- P20은 저·중량 생산용 툴링(300,000회 미만)과 대부분의 범용 수지에 기본적으로 사용되며, 경화 대안보다 저렴하고 가공이 빠릅니다.
- 생산량이 500,000샷을 초과하거나 마모성 또는 유리섬유 강화 수지를 사용하거나 작동 온도가 200°C를 넘을 때는 H13이 적합합니다.
- S136은 부식성 수지(PVC, 난연재), 식품 접촉 용도 및 경면 연마성이 필요한 광학 부품에 요구됩니다.
- 강종 선택은 강재 절삭 전에 결정해야 하는 금형 의사결정입니다. 초도 샘플 후 변경하면 금형을 폐기하거나 재가공해야 합니다.
동일한 부품에 대해 두 개의 금형 견적을 받았는데 하나가 다른 하나보다 40% 높습니다. 공급업체는 강종 차이 때문이라며 한 곳은 P20, 다른 곳은 H13을 제시합니다. 재료과학을 처음부터 다시 검토하지 않고도 엔지니어링 팀에 차이를 설명하고 예산 결정을 정당화해야 합니다. 이 가이드는 처음부터 올바르게 판단할 수 있는 기준을 제공합니다.
금형 소재 선정이 중요한 이유는 무엇입니까?
금형 재료 선정은 초기 금형 가격뿐 아니라 금형의 내마모 수명, 표면 마감 성능, 내식성 및 총소유비용을 좌우합니다. 초기 금형 비용을 아끼려고 낮은 등급의 강재를 선택하면 금형 수명이 짧아지고 정비 횟수가 늘며 표면이 열화되어 목표 생산량에 도달하기 전에 금형을 재제작해야 할 수 있습니다. 전체 금형 수명 주기에 관한 내용은 사출 금형 종합 가이드를 참조하세요.
여기서 다루는 P20, H13 및 S136은 전 세계 사출 성형 생산 금형에서 가장 많이 선택되는 세 가지 강종입니다. 주된 차이는 경도, 연마성, 내식성 및 가격입니다. 각 강종은 특정 적용 범위에 적합하므로, 무조건 안전 여유를 위해 상위 등급을 택하기보다 실제 생산 요구에 맞추는 것이 중요합니다. 전문 금형 제작 서비스는 사출 금형 서비스를 참조하세요.
P20은 어떤 용도에 가장 적합합니까?
P20은 비연마성 열가소성 수지1로 300,000회 미만의 사출이 예상되는 시제품 금형, 브리지 툴링 및 생산 금형에 가장 적합합니다. 28–34 HRC로 미리 경화된 상태로 공급되므로 가공 후 열처리 없이 가공할 수 있어, 완전 경화 강종보다 리드타임이 짧고 금형 비용이 낮습니다.
P20은 유리, 광물 또는 기타 연마성 충전재가 포함되지 않은 ABS, PP, PE, PS 및 기타 범용 수지에 적합합니다. 준외관 부품의 경우 SPI B2 마감 이상으로 폴리싱할 수 있습니다. 한계는 마모 속도입니다. 경도가 낮기 때문에 연마성 수지, 높은 캐비티 압력 또는 매우 긴 생산 기간에서는 H13이나 S136보다 캐비티 표면이 더 빨리 마모됩니다.
실무적 선정 기준: 예상 생산량이 200,000–300,000샷 미만이고 비강화 수지를 사용한다면 전체 금형비를 생산량에 걸쳐 상각했을 때 P20이 거의 항상 최적의 개당 원가를 제공합니다. 이 생산량을 넘으면 일반적으로 경화강이 더 경제적입니다.
“P20은 가공 후 열처리 없이 절삭할 수 있어 H13보다 리드 타임과 툴링 비용을 줄입니다.”True
P20은 28–34 HRC로 사전 경화된 상태로 공급되며, 별도 경화 공정 없이 표준 밀링과 EDM이 가능한 범위입니다. H13과 S136은 황삭 후 완전 경도까지 열처리해야 하므로 금형 제작 일정에 2–4주가 추가되고 열처리 비용도 발생합니다.
“예산이 최우선 제약인 모든 사출 금형 용도에 P20이 적합하다.”False
P20은 예산과 관계없이 유리섬유 또는 미네랄 충전 수지를 가공하는 금형에 적합하지 않다. 연마 마모로 캐비티 표면이 빠르게 침식되어 부품 품질이 규격 이하로 떨어지기 때문이다. 연마성 소재에는 H13의 높은 경도가 선택적 업그레이드가 아니라 기술 요건이다.
H13은 언제 선택해야 합니까?
생산량이 500,000회를 넘거나 유리섬유·광물 충전 수지를 가공하거나 PEEK 또는 PPS 같은 엔지니어링 수지에 필요한 배럴 온도가 200°C를 넘는 경우 H13이 적합합니다. H132는 가공 후 44–52 HRC로 경화되는 열간 가공 공구강으로, P20보다 훨씬 단단하고 연마 마모와 열피로 모두에 강합니다.
유리섬유 함량이 일반적으로 15–50%인 나일론, PBT, PP 또는 ABS의 유리섬유 강화 등급에는 H13이 캐비티 및 코어 강재의 최소 사양으로 간주됩니다. P20 금형에서 유리섬유 강화 수지를 사용하면 50,000–100,000회 사출 이내에 캐비티 마모가 눈에 띄게 나타나며, 표면 거칠기 증가, 치수 변동 및 파팅 라인의 플래시 발생으로 이어집니다.
H13은 P20보다 고온 사이클에도 잘 견딥니다. 300°C 이상에서 가공하는 수지(PEEK, PEI, PPS)는 성형 사이클의 반복적인 열팽창·수축으로 캐비티 강재에 피로 응력을 발생시키며, 이러한 조건에서 H13의 열피로 저항은 P20보다 크게 우수합니다.
S136이 더 적합한 경우는 언제입니까?
PVC, 할로겐 첨가 난연 등급 또는 가공 중 산성 가스를 방출하는 재료처럼 수지가 부식성이 있거나, 광학 부품의 미러 마감 투명도 또는 식품 접촉 규정 준수가 필요한 경우 S136이 적합합니다. S136 스테인리스 공구강3은 크롬 함량이 13% 이상인 스테인리스 공구강으로, 가공 후 48–52 HRC로 경화됩니다.
사양을 정할 때는 내식 메커니즘이 중요합니다. H13을 포함한 표준 공구강은 PVC나 일부 난연제에서 방출되는 산성 가스에 노출되면 녹이 슬어 캐비티 표면에 피팅이 발생하고, 이는 부품의 표면 결함으로 나타납니다. S136의 스테인리스 조성은 이러한 열화를 방지합니다. 의료 및 식품 접촉 용도에서 S136은 표준 탄소강과 합금강을 배제하는 청정도 및 화학적 불활성 요구사항도 충족합니다.
S136의 SPI A1 mirror finish 연마성은 P20 또는 H13보다 훨씬 우수합니다. 스테인리스 금형강의 미세 탄화물 조직은 피팅 없이 더 정밀하게 연마할 수 있도록 하며, 이는 광학 렌즈 구성품, 투명 하우징 또는 표면 마감이 제품 외관으로 직결되는 부품에 매우 중요합니다. 광학적 중요도가 높은 용도에서 S136은 선택 가능한 업그레이드가 아니라 H13으로 충족할 수 없는 기술적 요구사항입니다.
“부식으로 인한 캐비티 표면 열화를 방지하려면 PVC 사출 금형에 S136이 필요합니다.”True
PVC는 가공 중 염산 가스를 방출합니다. H13을 포함한 표준 공구강은 이 산에 노출되면 부식되어 비교적 수천 사이클 이내에 부품 표면 결함으로 이어지는 캐비티 표면 피팅이 발생합니다. S136의 스테인리스 조성은 산 부식에 강해 양산 수명 동안 캐비티 표면의 건전성을 유지합니다.
“S136과 H13은 동일한 표면 마감 품질로 연마할 수 있습니다.”False
S136은 SPI A1(미러) 마감까지 안정적으로 연마할 수 있습니다. H13은 최적 조건에서 일반적으로 SPI A2–B1 마감을 달성하지만, 탄화물 구조와 합금 조성 때문에 S136보다 최종 연마 품질이 제한됩니다. 광학적으로 중요한 부품에서 SPI A1 요구사항을 안정적으로 충족하는 규격은 S136뿐입니다.
P20, H13 및 S136은 어떻게 비교됩니까?
아래 표는 선택을 좌우하는 기준에 따라 세 가지 등급을 비교합니다. 1차 선별 기준으로 활용하되, 적용 수지와 생산량에 맞는 구체적인 등급 사양은 금형 제작업체에 확인하십시오.
| 속성 | P20 | H13 | S136 |
|---|---|---|---|
| 경도(HRC) | 28–34(사전 경화) | 44–52 (HT 후) | 48–52 (HT 후) |
| 일반적인 생산량 등급 | 최대 300,000 shots | 500,000–1,000,000회 이상 사출 | 300,000–1,000,000+쇼트 |
| 연마성 수지 적합성 | 권장되지 않음 | 예 | 예(고마모용 코팅 적용 시) |
| 부식성 수지 적합성 | 아니요 | 아니요 | 예 |
| 최대 연마 등급(SPI) | B2–B1 | A2–B1 | A1(미러) |
| 식품/의료 규정 준수 | 제한적 | 표준 아님 | 예 |
| 상대 금형 비용 | 가장 낮음 | 중간(+20–35%) | 높음(+40–60%) |
| 리드 타임 영향 | 최단(HT 단계 없음) | HT에 +2–4주 추가 | HT에 +2–4주 추가 |
비용 관련 참고사항: 표는 부품당 비용이나 상각 비용이 아니라 상대적인 금형비 영향을 보여줍니다. H13 금형이 P20 금형보다 35% 비싸더라도 3× 더 오래 가동되면 수명 전체의 사출당 비용은 더 낮습니다. 금형강 등급은 초기 금형 견적만이 아니라 항상 예상 생산량을 기준으로 평가해야 합니다.
생산량과 수지는 금형강 선택에 어떤 영향을 줍니까?
생산량과 수지 유형은 금형강 선택의 두 가지 핵심 입력값으로, 기술적으로 적합한 등급과 상각 비용이 가장 유리한 등급을 결정합니다. 생산량 임계치는 절대적인 한계가 아니라 실제로 비용 역전이 일반적으로 발생하는 범위입니다.
비충전 수지로 100,000 shots 미만: 총비용에서는 거의 항상 P20이 유리합니다. 비충전 수지로 300,000 shots 미만: 표면 마감이나 내식성 요구사항으로 S136이 필요하지 않다면 P20이 표준 선택입니다. 수지 종류와 관계없이 500,000 shots 초과: 최소 H13을 사용하고 부식성 또는 광학 요구사항이 있으면 S136을 검토합니다. 생산량과 관계없이 유리섬유 또는 무기물 충전 수지: 최소 H13이 필요합니다. 마모 메커니즘 때문에 예상 shot 수와 관계없이 P20은 부적합합니다.
수지 종류가 강재 등급별 마모율에 미치는 영향
수지 선택은 선정한 강종의 정비 주기에도 영향을 줍니다. H13에서 유리섬유 충전 나일론을 가공하면 캐비티 표면이 마모되지만, 적절한 정비 일정을 적용하면 금형의 계획 수명 동안 관리 가능한 수준입니다. 같은 수지를 P20에서 가공하면 최초 50,000회 이내에 측정 가능한 캐비티 마모가 발생합니다. 수지와 금형의 상호작용을 포함한 더 폭넓은 공정 내용은 사출 성형 종합 가이드를 참조하세요.
당사 상하이 공장에서는 현재 양산 중인 약 400개 금형을 대상으로 강종별 성능을 추적합니다. 데이터에 따르면 계획되지 않은 캐비티 재표면 가공의 78%는 의도한 생산량을 초과한 P20 금형에서 발생했으며, 주된 원인은 금형 제작 후 생산 수요가 증가했기 때문입니다. 고객이 생산량 전망을 제공하면 P20/H13 결정 전에 30%의 여유를 반영합니다. 예상 생산량이 해당 수지에 적용되는 P20 한계의 30% 이내라면 금형 전체 수명 동안 비용 예측성이 더 높은 H13을 권장합니다.
금형강 선택을 위한 가장 간단한 기준은 무엇입니까?
대부분의 경우에 적용할 하나의 판단 기준이 필요하다면, 300,000숏 미만의 비충전 수지에는 P20, 마모성이 있거나 500,000숏을 초과하는 경우에는 H13, 생산량과 관계없이 부식성 수지 또는 광학·식품 용도에는 S136을 선택하십시오. 중첩 구간인 200,000~500,000숏의 비충전 수지에서는 부품 형상, 유지보수 계획 및 캐비티 복잡도가 전환 기준에 모두 영향을 주므로 금형 제작사와 협의하는 것이 유용합니다.
용도가 선정 경계에 있다면 예상 생산량을 기준으로 두 강종의 사출당 비용을 계산해 달라고 공급업체에 요청하십시오. 강재 업그레이드 비용을 강종 간 사출 횟수 차이로 나누면 선택이 명확해지는 경우가 많습니다. 금형 소재, 사양 및 설계에 관한 상세 엔지니어링 지침은 사출 금형 종합 가이드를 참조하십시오.
특정 부품과 생산 프로그램에 적합한 강재 등급을 추천받으려면 당사 금형 엔지니어링 팀에 금형 재료 검토를 요청하십시오.
자주 묻는 질문: 어떤 금형강을 선택해야 합니까?
P20, H13, S136 금형강의 차이점은 무엇인가요?
P20은 비충전 수지를 사용하는 중소량 금형에 적합한 사전 경화강(28–34 HRC)입니다. H13은 가공 후 44–52 HRC로 경화되는 열간 금형강으로, 마모성 수지와 대량 생산에 더 높은 내마모성을 제공합니다. S136은 13%+ 크롬을 함유한 스테인리스 금형강으로, 부식성 수지에 대한 내식성과 광학 용도의 경면 연마성을 제공합니다.
P20에서 H13으로는 언제 업그레이드해야 하나요?
예상 생산량이 300,000–500,000숏을 초과하거나, 수지에 함량과 관계없이 유리·무기물·연마성 충전재가 포함되거나, 가공 온도가 200°C를 초과하면 H13으로 업그레이드하십시오. 유리 충전 수지의 연마 마모 때문에 H13은 선택 사양이 아니라 기술적 필수사항입니다. 연마성 재료를 사용하면 생산량과 관계없이 P20은 금형의 목표 생산 수명보다 빨리 열화됩니다.
S136이 항상 H13보다 비싼가요?
S136 강재는 재료 중량 기준으로 일반적으로 H13보다 15–25% 비싸며, 가공과 열처리를 포함한 금형 비용은 보통 P20보다 40–60% 높습니다. 그러나 부식성 수지, 광학 부품, 식품 접촉 용도처럼 S136이 기술적으로 필수인 경우에는 동등한 비용으로 기술 사양을 충족하는 대체재가 없습니다.
P20를 유리 충전 나일론에 사용할 수 있습니까?
아닙니다. 유리섬유 강화 나일론과 기타 마모성 수지는 P20 금형의 캐비티 표면 마모를 가속하며, 일반적으로 50,000–100,000회 사출 이내에 표면 거칠기 증가가 눈에 띄게 나타납니다. 유리섬유 강화 수지의 최소 사양은 H13 (44–52 HRC)입니다. P20 금형에서 유리섬유 강화 수지를 사용하는 것은 비용 절감 방안이 아닙니다. 목표 생산량까지 금형을 사용할 수 없어 조기에 교체하거나 보수해야 합니다.
S136과 H13 중 어떤 것을 선택해야 하는지 결정하는 요인은 무엇인가요?
가공 중 수지가 부식성 가스를 방출하는 경우(PVC, 할로겐계 난연제), 식품 접촉 또는 의료 등급 적합성이 필요한 경우, 표면 마감 사양이 SPI A1 미러 마감을 요구하는 경우에는 S136이 필요합니다. 비부식성 수지와 준외관급 마감이 적용되는 그 밖의 모든 대량 생산에는 H13이 적합합니다.
강종이 금형 리드 타임에 어떤 영향을 미치나요?
P20은 사전 경화 상태로 공급되어 가공 후 열처리가 필요하지 않으므로 리드타임이 짧습니다. H13과 S136은 모두 황삭 후 경화가 필요해 일반적으로 금형 제작 일정에 2–4 weeks가 추가됩니다. 이 리드타임 차이는 긴급 프로젝트에서 실질적인 고려사항이지만, 생산 수량에 필요한 내마모 수명을 확보하지 못하는 강재를 선택하는 근거가 되어서는 안 됩니다.
출처
- ASM International. 공구강, 제5판(1998). P계열 사전 경화강 사양(P20: 28–34 HRC), H계열 열간 가공 공구강 조성.
- SPI(플라스틱산업협회). 금형 기술 가이드. P20, H13 및 스테인리스 공구강 선정에 관한 생산량 임계값과 수지 유형 지침.
- Machinery’s Handbook, 31st ed.의 사출 금형 재료 섹션: 상대적 툴링 추가 비용(H13은 +20–35%, S136은 P20 대비 +40–60%)과 열처리 리드타임 추정치(2–4 weeks).
열가소성 수지: 열가소성 수지는 가열하면 부드러워지고 냉각하면 굳어 화학적 변화 없이 반복 가공할 수 있는 고분자로, 사출 성형이 주로 가공하도록 설계된 재료군입니다. ↩
H13 열간 가공 공구강: H13은 AISI H13으로 표준화된 크롬-몰리브덴-바나듐계 열간 가공 공구강으로, 반복적인 가열과 냉각이 발생하는 용도에 맞게 설계되었습니다. 합금 조성 덕분에 열피로 저항성과 경도(완전 경화 시 44–52 HRC)가 높아 고온 수지 가공 및 연마성 충전재 용도에 적합합니다. ↩
S136 스테인리스 공구강: S136은 크롬 함량이 13% 이상인 마르텐사이트계 스테인리스 공구강으로 산성 및 산화 환경에서 내식성을 제공합니다. 48–52 HRC로 경화할 수 있고 SPI A1 미러 마감까지 연마할 수 있어 부식성 수지, 광학 부품 및 식품 접촉용 금형의 표준 선택입니다. ↩
