KR100508683B1 - 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법은 임펠러 조립체를 사출성형하기 위한 금형내에 밀핀이 장착된 하판과, 제 1 및 2 슬라이드코어가 장착된 슬라이드코어 가동판 및 코어 경사핀이 장착된 상판을 각각 배치하는 단계; 상기 금형내에 사출물을 주입 후 응고시키는 단계; 상기 상판을 상기 임펠러 조립체에서 분리하는 단계; 상기 제 1 슬라이드코어를 외측으로 이동되게 하는 단계; 상기 임펠러 조립체를 상기 금형의 하판으로부터 분리하는 단계; 상기 제 2 슬라이드 코어를 외측으로 이동되게 하는 단계;를 포함한다. 이와 같은 구성의 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체는 일체로 임펠러 조립체를 제조할 수 있기 때문에, 임펠러의 신뢰성을 증진시킬 수 있어 제품의 풀질을 향상 시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법{Method for manufacturing water pump impeller assembly for automobile using injection mold}

본 발명은 차량용 워터펌프에 관한것으로서, 특히 냉각수를 강제로 순환시키는 임펠러 조립체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진용 워터펌프는 엔진내에서 냉각수를 강제로 순환시키는 장치로 임펠러, 메카니컬 씰, 구동 베어링, 바디 등으로 구성되어 엔진 크랭크축이나 전기모터에 의해 워터펌프에 전달된 회전운동에너지를 임펠러의 베인을 통해 냉각수의 운동에너지로 변환하여 엔진내에서 냉각수를 강제순환 시키는 장치이다.

이러한 냉각수를 강제 순환시키는데 사용되는 워터펌프 임펠러로서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 구조가 일반적으로 채용되었다.

도면을 참조하면, 워터펌프 임펠러(50)는 중앙에 관통홀이 형성된 보스(12)가 구비되어 있고, 이 보스(12)를 중심으로 방사상으로 베인(11)이 다수 형성되어 있는 임펠러 상부부재(20)와, 중앙에 원형홀(13)이 형성되어 있는 원판형의 임펠러 하부부재(30)로 형성되어 있다.

상기 상부 및 하부부재(20,30)는 냉간압연프레스공법에 의해 각각 제조된 후 일체로 결합되는데, 여기서, 임펠러의 상부부재(20)와 임펠러의 하부부재(30)의 결합방법으로는, 임펠러 상부부재(20)의 보스(12)의 중심과 임펠러 하부부재(30)의 원형홀(13)의 중심을 일치시켜 각각 임펠러의 상부부재(20)와 하부부재(30)를 용접시키는 방법이 사용된다.

도 2 및 도 3은 이와 같은 형태의 워터펌프 임펠러를 냉간압연강판 프레스 가공 공법으로 제작하였을 경우의 임펠러내의 냉각수 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.

도 2을 참조하면, 냉각수유입 부근(42)에서 베인과 냉각수유동에 따른 충돌이 일어남을 볼 수 있다. 그리고, 냉각수출구 부근(41)의 베인의 측면에 와류가 발생됨을 볼 수 있다.

마찬가지로, 도 3에 도시된 측면에서 바로본 유동해석을 살펴 보면, 냉각수유입 부근(42a)에서 와류가 발생함을 알 수 있다.

그런데, 현재 사용되는 차량용 워터펌프 임펠러의 제조방법으로 종래의 냉간압연강판을 용접하여 제조하는방법은, 냉간압연 강판 프레스 가공의 구조적인 한계로 인한 베인 설계상의 제약조건 때문에, 임펠러의 베인간의 누수손실, 냉각수 유동과 베인간의 충돌 및 와류등의 발생으로 수력학적 손실이 발생하여 펌프의 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 베인의 형상을 최적화하여 냉각수 유동과 베인간의 충돌 및 와류 등의 발생으로 인한 수력학적 손실을 줄이고, 베인간의 누수 손실을 방지하는 것이 가능한 임펠러 조립체의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사출금형을 이용한 임펠러 조립체 제조방법은 임펠러 조립체를 사출성형하기 위한 금형내에 상기 임펠러 조립체를 밀어내기 위한 밀핀이 장착된 하판과, 제 1 슬라이드코어가 장착된 슬라이드코어 가동판과, 상기 제 1 슬라이드코어와 슬라이딩이 가능하도록 다단으로 수평접촉하고 있는 제 2 슬라이드코어와, 상기 제 1 슬라이드코어를 상기 임펠러 조립체의 외측으로 이동시키는 코어 경사핀이 장착된 상판을 각각 배치하는 단계; 상기 금형내에 사출물을 주입 후 응고시키는 단계; 상기 상판을 상기 임펠러 조립체에서 분리하는 단계; 상기 상판이 분리되면서, 상기 상판에 결합되어 있는 상기 코어 경사핀에 의해 상기 제 1 슬라이드코어를 외측으로 이동되게 하는 단계; 상기 하판의 밀핀이 상기 임펠러 조립체를 밀어서 상기 임펠러 조립체를 상기 금형의 하판으로부터 분리하는 단계; 상기 슬라이드코어 가동판의 외측 이동에 의해 상기 제 2 슬라이드 코어를 외측으로 이동되게 하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 임펠러 조립체는 중앙에 관통홀이 형성된 보스를 구비한 원판과, 상기 원판의 일측면에 상기 보스를 중심으로 20°내지 30°의 경사각을 가지면서 방사상으로 배치된 복수의 베인이 구비된 임펠러와, 상기 원판과 대향되도록 상기 베인의 상부에 설치된 슈라우드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 임펠러와 상기 슈라우드는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 베인은 내측에서 외측으로 갈수록 연속적으로 얇아질 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터펌프 임펠러 조립체의 사시도와 평면도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 임펠러 조립체(500)는 임펠러(100)와 슈라우드(200)로 형성되어 있으며, 재질은 엔지니어링 플라스틱이다.

여기서, 상기 임펠러(100)는 중앙에 보스(112)가 형성된 원판(110)과 이 원판(110)의 일면에는 보스(112)방향을 기준으로 일정 각도 휘어져 방사상으로 돌출 형성된 다수의 베인(111)을 포함한다.

그리고, 상기 슈라우드(200)에는 중앙에 원형홀(210)이 형성되어 있으며, 이 원형홀(210)에서 일측방향으로 일정길이만큼 연장되어진 원통부(216)가 형성되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 임펠러 조립체(500)의 베인 흡입각(230)은 냉각수 유입구간(210)과 상기 베인(111)이 만나는 지점을 기준으로 베인의 접선과 베인의 경사각이 23°이고, 상기 임펠러 조립체(500) 베인 출구각(240)은 임펠러 원판(110)의 외주면과 베인(111)이 만나는 지점을 기준으로 임펠러 원판(110)의 접선과 베인(111)의 경사각이 25°로 형성되어 있다.

또한, 상기 베인(111)의 두께는 보스(112)측을 시작으로 외주면으로 나가면서 점점 얇아지게 형성되어 있다.

본 실시예에서는 베인의 흡입각과 베인의 출구각을 23°와 25°로 예시했으나, 실험에 의하면 20°~ 30°범위내에 동일한 효과를 나타냈다.

도 6은 도 4에 도시된 임펠러 조립체의 제조방법에 사용되는 사출성형용 금형을 나타내는 개략적인 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명인 차량용 워터펌프 임펠러 조립체를 제조하기 위한 금형(600)은 상판(310)과, 슬라이드코어 가동판(300)과, 하판(320)을 포함한다.

여기서, 상판(310)은 임펠러 조립체(500)를 형성하기 위한 사출물이 유입되는 사출물주입구(370)가 형성되어 있고, 이 사출물주입구(370)에서 주입된 사출물은 게이트(380)를 통해 금형(600)내로 흘러들어가게 된다.

슬라이드코어 가동판(300)은 제 1 슬라이드코어(330)와 결합되어 있으며, 제 1 슬라이드코어(330)와 제 2 슬라이드코어(340)는 슬라이딩이 가능하도록 수평 면접촉을 한다.

여기서, 제 1 슬라이드코어(330)내에는 견인핀(350)이 구비되어 있고, 제 2 슬라이드코어(340)에는 가이드홀(351)이 형성되어 있으며, 이 가이드홀(351)내에 상기 견인핀(350)이 삽입된다.

하판(320)은 상판(310)에 연결되어 있는 코어경사핀(390)이 안내될 수 있는 코어경사홀(391)이 형성되어 있으며, 사출성형될 임펠러 조립체(500) 하부측에는 밀핀(360)이 장착되어 있다.

도 7a 내지 도 7c는 이와 같은 구성의 사출성형용 금형에서 언더컷을 포함하는 임펠러 조립체를 취출하는 과정을 나타내는 개략적인 단면도이다.

우선, 도 6에 도시된 사출물주입구(370)를 통해 금형(600)내로 유입된 사출물은 응고 되어 임펠러 조립체(500)를 형성하고, 이후 도 7a에 도시된 바와 같이 상판(310)이 이동하여 임펠러 조립체(500)에서 분리되면, 상판(310)과 연결된 코어경사핀(390)이 상판(310)의 이동방향으로 이동하게 되어, 이 코어경사핀(390)에 관통 연결되어 있는 제 1 슬라이드코어(330)는 코어경사핀(390)의 경사면에 의하여 임펠러 조립체(500)의 외측으로 이동하게 된다.

그런 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이 임펠러 조립체(500)는 하판(320)내에 형성되어 있는 밀핀(360)에 의해 밀려서 하판(320)에서 분리된다. 즉, 제 1 슬라이드코어(330)는 상판(310)의 코어경사핀(390)의 이동에 따른 코어경사핀(390)의 경사면에 의하여 임펠러 조립체(500)의 외측으로 이동하게 되고, 이때 임펠러 조립체(500)내에는 제 1 슬라이드코어(330)가 있었던 공간이 비게 되는데, 임펠러 조립체(500)는 이 빈 공간만큼 밀핀(360)에 의해 밀려서 하판(320)과 분리된다.

이렇게 되면, 밀핀(360)에 의해 하판(320)에서 분리된 임펠러 조립체(500)내에는 제 2 슬라이드코어(340)만이 있게 되는데, 이 제 2 슬라이드코어(340)는 도 7c와 같이 제 1 슬라이드코어(330)와 결합되어 있는 견인핀(350)에 의해 강제적으로 견인되어 임펠러 조립체(500)의 외부로 이동하여 빠지게 된다.

즉, 슬라이드코어 가동판(300)이 이동하게 되면, 슬라이드코어 가동판(300)과 결합되어 있는 제 1 슬라이드코어(330)도 함께 슬라이드코어 가동판(300)의 이동방향으로 이동하게 되는데, 이때 제 1 슬라이드코어(330) 내에 구비된 견인핀(350)은 제 2 슬라이드코어(340)내에 형성되어 있는 가이드홀(351)에 따라 이동되며, 제 2 슬라이드코어(340)는 견인핀(350)에 의하여 견인되어 임펠러 조립체(500)의 외부로 이동된다.

도 8 및 도 9는 이와 같은 구성의 임펠러 조립체내를 흐르는 냉각수의 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.

임펠러 조립체의 평면도상에서의 유동해석 결과를 나타낸 도 8을 참조하면, 냉각수 유입부근(440)에서의 냉각수유동과 베인간의 충돌현상이 저감되고, 냉각수출구 부근(430)에서의 와류가 많이 개선됨을 알 수 있다.

즉, 형상과 각도가 최적화된 베인을 포함하는 임펠러 조립체는 임펠러내의 수력학적 손실을 최소화할 수 있기 때문에, 워터펌프의 효율을 증대 할 수가 있다.

임펠러 조립체(500)의 측면도상에서의 유동해석 결과를 나타낸 도 9를 참조하면, 임펠러의 전면에 슈라우드를 설치하였기 때문에, 베인(111)간의 누수손실이 저감되었다.

이와 같은 사출금형을 이용한 공정을 통해 제조된 임펠러 조립체는 임펠러 베인의 형상을 최적화하였기 때문에, 베인과 냉각수 유동간에 발생하는 충돌 및 유동내의 와류로 인해 발생하는 수력학적 손실을 저감하며, 슈라우드와 임펠러의 접합이 필요없는 일체형의 임펠러 조립체를 제조할 수 있기 때문에, 일펠러 조립체의 신뢰성을 증진시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 차량용 워터펌프의 임펠러 조립체 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 임펠러 베인의 형상을 최적화하였기 때문에, 임펠러 조립체 내의 냉각수의 수력학적 손실을 저감시켜, 차량 엔진용 워터펌프의 동력소모를 저감하여 워터펌프의 효율증대 및 차량 출력을 증대 시킬 수 있다.

둘째, 사출성형용 금형을 이용할 경우 일체로 임펠러 조립체를 제조할 수 있기 때문에, 임펠러의 신뢰성을 증진시킬 수 있어 제품의 품질을 향상 시키는 장점이 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 특허청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

도 1은 종래 워터펌프 임펠러의 분리 사시도,

도 2 및 도 3는 도 1에 도시된 워터펌프 임펠러의 유동 해석 결과 도면,

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터펌프 임펠러 조립체의 사시도와 평면도,

도 6은 도 4에 도시된 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법에 사용되는 사출성형용 금형을 나타내는 개략적인 단면도,

도 7a 내지 도 7c는 도 6에 도시된 사출성형용 금형에서 워터펌프 임펠러 조립체가 취출되는 과정을 나타내는 개략적인 단면도,

도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 워터펌프 임펠러 조립체의 유동 해석 결과 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100... 임펠러 110... 원판

111... 베인 112... 보스

200... 슈라우드 210... 냉각수 유입홀

216... 원통부 230... 베인 흡입각

240... 베인 출구각 300... 슬라이드코어 가동판

310... 상판 320... 하판

330... 제 1 슬라이드코어 340... 제 2 슬라이드코어

350... 견인핀 351... 가이드홀

360... 밀핀 370... 사출물 주입구

380... 게이트 390... 코어 경사핀

391... 코어 경사홀 430... 냉각수출구 부근

440... 냉각수유입 부근 500... 임펠러 조립체

600... 금형

Claims (4)

1. 임펠러 조립체를 사출성형하기 위한 금형내에 상기 임펠러 조립체를 밀어내기 위한 밀핀이 장착된 하판과, 일측에 슬라이드코어 가동판이 장착된 제 1 슬라이드코어와, 상기 제 1 슬라이드코어에 결합되어 상기 제 1 슬라이드코어와 연동되어 움직이는 견인핀과, 상기 견인핀이 삽입되도록 장공의 가이드홀이 형성되고 상기 제 1 슬라이드코어와 슬라이딩 가능하도록 다단으로 수평접촉하고 있는 제 2 슬라이드코어와, 상기 제 1 슬라이드코어를 상기 임펠러 조립체의 외측으로 이동시키는 코어 경사핀이 장착된 상판을 각각 배치하는 단계;

   상기 금형내에 사출물을 주입 후 응고시키는 단계;

   상기 상판을 상기 임펠러 조립체에서 분리하는 단계;

   상기 상판이 분리되면서, 상기 상판에 결합되어 있는 상기 코어 경사핀에 의해 상기 제 1 슬라이드코어를 외측으로 이동되게 하는 단계;

   상기 하판의 밀핀이 상기 임펠러 조립체를 밀어서 상기 임펠러 조립체를 상기 금형의 하판으로부터 분리하는 단계;

   상기 슬라이드코어 가동판과 연동되어 외측으로 이동되는 상기 견인핀을 통해 상기 제 2 슬라이드코어를 외측으로 이동되게 하는 단계;를 포함하는 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 임펠러 조립체는 중앙에 관통홀이 형성된 보스를 구비한 원판과, 상기 원판의 일측면에 상기 보스를 중심으로 20°내지 30°의 경사각을 가지면서 방사상으로 배치된 복수의 베인이 구비된 임펠러와, 상기 원판과 대향되도록 상기 베인의 상부에 설치된 슈라우드를 구비하는 것을 특징으로 하는 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 임펠러 조립체는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 베인은 내측에서 외측으로 갈수록 연속적으로 얇아지는 것을 특징으로 하는 사출금형을 이용한 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법.