금형온도 한 줄로는 냉각 문제가 안 잡힙니다

금형온도를 조건표의 한 줄로 보면 냉각 문제는 절대 안 잡힙니다. 금형온도기에 찍힌 숫자는 들어가는 물의 온도지 금형 표면의 온도가 아니고, 부품이 느끼는 건 후자거든요.

이 둘이 왜 다른지, 그리고 그 차이가 어떤 불량으로 나오는지가 이 글의 내용입니다.

부품은 균일하게 식지 않습니다

수지는 열을 정말 못 옮깁니다. 금속과 비교하면 수백 배 차이가 납니다. 그래서 부품 표면이 금형에 닿아 식는 동안, 속은 한참 뜨겁습니다.

두께가 두 배면 식는 시간은 네 배 가까이 걸립니다. 두께의 제곱에 비례하거든요. 살두께가 조금만 달라도 식는 시간은 크게 벌어진다는 뜻입니다.

여기에 금형 쪽 사정이 겹칩니다. 냉각수 라인이 가까운 자리는 빨리 식고, 먼 자리는 늦게 식습니다. 코어 안쪽처럼 물길을 넣기 어려운 곳은 열이 갇힙니다. 슬라이드나 얇은 코어 핀은 특히 그렇습니다.

결국 부품 두께 차이와 금형 냉각 배치가 곱해져서 부위별 냉각 속도가 정해집니다. 조건표의 금형온도 한 줄은 이 전체를 평균 낸 값일 뿐입니다.

그래서 뭐가 나오나

부위별로 다르게 식으면 다르게 줄어듭니다. 다르게 줄어들면 휨이 옵니다. 늦게 굳는 쪽이 이미 굳은 쪽을 끌어당기니까요.

코어와 캐비티 온도가 다르면 부품은 낮은 쪽으로 휩니다. 두 면의 온도 차가 10도만 나도 눈에 보일 만큼 나옵니다. 금형온도기 두 대 중 한쪽 설정을 바꿔놓고 잊어버린 경우, 한쪽 라인만 스케일로 막힌 경우가 실제로 흔합니다. 휨 방향이 항상 같은 쪽이면 이걸 먼저 봅니다.

열이 갇힌 자리에는 싱크와 보이드가 나옵니다. 그 부위만 오래 뜨거우니 수축할 시간이 길고, 겉은 이미 굳어 있으니 안에서 당깁니다.

냉각이 부족하면 이형불량도 옵니다. 덜 굳은 상태로 밀어내면 자국이 남죠.

반대로 너무 차가우면 흐름이 나빠져서 미성형, 플로우마크, 웰드라인 심화가 옵니다. 그리고 급랭되면 잔류응력이 남아서 나중에 크랙으로 돌아옵니다.

즉 냉각은 거의 모든 불량에 한 다리씩 걸쳐 있습니다. 그런데도 조건을 잡을 때 금형온도는 대충 정하고 넘어가는 경우가 많습니다.

금형온도를 올려야 하나 내려야 하나

이 질문에는 답이 하나로 안 나옵니다. 목적에 따라 방향이 반대입니다.

외관을 잡으려면 올립니다. 흐름이 좋아져서 플로우마크, 웰드라인, 제팅이 옅어집니다. 대신 사이클이 늘고 싱크와 보이드가 커질 수 있습니다.

사이클을 줄이고 이형을 좋게 하려면 내립니다. 대신 외관이 나빠지고 잔류응력이 남습니다.

그래서 "금형온도 몇 도가 정답"이라는 건 없고, 이 부품에서 뭘 포기할 수 없는지를 먼저 정해야 방향이 정해집니다. 게이트 위치를 정할 때와 같은 구조입니다.

한 가지 분명한 건, 온도를 균일하게 하는 건 어느 방향이든 손해가 없다는 겁니다. 부위별 편차를 줄이는 건 휨을 줄이면서 다른 걸 나쁘게 만들지 않습니다. 조건으로 온도값을 올리고 내리기 전에, 편차부터 보는 게 순서인 이유입니다.

실제로 확인하는 방법

표면온도계로 금형 여러 지점을 재봅니다. 설정값과 다르고 지점마다 다른 게 정상인데, 그 편차가 얼마나 되는지를 아는 것과 모르는 것은 다릅니다.

10도 넘게 벌어지는 지점이 있으면 그 근처에서 문제가 나올 확률이 높습니다. 실제로 그 자리에서 싱크나 휨이 나오고 있다면 원인이 거의 확정된 셈입니다.

물이 실제로 도는지도 봅니다. 유량계가 있으면 제일 좋고, 없으면 리턴 호스를 만져봐서 온도 차이가 나는지로 짐작합니다. 들어가는 물과 나오는 물의 온도가 거의 같으면 그 라인은 일을 안 하고 있는 겁니다.

스케일도 봐야 합니다. 몇 년 쓴 금형은 냉각 라인 안쪽에 물때가 껴서 단면이 줄어 있습니다. 겉으로는 아무 문제 없어 보이는데 냉각 능력만 서서히 떨어집니다. 예전과 같은 조건인데 요즘 자꾸 휜다면 이걸 의심할 만합니다.

냉각시간으로 덮고 있는지 확인

냉각 밸런스가 나빠도 냉각시간을 길게 주면 어느 정도 덮입니다. 둘 다 충분히 식으니까요.

문제는 사이클입니다. 그리고 금형 안에서만 잡혀 있다가 빼고 나면 다시 휘는 경우도 많습니다.

냉각시간을 조금 줄였을 때 갑자기 휨이 심해진다면, 그동안 시간으로 밸런스 문제를 덮고 있었다는 뜻입니다. 이건 조건이 아니라 금형에서 풀어야 할 문제입니다.