KR100236376B1 - 냉각봉을 구비한 수지금형 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지금형의 수지층에 다수의 냉각봉을 삽입하여 기계적인 강도를 증대시키고 열전달 효율을 높여 냉각시간을 단축함으로써 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있는 냉각봉을 구비한 수지금형 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 이 수지금형의 구성을 보면, 제품의 외형과 동일한 형상의 임프레션(impression,12)이 형성되어 있는 수지층(20)과, 제품의 성형시에 수지층(20)으로부터 전달되는 열을 외부로 방출하며 금형의 전체적인 강도를 유지하는 상부 플레이트(40)와, 수지층(20)에 설치된 다수의 냉각봉(30)으로 이루어져 있다. 이러한 구성을 지닌 수지금형의 제조하기 위해서는 아크릴 등으로 제조된 고정플레이트(50)에 다수의 봉삽입홀(52)을 형성하여 냉각봉(30)을 삽입한 다음, 냉각봉(30)의 하단을 성형박스(60)내의 제품모형(10)으로부터 약 0.1~5㎜정도 이격시킨 상태에서 수지를 주입한 후에, 적당한 두께로 절단하여 수지층(20)을 만든 다음에 상부 플레이트(40)와 접착시킨다.

Description

냉각봉을 구비한 수지금형 및 그의 제조방법

본 발명은 수지금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수지금형의 수지층에 다수의 냉각봉을 삽입하여 기계적인 강도를 증대시키고 열전달 효율을 높여 냉각시간을 단축함으로써 생산성을 높이고 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있는 냉각봉을 구비한 수지금형 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 신제품 개발을 위해 시작품을 만들거나 특수 목적의 제품을 소량으로 생산하는 경우에는 사출금형을 만들어 통상의 기계가공에 따른 제품의 개발비용을 절감하고 개발시간을 단축한다. 사출금형에는 수지(resin)금형과 자스(zas)금형이 있다.

이중에서 수지금형은 자스금형에 비해 주형의 변형이 작고 반제품(半製品)의 정밀도가 높은 이점이 있으나, 기계적인 강도가 낮아 형이 쉽게 파손될 우려가 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 수지층에 다수의 냉각편을 삽입하여 금형의 강도를 높이는 기술이 소개되었다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여 첨부한 도 1을 참고로 종래의 수지금형에 대하여 설명한다.

도 1은 종래의 수지금형을 도시한 단면도이다. 수지금형의 냉각성능을 향상시키기 위해서, 종래에는 가상선으로 도시한 바와 같이, 만들고자 하는 시작품(2)과 동일한 형상의 공간부를 갖는 수지층(4)에 알루미늄이나 스틸과 같이 열전도율이 우수한 재질의 냉각편(6)을 혼입하였으며, 필요에 따라 상기 수지층(4) 내에 냉각수 구멍을 가공하여, 제품의 성형시에 발생되는 열을 외부로 배출하도록 하였다.

이러한 구성을 지닌 수지금형을 만드는 종래의 제조과정에서는 먼저, 제품의 형상에 맞게 목재로 제품모형(prototype)을 만든 다음, 제품모형을 바탕으로 주조모델을 제작한다. 다음에, 주조모델에 형성된 수지 주입구를 통해 수지를 주입하여 수지층을 형성함으로써 수지금형을 완성한다.

이러한 구성을 지닌 종래의 수지금형에서는 냉각편을 삽입하였기 때문에, 수지의 주입시에 발생되는 열이 냉각편을 통과하면서 부분적으로 빠르게 전달되는 효과는 있으나, 냉각편이 불연속적으로 배치되어 있으므로 냉각편을 통과한 열이 상부 플레이트로 전달되는 시간이 지연된다. 그로 인해서 냉각이 불규칙적으로 진행되어 성형후에는 사출품에 부분적인 수축이 발생하여 정밀도가 저하된다. 또한, 파손될 우려 때문에 프레스의 압력을 충분히 가할 수 없으므로, 정확한 형상을 얻을 수 없는 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은 수지금형의 수지층내에 다수의 냉각봉을 설치하여 금형 전체의 기계적인 강도를 증대시키고 제품의 성형시에 발생되는 고온의 열을 신속히 외부로 방출하여 균일한 냉각을 유도함으로써, 불규칙한 수축현상을 막아 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있는 냉각봉을 구비한 수지금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다수의 봉삽입홀이 형성된 고정 플레이트와 수지 주입구가 형성된 성형박스를 이용하여 수지층에 냉각봉이 설치된 수지금형의 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 수지금형을 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 냉각봉을 구비한 수지금형을 도시한 사시도이고,

도 3은 도 2에서 선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 취한 단면도이고,

도 4의 (가)~(사)는 본 발명에 따른 수지금형의 제조과정을 도시한 공정도이며,

도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 수지금형을 제조하는 순서를 나타낸 흐름도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10:시작품 20:수지층

30:냉각봉 40:상부 플레이트

42:냉각수 통로 44:이젝터 핀홀

50:고정 플레이트 52:봉삽입홀

60:성형박스 62:수지 주입구

상술한 본 발명의 목적은 제품의 외형과 동일한 형상의 임프레션이 형성되어 있는 수지층과, 수지층으로부터 전달되는 열을 외부로 방출하며 금형의 전체적인 강도를 유지하는 상부 플레이트와, 수지층에 설치된 다수의 냉각봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 고정 플레이트에 냉각봉이 삽입되는 다수의 봉삽입홀을 가공하는 단계(S1)와, 고정 플레이트에 형성된 봉삽입홀에 다수의 냉각봉을 삽입하는 단계(S2)와, 수지 주입구가 형성된 성형박스에 제품모형을 안착하는 단계(S3)와, 고정 플레이트에 삽입된 냉각봉을 성형박스에 안착된 제품모형의 상부에 배치하는 단계(S4)와, 고정 플레이트의 상부에 접착제를 주입하여 냉각봉을 고정하는 단계(S5)와, 성형박스에 형성된 수지 주입구를 통해 고정 플레이트의 하부에 수지를 주입하는 단계(S6)와, 수지에 의해 냉각봉이 고정된 고정 플레이트를 성형박스로부터 인출한 다음, 고정 플레이트의 하부를 적절한 두께로 절단하여 수지층을 만드는 단계(S7)와, 냉각봉이 삽입된 수지층을 냉각수 통로가 형성된 상부 플레이트에 부착하는 단계(S8)와, 일체로 부착된 고정 플레이트와 수지층에 이젝터 핀이 삽입되는 핀홀을 가공하는 단계(S9)로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 수지층에 삽입된 다수의 냉각봉에 의해 국부적인 열적 수축을 방지하여 정밀도가 높은 우수한 제품을 생산하는 것이 가능하며, 금형의 전체적인 압축강도가 증대되므로 종래에 비해 높은 압력으로 프레스 가공할 수 있기 때문에 제품의 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고정 플레이트에 형성된 다수의 봉삽입홀에 냉각봉을 삽입한 다음, 성형박스에 안착시킨 상태에서 수지를 주입하기 때문에 금형 제조작업이 용이하며, 시작품의 형상에 따라 적절히 냉각봉의 갯수와 배치를 변경하여 금형 내의 열전달을 최적화할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도 2내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각봉을 구비한 수지금형 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각봉을 구비한 수지금형을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에서 선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 취한 단면도이고, 도 4의 (가)~(사)는 본 발명에 따른 수지금형의 제조과정을 도시한 공정도이며, 도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 수지금형을 제조하는 순서를 나타낸 흐름도이다.

먼저, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수지금형에서는 수지층(20)의 내부에 다양한 길이를 갖는 냉각봉(30)을 삽입하였다. 여기에서 냉각봉(30)은 알루미늄과 같이 열전도성이 우수한 금속재질로 제조하는 것이 바람직하며, 만들고자 하는 제품의 형상에 따라 냉각봉의 길이나 직경 및 배치간격을 다르게 구성할 수 있다. 또한 열전도율이 높은 알루미늄 분말 등이 혼입된 수지를 이용하여 수지층(20)을 형성할 수도 있다.

상부 플레이트(40)내에는 냉각수가 유동되는 냉각수 통로(42)를 형성함으로써, 제품의 성형시에 수지층(20)내의 냉각봉(30)을 통해 전달되는 열이 신속하게 외부로 방출되도록 하였다. 통상, 냉각수 통로(42)는 금형내에서 최적의 온도조건을 유지할 수 있는 적절한 형태로 배열된다. 또한, 도시하지는 않았으나, 수지금형에는 사출성형을 위한 게이트를 비롯하여 주물을 주입하기 위한 탕구(sprue)나 주물이 유동하는 탕도(runner)등이 설치되며, 이젝터 핀(ejector pin)과 같은 금형의 다른 구성요소들은 기존의 것을 사용한다.

그리고, 금형을 완성한 다음에 냉각봉(30)이 수지층(20)의 외부로 돌출되는 것을 막기 위해서 냉각봉(30)은 가상선으로 나타낸 제품모형(10)의 임프레션(12)으로부터 약 1~5㎜정도 이격시키는 것이 바람직하다.

다음에는 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 4의 (가)는 고정 플레이트(50)에 봉삽입홀(52)을 가공하는 단계(S1)를 도시한 것으로서, 고정 플레이트(50)는 아크릴 등으로 제조한다. 이 고정 플레이트(50)에는 드릴을 사용하여 다수의 봉삽입홀(52)을 가공한다. 다수의 냉각봉(30)이 삽입되는 봉삽입홀(52)은 냉각봉(30)의 크기와 배열에 따라 다양한 직경 및 형태를 갖는다. 고정 플레이트(50)는 만들려고 하는 수지금형의 크기와 같거나 약간 큰 것을 사용하며, 봉삽입홀(52)에 삽입된 냉각봉(30)이 좌우로 유동되지 않을 정도의 두께를 지니면 된다.

다음에, (나)는 고정 플레이트(50)에 형성된 봉삽입홀(52)에 다수의 냉각봉(30)을 삽입하는 단계(S2)를 나타낸다. 이와 같이 삽입된 상태에서 냉각봉(30)은 고정 플레이트(50)에 형성된 봉삽입홀(52)의 벽면을 따라 원활하게 상하로 이동할 수 있어야 하며, 공동부 내로 돌출되는 부분에 위치하는 봉삽입홀에는 스틸봉을 삽입하여 충분한 강도를 유지하도록 하는 것이 좋다.

도 4의 (다)는 수지 주입구(62)가 형성된 성형박스(60)에 제품모형(10)을 안착하는 단계(S3)를 보인 사시도이다. 성형박스(60)의 일측면에는 수지를 주입할 수 있는 수지 주입구(62)를 형성하였으며, 이 성형박스(60)내에는 목재 등으로 제조한 제품모형(10)을 안착한다. 이때, 제품모형을 금형의 임프레션(impression)에 맞추어 고정시킨다. 도시하지는 않았으나, 상기 제품모형에는 게이트나 탕구 및 탕도 등의 형상도 포함된다.

다음에, (라)는 고정 플레이트(50)에 삽입된 냉각봉(30)을 상기 성형박스(60)에 안착된 제품모형(10)의 상부에 배치[단계(S4)]한 다음, 고정 플레이트(50)의 상부에 접착제(72)를 주입하여 냉각봉(30)을 고정하는 단계(S5)를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 냉각봉(30)은 고정 플레이트(50)의 봉삽입홀(52)에 상하로 이동할 수 있도록 끼워져 있기 때문에, 제품모형(10)의 높낮이에 맞게 배열된다. 이 때, 통(70)에 들어 있는 수지 또는 접착제를 고정 플레이트(50)의 상부에 부우면, 냉각봉(30)은 제품모형(10)과 동일한 높낮이로 배열된 상태로 고정된다.

접착제가 굳어 냉각봉(30)이 완전히 고정된 다음에는 고정 플레이트(50)에 고정된 냉각봉(30)의 하단이 상기 제품모형(10)으로부터 약 0.1~5㎜정도로 이격되도록 상기 고정 플레이트(50)를 상승시킨 상태에서, 성형박스(60)에 형성된 수지 주입구(62)를 통해 액상의 수지를 주입한다[단계(S6)]. 수지 주입구(62)를 통해 유입되는 액상의 수지는 냉각봉(30)과 냉각봉(30)간의 공간에 충진됨과 동시에, 냉각봉(30)의 하단과 제품모형(10)상단 간의 공간부에도 충진됨으로써, 응고후에 냉각봉(30)이 수지층의 외부로 돌출되지 않도록 한다. 용융수지를 주입하기에 앞서서, 성형박스(60)와 제품모형(10)의 표면에는 응고된 수지가 잘 떨어지도록 하기 위해 윤활제나 계면활성제를 도포하는 것이 좋다. 바람직하게는 용융수지와 냉각봉(30)간의 접착력을 증대시키기 위해서 냉각봉(30)의 끝단형상을 변경하거나 외주부에 적절한 표면처리 가공을 하는 것이 좋다.

다음에, (마)는 상기 고정 플레이트(50)를 상기 성형박스(60)로부터 인출한 다음, 고정 플레이트(50)의 하부를 적절한 두께로 절단하여 수지층(20)을 만드는 단계(S7)를 나타낸 것으로, 주입한 수지가 응고되면 성형박스(60)로부터 수지가 부착된 고정 플레이트(50)를 꺼내서 절단선(B-B)을 따라 적당한 두께로 절단하여 수지층(20)을 만든다.

다음, 도 4의 (바)는 접착제(72)를 사용하여 냉각봉(30)이 삽입되어있는 수지층(20)을 냉각수 통로(42)가 형성된 상부 플레이트(40)에 부착하는 단계(S8)를 나타낸다. 절단된 수지층(20)의 윗면에 열전도율이 우수한 접착제를 도포한 다음에, 상부 플레이트(40)를 접착시킨다. 특히, 기계적인 강도가 요구되는 경우에는 클램프를 사용하여 기계적으로 클램핑하면 된다.

마지막 단계(S9)에서는 드릴을 사용하여 접합된 상부 플레이트(40)와 수지층(20)에 핀홀(44)을 형성하여 이젝터 핀이 삽입될 수 있도록 한다.

지금까지 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상형틀을 제조하는 과정을 예시하였으나, 하형틀의 경우에도 동일한 원리에 의해 제조할 수 있다. 또한, 제품의 형상과 크기에 따라 성형박스와 고정 플레이트를 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 냉각봉의 크기 및 배열도 다양하게 변경하는 것이 가능하다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 수지층에 삽입된 다수의 냉각봉의 위치와 수량을 제품의 형상에 따라 변경하여 금형 내의 열전달을 최적화함으로써 수지의 열적 수축을 최소화하여 정밀도가 높은 우수한 제품을 생산하는 것이 가능하다. 또한, 금형의 전체적인 압축강도가 증대되므로 종래의 금형에 비해 높은 압력으로 사출성형하는 것이 가능하므로 제품의 파손을 방지하여 재료의 낭비를 막을 수 있는 한편, 짧은 시간내에 다양한 시제품을 생산하여 제품의 개발기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 제품의 외형과 동일한 형상의 임프레션(12)이 형성되어 있는 수지층(20)과,

   제품의 성형시에 상기 수지층(20)으로부터 전달되는 열을 외부로 방출하며 금형의 전체적인 강도를 유지하는 상부 플레이트(40)와,

   상기 수지층(20)에 삽입되어 상기 상부 플레이트(40)에 고정된 다수의 냉각봉(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)의 하단은 상기 임프레션(12) 표면으로부터 약 0.1~5㎜정도 이격된 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)은 열전도성이 우수한 금속재인 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)은 금속재 중에서 알루미늄인 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형.
5. 고정 플레이트(50)에 냉각봉(30)이 삽입되는 다수의 봉삽입홀(52)을 가공하는 단계(S1)와,

   상기 고정 플레이트(50)에 형성된 봉삽입홀(52)에 다수의 냉각봉(30)을 삽입하는 단계(S2)와,

   수지 주입구(62)가 형성된 성형박스(60)에 제품모형(10)을 안착하는 단계(S3)와,

   고정 플레이트(50)에 삽입된 냉각봉(30)을 상기 성형박스(60)에 안착된 제품모형(10)의 상부에 배치하는 단계(S4)와,

   상기 고정 플레이트(50)의 상부에 접착제(72)를 주입하여 상기 냉각봉(30)을 고정하는 단계(S5)와,

   상기 성형박스(60)에 형성된 수지 주입구(62)를 통해 상기 고정 플레이트(50)의 하부에 수지를 주입하는 단계(S6)와,

   수지에 의해 냉각봉이 고정된 상기 고정 플레이트(50)를 상기 성형박스(60)로부터 인출한 다음, 고정 플레이트(50)의 하부를 적절한 두께로 절단하여 수지층(20)을 만드는 단계(S7)와,

   상기 냉각봉(30)이 삽입된 상기 수지층(20)을 냉각수 통로(42)가 형성된 상부 플레이트(40)에 부착하는 단계(S8)와,

   상기 상부 플레이트(40)와 상기 수지층(20)에 이젝터 핀이 삽입되는 핀홀(44)을 가공하는 단계(S9)로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 고정 플레이트(50)는 아크릴로 제조되는 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)의 하단은 상기 임프레션(12) 표면으로부터 약 0.1~5㎜정도 이격된 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)은 열전도성이 우수한 금속재로 제조된 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 냉각봉(30)은 금속재 중에서 알루미늄으로 제조된 것을 특징으로 하는 냉각봉을 구비한 수지금형.

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