금형 제작 5대 핵심 기술 완벽 가이드

금형은 사출 성형, 블로우 성형, 압출, 다이캐스팅, 단조, 용해, 프레스 등 방법으로 제작. 간단히 말해 금형은 형상 객체 제작용 도구. 여러 구성 요소로 구성, 금형 종류별 부품 상이. 금형은 어떻게 만들어질까요? 금형 제조 기술엔 뭐가 있을까요? 이 글에서 금형 제작 5대 대표 가공법을 정리했으니 5분만 투자해 완독하세요.

1. 방전 가공(EDM, Electrical Discharge Machining)

EDM 작동 원리

EDM은 작업액 침지된 두 극간 펄스 방전 발생 전기 침식 효과로 도전성 소재 침식 가공하는 특수 가공법. 방전 가공 또는 전기 침식 가공이라 칭함.

EDM은 정밀 소형 캐비티, 좁은 슬릿, 홈, 코너 등 복잡 부품, 공구 접근 어려운 복잡 곡면, 깊은 절삭 필요, 종횡비 특히 높은 경우 밀링 대신 선호. 하이테크 부품 가공 시 밀링 전극 재방전으로 성공률 제고, 고가 공구 비용 대비 EDM 유리. 방전 가공 마감 지정 시 화문 표면(Fire pattern surface) 제공 위해 EDM 사용. 고속 밀링 급속 발전으로 EDM 발전 공간 일정 압축됨.

동시 고속 밀링이 EDM에 큰 기술 진보 가져옴. 예: 고속 밀링 전극 제조로 소면적 가공·고품질 표면 실현해 전극 설계 횟수 대폭 감소. 고속 밀링 전극 제조로 생산 효율 신수준 도달, 전극 고정밀도 보장해 EDM 정밀도도 향상.

EDM 장점:

• 일반 절삭 어렵고 복잡 형상 공작물, 도전성 소재 가공 가능; 가공 중 절삭력 없음; 버, 공구 자국, 홈 등 결함 없음.
• 공구 전극 소재가 공작물 소재보다 경도 높을 필요 없음; 전기 에너지 직접 이용 가공으로 자동화 용이.
• 고강도·고경도·고인성·고취성·고순도 모든 도전성 소재 가공 가능; 가공 중 명백한 기계력 없어 저강성 공작물·미세 구조 가공 적합.

2. 와이어 방전 가공(WEDM, Wire Cut EDM)

WEDM 작동 원리

연속 이동 가는 와이어(전극 와이어)를 전극으로 공작물에 펄스 스파크 방전 수행해 금속 제거·성형 절단.

WEDM 장점:

EDM 기본 특성 외 추가 특성:

1. 복잡 형상 공구 전극 제작 불필요, 직선 생성선 갖는 임의 2차원 곡면 가공 가능
2. 약 0.05mm 좁은 슬릿 절단 가능
3. 가공 중 여분 소재 웨이스트 칩 아닌 형태로 미가공 → 에너지·소재 이용률 향상
4. 저속 와이어 방전 가공서 전극 와이어 재사용 안 함(지속 갱신) → 가공 정밀도 향상, 표면 조도 저감 유리
5. 절단 효율 통상 20~60 mm²/min, 최대 300 mm²/min; 가공 정밀도 ±0.01~±0.02mm, 최고 ±0.004mm; 표면 조도 Ra 1.25~2.5µm, 최고 Ra 0.63µm; 절단 두께 통상 40~60mm, 최대 600mm

3. 전기화학 가공(ECM, Electro-Chemical Machining)

ECM 작동 원리

전기화학 가공은 전기분해 과정 양극 용해 원리 기반, 형성된 음극 도움으로 공작물 일정 형상·크기 가공 공법.

난삭재, 복잡 형상, 박벽 부품 가공에 전기화학 가공 현저한 장점. 총포 강선, 블레이드, 일체형 임펠러, 금형, 특수 형상 홀, 부품, 면취·디버링 등 널리 활용. 많은 부품 가공서 전해 가공 공정 중요·대체 불가 위치 차지.

전기화학 가공 장점:

가공 범위 넓음. 거의 모든 도전성 소재 가공 가능, 소재 강도·경도·인성 등 기계·물리적 특성 제한 없음, 가공 후 금속조직 변화 없음. 초경합금, 초내열합금, 고경도강, 스테인리스강 등 난삭재 가공에 자주 활용.

전기화학 가공 한계:

가공 정밀도·안정성 높지 않음; 가공 비용 높고, 소량 생산일수록 단위 추가 비용 증가.

4. 이온 빔 가공(Ion Beam Machining)

이온 빔 가공 작동 원리

이온 빔 가공은 이온 소스 생성 이온 전류 가속·집속해 진공 상태 공작물 표면 조사해 부품 가공 실현.

이온 빔 가공 장점:

이온 전류 밀도와 이온 에너지 정밀 제어 가능 → 가공 효과 정밀 제어, 나노 레벨甚至 분자·원자 레벨 초정밀 가공 실현. 가공 중 오염 적음, 가공 응력·변형 극소, 피가공 소재 적응성 강함, 단 가공 비용 고가.

5. 화학 에칭(Chemical Etching)

화학 에칭 작동 원리

화학 에칭은 산, 알칼리, 염 용액으로 공작물 소재 부식·용해해 원하는 형상·크기·표면 상태 얻는 특수 공정.

화학 에칭 장점:

1. 절삭 가능 모든 금속 소재 가공 가능, 경도·강도 등 특성 제한 없음
2. 대면적 가공 적합, 다수 동시 가공 가능
3. 응력·크랙·버 없음, 표면 조도 Ra 1.25~2.5µm
4. 조작 용이
5. 좁은 슬릿·홀 가공 부적합
6. 고르지 않은 표면·스크래치 등 결함 제거 부적절

화학 에칭 적용 범위:

대면적 두께 감소 가공 적합; 박벽 부품 복잡 홀 가공 적합.