KR100383425B1 - Method and device for fabricating mold insert by three-dimensional welding and milling - Google Patents

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Abstract

본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 제조하고자 하는 시작 금형 인서트의 3차원 컴퓨터 모델을 소정의 두께로 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 NC 데이터를 생성하는 단계와, 모재 위에서 소재를 용융하여 일정한 폭과 높이를 가진 비드를 해당 단면의 상기 NC 데이터에 따라 여러개 겹쳐서 상기 해당 단면을 형성하는 단계와, 상기 단면의 높이를 일정하게 하기 위해 그 윗면을 상기 NC 데이터에 따라 절삭 가공하는 단계를 포함하고, 상기 단면 형성 단계와 절삭 가공 단계를 모든 단면이 적층 형성될 때까지 순차적으로 반복한다.The method for manufacturing a starting mold insert according to the present invention comprises the steps of cutting the three-dimensional computer model of the starting mold insert to be manufactured to a predetermined thickness to obtain respective cross-sectional data, and generating NC data from the data, and melting the material on the base material. Overlapping a plurality of beads having a width and a height according to the NC data of the corresponding cross section to form the corresponding cross section, and cutting the upper surface according to the NC data to make the height of the cross section constant; The step of forming the cross section and the step of cutting are repeated sequentially until all cross sections are laminated.

Description

3차원 용접과 밀링을 이용한 시작 금형 인서트의 제조 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR FABRICATING MOLD INSERT BY THREE-DIMENSIONAL WELDING AND MILLING}TECHNICAL AND DEVICE FOR FABRICATING MOLD INSERT BY THREE-DIMENSIONAL WELDING AND MILLING}

본 발명은 시작 금형 인서트의 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 사출 성형 제품을 제작할 때 테스트용으로 필요한 시작 금형 인서트를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a starting mold insert, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a starting mold insert required for testing when manufacturing an injection molded product.

일반적으로, 제품 개발시 설계가 완료된 후에는 여러 종류의 시제품을 제작한다. 시제품에는 단순히 디자인만을 테스트하기 위하여 제작하는 시제품과 기능성을 테스트하기 위하여 필요한 시제품 등 여러 종류가 있다.In general, after the design is completed during product development, several kinds of prototypes are manufactured. There are many kinds of prototypes, such as prototypes that are manufactured to test only designs and prototypes that are required to test functionality.

종래에는, 시제품 제작용 시작 금형 인서트를 제조하기 위하여 3축NC(numerical control, 수치 제어) 가공이 사용되었다. 가공시, 밀링 공구가 수치 제어되어 황삭, 중삭, 정삭의 일련의 가공 순서에 따라 최종 형상을 제조하게 된다.Conventionally, three-axis NC (numerical control) machining has been used to produce prototype mold inserts for prototyping. In machining, the milling tool is numerically controlled to produce the final contours according to a series of machining sequences of roughing, finishing and finishing.

이와 같은 방법은 형상에 따라 절삭 가공 시간이 많이 걸리거나 또는 형상이 복잡해서 가공이 어려워지는 단점을 가지고 있다. 이렇게 시작 금형 인서트의 제조에 많은 시간이 소모되므로 전체 제품 개발 시간이 연장되고 있는 실정이다.Such a method has a disadvantage in that it takes a lot of cutting time or complicated shape depending on the shape. Since a lot of time is required to manufacture the starting mold insert, the overall product development time is extended.

3축 밀링기만으로 사출 성형용 금형 인서트 코어를 가공할 때 폭이 좁고(2 내지 3 mm) 깊이가 깊은(40 mm 이상) 형상을 가공해야 할 경우가 발생한다. 이와 같은 형상은 주로 얇은 리브(rib)가 있는 사출 성형 부품을 성형하는데 필요한 코어에서 주로 볼 수 있다. 이런 형상을 절삭 가공하기 위해서는 밀링 공구의 지름이 작고 길어야 하므로 가공시 공구가 휘거나 떨리는 문제가 발생하였다. 이러한 문제를 해결하고자, 폭이 좁고 깊은 형상의 금형 인서트 코어를 가공할 때에는 방전 가공을 사용하였다. 그러나, 방전 가공을 위해서는, 전극을 별도로 가공해야 하고 또한 방전기 내에서 새로 세팅을 해야 하는 작업이 필요하다. 이와 같이, 가공물의 운반과 새로운 세팅을 위해 불필요한 시간이 소모되므로 총 제조 시간이 연장되는 단점이 있다.When machining a mold insert core for injection molding only with a three-axis mill, there is a need to process a narrow (2-3 mm) and deep (40 mm or more) shape. Such shapes are mainly seen in the cores needed to mold injection molded parts with thin ribs. In order to cut such a shape, the diameter of the milling tool must be small and long, which causes a problem of bending or shaking the tool during machining. In order to solve this problem, the electric discharge machining was used when processing a narrow and deep mold insert core. However, for the electric discharge machining, the work must be processed separately and a new setting must be made in the electric discharger. As such, there is a disadvantage in that total manufacturing time is extended because unnecessary time is consumed for transporting the workpiece and for new setting.

코어의 반대 형상인 캐비티 가공시, 코어에서와 마찬가지로 인서트의 높이가 높아질수록 공구가 길어져야 하기 때문에 절삭 가공을 수행할 때 공구가 휘거나 떨리는 현상이 발생하므로 절삭 깊이를 작게 설정하여야 하며, 따라서 전체 가공 시간이 늘어나게 된다. 또한, 캐비티의 형상에 따라 절삭 가공후 남은 부분보다 제거해야 하는 부분이 많아질 수 있으므로 불필요한 부분을 가공하는데 많은 가공 시간이 소모되며 재료를 낭비하게 된다.In the cavity machining, which is the opposite shape of the core, the tool must be lengthened as the height of the insert increases, as in the core. Therefore, the cutting depth should be set as the cutting depth is reduced when cutting. The machining time is increased. In addition, according to the shape of the cavity may be more parts to be removed than the remaining part after the cutting process, a lot of processing time is consumed to process unnecessary parts and waste materials.

따라서, 이러한 문제를 해결하고자 적층식 방법을 이용한 쾌속 조형 방법(rapid prototyping)을 사용하기 시작했다. 쾌속 조형 방법 중 투울링(tooling)의 용도로 사용되는 대표적인 방법으로는 예를 들어, 디티엠 코포레이션(DTM corporation)의 래피드투울(rapidtool)이 있다. 그러나, 디티엠 코포레이션의 래피드투울은 간접적인 방법으로, 금형 인서트를 제조하기 위해 바인더(binder)로 혼합된 금속 분말을 소결한 후 강도를 얻기 위해 다시 바인더를 제거하고 후처리를 해야 하는 번거로운 문제가 있다. 더욱이, 현재 기술 수준으로는 제조한 시작 금형 인서트의 정밀도와 표면 품질이 떨어져서 고가의 장비와 소재가 필요하다는 경제적 단점이 있다.Therefore, in order to solve this problem, the rapid prototyping method using the lamination method was started. Representative methods used for the purpose of tooling among the rapid molding methods are, for example, rapidtool of DTM corporation. However, Rapid Toul of DTM Corporation is an indirect method, which has a problem of sintering metal powder mixed with binder to manufacture mold insert, and then removing binder and post-treatment for strength. have. Moreover, the current technical level has the economic disadvantage that expensive equipment and materials are required due to the poor precision and surface quality of manufactured starting mold inserts.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위해 사출 성형용 시작 금형 인서트 제조시 순수 절삭 방식이 아니라 절삭 방식과 적층식 방식을 혼합한 방식인 3차원 용접과 밀링(3D welding and milling)을 제시한 것이다.Therefore, in order to overcome this problem, the present invention proposes a 3D welding and milling method that is a combination of a cutting method and a lamination method, not a pure cutting method when manufacturing a starting mold insert for injection molding. .

본 발명의 목적은 제품 개발시 테스트용으로 필요한 시작 금형 인서트를 높은 정밀도로 신속하게 제조하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to rapidly produce a starting mold insert, which is required for testing in product development, with high precision.

본 발명에 의하면, 시작 금형 제조시 깊고 좁은 형상을 지닌 인서트를 방전 가공하지 않고 짧은 밀링 공구로 가공할 수 있다. 또한. 형상에 따라 절삭하는 부분이 남는 부분보다 많아질 경우에는 기존의 가공 방식보다 총 제조 시간을 단축시킬 수 있다.According to the present invention, the insert having a deep and narrow shape in the manufacture of the starting mold can be processed with a short milling tool without electric discharge machining. Also. If the number of parts to be cut according to the shape is larger than the remaining parts, the total manufacturing time can be shortened than the conventional machining method.

도1은 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 장치의 구성도.1 is a block diagram of a start mold insert manufacturing apparatus of the present invention.

도2는 본 발명의 3차원 용접과 밀링 공정의 원리를 도시한 도면.Figure 2 shows the principle of the three-dimensional welding and milling process of the present invention.

도3은 본 발명에 따라 제조한 깊이가 깊고 폭이 좁은 형상의 부품의 사시도.3 is a perspective view of a deep and narrow shaped part made in accordance with the present invention;

도4는 본 발명에 따라 형성된 단면의 가공된 내측면을 보호하는 방법을 도시한 도면.4 illustrates a method for protecting a machined inner surface of a cross section formed in accordance with the present invention.

도5는 본 발명에 따라 제조한 캐비티의 단면도.5 is a cross-sectional view of a cavity produced in accordance with the present invention.

도6은 본 발명에 따라 적층된 단면과 내부에 형성된 냉각수 통로의 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view of the coolant passage formed therein and the cross-section stacked in accordance with the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 가공 챔버1: processing chamber

10 : 모재10: base material

20 : 단면20: cross section

30 : 내열 소재30: heat resistant material

50 : 캐비티50: cavity

53 : 냉각수 통로53: coolant passage

100 : 용접기100: welding machine

110 : 용접 건110: welding gun

115 : 용접 노즐115: welding nozzle

120 : 금속 와이어 공급 장치120: metal wire feeder

130 : 금속 와이어130: metal wire

200 : 3축 NC 밀링기200: 3-axis NC milling machine

210 : 축210: axis

300 : 공압 공급 장치300: pneumatic supply device

400 : 흡진기400: reducer

500 : 모재 예열 장치500: base material preheating device

본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 제조하고자 하는 시작 금형 인서트의 3차원 컴퓨터 모델을 소정의 두께로 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 NC 데이터를 생성하는 단계와, 모재 위에서 소재를 용융하여 일정한 폭과 높이를 가진 비드를 해당 단면의 상기 NC 데이터에 따라 여러개 겹쳐서 상기 해당 단면을 형성하는 단계와, 상기 단면의 높이를 일정하게 하기 위해 그 윗면을 상기 NC 데이터에 따라 절삭 가공하는 단계를 포함하고, 상기 단면 형성 단계와 절삭 가공 단계를 모든 단면이 적층 형성될 때까지 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a starting mold insert according to the present invention comprises the steps of cutting the three-dimensional computer model of the starting mold insert to be manufactured to a predetermined thickness to obtain respective cross-sectional data, and generating NC data from the data, and melting the material on the base material. Overlapping a plurality of beads having a width and a height according to the NC data of the corresponding cross section to form the corresponding cross section, and cutting the upper surface according to the NC data to make the height of the cross section constant; The cross-section forming step and the cutting processing step may be sequentially repeated until all cross-sections are laminated.

또한, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 상기 모든 단면이 적층 형성된 후 그 외측면을 정밀도 및 표면 품질을 향상시키기 위해 절삭 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the starting mold insert manufacturing method of the present invention is characterized in that it further comprises the step of cutting the outer surface to improve the precision and surface quality after all the cross-section is formed.

또한, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 하나 이상의 단면이 적층된 후에 그 내측면을 절삭 가공하는 단계와, 상기 절삭 가공된 단면의 내측면 공간을 내열 소재로 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a starting mold insert of the present invention further comprises the step of cutting the inner surface after the one or more cross sections are laminated, and the step of filling the inner surface space of the cut cross section with a heat resistant material. It is done.

또한, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 내부에 냉각수 통로를 형성할 때 내열 소재를 지지대로 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the starting mold insert manufacturing method of the present invention is characterized by using a heat-resistant material as a support when forming a cooling water passage therein.

또한, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 단면들의 적층시 각각의 단면의 소재로서 각각 상이한 재료를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the starting mold insert manufacturing method of the present invention is characterized by using a different material as the material of each cross section in the stacking of the cross sections.

본 발명의 시작 금형 인서트 제조 장치는 제조하고자 하는 시작 금형 인서트의 3차원 컴퓨터 모델을 소정의 두께로 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 NC 데이터를 생성하는 수단과, 용접기와, 상기 용접기에 금속 와이어를 연속적으로 공급하는 금속 와이어 공급 장치와, 상기 용접기를 상기 NC 데이터에 따라 구동하는 용접기 구동 장치와, 상기 용접기에 의해 용융된 금속 와이어 비드에 의해 모재 상에 형성된 단면을 절삭 가공하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for manufacturing a starting mold insert according to the present invention comprises means for cutting out a three-dimensional computer model of a starting mold insert to be manufactured to a predetermined thickness to obtain respective cross-sectional data, and generating NC data from the data; A metal wire supply device for continuously supplying a wire, a welder drive device for driving the welder according to the NC data, and a device for cutting a cross section formed on a base material by a metal wire bead melted by the welder. Characterized in that.

또한, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 장치는 모재를 200℃까지 예열시키는 모재 예열 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the starting mold insert manufacturing apparatus of the present invention is characterized in that it further comprises a base material preheating device for preheating the base material to 200 ℃.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도1을 참조하면, 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 장치는 NC 데이터를 생성하는 수단으로서 NC 데이터 생성 소프트웨어(도시 안됨)와, 용접기(100)와, 금속 와이어 공급 장치(120)와, 용접기 구동 장치(도시 안됨)와, 3축 NC 밀링기(200)로 구성되어 있다. 또한, 시작 금형 인서트 제조 장치는 공압 공급 장치(300)와 흡진기(400)와 모재 예열 장치(500)를 부가적으로 포함한다.Referring to Fig. 1, the start mold insert manufacturing apparatus of the present invention is an NC data generating software (not shown), a welding machine 100, a metal wire supply device 120, and a welding machine driving device as means for generating NC data. (Not shown) and a three-axis NC mill 200. In addition, the starting mold insert manufacturing apparatus additionally includes a pneumatic supply device 300, a reducer 400 and a base material preheating device 500.

도시하지는 않았지만, NC 데이터 생성 소프트웨어는 제조하고자 하는 시작 금형의 3차원 컴퓨터 모델을 두께 0.1 내지 1 mm로 얇게 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 3차원 용접과 밀링에 필요한 가공 NC 데이터를 생성한다.Although not shown, the NC data generation software cuts a three-dimensional computer model of the starting mold to be manufactured into 0.1 to 1 mm in thickness, obtains each section data, and then generates machining NC data necessary for three-dimensional welding and milling from the data. .

용접기(100)는 일반 아크 용접기이며, 일반적으로 널리 사용되는 CO2/MAG나MIG 용접기, 플라스마 또는 TIG 용접기가 사용될 수 있다. 용접 건(110)에는 금속 와이어(130)를 공급하는 와이어 공급 장치(120)가 연결된다. 또한, 용접기 본체(150)에는 가스 혼합기(140)와 용접 보호 가스통(170)이 연결되고, 보호 가스는 용접기 본체(150)로부터 가스 공급관(160)을 통해 용접 건(110)으로 공급된다. 금속 와이어(130)는 용접 보호 가스와 함께 용접 노즐(115)을 통해 용융된다. 금형 인서트의 소재가 되는 금속 와이어로서는 예를 들어, 일반 연강(AWS 5.18)을 사용할 수 있다. 또한, 용접 보호 가스로서는, 예를 들어 아르곤과 이산화탄소의 혼합 가스(비율 80:20)를 사용할 수 있다. 와이어 공급 장치(120), 가스 혼합기(140), 용접기 본체(150) 및 용접 보호 가스통(170)은 가공 챔버(1)의 외부에 설치된다.The welder 100 is a general arc welder, and generally used CO 2 / MAG or MIG welders, plasma or TIG welders. The welding gun 110 is connected to a wire supply device 120 for supplying the metal wire 130. In addition, the gas mixer 140 and the welding protective gas cylinder 170 are connected to the welder body 150, and the protective gas is supplied from the welder body 150 to the welding gun 110 through the gas supply pipe 160. The metal wire 130 is melted through the welding nozzle 115 together with the welding protective gas. As a metal wire used as a raw material of a mold insert, general mild steel (AWS 5.18) can be used, for example. As the welding protection gas, for example, a mixed gas of argon and carbon dioxide (ratio 80:20) can be used. The wire supply device 120, the gas mixer 140, the welder body 150, and the welding protective gas cylinder 170 are installed outside the processing chamber 1.

3축 NC 밀링기(200)는 도시를 생략한 구동 장치에 의해 구동되는 축(210)과, 이 축에 지지되는 페이스 밀링 공구(220)와, 절삭시 밀링 공구에 절삭유를 분사하는 절삭유 노즐(230)을 포함한다. 수직 타입의 용접 건(110)은 기존의 3축 NC 밀링기(200)의 축(210) 옆에 수직으로 부착된다. 따라서, 용접에 필요한 구동 장치로서 기존의 3축 NC 밀링기(200)의 축(210)을 구동시키는 구동 장치와 제어기를 사용할 수 있으므로 별도의 용접기 구동 장치를 설치할 필요가 없다. 도1에서 축(210)을 구동시키는 구동 장치와 제어기는 도시를 생략하였다.The three-axis NC mill 200 is a shaft 210 driven by a driving apparatus (not shown), a face milling tool 220 supported by the shaft, and a cutting oil nozzle 230 for spraying cutting oil to a milling tool during cutting. ). The vertical welding gun 110 is vertically attached next to the axis 210 of the existing three-axis NC mill 200. Therefore, the driving device and the controller for driving the shaft 210 of the existing three-axis NC milling machine 200 can be used as a driving device required for welding, there is no need to install a separate welding machine driving device. In FIG. 1, a driving device and a controller for driving the shaft 210 are not shown.

공압 공급 장치(300)와 흡진기(400)도 가공 챔버(1)의 외부에 설치되는데, 공압 공급 장치(300)는 용접 후 용접 노즐(115)에 달라붙는 스파터(spatter)를 제거하기 위해 압축 공기를 공급관(310)을 통해 노즐 내부로 공급하며, 흡진기(400)는 용접시 발생하는 연기를 빨아들이는 기능을 한다.The pneumatic supply device 300 and the reducer 400 are also installed outside the processing chamber 1, which is compressed to remove spatters that adhere to the welding nozzle 115 after welding. Air is supplied into the nozzle through the supply pipe 310, the reducer 400 serves to suck the smoke generated during welding.

첫 번째 단면을 용접할 때 급속한 가열로 인해 모재(10)가 많이 휘는 경향이 있으므로, 이를 방지하기 위해 모재 예열 장치(500)에 의해 모재를 200 ℃ 까지 예열하는 것이 필요하다. 이러한 모재 예열 장치는 튜브 형태로 된 가열 장치를 구리 또는 철로 된 판에 넣어 온도 제어기와 연결시키면 간단하게 구현될 수 있다. 모재(10)로서는 열변형이 적은 원 형태의 금속 소재를 사용한다.Since the base metal 10 tends to bend a lot due to rapid heating when welding the first cross section, it is necessary to preheat the base material to 200 ° C. by the base material preheating device 500 to prevent this. Such a base material preheating device can be implemented simply by connecting a heating device in the form of a tube to a temperature controller in a copper or iron plate. As the base material 10, a circular metal material with little heat deformation is used.

도2를 참조하면, 전술한 제조 장치를 사용하여 시작 금형 인서트를 제조하는 방법의 단계들이 도시되어 있다. 본 발명의 시작 금형 인서트 제조 방법은 블록으로부터 형상을 가공해 나가는 절삭 방식과는 달리 적층 방식을 통해 최종 형상에 가장 가깝게 쌓은 후 절삭 가공을 수행하여 최종 제품을 얻는 혼합된 방식을 사용한다.Referring to Figure 2, the steps of a method of manufacturing a starting mold insert using the manufacturing apparatus described above are shown. Unlike the cutting method of processing a shape from a block, the starting mold insert manufacturing method of the present invention uses a mixed method of stacking closest to a final shape through a lamination method and then performing cutting to obtain a final product.

먼저 3차원 CAD를 사용하여 제조하고자 하는 시작 금형의 3차원 컴퓨터 모델을 만든다. 그런 다음, NC 전용 소프트웨어를 사용하여 두께 0.1 내지 1 mm 사이에서 얇게 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 NC 데이터를 생성한다. 또한, 단면을 채우는 용접 속도, 용접 비드와 비드 사이의 간격, 단면의 높이를 일정하게 맞추기 위한 절삭시의 절삭 속도 등 용접과 절삭에 직접적으로 관련된 공정 변수와, 단면을 채우는 방법과, 단면들 사이의 용접 적층 방향 등 공정을 수행할 때의 전략(strategy) 등이 가공 NC 데이터에 포함된다.First, create a three-dimensional computer model of the starting mold to be manufactured using three-dimensional CAD. Then, using NC-only software, thin slices are cut between 0.1 and 1 mm in thickness to obtain each cross-sectional data and then NC data is generated from the data. In addition, process variables directly related to welding and cutting, such as the welding speed for filling the cross section, the spacing between the weld bead and the bead, the cutting speed during cutting to uniformly adjust the height of the cross section, the method for filling the cross section, and The strategy when performing the process such as the welding lamination direction of the process is included in the machining NC data.

이와 같이 NC 데이터가 생성된 후, 도2의 (a)에 도시된 바와 같이 모재(10) 위에서 금속 와이어(130) 형태로 공급되는 소재를 용접 건(110)에 의해 용융하여일정한 폭과 높이를 가진 비드를 해당 단면의 NC 데이터에 따라 여러개 겹쳐서 해당 단면(20)을 형성한다.After the NC data is generated in this way, as shown in FIG. 2 (a), the material supplied in the form of a metal wire 130 on the base metal 10 is melted by the welding gun 110 to have a predetermined width and height. Excited beads are overlapped in accordance with the NC data of the cross section to form the cross section 20.

다음, 해당 단면의 높이를 일정하게 하기 위해, 도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 그 윗면을 NC 데이터에 따라 3축 NC 밀링기(200)의 축(210)에 지지된 페이스 밀링 공구(220)를 사용하여 절삭 가공한다.Next, in order to make the height of the cross section constant, as shown in Fig. 2 (b), the face milling tool supported on the shaft 210 of the 3-axis NC milling machine 200 according to the NC data thereof 220) for cutting.

이렇게 단면의 높이가 정확하게 맞추어진 후, 도2의 (c)에 도시된 바와 같이, 다시 용접 건(110)을 사용하여 다음 단면을 적층한다.After the height of the cross section is precisely adjusted, as shown in FIG. 2C, the next cross section is laminated using the welding gun 110 again.

이와 같은 적층과 절삭 가공을 모든 단면이 적층 형성될 때까지 순차적으로 반복 수행하여 최종 형상을 제조한다. 적층된 단면의 외측면을 매번 가공할 수 있으나, 시간이 오래 걸리기 때문에 매번 가공하지 않고, 모든 단면이 적층된 후, 즉 최종 형상이 완성된 후 적절한 공구를 사용하여 절삭 가공한다.This lamination and cutting process is repeatedly performed sequentially until all cross sections are laminated to produce the final shape. The outer surface of the laminated section can be processed every time, but it takes a long time, so it is not processed every time, but after all sections have been laminated, i.e., after the final shape is completed, it is cut using an appropriate tool.

가공시에는, 직경 10 mm 이상의 밀링 공구를 사용하여 먼저 거친 면을 가공하고 나서, 표면 품질을 향상시키기 위해 직경이 작은 공구로 0.1 mm 정도의 피치 간격으로 다시 한번 정삭 가공을 한다.In machining, the rough face is first machined using a milling tool with a diameter of 10 mm or more, and then finished again with a pitch tool of about 0.1 mm in order to improve the surface quality.

도3을 참조하면, 폭이 좁고 깊이가 깊은 형상을 갖는 시작 금형 인서트를 기존의 순수 절삭 가공으로 제조할 때, 지름이 작고 긴 공구를 사용해야 하는데, 이때 공구의 떨림이나 휨 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 하나 이상의 단면(20')이 적층된 후에 그 내측면을 짧은 공구를 사용하여 절삭 가공하고, 상기 절삭 가공된 단면의 내측면 공간을 내열 소재(30)로 충전한다. 이것이 개발된 공정의 큰 장점이라 할 수 있다.Referring to FIG. 3, when manufacturing a starting mold insert having a narrow width and a deep shape by conventional pure cutting, a tool having a small diameter and a long diameter should be used, and this may cause the shaking or bending of the tool. In order to solve this problem, after the one or more end faces 20 'are laminated, the inner side is cut using a short tool, and the inner side space of the cut end is filled with the heat resistant material 30. This is a big advantage of the developed process.

즉, 하나의 단면이 완성되면 빈 공간이 형성되는 부분의 폭에 맞는 공구를 선택하여 내측면을 가공한다. 만일, 폭의 형상이 변하지 않고 일정한 단면으로 반복된다면 더 많은 단면들을 적층하고 나서 내측면을 가공할 수도 있다. 적층된 단면의 두께는 0.1 내지 1 mm 이므로 긴 공구 대신에 짧은 공구로 가공할 수 있으므로, 가공시 공구의 휨 또는 떨림 현상이 줄어든다. 단면(20')의 내측면이 가공된 후 이 위에 다시 새로운 면을 적층하면 용융된 금속이 흘러 내리거나 스파터가 튀어서 가공된 부분이 덮여 버리기 때문에 이를 보호해 주는 방법이 필요하다. 이를 위해, 도4의 (a)에 도시된 바와 같이 절삭 가공된 단면의 내측면 공간을 내열 소재(30)로 충전하여 절삭 가공된 내측면을 보호한다. 내열 소재(30)로서는 석고, 세라믹 분말 등이 사용될 수 있다.That is, when one cross section is completed, the inner surface is processed by selecting a tool suitable for the width of the portion where the empty space is formed. If the shape of the width does not change and repeats with a constant cross section, the inner side may be processed after stacking more cross sections. Since the laminated section has a thickness of 0.1 to 1 mm, it can be processed with a short tool instead of a long tool, thereby reducing bending or shaking of the tool during processing. If the inner surface of the end face 20 'is processed and the new surface is laminated again, molten metal flows down or the spatter splashes to cover the processed part, and thus a method of protecting the same is required. To this end, as shown in FIG. 4A, the inner surface space of the cut end surface is filled with the heat resistant material 30 to protect the cut inner surface. Gypsum, ceramic powder, or the like may be used as the heat resistant material 30.

내열 소재(30)가 응고된 후에는 도4의 (b)에 도시된 바와 같이 페이스 밀링 공구(220)를 사용하여 용접된 단면의 윗면과 내열 소재 층을 동시에 가공하여 원하는 높이로 맞추어 준다. 이때, 내측면의 공간에는 내열 소재가 남아 있으므로 다음 층을 적층할 때 이미 가공된 내측면을 보호한다. 이와 같은 방법은 최종 형상이 완성될 때까지 반복되어 진행된다.After the heat-resistant material 30 is solidified, as shown in FIG. 4B, the face milling tool 220 is used to simultaneously process the upper surface of the welded cross section and the heat-resistant material layer to a desired height. At this time, since the heat-resistant material remains in the space of the inner side to protect the inner side already processed when the next layer is laminated. This method is repeated until the final shape is completed.

이와 같이 분할하여 가공 제조하는 방법은 금형의 인서트 캐비티를 제조할 때에 사용 가능하다. 캐비티의 높이가 클 경우, 절반 정도 적층한 후 짧은 공구를 사용하여 용접된 단면의 내측면을 가공한 다음 내열 소재로 보호하고, 다시 최종 높이까지 용접할 수 있다. 이렇게 할 경우, 방전 가공을 하지 않고 기존의 절삭 공구만을 사용하여 금형의 제작이 가능하다.Thus, the process of dividing and manufacturing can be used when manufacturing the insert cavity of a metal mold | die. If the cavity is large, it can be stacked in half and then machined on the inner side of the welded section using a short tool, protected with a heat-resistant material, and welded back to its final height. In this case, it is possible to manufacture the mold using only the existing cutting tool without electric discharge machining.

내열 소재는 가공된 내측면을 보호할 뿐만 아니라 금형 인서트 내에 내부 형상이 형성될 때 지지대로도 사용할 수 있다. 3차원 용접과 밀링을 사용하여 금형을 제작할 경우, 내부에 원이나 또는 삼각형 모양의 냉각수 통로가 자유자재로 형성되는데 이때 지지대로서 내열 소재를 사용하면 사각형 모양의 공형 냉각 채널(conformal cooling channel)까지 제조할 수 있다. 공형 냉각 채널은 냉각에 필요한 냉각수 통로로 금형의 형상에 가장 적합하게 제조되어 사출 성형시 냉각 시간을 단축시킬 수 있으며 부품의 휨도 줄일 수 있다.The heat resistant material not only protects the machined inner surface, but can also be used as a support when an internal shape is formed in the mold insert. When the mold is manufactured by using three-dimensional welding and milling, a circular or triangular coolant passage is formed freely inside, and when a heat-resistant material is used as a support, a rectangular conformal cooling channel is manufactured. can do. The hollow cooling channel is a cooling water passage required for cooling, which is best suited to the shape of the mold, which can shorten the cooling time during injection molding and reduce the warpage of the parts.

예를 들어, 캐비티의 단면을 도시한 도5를 참조하면, 냉각수 통로(53)를 캐비티(50)의 형상에 가장 적합하게 제작하여 냉각시 냉각 시간을 단축시키고 또한 사출 성형 제품의 휨을 최소화 시킬 수 있음을 알 수 있다.For example, referring to FIG. 5 showing a cross section of the cavity, the cooling water passage 53 may be most suitable for the shape of the cavity 50 to shorten the cooling time during cooling and to minimize the warpage of the injection molded product. It can be seen that.

도6은 적층된 단면과 내부에 형성된 냉각수 통로를 도시한 것으로, 냉각수 통로(53)의 내부에는 내열 소재(30)로 채워져 있다. 내열 소재는 냉각수 통로가 형성될 때 지지대로도 사용되는데, 특히 단면(a)와 단면(b)를 형성할 때 밑에서 지지하는 기능을 한다. 특히, 이러한 단면의 구성에 있어서, 단면 마다 그 재료를 상이하게 하여 시작 금형 인서트를 복합 재료로 구성할 수도 있다. 예를 들어, 냉각수 통로에 인접한 단면은 구리(Cu)등의 열전도성이 큰 재료로 적층하여 냉각 효과를 높일 수도 있다.FIG. 6 shows the laminated section and the cooling water passage formed therein, and the cooling water passage 53 is filled with the heat-resistant material 30. Heat-resistant material is also used as a support when the cooling water passage is formed, in particular, when the cross-section (a) and the cross-section (b) is formed to support from below. In particular, in the configuration of such a cross section, the starting mold insert may be made of a composite material by varying the material for each cross section. For example, the cross section adjacent to the cooling water passage may be laminated with a material having high thermal conductivity such as copper (Cu) to enhance the cooling effect.

본 발명에 의한 기존의 용접과 절삭 가공을 결합한 가공 방법에 따르면, 기존의 순수 가공으로 불가능하거나 가공이 어려운 형상을 제조할 수 있으며, 형상에따라 제조시 가공 시간을 단축시킬 수 있다. 인서트 코어의 폭이 작고 깊은 형상의 절삭 가공시 본 발명의 적층과 절삭 방법을 혼합한 방식을 사용하여 적층해 나가며 가공을 할 수 있기 때문에 방전 가공 대신에 짧은 공구를 사용하여 순수 절삭 가공만으로 제작할 수 있는 이점이 있다. 또한, 캐비티의 경우 최종 형상에 가깝게 적층을 한 뒤 절삭 가공을 수행하면, 제거해야할 양이 많은 경우 순수 절삭 가공을 하는 것보다 가공 시간을 단축시킨다. 또한, 적층식 방법을 이용할 경우, 순수 기계 가공으로 불가능한 냉각수 통로를 자유자재로 만들 수 있어 사출 성형시 냉각을 효율적으로 할 수 있는 효과가 있다.According to the machining method combining the existing welding and cutting process according to the present invention, it is possible to produce a shape impossible or difficult to process by the existing pure machining, it is possible to shorten the processing time during manufacturing according to the shape. When cutting inserts with a small width and deep shape, the insert core can be stacked and processed using a combination of the lamination and cutting methods of the present invention. There is an advantage to that. In addition, in the case of the cavity, if the cutting process is performed after lamination close to the final shape, when the amount to be removed is large, the machining time is shorter than that of pure cutting. In addition, when using the lamination method, it is possible to freely create a cooling water passage that is impossible by pure machining, and thus has an effect of efficiently cooling during injection molding.

Claims (7)

제조하고자 하는 시작 금형 인서트의 3차원 컴퓨터 모델을 소정의 두께로 잘라내어 각 단면 데이터를 얻은 후 그 데이터로부터 NC 데이터를 생성하는 단계와,Cutting the three-dimensional computer model of the starting mold insert to be manufactured to a predetermined thickness, obtaining each section data, and generating NC data from the data; 모재 위에서 소재를 용융하여 일정한 폭과 높이를 가진 비드를 해당 단면의 상기 NC 데이터에 따라 여러개 겹쳐서 상기 해당 단면을 형성하는 단계와,Melting the material on the base material to overlap a plurality of beads having a constant width and height according to the NC data of the corresponding cross section to form the corresponding cross section; 상기 단면의 높이를 일정하게 하기 위해 그 윗면을 상기 NC 데이터에 따라 절삭 가공하는 단계를 포함하고,Cutting the upper surface according to the NC data to make the height of the cross section constant; 상기 단면 형성 단계와 절삭 가공 단계를 모든 단면이 적층 형성될 때까지 순차적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.And the step forming step and the cutting step are sequentially repeated until all the sections are laminated. 제1항에 있어서, 상기 모든 단면이 적층 형성된 후 그 외측면을 절삭 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.The method of claim 1, further comprising the step of cutting the outer surface after all of the cross sections are laminated. 제1항에 있어서, 하나 이상의 단면이 적층된 후에 그 내측면을 절삭 가공하는 단계와, 상기 절삭 가공된 단면의 내측면 공간을 내열 소재로 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.The start mold insert according to claim 1, further comprising: cutting the inner side after the at least one cross section is laminated, and filling the inner side space of the cut end face with a heat resistant material. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 내부에 냉각수 통로를 형성할 때 내열 소재를 지지대로 사용하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.The method of claim 1, wherein a heat resistant material is used as a support when forming a cooling water passage therein. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단면들의 적층시 각각의 단면의 소재로서 각각 상이한 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein different materials are used as the material of each cross section in the stacking of the cross sections. 삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 NC 데이터 생성 단계 후에 상기 모재를 200℃까지 예열시키는 모재 예열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시작 금형 인서트 제조 방법.The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising a base material preheating step of preheating the base material to 200 ° C after the NC data generation step.
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