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- 목 차 -
사출 성형 라인에서 싱크마크가 발생했을 때, 많은 현장에서 가장 먼저 냉각 시간을 늘리는 쪽으로 대응한다. 직관적으로 맞는 것처럼 보인다. 냉각이 부족해서 수축이 생겼으니, 더 식히면 나아질 거라는 논리다. 그런데 그게 항상 정답은 아니다. 냉각 시간을 늘려도 싱크마크가 줄지 않거나, 줄기는 하지만 다른 문제가 새로 생기는 경우가 꽤 있다. 특히 리브 구조가 복잡한 부품이나 두께 편차가 큰 제품에서는, 원인이 냉각이 아니라 금형 설계나 게이트 구조에 있는 경우가 더 많다. 이 글은 냉각 시간 조정이 왜 한계를 갖는지를 짚고, 싱크마크의 원인을 구조적으로 분류한 뒤 각 경우에 맞는 접근 방법을 정리한다.
냉각 시간을 늘렸을 때 실제로 일어난 일
신규 제품 양산 초기, 리브 구조가 많은 부품에서 싱크마크가 지속적으로 나왔다. 처음 대응은 단순했다. 냉각 시간을 기존 설정인 18초에서 21초로 늘렸다. 결과는 예상과 달랐다. 싱크마크 자체는 눈에 띄게 줄었지만, 사이클 타임이 늘어나면서 시간당 생산량이 약 14% 떨어졌다. 연간 수십만 개 규모 라인에서 이 차이는 결코 작지 않다.
그래서 냉각 시간을 원래대로 돌리고 냉각 채널 위치를 다시 검토하는 방향으로 선회했다. 문제는 냉각 시간이 아니라 냉각 채널이 리브 구조 주변까지 충분히 커버하지 못하고 있다는 점이었다. 싱크마크가 리브 뒷면에 집중된다는 것이 핵심 단서였다. 냉각 시간을 늘리는 방법은 불균일한 냉각 자체를 고치는 게 아니라 그 결과를 억지로 버티는 방식이다. 근본 원인이 냉각 채널 위치나 살두께 불균일에 있을 경우, 냉각 시간 조정만으로는 문제가 해결되지 않거나 반쪽짜리 해결에 그친다.
싱크마크 원인을 세 가지 범주로 나눠야 하는 이유
싱크마크는 단일한 원인으로 발생하지 않는다. 현장에서 접하는 케이스를 분류해 보면 크게 세 가지 범주로 나뉜다. 공정 조건 문제, 금형 설계 문제, 제품 구조 문제다. 이 셋은 겉으로 나타나는 불량 위치나 형태가 비슷하게 보여도 해결 방법이 전혀 다르다.
범주를 먼저 구분하지 않고 공정 조건부터 손대면 같은 시행착오를 반복하게 된다. 내가 처음 냉각 시간을 늘렸을 때 그랬던 것처럼. 보압이 부족한 두꺼운 부위에서는 압력을 10~15% 높이고 보압 시간을 연장하면 싱크마크를 완화할 수 있다 고 알려져 있지만, 이것이 유효한 건 원인이 공정 조건에 있을 때만이다. 원인 분류가 먼저다.
공정 조건 문제
사출 압력과 보압이 낮거나, 보압 유지 시간이 짧으면 캐비티 내 수지 공급이 부족해지면서 두꺼운 부위에 싱크마크가 생긴다. 수지 온도가 지나치게 높을 경우에도 수축량이 늘어나 표면 함몰로 이어진다. 이 경우는 성형 조건 시트 조정으로 해결이 가능하다. 보압을 10~15% 높이거나 보압 유지 시간을 2~3초 연장하는 것이 표준적인 접근이다.
주의할 점이 있다. 보압을 과도하게 올리면 금형 파팅면에 플래시가 생긴다. 공정 조건 조정은 범위 내에서 단계적으로 해야 하고, 한 변수씩 바꿔가며 결과를 확인하는 게 맞다. 스크루 선단의 쿠션(잔량) 관리도 자주 놓치는 변수다. 규정된 쿠션이 확보되지 않으면 보압 단계에서 수지 추가 공급이 끊기면서 싱크마크가 얼룩 형태로 게이트 주변에 나타난다. 이 패턴은 위치로 다른 원인과 구별할 수 있다.
금형 설계 문제
스프루·러너·게이트 단면이 작으면 보압이 제대로 전달되지 않는다. 게이트가 일찍 고화되어 수지 추가 공급이 끊기는 것도 싱크마크의 주된 원인 중 하나다. 게이트 위치가 부적절한 경우, 두꺼운 부위보다 얇은 부위에 먼저 수지가 도달하면서 충전 불균형이 생기고 두꺼운 쪽에 싱크마크가 집중된다.
MSC폴리머 성형 기술 자료(TR250814)에 따르면, 게이트 위치는 웰드라인·보압 전달·변형까지 동시에 좌우하는 핵심 변수이며 공정 조건 조정만으로는 게이트 위치 문제를 덮을 수 없다고 명시하고 있다. 내가 직접 경험한 케이스에서도 게이트 단면을 확대한 후에야 싱크마크가 실질적으로 줄었다. 보압을 올리는 것만으로는 게이트가 일찍 고화되는 문제를 해결할 수 없었다. 개인적으로는 이 단계에서 확인하지 않고 조건만 반복해서 건드리는 것이 현장에서 가장 많이 발생하는 시간 낭비라고 본다.
제품 구조 문제
리브나 보스 주변처럼 용융 수지가 모이는 부위는 살두께가 국부적으로 두꺼워진다. 이 부분이 표면보다 늦게 냉각되면서 수축 차이가 발생하고 표면이 당겨지는 게 싱크마크다. 이 경우는 성형 조건이나 금형 게이트를 조정해도 근본 해결이 어렵다.
업계 표준 설계 기준상 리브 두께는 인접 벽 두께의 50~70% 수준으로 제한하는 것이 기본이다. 문제는 이미 양산 중인 라인에서 제품 구조를 바꾸기가 현실적으로 어렵다는 점이다. 그래서 현장에서는 금형에 가스 벤트를 추가하거나 냉각 채널 위치를 리브 주변으로 재배치하는 방식으로 우회하는 경우가 많다. 보통 이 우회 방법이 효과가 있다고 알려져 있는데, 내 경험으로는 우회만으로 완전히 해소되는 경우는 생각보다 드물었다. 채널 위치를 바꿔도 리브 두께가 기준의 두 배가 넘는 상태라면, 싱크마크 발생률을 줄일 수 있을 뿐 근절은 어렵다.
냉각 채널 재배치의 실제 효과와 한계
냉각 채널 위치를 리브 구조 주변으로 재배치했을 때, 싱크마크 발생률이 기존 대비 약 60% 줄었다. 냉각 시간은 오히려 1초 단축됐다. 하지만 처음 2주간은 채널 배치 각도가 미세하게 어긋나 있어서 오히려 리브 뒷면에 수축 불량이 집중되는 현상이 나타났다. 채널 위치를 실측해 보니 설계 도면 대비 약 2mm 오차가 있었고, 이를 수정한 후에야 안정적인 결과가 나왔다. 재배치 자체보다 실제 가공 위치를 확인하는 과정이 더 중요했다는 뜻이다.
일반적으로 냉각 채널이 제품 표면에서 너무 멀리 위치하면 냉각 효율이 떨어지고, 너무 가까우면 금형 강도 문제가 생긴다. 내 판단으로는 리브 주변 두꺼운 부위에서는 표면에서 채널까지 거리를 제품 두께의 1.5배 이하로 유지하는 것이 안정적이다. 이 기준이 항상 맞는 건 아니고 제품 형상과 수지 종류에 따라 달라지지만, 경험상 이 범위를 넘기 시작하면 냉각 시간 조정으로 커버하기가 점점 어려워진다.
싱크마크 발생 위치로 원인을 좁히는 법
싱크마크가 어디서 나타나는지를 보면 원인 범주를 빠르게 좁힐 수 있다.
- 게이트 근처에 집중: 보압 설정 또는 게이트 고화 타이밍 문제일 가능성이 높다. 보압과 유지 시간, 쿠션 잔량을 먼저 확인한다.
- 리브·보스 뒷면에 집중: 살두께 설계 또는 냉각 채널 위치 문제일 가능성이 높다. 채널 배치 실측과 리브 두께 비율을 먼저 확인한다.
- 제품 전체에 산발적으로 분포: 수지 온도가 지나치게 높거나 보압이 전반적으로 부족한 경우가 많다. 공정 조건 전체를 점검한다.
RJC 금형 엔지니어링 가이드(2026)에 따르면, 사출 성형 결함은 재료 상태·금형 상태·공정 파라미터·장비 상태라는 네 가지 변수군으로 분류해 접근할 때 진단 정확도가 올라간다고 정리하고 있다. 이 분류 체계를 싱크마크에 그대로 적용하면 위 세 가지 위치 패턴이 그 네 변수군과 자연스럽게 대응된다.
수지 종류가 싱크마크 발생 빈도에 미치는 영향
수지 종류도 중요한 변수다. 짧게 짚고 넘어간다.
결정성 폴리머(PP, POM, PA 등)는 비결정성 수지보다 성형 수축률이 크기 때문에, 같은 조건과 금형 구조에서도 싱크마크가 더 심하게 나타난다. 특히 PP와 POM은 인치당 수축률이 0.010~0.025인치 수준으로, ABS(0.004~0.008인치)보다 두 배 이상 높다. 결정성 수지를 사용하는 라인에서 싱크마크가 반복될 때는 성형 조건 조정과 함께 무기 충전재 혼입도 선택지로 검토할 수 있다. 다만 수지 변경은 물성 변화를 동반하므로 용도 적합성을 먼저 따져야 한다.
자주 묻는 질문
Q. 냉각 시간을 늘렸는데 싱크마크가 줄지 않는 이유는 무엇인가?
냉각 시간 연장은 공정 조건 범주에서 유효한 수단이다. 싱크마크 원인이 냉각 채널 위치 문제나 리브 살두께 설계 문제에 있다면, 냉각 시간을 아무리 늘려도 근본 원인이 해소되지 않는다. 싱크마크가 리브·보스 뒷면에 집중되고 있다면 채널 배치와 리브 두께 비율을 먼저 확인하는 것이 맞다.
Q. 보압을 올리면 싱크마크가 줄어드는데 플래시가 생긴다. 어떻게 해야 하나?
보압으로 싱크마크가 줄어드는 건 원인이 공정 조건 쪽에 있다는 신호다. 플래시가 함께 발생한다면 보압 한계에 다다른 것이므로, 게이트 단면 확대나 위치 변경 등 금형 수정으로 접근 방향을 바꾸는 것이 맞다. 조건만으로 두 불량을 동시에 해결하려 하면 어느 쪽도 제대로 잡히지 않는다.
Q. 싱크마크와 웰드라인이 같은 위치에서 발생하는 경우 원인이 같은가?
반드시 같지는 않다. 두 불량이 같은 위치에서 발생한다면 게이트 위치 또는 수지 흐름 경로 문제일 가능성이 높다. 수지가 두 방향에서 합류하는 지점에 싱크마크까지 겹친다면, 게이트 위치를 재검토하고 몰드플로 해석을 통해 흐름 경로를 재설계하는 방향이 효율적이다.
이 주제와 이어서 읽어두면 좋은 글이 몇 개 있다. "사출 금형 냉각 채널 설계 기준과 위치 결정 방법", "게이트 고화 타이밍과 보압 설정 관계 정리", "결정성 수지와 비결정성 수지의 성형 수축률 비교" 같은 주제들이 본 내용과 직접 연결된다.
원인 분류가 먼저, 조건 조정은 그다음이다
싱크마크를 냉각 시간 조정으로 해결하려는 접근은 원인이 공정 조건에 있을 때만 유효하다. 불량 위치를 먼저 보고, 공정 조건·금형 설계·제품 구조 중 어디에 원인이 있는지 좁힌 다음 대응 순서를 정하는 것이 더 빠르고 효율적이다. 냉각 시간 조정은 그중 한 가지 수단일 뿐이고, 방향이 틀리면 생산성만 갉아먹고 근본 해결은 안 된다. 리브 뒷면에 싱크마크가 반복되고 있다면, 냉각 채널 위치와 리브 두께 비율을 먼저 확인하는 것이 경험상 가장 빠른 출발점이다.
작성일: 2026년 4월 24일