KR100248786B1 - 진공성형용 금형틀과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제작이 신속 간편하고 가격이 저렴하게 소요되는 진공성형용 금형틀에 관한 것으로서, 종래에는 진공금형틀 제작시 금형틀에 주사바늘 크기로 무수히 뚫리는 미세한 내경의 작은 공기구멍을 핸드드릴로 수작업에 의해 일일이 행하였으며, 특히 코너부위에 좁은 간격으로 경사진 공기구멍을 뚫는 것은 작업이 상당히 까다로워 숙련자의 경우에도 비싼 드릴공구를 자주 뿌러뜨리고 가공시간이 오래 걸려서 금형제작비가 과다하게 소요됨으로 인해 원가상승의 요인이 많은 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 내부에 길이 방향으로 공기구멍(111)이 있는 다수개의 심봉(110)을 모형 스티로폴(300)의 소정부위에 끼워 설치한 다음, 이를 모형틀(400)에 집어넣고 주물액을 주입하여 심봉(110)이 삽입된 상태로 모형 스티로폴(300)의 형상과 동일한 금형틀(100)이 제작되도록 한 후, 상기 금형틀(100)의 표면을 가공하여 상기 심봉(110)에 의해 금형틀(100)의 상,하가 서로 관통될 수 있도록 함에 따라 금형틀(100)에 공기구멍(111)을 용이하게 형성하여, 금형틀(100)의 제작에 따른 작업성을 향상시키고, 제조비용을 절감시키므로서, 생산성과 원가절감의 향상효과를 얻을 수 있도록 한 발명이다.

Description

진공성형용 금형틀과 그 제조방법

본 발명은 몸체에 미세한 공기구멍이 무수히 형성되는 진공성형용 금형틀과 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 핸드드릴로 일일이 공기구멍을 뚫지 않고서도 내부에 길이방향으로 공기구멍이 있는 가느다란 스트롱형의 금속제 심봉 다수개를 이용하여 제작이 신속 간편하면서도 가격이 저렴하게 소요되어 상당한 원가절감을 이룰 수 있는 진공성형용 금형틀과 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 차체에서의 수지 성형부품은 다지인의 자유도, 일체화에 의한 부품수의 감소, 경량화, 방청 등의 장점을 지니고 있으며, 반대로 온도 의존성이 있어 치수 변화가 크고, 내열성이 떨어지며, 가공조건으로 품질이 좌우되고, 강판에 비해 생산성, 경제성 등이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 부품이 요구하는 특성이나 사용장소, 환경에 따른 공법, 재료, 형상 등을 고려하여 채용하고 있다.

한편, 수지성형에는 캘린더 성형, 압출 성형, 진공 성형, 사출 성형, 블로 성형, RIM 성형, 슬러시 성형, SMC 성형, 스탬핑 성형이 있으며, 각각의 성형에 대하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.

즉, 캘린더 성형은 시트, 천정, 인스투르먼트 패널 표피 등의 원단 제조 공정에 주로 사용되며, 재료를 혼합 혼련하고 용융 후, 다시 4 개 이상의 주철제 롤을 평행으로 조합시킨 장치로 가열 압연하고 소정의 두께로 마무리 하는 공법이다.

그리고 압출 성형은 직접용도로는 2 차원 일정 단면 형상으로 단색, 다색 또는 다재질의 몰웨더 스트립, 사이드 프로텍터 등이 있고, 간접의 용도로는 후술하는 사출 성형용 재료의 조립 제조 공정이나, 시트의 원단 제조 공정이 있으며, 재료를 가열 실린더내에서 균일하게 용융하고 다이스를 통하여 2 차원 단면 형상품을 연속적으로 얻어 냉각 고화하는 공법이며, 압출기에는 재료를 공급, 용융, 혼합, 혼련, 계량하는 존이 있고, 재료를 이송하는 스크류에는 한 개의 단축 방식과 두 개 이상의 다축 방식이 있으며, 또 다축에서도 동일 방향으로 회전하여 반죽이 잘 되는 타입과 토출량이 오르는 이방향 회전 타입이 있다.

또한 진공 성형은 인스트루먼트 패널 패드, 도어트림, 펜더실드, 시트 표피 등의 가공에 사용되며, 재료에 열을 가한 후, 형에 씌우고 형에 뚫린 구멍으로 공기를 흡입하여 형상을 만들고, 그 후 냉각, 탈형, 여분의 부분을 트리밍 한다.

그리고 사출 성형은 범퍼페이스, 라디에이터그릴, 리어 패널가니시 등의 외장 부품이나 인스트루먼트코아, 콘설, 트림 등의 내장 부품에 많이 사용되는 공법으로서, 실린더 내에서 가열 용융시킨 성형재료를 30∼100 MPa 의 고압으로 형내에 사출하고 냉각고화(열가소성 수지) 또는 가열경화(열경화성 수지)하여 성형품을 만든다.

또한 상기와 같은 성형공법에 의한 부품은 종래보다 많은 부품에 사용하기 때문에 재료면, 공법면에서 많은 개선이 되어 있는데, 예를 들면 내충격성, 내열성, 내용제성, 고강성, 저강성, 저성형 수축, 저선팽창화, 고외관 등의 기능향상과 고유동성, 고사이클성 등의 성형성 개선을 밸런스를 취하면서 진행하고 있다.

특히 그 가공법도 단일 재료 뿐만 아니라 볼품을 향상시키기 위하여 동재질 다색 성형, 기능향상을 위한 다재질 성형, 표면 외관 향상을 위한 필름인서트 성형, 가스주입 저압 성형 등 많은 공법이 있으며, 생산성도 높지만 일반적으로 재료가 고강성이기 때문에 부품 형상의 언더키트처리, 고압을 위한 강도대책, 고사이클화에 의한 형교체 단축화 등에 금형비가 많이 소요된다.

그리고 블로 성형은 덕트, 스포일러, 헤드레스트, 탱크 등의 폐단면 부품에 많이 사용되고 있으며, 재료를 압출성형으로 어큠레이터 헤드에 담고 원통상으로 예비 성형한 파리슨을 형내에 끼우고 압공하여 성형품을 얻는 공법이다. 그리고 0.5 MPa 정도의 저압으로 성형할 수 있기 때문에 비교적 싼 형비로 제작할 수 있지만 상하 방향의 형은 생산성의 면에서 다소 떨어진다.

또한 치수 정도, 표면 외관이 필요한 부품은 형온, 성형 압력, 냉각 시간 등의 관리가 보다 엄격하게 된다. 그리고 시프트 부쯔, 연료탱크 등에 재질이 다른 이층 블로 성형이 취급되고 있다. 특히 연료 탱크는 경량화, 레이아웃상의 제약, 용량업 등의 요구에 의해 판금부품에서 블로 성형에 의한 수지부품의 치환이 진행되고 있다.

또한 RIM 성형은 범퍼페이스, 범퍼 코아, 스포일러, 에어댐스카트 등의 외장부품이나 인스트루먼트 패드, 도어트림, 스티어링휠 등의 소프트감이 있는 내장부품에 많이 쓰이고 있는 공법으로서, 반응성이 높은 2종 이상의 재료(액체)를 10∼18 MPa 의 고압에서 혼합 헤드(믹싱헤드) 내에 사출하여 충돌 혼합시켜 금형에 주입한 후, 반응 경화시켜 성형품을 만드는 공법이다.

이때의 혼합은 고압이지만 성형 압력은 0.5∼2 MPa 로 낮으므로 대형이고 복잡형상의 성품에 적합하다. 그러나 반응 경화를 위해 재료, 설비, 성형 조건의 매우 세밀한 관리나 후공정에서의 마무리가 필요한 점 등의 단점이 있다.

그리고 슬러시 성형은 인스트루먼트 패드 및 콘솔, 글로브 박스 등의 주변부품이나 도어트림 등의 피혁조로 소프트감이 있는 내장 부품에 많이 쓰이는 공법으로서, 액상 또는 파우더상의 재료를 형내로 주입하고 형내벽의 모양을 충실히 전사하여 박피상의 성형품을 얻는 공법이며, 형의 가열 방법으로 표피층이 1층의 것은 형내에 온조 배관을 짜 넣는 것이 일반적이고, 질감이나 저코스트화를 꾀한 2층의 것은 외부 가열 방식이 많으며, 유연성에 풍부한 표피층이 되는데 성형조건이 매우 세밀한 관리나 후공정에서의 마무리가 필요한 등의 단점이 있다.

또한 SMC 압축성형은 스포일러, 에어댐스카트, 램프하우징, 리어엔드트림, 캐노피 등의 부품에 사용하고 있는 것으로서, 유리섬유에 불포화 폴리에스테르 수지 등을 함침시킨 재료를 부품의 중량이나 형상에 따라 금형에 적층하고 5.0∼15 MPa 의 가압력으로 성형하는 공법이다. 이는 재료가 열경화 타입이기 때문에 금형 온도는 130∼160℃ 가 필요한 데다가 성형품 외주나 구멍의 바리 마무리, 표면 마무리 등 뒷 마무리가 필요하게 되며, 표면 외관 향상을 목적으로 하여 재료 개량과 함께 설비면에서는 가압시의 진공 빼기나 형 내에서의 성형품 표면의 프리코드(인몰드코트) 등의 개량이 진행되고 있다.

그리고 스탬핑 성형은 범퍼빔, 배터리트레이 등의 부품에 사용되고 있으며, 상기 SMC 압축성형의 재료가 열경화 타입인데 대하여 스탬핑 성형은 열가소 타입이며, 기본적으로는 서로 유사한 공법으로서, 유리 섬유 매트를 끼운 열가소 재료에 따른 가열 온도로 예비 가열하고, 형내에 세트하여 10∼20 MPa 의 가압력으로 프레스 성형을 한다.

한편, 도 1 은 상기한 수지성형중 진공성형용 금형틀의 사용상태를 도시한 것으로서, 열에 의해 가열된 소재(50)를 금형틀(10)의 상단에 올려놓은 후, 진공장치를 이용하여 금형틀(10)에 형성되어 있는 다수개의 공기구멍(11)으로 공기를 빼면, 소재(50)는 금형틀(10)에 진공흡착되어 완전히 밀착된다.

그후, 상기 소재(50)의 상면으로 표피재(60)를 올려놓으면서 다른 금형틀(20)과 금형틀(10)을 서로 접면시킨 뒤, 열로서 융착시킨 다음, 금형틀(10)에 설치된 냉각수용 파이프(12)에 냉각수가 흐르게 하면 소재(50)와 표피제(60)가 함께 냉각되면서 금형틀(10)과 다른 금형틀(20)을 분리시켰을 경우, 금형틀(10)의 형상과 동일한 형상으로 제품이 완성된다.

한편, 상기와 같은 진공성형에 있어서, 금형틀(10)에 형성되는 공기구멍(11)은 그 내경이 주사바늘과 같이 매우 작아야만 되며, 이러한 공기구멍(11)을 형성하기 위해서 종래에는 다음과 같은 작업공정을 거쳐 금형틀을 제작하였다.

즉, 도 2a 및 도 2b 와 같이 제작하고자 하는 금형틀(10)의 모형을 가진 모형 스티로폴(30)을 구비한 후, 상기 모형 스티로폴(30)을 상,하로 분리되는 모형틀(40)에 집어넣은 다음, 상기 모형틀(40)에 주물액을 주입하게 되면, 모형 스티로폴(30)이 주물액에 의해 녹으면서 모형 스티로폴(30)과 동일한 형상의 금형틀(10)이 완성되는 것이다.

그후, 도 2b와 같이 금형틀(10)의 소정부위에 먼저 다수개의 공기구멍(11)을 형성한 다음 금형틀(10)의 표면을 전체적으로 소정 두께(h)만큼 깍아 매끈하게 가공하여 금형틀(10)을 완성하거나 또는 스티로폴(30)과 동일한 형상으로 성형된 금형틀(10)의 표면을 전체적으로 소정 두께(h)만큼 깍아 매끈하게 가공한 다음 성형면에 다수의 공기구멍(11)을 성형하여 금형틀(10)을 완성하였다.

그런데, 상기와 같이 금형틀을 제작하는 종래의 진공금형틀 제작공정중 금형틀(10)에 주사바늘 크기의 미세한 내경으로된 작은 공기구멍(11)을 무수히 뚫는 작업을 핸드드릴로 수작업에 의해 일일이 행하였기 때문에 금형틀(10)몸체에 공기구멍을 뚫는 드릴링 작업에 상당한 시간을 소모하게 되어 금형틀 제작에 소요되는 인력소모와 시간적 손실이 막대하였다.

특히, 성형면의 굴곡진 모서리부위에는 진공흡착력을 높히기 위해 좁은 간격으로 다수의 공기구멍을 뚫어야 하므로 모서리부위의 공기구멍들은 경사지게 뚫어야만 되는데, 이와같이 좁은 간격으로 경사진 공기구멍을 다수 뚫는 작업은 숙련자의 경우에도 비싼 드릴공구를 자주 뿌러뜨리게 되는 등 상당히 까다롭고 어려워서 가공시간이 오래 걸림에 따라 금형제작비가 과다하게 소요되었으며, 이로 인해 생산제품의 원가상승 요인이 많이 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진공성형용 금형틀 제작시 핸드드릴로 다수의 공기구멍을 일일이 뚫지 않고서도 금형틀 몸체에 다양한 형태의 공기구멍들을 힘들이지 않고 구비할 수 있도록 함으로써 제작비가 저렴하고 이로인해 성형제품의 원가절감을 상당히 이룰 수 있는 진공성형용 금형틀과 그 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 진공성형용 금형틀을 제작하기 위하여 모형 스티로폴을 상하로 구분되는 모형틀에 집어넣은 후, 주물액을 상기 모형틀에 주입하여 모형 스티로폴과 동일한 형상의 금형틀을 제작함에 있어서, 내부에 공기구멍이 있는 가느다란 심봉 다수개를 "U"자 형으로 모형 스티로폴에 설치한 상태에서 주물액을 모형틀에 주입하여 모형 스티로폴의 형상과 동일한 금형틀을 성형한 다음, 상기 금형틀의 표면을 가공하여 심봉에 의해 금형틀의 상,하가 서로 관통될 수 있도록 하므로서 달성되는 것이다.

이러한 본 발명은 모형 스티로폴에 공기구멍이 형성된 다수개의 심봉을 설치한 후, 이를 상,하로 분리되는 모형틀에 집어넣은 다음, 상기 모형틀에 주물액을 주입시켜 심봉이 설치된 상태의 금형틀이 완성되도록 한 후, 심봉과 함께 금형틀의 표면을 가공하여, 금형틀에 공기구멍이 용이하고 효과적으로 형성되도록 함에 따라 금형틀의 제작에 따른 비용의 절감과 작업성의 향상으로 생산성의 향상효과를 얻을 수 있으므로, 상기 목적을 달성할 수가 있다.

도 1 은 일반적인 진공성형용 금형틀의 사용상태를 도시한 측단면도.

도 2a 는 일반적인 금형틀을 제작하기 위하여 모형 스티로폴을 사용하는 상태의 측단면도.

도 2b 는 모형 스티로폴에 의해 금형틀이 제작된 후, 그 표면이 가공되는 상태를 도시한 측단면도.

도 3a 는 본 발명에 따른 금형틀을 제작하기 위하여 모형 스티로폴을 사용하는 상태의 측단면도.

도 3b 는 모형 스티로폴에 의해 본 발명에 따른 금형틀이 제작된 상태를 예시한 측단면도.

도 3c 는 본 발명에 따른 금형틀에 공기구멍이 형성된 심봉의 설치상태를 예시한 측단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 금형틀 300 : 모형 스티로폴

400 : 모형틀 110 : 심봉

111: 공기구멍

이하 본 발명의 목적을 효과적으로 달성할 수 있는 기술구성 및 작용을 바람직한 실시예로 첨부한 별첨의 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 3a 는 본 발명에 따른 금형틀을 제작하기 위하여 모형 스티로폴이 사용되는 상태를 예시한 측단면도이고, 도 3b 는 모형 스티로폴에 의해 본 발명에 따른 금형틀이 제작된 상태를 예시한 측단면도이며, 도 3c 는 본 발명에 따른 금형틀에 공기구멍이 형성된 심봉의 설치상태를 예시한 측단면도이다.

이에 예시한 바와 같이 본 발명은 모형 스티로폴(300)을 상하로 구분되는 모형틀(400)에 집어넣고 주물액을 주입하여 모형 스티로폴(300)과 동일한 형상으로 성형하는 금형틀에 있어서, 내부에 공기구멍(111)이 길이방향으로 형성되어 있는 가느다란 심봉(110) 다수개가 금형틀(100)의 성형면 소정부위에 수직 또는 경사지게 삽입된 상태로 성형한 진공성형용 금형틀을 특징으로 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 금형틀이 제작되는 과정을 도 2a 및 도 2b 를 통해 공정별로 보다 상세히 설명하기로 한다.

(제1공정)

도 3a 에 예시한 바와 같이 원하는 금형틀(100)의 형상과 동일한 모형 스티로폴(300)을 구비한 다음 그 이면에 냉각파이프(112)를 소정 위치로 배열하는데 이는 종래와 같다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 냉각파이프(112)가 배열된 모형 스티로폴(300)의 성형면 부위에 내부로 공기구멍(111)이 형성된 다수개의 심봉(110)을 냉각파이프(112)와 간섭되지 않게 박아 설치하는데, 평면부위에는 심봉(110)을 상하 수직으로 박으면 되고 성형면의 굴곡진 모서리 부위에는 상기 심봉(110)을 경사지게 박으면 된다.

이때, 상기와 같이 심봉(110)을 박으면서 주의할 점은 후에 모형스티로폴(300)을 모형틀(400)속에 넣고 금형틀 성형용 주물액을 주입하였을 때 주물액이 심봉(110)의 내부 공기구멍(111)으로 들어가지 않도록 설치하여야 하며, 그 방법중 한 예를 들면 심봉(110)을 길다란 것으로 준비하여 "U"자형으로 구부린 다음 그 양단을 모형 스티로폴(300)위에서 아래로 박아 그 양단이 모형 스티로폴(300)저면으로 돌출되도록 한다.

상기와 같이 심봉(110)을 역"U"자형으로 박으면 모형 스티로폴(300)의 저면으로 돌출된 심봉(110)의 양단이 모형틀(400)에 박혀있는 상태가 되므로 상하 모형틀(400)사이로 주물액을 주입하였을 때 심봉(110)의 내부로 상기 주물액이 들어갈 우려가 전혀 없으므로 매우 바람직하다고 할 수 있다.

(제2공정)

그리고, 상기와 같이 다수개의 심봉(110)을 모형 스티로폴(300)에 설치한 상태에서 이를 상,하로 분리되는 모형틀(400)에 집어넣은 다음. 모형틀(400)에 주물액을 주입하게 되면, 주물액이 모형틀(400)에 유입되는 순간 모형 스티로폴(300)은 주물액에 의해 완전히 녹게 된다.

이때 상기 심봉(110)은 서로 묶는 등의 고정수단(도면중 미도시)에 의해 최초의 설치위치가 변하지 않도록 하여 모형 스티로폴(300)이 주물액에 의해 녹는 과정에서 심봉(110)의 설치위치가 변경되지 않도록 함이 바람직 하다.

또한 상기 심봉(110)은 주물액보다 용융점이 높아 주물액에 잘 녹지 않는 재질로 만들어야 하며 그 이유는 모형틀(400)속으로 주입된 주물액이 모형 스티로폴(300)을 녹일 때 모형 스티로폴(300)에 박혀있는 심봉(110)이 주물액에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

(제3공정)

그리고 도 3b 와 도 3c 에 예시한 바와 같이 심봉(110)이 설치된 상태로 금형틀(100)이 완성되면 금형틀(100)의 표면을 소정두께(h1)만큼 깍아내어 매끈하게 가공해야 하는데, 이때 금형틀(100)의 표면을 가공하는 과정에서 금형틀(100)의 표면에 돌출되어 있는 심봉(110)의 만곡진 부분이 함께 절단되면서 가공되므로 심봉(110)의 일측은 금형틀(100)의 표면에 개구된 상태로 위치하며, 심봉(110)의 타측은 금형틀(100)의 저면에 역시 개구된 상태로 위치됨에 따라 상기 심봉(110)에 의해 금형틀(100)의 상,하가 서로 관통될 수 있는 것이다.

이와같이 되면 진공장치를 작동시켰을 때 금형틀(100)의 내부에 있던 공기가 심봉(110)의 공기구멍(111)을 통해 금형틀(100) 외부로 배출되면서 소재를 양호하게 진공흡착하므로 소재를 금형틀(100)의 표면에 완전히 매우 이상적으로 밀착시킬 수가 있는 것으로서, 이러한 본 발명은 금형틀(100)의 성형면 중앙은 물론 공기구멍의 형성이 상당히 힘들고 까다로운 모서리 부위에도 공기구멍(111)이 구비된 심봉(110)을 이용하여 손쉽게 진공흡착용 구멍을 형성할 수 있으므로 금형틀(100)의 제작이 매우 신속 간편한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 진공성형용 금형틀 제작시 종래처럼 핸드드릴로 다수의 공기구멍을 일일이 뚫지 않고서도 내부에 공기구멍이 형성된 심봉을 이용하여 금형틀의 주물 성형시 금형틀 몸체에 다양한 형태의 공기구멍들을 일체로 힘들이지 않고 구비할 수 있으므로 다수의 드릴공구 파손으로 인해 발생하는 종래의 원가상승 요인을 제거하면서 금형틀의 생산성을 높혀 금형틀 제작에 따른 비용절감의 효과가 크며, 이로인해 동 금형틀로 성형되는 제품의 생산원가를 상당히 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 모형 스티로폴(300)을 상하로 구분되는 모형틀(400)에 집어넣고 주물액을 주입하여 모형 스티로폴(300)과 동일한 형상으로 성형하는 금형틀에 있어서, 내부에 공기구멍(111)이 길이방향으로 형성되어 있는 가느다란 심봉(110) 다수개가 금형틀(100)의 성형면 소정부위에 수직 또는 경사지게 삽입된 상태로 성형한 것을 특징으로 하는 진공성형용 금형틀.
2. 모형 스티로폴(300)을 상하 모형틀(400)에 넣고 주물액을 주입하여 모형 스티로폴(300)과 동일한 형상의 금형틀을 제작함에 있어서, 내부에 공기구멍(111)이 있는 가느다란 심봉(110) 다수개를 내부로 주물액이 주입되지 않도록 모형 스티로폴(300)에 설치하는 제1공정과;

   상기 심봉(110)다수개가 꽂혀있는 모형스티로폴(300)을 모형틀(400)에 넣고 주물액을 모형틀(400)에 주입하여 모형 스티로폴(300)의 형상과 동일한 금형틀(100)을 성형하는 제2공정과;

   상기와 같이 성형된 금형틀(100)의 표면을 소정두께(h1)만큼 절삭 가공하여 심봉(110)의 공기구멍(111)이 금형틀(100)의 상,하로 관통되게 하는 제3공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공성형용 금형틀의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 심봉(110)을 모형 스티로폴(300)에 꽂아 설치하는 제1공정중 심봉(110)을 "U" 자형으로 굽힌 다음 심봉(110)의 양단이 모형 스티로폴(300)의 저면으로 돌출되게 꽂아 설치함을 특징으로 하는 진공성형용 금형틀의 제조방법.