KR100446601B1 - 수지재료의 사출성형용 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 또는 두랄루민 재질의 금형에 의하여 사출성형을 행할 경우 압축가스를 캐비티의 내부에 보압충진하여 낮은 충진압력에 의해서도 완성도 높은 제품을 얻을 수 있도록 하며, 용융된 수지와 액화질소를 혼합하여 제조되는 제품의 제조환경 및 물성이 우수해 지도록 함과 동시에 충진압력에 의해 금형의 형태가 변화됨을 방지하도록 한 사출성형용 금형에 관한 것이다.

본 발명은, 금형 내부의 돌출부분을 철강재의 부재로 보강한 사출 성형방법에 따른 금형을 제공한다.

Description

수지재료의 사출성형용 금형{Injection molding of resinoids thereof}

본 발명은 수지 재료의 사출성형용 금형에 관한 것으로써, 상세하게는 알루미늄 또는 두랄루민 재질의 금형에 의하여 사출성형을 행할 경우, 압축가스를 캐비티의 내부에 보압충진하여 낮은 충진압력에 의해서도 완성도 높은 제품을 얻을 수 있도록 하며, 용융된 수지와 액화질소를 혼합하여 제조되는 제품의 제조환경 및 물성이 우수해 지도록 함과 동시에 충진압력에 의해 금형의 형태가 변화됨을 방지하도록 한 사출성형용 금형에 관한 것이다.

일반적으로 수지 재료의 사출성형은 호퍼에 제품 원료를 투입하고, 투입된 원료를 용융하여 교반한 후 금형의 캐비티에 충진하고, 이를 고형화한 다음 금형에서 취출하면 목적하는 플라스틱 제품을 얻도록 하는 가공방법이다.

이러한 사출성형방법은 도 1에서와 같이 원료(P)를 투입하기 위해 호퍼(3)가 장착된 실린더(2), 실린더(2)의 내부에 투입된 원료를 용융하기 위한 가열기(4), 가열된 용융원료를 교반하기 위한 스크류 형태의 교반기(5), 교반된 원료를 금형(7)의 캐비티에 충진하기 위한 노즐(6), 그리고, 상기 원료(P)가 충진되는 금형(7)으로 구성된 사출성형 장치에 의해 수행된다.

또한, 상기와 같은 종래의 사출성형 장치 중 금형은 철강재질로 제작된 양산금형이 널리 사용되어 왔으며, 이러한 철강재의 금형은 제작비용이 높고 제작시간이 지연되기 때문에 최근들어 재료의 단가가 낮고 가공이 보다 용이한 알루미늄과 두랄루민 등 비철금속 재질로 제작하여 제작비용의 절감과 제작시간을 감소시키도록 하고 있다.

그러나, 상기된 알루미늄과 두랄루민 재질의 금형은 성형할 수 있는 단위시간당 제품의 수가 극히 제한되며, 높은 사출압력이 요구되는 대형 제품에는 적용하기 어려운 단점이 발생된다.

이는, 알루미늄과 두랄루민 등의 비 철금속 재료가 철강에 비해 강성특성이 현저히 낮기 때문에 발생되는 단점이며, 이로 인해 고압의 사출압력이 금형 내의 캐비티에 가해질 경우, 금형 내부의 요철부분과 홈 등에 형태의 변형이 발생되어 목적하는 완성제품을 얻기 어려운 문제점이 발생된다.

상기와 같은 문제점은 제작 비용과 시간의 절감을 위한 재질의 선택과 선택된 재질의 수지 용융물을 금형에 주입할 때 공급되는 고 충진압력의 상호 상충되는 작용에 기인한다 할 것이다.

따라서, 상기 문제점을 해소하기 위해서는 제작비용과 시간의 절감을 위해 알루미늄과 두랄루민 등의 비 철금속재 금형을 제작하고, 금형 내에 수지 용융물을 충진할 때의 압력이 낮은 상태에서도 대형의 제품이나 기존의 고 충진압력이 공급되는 제품에 적용 가능한 사출장치를 요구하게 되었다.

본 발명은 상기된 요구에 부응하기 위해 창안된 것으로써, 경제적, 시간적 이익을 유지할 수 있는 재질의 금형을 제작하고, 낮은 충진압력의 공급으로도 대형의 제품이나 고 충진압력의 제품을 완성할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 다소 낮은 충진압력으로 금형의 캐비티 내에 수지 용융물을 충진하고, 수지 용융물의 내측으로 가스압을 공급하여 보압시킨 사출 성형방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수지 용융물과 질소가스를 혼합하여 충진하는 사출 성형방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 금형 내부의 돌출부분을 철강재의 부재로 보강한 사출 성형방법에 따른 금형을 제공한다.

도 1은 일반적인 사출성형 장치의 개략도.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 사출성형 장치의 개략도.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 금형의 일부를 발췌한 단면도.

도 7은 본 발명에 의한 사출성형 과정의 순서도.

도 8a 내지 도 8e는 도 7의 과정에 대한 실제 상태를 나타낸 단면도.

도 9는 일반적인 사출성형 과정과 본 발명에 의한 사출성형 과정에서 수지 용융물 내의 압력분포를 나타낸 압력 분포도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 사출장치 7: 금형

8: 캐비티 10: 가스공급수단

11: 가스발생기 12: 컨트롤러

13: 액화질소 공급수단 P: 원료

이하, 상기된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 수지 재료의 사출을 위한 장치를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 수지 재료의 사출장치는 원료(P)가 투입되는 호퍼(3)가 일측에 형성된 실린더(2)와, 투입된 원료를 용융하는 가열기(4)와, 용융된 원료(P)를 교반하여 반죽하고 이를 금형(7) 측으로 이송하기 위한교반기(5)와, 교반된 수지 용융물을 금형(7) 측으로 토출하기 위한 노즐(6)과, 노즐(6)을 통해 수지 용융물에 압축가스를 주입하기 위한 가스 공급수단(10)으로 이루어진다.

상기 가스 공급수단(10)은 압축가스를 발생시키는 가스 발생수단(11)과 발생된 가스를 노즐로 전달하기 위한 여러 조건을 제어하는 컨트롤부(12)로 이루어진다.

여기서, 상기 압축가스는 폭발의 위험 및 인체의 유해도, 경제성을 고려할 때 질소가스로 선택함이 바람직하다.

도 3에 개시된 장치는 상기 장치에서 가스 공급수단(10)을 노즐(6)이 아닌 금형(7)에 직접 연결하여 수지 용융물의 주입 후 가스를 주입하도록 한 것이며, 이는 노즐(6)을 통한 주입방식에 비해 목적하는 완성제품의 형태에 따라 가스를 주입할 수 있는 방향의 선택이 우수하여 제품의 설계나 제반 환경설정 등에서 작업성이 향상될 수 있도록 한 것이다.

도 4에 개시된 장치는 상기 장치에서 실린더(2)의 내부에 액화질소 공급수단(13)을 설치한 것을 나타내며, 이는 액화질소와 혼합된 수지 용융물의 유동성에 대한 물성이 우수해져 수지 용융물이 금형(7)의 캐비티에 충진될 때 캐비티(8) 내로 잘 흐를 수 있도록 한다.

또한, 상기와 같이 액화질소와 혼합된 수지 용융물에 의해 제조된 제품은 수지가 고형된 후, 액화질소가 기화된 부분에 미세공이 형성되어 다공질의 제품으로 완성되는데, 이러한 제품은 동재질의 제품 중 단위체적당 보다 가벼운 중량으로 제조되어 우수한 물성을 갖게 된다.

또한, 이와 같은 액화질소의 혼합방식은 본 실시예와 같이 가스의 보압에 의한 사출방법 외에도 일반 사출방법에 채택 가능하여 독립적인 작용수행이 가능하며, 이로인해 일반 사출방법에서도 수지 용융물의 유동성을 증가시킴과 동시에 우수한 물성의 제품을 제조할 수 있게 되는 것이다.

도 5와 도 6은 캐비티 벽면에 형성된 돌출부분을 보강하는 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5에 개시된 금형(7)은 알루미늄이나 두랄루민으로 제작된 금형(7)의 캐비티(8) 면에 결합면(17)을 형성하고, 결합면에 강성이 우수한 철강재의 돌기(14)를 제작하여 수지 용융물의 충진 압력에 대응하여 보강되도록 구성한 것이다.

도면 중 부호 16은 돌기(14)를 결합면(17)에 고정하기 위한 결합부재인 볼트이다.

도 6에 개시된 금형(7)은 알루미늄이나 두랄루민으로 제작된 금형(7)의 캐비티(8)에 돌출부분이 존재할 경우, 돌출부분의 내측에 강성이 우수한 철강재의 박판(15)을 여러겹 삽입하여 수지 용융물의 충진 압력에 대응하여 보강되도록 구성한 것이다.

도 7은 상기된 장치에 의해 수지 재료를 사출성형하는 과정을 나타낸 순서도이며, 도 8a 내지 도 8e는 상기 과정의 사실적 상태를 나타낸 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 실린더(2)의 호퍼(3)에 원료(P)를 투입하면 투입된원료는 가열기(4)의 작용에 의해 실린더(2) 내에서 용융되고, 용융된 수지는 교반기(5)에 의해 교반되며 노즐(6) 측으로 이송된다.(S10)

상기와 같이 노즐(6) 측으로 이송된 수지 용융물은 교반기(5)의 연속된 작용에 의해 금형(7)의 캐비티(8)로 주입되는데, 이때 상기 수지 용융물은 금형(7)의 캐비티(8) 전체의 공간 체적에서 70~80%의 공간에 충진되도록 한다.(S20)

상기와 같이 수지 용융물이 캐비티(8)에 충진되면, 가스 공급수단(10)이 구동되어 충진된 수지 용융물의 내측으로 가스가 주입된다.(S30)

상기와 같이 가스가 주입되면, 수지 용융물의 내측에는 가스의 주입에 따른 공간, 즉 중공부가 형성되는데, 이와 같은 중공부 내에 가스를 연속하여 주입하게 되면 수지 용융물이 캐비티(8) 벽면에 밀착되며 보압된다.(S40)

여기서, 상기된 가스를 주입했을 때, 수지 용융물에 가해지는 압력은 도 9의 압력분포도와 같이 나타난다.

도 9를 참조하면, 일반 수지 용융물을 주입하는 상태의 압력은 노즐로 부터 먼 거리일 수록 낮아지는 분포를 보이는 반면, 가스가 수지 용융물의 중공부에 충진되어 보압하는 상태의 압력은 전체가 균일한 상태를 유지하게 됨을 알 수 있다.

이와 같이 제품의 형태가 완성되면, 가스를 외부로 배출(S50)하고 금형에서 제품을 분리하여 취출하면 사출성형된 완성제품을 얻을 수 있게 된다.(S60)

도 4와 같이 충진되는 수지 용융물은 실린더(2) 내에서 액화질소 공급수단(13)을 통과하며 액화질소와 혼합된 상태로 이송되는데,(S21) 이러한 액화질소의 함유에 의해 수지 용융물의 유동성이 높아지게 된다.

상기와 같이 보압상태를 유지하며 일정시간이 경과되면, 수지용융물은 고형화되며 상기 과정(S21)에서 함유된 액화질소가 기화되어 미세공이 다량 형성된 다공질의 제품이 형성된다.

이상에서 설명된 것과 같이 본 발명은, 낮은 압력에서도 완성도 높은 제품의 제작이 가능하고, 이로인해 고 충진압력이 요구되는 제품을 제작함에 있어서, 적용되는 금형을 강성이 낮은 비 철금속의 재질로 제작이 가능하여 금형의 제작에 따른 경제적, 시간적 이익이 발생될 뿐만아니라, 충진압력에 따른 제품제작의 범위를 확장시킬 수 있기 때문에 금형의 단위개수, 단위시간당 보다 대량생산이 가능하여 제품의 제조원가를 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

Claims (8)

1. 내부에 수지 용융물이 충진되는 캐비티가 형성되고, 알루미늄이나 두랄루민 등의 비 철금속 재질로 제작된 금형에 있어서,

   상기 캐비티의 벽면에 형성된 돌출부분은 강성이 높은 철강재의 것으로 보강형성하는 것을 특징으로 하는 수지 재료 사출성형용 금형.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부분이 형성될 위치에는 결합면을 형성하고, 강성이 높은 철강재질의 부재를 결합면에 결합하여 돌출구성하므로써 충진압력에 대응되도록 보강한 것을 특징으로 하는 수지 재료의 사출성형용 금형.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 돌출부분이 형성된 캐비티의 벽면내에는 강성이 높은 철강재질의 박판을 여러겹 삽입하여 충진압력에 대응되도록 보강한 것을 특징으로 하는 수지 재료의 사출성형용 금형.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제