이트 막힘 의심

캐비티 4번만 계속 가벼우면 조건이 아니라 그 캐비티의 게이트 단면이 좁거나 막혔거나, 벤트가 막혀 가스가 안 빠지는 겁니다.

4. 이젝터 — 뽑아내는 장치

굳은 제품을 코어에서 밀어내는 장치입니다. 사출기의 이젝터 로드가 이젝터 플레이트를 밀면, 거기 꽂힌 핀들이 제품을 밀어내요.

핀 위치의 원칙

• 살이 두꺼운 곳, 리브·보스 바로 밑에 놓습니다. 얇은 면을 밀면 뚫리거나 백화(흰 자국)가 생겨요
• 균등하게 배치합니다. 한쪽만 밀면 제품이 기울며 빠지다 변형됩니다
• 외관면에는 놓지 않습니다. 이젝터 자국은 반드시 남아요

빼기 구배(draft) 도 이젝터와 한 세트입니다. 코어에 수직 벽이 있으면 아무리 밀어도 안 빠지거나 긁혀요. 최소 0.5~1도, 시보(텍스처) 면은 더 크게 잡습니다. 시보가 깊을수록 필요한 구배가 커져요.

> 신입이 가장 많이 겪는 게 제품이 안 빠져 라인이 서는 상황입니다. 이때 드라이버로 쑤셔 빼는 건 절대 금지예요. 코어면이 긁히면 그 자국이 이후 모든 제품에 전사되고, 그때부터 금형 연마 공사입니다.

5. 냉각수로 — 사이클 타임의 주인

사출 사이클은 대체로 충전 → 보압 → 냉각 → 형개·취출 순인데, 이 중 냉각이 가장 긴 구간입니다. 냉각을 1초 줄이면 그 금형으로 만드는 모든 제품의 원가가 내려가요.

[사이클 타임 구성 예 — 살두께 2.5mm, PP]
형폐        1.0 초
사출·보압   3.5 초
냉각       14.0 초        ← 여기가 가장 큼
형개·취출   3.0 초
─────────────────
합계       21.5 초

냉각을 12.0 초로 2초 단축하면 → 19.5 초
연 20만 개 생산 시  200,000 x 2 초 = 400,000 초 ≈ 111 시간 절감

수로 설계의 기본

코어 쪽이 항상 문제입니다. 캐비티는 넓은 판이라 수로를 넉넉히 파지만, 코어는 좁고 깊은 돌출부라 물길을 넣기 어려워요. 그래서 코어가 더 뜨겁고, 뜨거운 코어에 제품이 더 잘 달라붙습니다. 좁은 코어에는 배플(칸막이) 이나 버블러(분수형 관) 를 넣어 물을 억지로 돌립니다.

현장 점검 포인트

• 입·출구 온도차가 3도 이내인지 (차이가 크면 유량 부족)
• 금형 온조기 설정과 실제 금형 표면온도가 맞는지 (표면온도계로 확인)
• 수로가 스케일·녹으로 막히지 않았는지 — 오래된 금형의 고질병입니다. 냉각 불균일 → 변형·휨으로 나타나요

6. 슬라이드 — 옆으로 걸린 형상 처리

금형은 위아래로만 열립니다. 그런데 제품에 옆으로 튀어나온 구멍이나 후크가 있으면 그대로는 못 빼요. 이걸 언더컷이라고 합니다.

> 슬라이드 사고는 금형을 깨뜨립니다. 슬라이드가 덜 후퇴한 상태에서 형폐가 걸리거나, 슬라이드에 붙은 제품 조각이 끼인 채 닫히면 로킹 블록이나 앵귤러 핀이 부러져요. 수리비도 크지만 라인이 며칠 섭니다. 슬라이드 금형은 형개 시 슬라이드가 끝까지 후퇴했는지, 미끄럼면에 윤활이 되어 있는지를 매 교체마다 확인하세요.

7. 불량과 금형 원인 대조표

첫 달 체크리스트

• 내가 돌리는 금형이 몇 캐비티인지 안다
• 게이트 종류와 위치를 제품에서 짚을 수 있다
• 웰드라인이 어디에 생기는지 제품에서 찾을 수 있다
• 파팅라인·이젝터 자국을 제품에서 구분할 수 있다
• 냉각수 입·출구 호스 연결 순서를 안다
• 슬라이드가 있는 금형인지 없는 금형인지 안다
• 제품이 안 빠질 때 드라이버로 쑤시지 않는다
• 캐비티별 중량을 재본 적이 있다

프레스 금형은 결국 "칼"입니다

사출 금형이 붕어빵 틀이라면, 프레스 금형은 가위이자 도장이에요. 판재를 자르고, 뚫고, 구부리고, 늘입니다.

부울경에서 프레스는 어디에나 있습니다. 자동차 차체 패널과 브래킷, 조선기자재 보강판, 가전 판금, 건설기계 커버. 문제는 프레스가 국내 제조 재해에서 손 끼임·절단 사고의 대표 설비라는 점이에요. 구조를 모르면 위험한 조작을 위험한 줄 모르고 합니다.

그리고 하나 더. 프레스 금형은 "클리어런스"라는 눈에 안 보이는 틈 하나가 제품 품질과 금형 수명을 동시에 결정합니다. 이 차시의 절반은 그 틈 이야기예요.

1. 상형과 하형 — 다이세트가 뼈대입니다

        [프레스 슬라이드]
              │  생크(shank)
        ┌─────┴─────┐
        │ 상형 홀더   │
        │ 백킹 플레이트│   ← 펀치가 홀더를 파고드는 것을 막음
        │ 펀치 플레이트│   ← 펀치와 파일럿 핀이 함께 꽂힘
        │   ▼ 펀치    │
        │  스트리퍼    │   ← 판재를 눌러주고, 펀치에서 벗겨냄
        └─────────────┘
   ══════ 판재(스트립) ══════
        ┌─────────────┐
        │  다이 플레이트│   ← 구멍이 뚫려 있음
        │  하형 홀더    │
        └─────────────┘
        [볼스터 / 프레스 테이블]

   ‖ 가이드 포스트 ‖   ← 네 귀퉁이에서 상·하형 중심을 맞춤

각 부품이 왜 있는지 이유를 알아야 합니다.

> 스톱퍼와 파일럿 핀은 붙는 자리가 다릅니다. 스톱퍼는 하형에 고정되어 스트립을 대략의 위치에서 멈춰 세우고, 파일럿 핀은 상형(펀치 플레이트)에 꽂혀 슬라이드와 함께 내려오면서 앞 공정에서 뚫어둔 구멍에 들어가 위치를 정밀하게 잡아줍니다. 거친 위치잡이는 하형, 정밀 위치잡이는 상형이 한다고 기억하세요.

> 스트리퍼는 두 가지 일을 합니다. 하나는 이름 그대로 펀치에서 판재를 벗기는 것, 또 하나는 절단 직전에 판재를 눌러 붙잡는 것입니다. 눌러주는 힘이 있으면 전단면이 깨끗해지고 제품 변형이 줄어요. 그래서 정밀 부품에는 스프링이나 우레탄으로 강하게 누르는 가동 스트리퍼를 씁니다.

2. 프레스 가공 4가지 — 무엇이 제품인지 헷갈리지 마세요

부수 공정도 같이 나옵니다. 트리밍(성형 후 가장자리 정리), 노칭(가장자리 일부 절결), 셰이빙(전단면을 얇게 다시 깎아 매끈하게), 파인블랭킹(전 두께가 광택 전단면인 초정밀 전단).

> 블랭킹과 피어싱은 물리적으로 똑같은 전단입니다. 다른 건 "떨어진 게 제품이냐, 남은 게 제품이냐"뿐이에요. 이게 다음 절의 치수 계산을 완전히 뒤집습니다.

3. 클리어런스가 전단면을 결정합니다

클리어런스는 펀치와 다이 사이의 편측 틈입니다.

클리어런스(편측) = (다이 구멍 치수 - 펀치 치수) / 2

관리는 판두께 t 에 대한 % 로 합니다.

전단면은 네 층으로 나뉩니다

펀치가 판재를 자를 때 위에서 아래까지 한 번에 잘리는 게 아니에요. 눌리다가, 밀려 잘리다가, 결국 찢어집니다.

     펀치 ↓
 ────────────┐
             │  ① 처짐(롤오버)   눌려 둥글게 말린 부분
             │  ② 전단면(광택)   다이와 스치며 매끈하게 밀린 면
             │  ③ 파단면(거침)   결국 찢어진 면
             │  ④ 버(burr)      반대편 모서리에 삐죽 남음
 ────────────┘
     다이

이 네 층의 비율이 곧 클리어런스의 성적표입니다. 제품을 잘라 단면을 보면 클리어런스가 맞는지 바로 알 수 있어요.

버가 커졌다 = 클리어런스가 벌어졌다 = 날끝이 마모됐다. 이 연결이 프레스 금형 관리의 출발점입니다. 그래서 현장 관리 지표를 버 높이로 잡아요.

재질별 클리어런스 기준

두꺼운 판일수록 % 도 큰 쪽을 씁니다. 최종 값은 반드시 금형 사양서와 실제 시타 결과로 확정하세요.

실제 치수 계산 — 여기서 신입이 반드시 한 번 틀립니다

[조건] 판재 SPHC t = 2.0 mm, 편측 클리어런스 6%
      편측 클리어런스 = 2.0 x 0.06 = 0.12 mm

■ 블랭킹 (오려낸 조각이 제품) → 다이를 제품 치수로
   다이 구멍  = 50.00 mm      ← 제품 치수 그대로
   펀치       = 50.00 - (0.12 x 2) = 49.76 mm

■ 피어싱 (뚫린 구멍이 제품) → 펀치를 제품 치수로
   펀치       = 20.00 mm      ← 구멍 치수 그대로
   다이 구멍  = 20.00 + (0.12 x 2) = 20.24 mm

기억법 : "제품이 되는 쪽에 치수를 주고, 클리어런스는 반대쪽에 준다"

이걸 거꾸로 하면 블랭킹 제품이 0.24mm 작게, 피어싱 구멍이 0.24mm 크게 나옵니다. 금형을 다 만든 뒤에 발견되는 실수라 손실이 커요.

전단 하중 — 프레스 능력을 정하는 계산

P = L x t x τ

  L = 전단 길이 (잘리는 윤곽의 총 길이, mm)
  t = 판두께 (mm)
  τ = 전단저항 (N/mm²) ≈ 인장강도의 0.7~0.8 배

[예] SPHC t2.0, φ50 블랭킹, τ ≈ 300 N/mm² 로 가정
  L = π x 50 = 157.1 mm
  P = 157.1 x 2.0 x 300 = 94,260 N ≈ 9.6 tonf

여기에 더해야 하는 것
  스트리핑력  : 전단하중의 약 5~20%   → 약 1.9 tonf
  합계        : 약 11.5 tonf
  안전율 1.3  : 약 15 tonf
→ 최소 20톤급 프레스 선정

※ τ 값은 재질·로트에 따라 달라집니다. 밀시트의 인장강도로
   그때그때 환산하고, 회사 표준값을 따로 정해 두세요.

하중을 줄이는 방법도 알아두세요. 펀치 날끝에 전단각(셰어각) 을 주면 한 번에 다 잘리지 않고 순차적으로 잘려 최대 하중이 떨어집니다. 단, 각을 준 쪽이 휘므로 스크랩이 되는 쪽에 각을 주는 것이 원칙이에요.

4. 벤딩 — 스프링백과 전개 길이

스프링백

구부렸다 힘을 빼면 탄성 성분만큼 되돌아옵니다. 90도로 눌렀는데 92도가 나오는 현상이에요.

대책

• 오버벤딩 — 되돌아올 만큼 더 구부림. 가장 흔한 방법
• 보텀잉·코이닝 — 굽힘부를 강하게 눌러 소성변형을 확실히 줌
• 굽힘 반경을 작게

> 같은 금형인데 로트가 바뀌자 각도가 틀어지는 일이 흔합니다. 금형이 아니라 재료 강도가 달라진 것이에요. 프레스 금형 트러블의 상당수가 여기서 시작합니다. 각도 이상이 나면 재료 시험성적서(밀시트)부터 확인하세요.

최소 굽힘 반경과 압연 방향

굽힘 반경이 너무 작으면 바깥쪽이 늘어나다 터집니다. 그리고 판재에는 압연 방향(결)이 있어요.

> 굽힘선은 압연 방향과 직각이 되게 잡습니다. 결과 나란하게 구부리면 균열이 잘 생겨요. 큰 블랭크에서 여러 방향으로 굽히는 부품은 레이아웃 단계에서 결 방향을 지정해야 합니다.

전개 길이 계산

L = A + B + BA          (A, B는 접선까지의 직선 구간)

BA = θ(rad) x (R + K x t)      K = 중립축 계수(대략 0.33~0.45)

[예] t = 2.0, 내측 R = 2.0, 90도 굽힘, K = 0.4
  θ = π/2 = 1.5708 rad
  BA = 1.5708 x (2.0 + 0.4 x 2.0)
     = 1.5708 x 2.8
     = 4.40 mm

A = 30.0, B = 20.0 이면
  전개 길이 L = 30.0 + 20.0 + 4.40 = 54.40 mm

K값은 재질·공법에 따라 달라집니다. 첫 로트에서 실측해 회사 표준값을 만들어 두는 것이 실무예요.

5. 드로잉 — 주름과 파단 사이

평판을 컵으로 만드는 가공입니다. 블랭크 홀더로 판재 둘레를 눌러가며 펀치가 다이 안으로 밀어 넣어요.

드로잉률(한계 드로잉비) = 블랭크 지름 / 펀치 지름

1차 드로잉의 실용 한계는 대략 1.8~2.0
그 이상은 재드로잉으로 나눕니다.

[예] 블랭크 φ100 → 펀치 φ40 컵을 만들려면
  100 / 40 = 2.5   ← 1차로는 불가
  1차 : φ100 → φ55 (비 1.82)
  2차 : φ55  → φ40 (비 1.38)

> 드로잉은 홀더력과 윤활이 전부라고 해도 과언이 아니에요. 주름과 파단은 반대 방향의 대책이라, 조정이 한쪽으로 치우치면 곧바로 반대 불량이 납니다. 좁은 창을 찾는 작업이에요.

6. 순차이송(프로그레시브) 금형

한 금형 안에 여러 스테이션을 두고, 판재(스트립)를 한 피치씩 보내며 단계별로 가공해 마지막에 제품이 떨어지는 방식입니다.

> 프로그레시브 금형에서 미스피드 감지를 꺼놓고 돌리는 것은 금형을 걸고 도박하는 것과 같습니다. 스크랩 한 조각이 다이 위에 남은 채 슬라이드가 내려오면 수천만 원짜리 금형이 그 한 타에 깨집니다.

부울경에서는 소형 부품 대량 생산이면 프로그레시브, 대형 차체 패널이면 탠덤·트랜스퍼 라인으로 나뉩니다.

7. 안전 — 프레스는 손이 잘리는 설비입니다

> 프레스에서 손이 잘리는 상황은 대부분 "소재가 삐뚤어져서 손으로 살짝 고치려던 순간" 입니다. 그 순간을 없애는 게 안전관리예요. 이송 불량이 반복되면 손으로 고치지 말고 가이드·스톱퍼를 손보세요. 반복되는 수작업 개입 자체가 위험 신호입니다. > > 외국인 근로자가 프레스를 조작하는 사업장이 많습니다. 작업 지시는 말이 아니라 그림과 실제 시연으로 하고, 방호장치 사용법은 반드시 직접 해보게 한 뒤 확인하세요.

체크리스트

• 내 금형이 블랭킹인지 피어싱인지 구분한다 (어느 쪽이 제품인지)
• 버가 커지면 클리어런스가 벌어진 것임을 안다
• 제품 단면의 처짐·전단면·파단면·버를 눈으로 구분할 수 있다
• 스트리퍼와 가이드 포스트의 역할을 설명할 수 있다
• 스톱퍼는 하형, 파일럿 핀은 상형이라는 것을 안다
• 벤딩 각도 이상 시 재료 로트부터 확인한다
• 미스피드 센서를 끄고 운전하지 않는다
• 금형 교체 시 안전블록을 넣는다
• 소재를 손으로 고치는 상황이 반복되면 보고한다

금형은 설비가 아니라 "재고 자산"입니다

금형 한 벌은 작게는 수천만 원, 자동차 대형 부품이면 수억 원입니다. 그런데 많은 현장에서 금형은 창고 구석에 쌓인 쇳덩어리로 취급돼요. 누적 타수도 모르고, 마지막 정비가 언제인지도 모르고, 다음에 꺼냈을 때 녹슬어 있으면 그때부터 급하게 연마를 맡깁니다.

부울경 협력사에는 구조적 사정이 하나 더 있어요. 금형이 원청 자산(지급·사급 금형) 인 경우가 많습니다. 소유는 원청, 보관과 관리 책임은 협력사예요. 반환 시점에 정도 검사를 받고, 관리 부실이 확인되면 책임 문제가 생깁니다. 내 것이 아니어서 대충 관리하는 게 아니라, 내 것이 아니어서 더 기록으로 남겨야 하는 상황입니다.

관리의 핵심은 딱 세 가지예요. 몇 타 쳤는지 안다. 언제 무엇을 점검할지 정해두고 지킨다. 쓸 때보다 안 쓸 때를 더 신경 쓴다.

1. 타수 관리(쇼트 카운트)가 모든 관리의 출발점

금형 관리에서 시간(개월)은 의미가 별로 없습니다. 하루 100타 치는 금형과 5,000타 치는 금형을 같은 주기로 정비할 수는 없어요. 기준은 타수입니다.

두 개의 카운터를 관리하세요.

물리적 방법은 세 가지입니다.

• 기계식 카운터 — 금형에 직접 부착. 가장 확실하고 값도 쌉니다. 지급금형이라 부착 승인이 필요하면 원청에 요청하세요
• 설비 신호 연동 — 사출기·프레스의 사이클 신호를 받아 MES에 기록. 금형 교체 시 어느 금형인지 지정해야 함
• 생산 실적 환산 — 생산 수량 ÷ 캐비티 수. 가장 부정확하지만 아무것도 없는 것보다는 낫습니다

> 불량품과 시타(트라이) 타수도 타수입니다. 생산 수량으로만 환산하면 실제 타수보다 항상 적게 잡혀요. 특히 시타를 많이 하는 신규 금형은 차이가 큽니다.

보증 타수와 설계 수명

금형 발주 계약서에는 대개 보증 타수가 명시됩니다. 재질과 사양에 따라 급이 나뉘어요.

정확한 수치는 금형별 사양서를 따르세요. 중요한 건 숫자 자체가 아니라 "내 금형의 보증 타수를 알고, 지금 몇 %를 썼는지 안다" 는 것입니다.

> 유리섬유 강화 수지(GF)는 금형을 갈아냅니다. 섬유가 사포처럼 게이트와 유로를 마모시켜요. 같은 금형강이라도 GF30 소재를 쓰면 수명이 크게 짧아집니다. 소재가 바뀌었는데 정비 주기를 그대로 두면 어느 날 갑자기 게이트가 커져 버가 나기 시작해요.

2. 점검 주기 — 3단계로 나눕니다

일상 점검 — 5분이면 끝납니다

사출 금형

• 파팅면에 이물·수지 잔류물이 없는가 (여기 이물이 끼면 파팅면이 찍힙니다)
• 가스벤트가 막히지 않았는가 — 탄 자국·검댕이 쌓임
• 냉각수 누수·호스 균열
• 이젝터 동작음이 매끄러운가, 걸리는 소리가 없는가
• 슬라이드 미끄럼면에 윤활이 되어 있는가
• 형체 시 이상음(금속 부딪히는 소리)이 없는가

프레스 금형

• 버 높이가 관리 기준 이내인가 (제품에서 바로 확인 가능한 최고의 지표)
• 펀치 날끝 치핑, 스트리퍼 스프링 절손
• 스크랩 배출이 막히지 않았는가
• 가이드 포스트 윤활, 유격
• 파일럿 핀 마모

정기 정비 — 타수를 트리거로

주기는 회사가 정하되, 반드시 타수 기준으로 문서화하세요. "가끔 본다"는 관리가 아닙니다.

프레스 재연마 — 잔여 여유를 계산해 두세요

프레스 금형에서 가장 계획적으로 관리해야 하는 게 재연마입니다. 날끝이 무뎌지면 버가 커지고, 연마하면 다시 예리해져요. 다만 연마할 때마다 펀치가 짧아집니다.

[피어싱 펀치 잔여 수명 계산 예]

초기 유효 길이            30.0 mm
1회 연마량                 0.2 mm
설계상 허용 총 연마량      4.0 mm
→ 재연마 가능 횟수 = 4.0 / 0.2 = 20 회

실적상 버 높이 0.08mm 도달까지 평균 8만 타
→ 이 펀치의 실질 총수명 = 80,000 x 20 = 160만 타 (보수적 추정)

예비 펀치 발주 시점
  잔여 연마량 1.0mm (5회) 남았을 때 = 누적 120만 타 부근
  발주 리드타임 4주를 감안하면 그때 주문해야 라인이 안 섬

연마할 때마다 셧하이트가 달라집니다. 짧아진 만큼 심(shim)을 넣거나 프레스 셧하이트를 조정해야 해요. 그리고 그 조정값을 반드시 기록해야 합니다. 기록이 없으면 다음 사람이 처음부터 다시 맞춥니다.

3. 마모 부품 교체 기준 — "소모품 리스트"를 먼저 만드세요

금형 부품은 크게 영구 부품(캐비티·코어·다이 본체) 과 소모품으로 나뉩니다. 관리 대상은 소모품이에요.

교체 원칙은 하나입니다.

> "고장 나면 바꾼다"가 아니라 "타수에 도달하면 바꾼다." > > 특히 스프링이 그렇습니다. 스프링은 부러지기 전에 하중이 서서히 떨어져요. 그러다 스트리퍼가 제대로 안 눌러 판재가 딸려 올라가고, 그 상태로 슬라이드가 내려오면 금형이 깨집니다. 몇천 원짜리 부품이 수천만 원짜리 사고를 냅니다. 자유장이 초기 대비 일정 비율 이상 줄면 무조건 교체하는 기준을 세우세요.

예비품 재고를 두는 기준

• 리드타임이 긴 부품 (수입품, 특주품) — 반드시 재고
• 파손 시 라인이 멈추는 부품 — 최소 1세트
• 소모가 빠른 부품 (스프링, 이젝터 핀) — 정기 발주

부울경 협력사는 원청 납기 압박이 큽니다. 부품 하나 없어서 이틀 서는 것이 재고 비용보다 훨씬 비싸요.

4. 방청과 보관 — 해안 지역은 여기서 갈립니다

부산·울산·거제·창원·통영. 바다가 가깝습니다. 습도가 높고 공기 중 염분이 있어요. 금형 창고를 관리 안 하면 몇 달 만에 캐비티 표면에 점녹이 핍니다.

녹이 무서운 이유는 녹 자체가 아니라 그다음입니다. 캐비티 표면 녹은 제품 표면에 그대로 전사돼요. 그래서 연마해야 하고, 연마하면 치수가 변합니다. 정밀 부품이면 그 순간 금형 수명이 끝날 수도 있어요.

보관 기간별 처리

냉각수로가 진짜 문제입니다

금형을 내릴 때 냉각수를 빼지 않고 그냥 창고에 넣는 것이 가장 흔한 실수예요.

남은 물 → 수로 내벽 부식 → 녹·스케일 → 유로 단면 축소
      → 다음에 꺼내 쓸 때 냉각 불균일
      → 사이클 타임 상승 + 변형·휨 불량
      → 원인을 성형 조건에서 찾다가 며칠 허비

내릴 때 반드시 압축공기로 물을 밀어내고, 방청제를 순환시킨 뒤 마개를 막으세요. 그리고 정기적으로(예: 오버홀 시) 약품을 순환시켜 스케일을 제거합니다.

보관 장소

• 바닥 직치 금지 — 금형 랙이나 파렛트 위에. 바닥 습기가 올라옵니다
• 지붕 누수·결로 확인 (겨울 아침 결로가 의외로 큰 원인)
• 크레인 동선 확보 — 꺼내다 부딪히는 사고 방지
• 금형별 고정 위치 — "어디 있는지 찾는 시간"이 실제로 큰 낭비입니다
• 태그에 금형번호 / 최종 사용일 / 누적 타수 / 다음 정비 예정 / 방청 처리일 표기

5. 금형 이력카드 — 없으면 관리가 아닙니다

기록이 없으면 위의 모든 게 무의미해집니다. 담당자 한 명의 머릿속에만 있는 정보는 그 사람이 퇴사하는 날 전부 사라져요.

최소 기록 항목

지표로 관리하면 갱신 시점이 보입니다.

[정비비 원단위]
연간 정비비 1,200 만원 / 연간 60 만 타 = 20 원/타

전년 : 12 원/타
금년 : 20 원/타       ← 67% 상승

+ 누적 타수가 보증 타수의 90% 도달
+ 정비 간격이 8만 타 → 4만 타로 짧아짐
→ 금형 신조(갱신) 검토 시점. 원청과 협의 개시

이런 숫자가 있어야 원청에 금형 갱신을 요구할 근거가 생깁니다. "요즘 자꾸 불량이 나요"로는 설득이 안 돼요.

6. 자주 나는 실패 유형

관리 수준 자가 점검

• 모든 금형에 카운터가 있고, 누적 타수를 안다
• 금형별 보증 타수 대비 소진율을 파악하고 있다
• 정기 정비 주기가 타수 기준으로 문서화되어 있다
• 소모품 리스트와 교체 기준(타수·마모량) 이 정해져 있다
• 리드타임 긴 부품의 예비 재고가 있다
• 프레스 금형의 잔여 연마 여유를 계산해 두었다
• 금형을 내릴 때 냉각수 배출·방청이 표준 절차에 들어 있다
• 금형 이력이 개인이 아니라 시스템(장부·MES) 에 남는다
• 장기 보관 금형을 정기적으로 개봉 점검한다
• 지급금형의 관리 상태를 원청에 보고할 수 있는 형태로 갖고 있다

제1원칙 — 깎는 건 쉽고, 붙이는 건 어렵습니다

금형 수정의 모든 판단은 이 한 문장에서 출발합니다.

강재를 깎아내는 것은 그라인더, 밀링, 방전가공으로 언제든 할 수 있어요. 정밀하게, 되돌릴 필요 없이. 반면 강재를 붙이는 것은 용접뿐인데, 용접은 입열로 모재를 변질시키고, 경도가 달라지고, 기공이 생기고, 나중에 균열의 기점이 됩니다. 한 번 용접한 자리는 그 금형이 폐기될 때까지 약점으로 남아요.

그래서 금형 제작 단계에서 강재를 남기는 방향(스틸 세이프) 으로 만듭니다. 트라이아웃(T0, T1, T2…)을 돌려보고 깎아서 맞춰가는 거예요. 처음부터 정확히 맞추려다 지나쳐 버리면 용접밖에 답이 없습니다.

1. "여유를 어느 쪽에 두는가"는 형상마다 다릅니다

여기서 실수가 자주 나와요. "제품을 작게 만들어 두면 된다"는 식으로 외우면 구멍이나 코어에서 반대로 틀립니다. 기준은 항상 제품이 아니라 강재입니다.

> 원칙: 트라이아웃 전 금형은 "깎으면 맞는 상태"여야 한다. > > 그래서 신규 금형 T0에서 제품이 약간 작게, 구멍은 약간 크게 나오는 건 실수가 아니라 의도된 설계입니다. "왜 처음부터 안 맞게 만들었냐"고 하면 안 돼요.

교체 가능한 부품으로 만들어 두는 것도 같은 사상입니다. 캐비티에 통짜로 판 형상은 수정이 어렵지만, 인서트(입자)로 분리해 두면 그 조각만 새로 만들면 됩니다. 마모가 예상되는 게이트 부위, 치수 변경 가능성이 있는 부위는 처음부터 인서트로 빼두는 게 정석이에요.

2. 수축률 보정 — 계산으로 원칙을 확인해봅시다

사출 금형은 수지가 식으며 줄어드는 만큼 캐비티를 크게 만듭니다. 그런데 실제 수축률은 수지 등급, 살두께, 성형 조건, 게이트 위치에 따라 달라져요. 카탈로그 값과 실측이 다른 게 정상입니다.

[T0 트라이아웃 후 치수 보정]

제품 도면 치수         100.00 mm
설계 시 가정 수축률     1.5 %
캐비티 가공 치수        100.00 x 1.015 = 101.50 mm

T0 성형품 실측         99.60 mm      ← 목표보다 0.40 작음

실제 수축률 = (101.50 - 99.60) / 101.50
            = 1.90 / 101.50
            = 1.87 %          (금형 치수를 분모로 본 값)

목표 100.00 을 얻기 위한 캐비티 치수
  캐비티 = 100.00 / (1 - 0.0187)
         = 100.00 / 0.98128
         = 101.91 mm

검산 : 101.91 x (99.60 / 101.50) = 100.00  ○

수정량 = 101.91 - 101.50 = +0.41 mm
→ 캐비티를 0.41mm 더 키운다 = 강재를 깎아낸다   ← 가능 ○

만약 T0 실측이 100.40 이었다면?
  캐비티를 줄여야 함 = 살을 붙여야 함 (용접)     ← 곤란 ×

같은 크기의 오차인데 방향에 따라 난이도가 완전히 다릅니다. 이게 스틸 세이프를 하는 이유예요.

3. 금형을 건드리기 전에 — 원인이 정말 금형인가

금형 수정은 되돌릴 수 없습니다. 깎아낸 강재는 돌아오지 않아요. 그런데 현장에서는 조건이나 소재 문제인데 금형을 깎아 버리는 일이 생각보다 자주 일어납니다. 그러고 나서 소재 로트가 정상으로 돌아오면 이번엔 반대 방향 불량이 나요.

진단 순서를 고정하세요.

1  표준 조건으로 복원   — 누가 조건을 바꿔놓지 않았는지
2  재료 확인            — 로트, 건조(사출), 밀시트 강도·판두께(프레스)
3  설비 확인            — 체크링·스크루 마모, 히터, 형체력 / 프레스 셧하이트, 평행도
4  금형 상태 확인       — 파팅면 이물, 벤트 막힘, 냉각수로, 마모 부품
5  여기까지 다 정상이면 → 비로소 금형 형상 수정 검토

> 한 번에 한 가지만 바꾸세요. 게이트도 키우고 벤트도 파고 R도 손보면, 개선됐을 때 무엇이 효과였는지 모릅니다. 다음에 같은 문제가 생기면 처음부터 다시 헤매요.

4. 깎는 수정 — 수단을 골라야 합니다

형조 방전(EDM)이 금형 수정의 주력인 이유

열처리된 금형강을 그대로 가공할 수 있기 때문입니다. 밀링은 경도가 높으면 공구가 견디지 못해요. 그런데 금형 수정은 대부분 열처리가 끝난 뒤, 심지어 양산 중에 발생합니다. 방전은 전기적으로 녹여 제거하므로 경도와 무관해요.

또 하나는 형상 자유도입니다. 좁고 깊은 리브 홈, 예리한 내측 코너는 엔드밀로는 못 만듭니다. 전극을 그 모양으로 만들어 밀어 넣으면 그대로 나와요.

전극 축소량(방전 갭) 관리가 핵심입니다.

방전은 전극과 모재 사이에 갭을 두고 일어나므로
전극은 목표 형상보다 "갭만큼 작게" 만들어야 합니다.

[예] 목표 포켓 폭 10.00 mm

정삭 조건의 편측 갭 0.03 mm 를 적용하면
  전극 폭 = 10.00 - (0.03 x 2) = 9.94 mm

조가공용 전극은 갭을 크게(예 편측 0.15mm) 잡아 별도 제작
  전극 폭 = 10.00 - (0.15 x 2) = 9.70 mm

→ 조가공 전극으로 대부분 제거 → 정삭 전극으로 마무리
   (하나의 전극으로 조·정삭을 다 하면 전극이 소모돼 형상이 무너짐)

갭 값은 방전 조건(전류, 펄스), 전극 재질(구리/그라파이트), 모재에 따라 달라집니다. 회사 표준 조건별 갭 데이터를 축적해 두는 것이 실무예요.

백층(변질층, white layer) 처리를 잊지 마세요.

방전면에는 급속 용융·응고된 얇은 층이 남습니다. 이 층은 취성이 크고 미세 균열을 품고 있어서, 그대로 두면 크랙의 시작점이 돼요. 사출 압력이나 프레스 충격이 반복되면 거기서 갈라집니다.

• 정삭 방전 조건을 낮춰(저전류·짧은 펄스) 백층을 얇게 만든다
• 마무리는 연마(폴리싱)로 백층을 제거한다
• 특히 응력이 걸리는 코너부는 반드시 제거

5. 붙이는 수정 — 용접은 최후의 수단입니다

깎을 수 없는 방향이거나, 마모·파손된 부위를 되살려야 할 때만 씁니다.

용접 수정 절차 — 순서를 지켜야 합니다

1  수정 전 현상 기록      사진 + 치수 실측  (되돌릴 근거이자 이력)
2  표면 완전 세정         가스 타, 이형제, 유분, 산화막 제거
                          ← 오염 남으면 반드시 기공(포어) 발생
3  결손부 개선(홈) 가공    갈아내어 건전한 모재를 노출
4  예열                   금형강(SKD61급 등)은 예열 필수. 균열 방지
5  용가재 선정             모재와 유사 경도의 것
                          ← 다르면 연마 후 단차·광택 차이가 제품에 전사
6  소량 다층 용접          한 번에 두껍게 X. 층간 온도 관리
7  후열·서냉               급랭 금지
8  가공·연마               형상 복원 + 면조도·시보 재현
9  기록                   이력카드에 용접 부위·방법·용가재 기재

> 용가재 경도가 모재와 다르면 연마할 때 표가 납니다. 무른 용가재는 더 깎이고, 단단한 용가재는 덜 깎여요. 미세한 단차와 광택 차이가 생기고, 그게 제품 표면에 그대로 나타납니다. 외관 부품에서는 이 한 가지로 수정이 실패해요. > > 시보(텍스처) 면 용접은 특히 어렵습니다. 무늬를 원래대로 재현하기가 사실상 불가능해서, 해당 면 전체를 다시 텍스처링해야 하는 경우가 많아요. 시보면 수정은 착수 전에 비용과 납기를 원청과 먼저 합의하세요.

용접 부위는 이후 감시 대상입니다. 이력카드에 표시해 두고, 정기 정비 때마다 균열 여부를 확인하세요.

6. 프레스 금형 수정의 실무

> 심(shim)은 임시 조치입니다. 셧하이트를 심으로 맞춘 뒤 기록하지 않으면, 다음 정비에서 심이 빠지고 아무도 이유를 모릅니다. 심을 넣었으면 매수·두께·위치를 반드시 기록하고, 근본 수정 계획을 잡으세요.

7. 수정 이력과 도면 반영 — 여기가 진짜 핵심입니다

수정 자체보다 수정 후 처리에서 회사의 수준이 갈립니다.

도면에 반영하지 않으면 이런 일이 생깁니다

• 2호기 금형을 만들었더니 제품 치수가 다릅니다. 원도로 만들었으니까요
• 파손 부품을 재제작했더니 안 맞습니다. 그 부품은 세 번 수정된 상태였는데 도면은 최초본이었어요
• 담당자가 퇴사하자 아무도 왜 그 형상인지 모릅니다. 다음 사람이 "이상하네" 하고 원도대로 되돌려 버립니다
• 원청이 설계 변경을 통보했는데 현재 금형이 어느 상태인지 몰라 변경 가능 여부를 답하지 못합니다
• EDM 전극을 다시 만들었더니 옛 형상입니다. 3D 모델을 안 고쳤기 때문이에요

반영은 순서가 있습니다

①  현장 수정 실시
②  실측 · 사진 · 트라이 결과 기록
③  3D 모델 수정        ← 여기를 빼먹으면 전극·CAM이 옛 형상으로 나옴
④  2D 도면 개정 (개정 번호 · 개정 사유 · 일자 · 승인자)
⑤  전극 데이터 / CAM 데이터 갱신
⑥  금형 이력카드에 기재
⑦  지급금형이면 원청에 통보 · 승인 획득

기록해야 할 항목

지급금형은 임의 수정이 금지됩니다

부울경 협력사가 가장 조심해야 할 부분이에요. 원청 소유 금형을 승인 없이 수정하면, 이후 어떤 문제가 생겨도 책임이 협력사로 옵니다. 심지어 개선을 위한 수정이었어도 그래요.

• 수정 전 원청 담당자에게 사유·방법·예상 결과를 문서로 제출하고 승인받기
• 승인 메일·공문을 이력카드에 첨부
• 긴급 상황이라 사전 승인이 불가능했다면 사후에라도 즉시 보고

> 잘 만든 이력카드는 협력사의 방어 문서입니다. 문제가 생겼을 때 "우리는 이렇게 관리했고, 이 시점에 이런 수정을 승인받아 했다"를 증명할 수 있어요. 이게 있는 회사와 없는 회사는 원청 감사에서 완전히 다른 평가를 받습니다.

수정 실무 체크리스트

• 금형을 건드리기 전에 조건·재료·설비를 먼저 확인했다
• 수정 전 상태를 실측·촬영해 남겼다
• 깎는 방향인지 붙이는 방향인지 판단하고, 깎는 쪽을 우선 검토했다
• 한 번에 한 가지만 바꿨다
• 소량씩 수정하고 트라이 후 재판단했다
• 용접 시 세정·예열·용가재 경도를 확인했다
• 방전 수정 후 백층을 연마로 제거했다
• 3D 모델 → 2D 도면 → 전극 데이터 순으로 반영했다
• 이력카드에 수정 내용과 트라이 결과를 기재했다
• 지급금형은 원청 승인을 받았고 문서로 남겼다
• 용접 부위를 이후 정기 점검 대상에 넣었다