KR100547030B1 - 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급가열 및 냉각장치가 구비된 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱 성형물이 성형되는 캐비티의 후면에 공간부을 형성하고 이 공간부에 열풍을 주입하여 캐비티를 순간 가열하거나 상기 공간부에 냉각수를 분무하여 캐비티를 순간 냉각시킬 수 있는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형에 관한 것이다.

본 발명은 캐비티와의 사이에 일정 두께의 격벽이 형성되도록 그 후면에 일체로 형성된 공간부와; 상기 공간부를 외부와 차단하기 위한 판 형상의 밀폐부재와; 상기 공간부에 열풍을 주입할 수 있도록 상기 밀폐부재에 설치된 다수의 열풍히터와; 상기 열풍히터에 공기를 공급할 수 있도록 공기배관에 연통되게 설치된 송풍기와; 상기 공간부에 냉각수를 분무시킬 수 있도록 상기 밀폐부재에 설치된 다수의 냉각수노즐과; 상기 냉각수노즐에 냉각수를 공급할 수 있도록 냉각수배관에 연통되게 설치된 냉각수펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

금형, 급가열, 급냉각, 캐비티

Description

급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형{Mold with Quick heating and Quick cooling Device }

도1은 종래 기술에 따라 다수의 내각수 공급구멍이 형성된 금형을 보여주는 단면도,

도2는 종래 기술에 따라 기체연료를 주입하여 화염을 일으킬 수 있는 공간부가 형성된 금형을 보여주는 단면도,

도3은 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 보여주는 단면도,

도4는 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치에 공기와 냉각수를 공급하기 위한 배관을 보여주는 구성도,

도5a 내지 5c는 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 이용한 성형품의 성형방법을 보여주는 설명도이다.

****도면의 주요 부분에 해한 부호의 설명****

3 : 금형본체 5 : 캐비티

7 : 베이스 부재 10 : 공간부

13 : 격벽 15 : 배기구

17 : 온도센서 22 : 가스켓

25 : 밀폐부재( 또는 하판) 33 : 열풍히터

35 : 공기배관 39 : 송풍기

43 : 냉각수노즐 45 : 냉각수배관

49 : 냉각수펌프 60 : 제어수단

본 발명은 급가열 및 냉각장치가 구비된 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱 성형물이 성형되는 캐비티의 후면에 공간부을 형성하고 이 공간부에 열풍을 주입하여 캐비티를 순간 가열하거나 상기 공간부에 냉각수를 분무하여 캐비티를 순간 냉각시킬 수 있는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형에 관한 것이다.

일반적으로 금형 온도는 용융수지의 흐름을 원활하기 하기 위해 가급적 용융수지의 용융 온도보다 약간 높으면서 균일하게 유지되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 금형의 온도를 용융수지의 용융온도보다 약간 높게 해주면 수지의 유동저항과 배향이 작아질 뿐만 아니라 잔류응력도 작아지므로 성형품의 표면 광택이 향상되는 효과를 가져 온다. 아울러 성형품이 성형된 후에는 금형을 충분히 냉각시킴으로써 성형품을 조기에 고화시켜 외력에 의한 변형을 방지하여 치수 안정성을 좋게 하고 생산성도 향상시킨다.

이에 따라 종래에는 도1에 도시된 바와 같이, 성형품이 성형되는 캐비티(5) 주변에 형성된 다수의 냉각수 공급구멍(2)으로 냉각수를 공급하여 금형을 냉각시키 거나, 도2에 도시된 바와 같이, 캐비티(5)의 후면에 기체연료를 주입시켜 화염을 일으키는 공간부(10)를 형성하고 그 내부에 다수의 냉각수 공급구멍(2)이 형성된 냉각블럭(9)를 설치하여, 기체연료를 주입한 후 발화시켜 캐비티(5)를 급속 가열하고, 캐비티(5)의 열을 흡수할 수 있도록 냉각블럭(9)를 하강시켜 접촉시킴으로써 냉각하는 기술이 개시되어 있다.

그러나 상기 냉각수 공급구멍(2)으로 냉각수를 공급하는 경우에는 냉각수 공급구멍(2) 사이의 이격거리에 따라 캐비티(5) 내의 온도가 불균일하게 되는 문제가있었고, 기체연료를 캐비티(5) 후면에 형성된 공간부(10)에 직접 주입하여 화염을 일으키는 경우에는 캐비티(5)가 매우 크거나 복잡한 형태를 갖는 경우에 온도를 균일하게 상승시킬 수 없으며, 냉각블럭(9)에 의한 간접냉각으로 냉각속도가 느려지는 문제가 있었다.

이에 따라 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 캐비티의 후면에 공간부를 형성하고 이 공간부로 열풍과 냉각수를 주입함으로써 캐비티를 신속히 가열하거나 성형품이 충분히 고화될 수 있도록 캐비티의 온도를 신속히 낮출 수 있는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 캐비티 후면에 형성된 공간부에 연통되는 다수의 열풍히터를 설치하여 캐비티의 용적이나 형태에 관계없이 원하는 온도로 균일하게 가열할 수 있고, 상기 공간부에 냉각수를 분무시킬 수 있는 다수의 냉각수 노즐을 설치하여 냉각수가 증발할 때 생성되는 잠열을 이용하여 캐비티를 신속하게 냉각시킬 수 있는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 캐비티와의 사이에 일정 두께의 격벽이 형성되도록 그 후면에 일체로 형성된 공간부와; 상기 공간부를 외부와 차단하기 위한 판 형상의 밀폐부재와; 상기 공간부에 열풍을 주입할 수 있도록 상기 밀폐부재에 설치된 다수의 열풍히터와; 상기 열풍히터에 공기를 공급할 수 있도록 공기배관에 연통되게 설치된 송풍기와; 상기 공간부에 냉각수를 분무시킬 수 있도록 상기 밀폐부재에 설치된 다수의 냉각수노즐과; 상기 냉각수노즐에 냉각수를 공급할 수 있도록 냉각수배관에 연통되게 설치된 냉각수펌프를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 격벽에는 다수의 요홈이나 돌기가 형성되어 상기 공간부의 표면적을 최대로 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형의 바람직한 실시예를 설명한다. 먼저 도3은 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 보여주는 단면도로서, 본 발명에 따른 금형은 상부 및 하부 금형의 한 쌍으로 구성되나 본 명세서에서는 편의상 상부 금형을 위주로 설명하고 하부 금형의 구조는 동일한 것으로 한다. 따라서 본 발명에 따른 금형은 소정의 캐비티(5)가 일체로 형성된 금형본체(3)와 상기 금형본체(3)의 상부에 결합되는 베이스 부재(7)로 구성된다.

상기 금형본체(3)에는 소정의 공간부(10)가 형성되는데, 상기 공간부(10)는 상기 캐비티(5)와의 사이에 균일한 두께의 격벽(13)이 형성되도록 상기 캐비티(5)의 후면에 요홈부를 형성하고, 이 요홈부을 외부와 차단하기 위한 판 형상의 밀폐부재(25)를 그 상단에 설치하여 이루어진다. 이때, 상기 밀폐부재(25)는 본 발명의 바람직한 실시예인 도3에서 보는 바와 같이, 후술하는 베이스 부재(7)의 하판이 된다. 그리고 상기 밀폐부재(25)에는 다수의 설치공이 형성되어 상기 공간부(10)에 열풍을 주입할 수 있는 다수의 열풍히터(33)와 냉각수를 공급하는 냉각수노즐(43)이 설치된다.

한편, 상기 베이스 부재(7)는 밀폐부재(25)인 하판과 그 상부에 형성된 상판(23)을 포함하여 구성된 상자체로서, 그 내부에 상기 열풍히터(33)에 공기를 주입하는 공기배관(35)과 냉각수를 공급하는 냉각수배관(45)이 설치되어 있다. 즉, 상기 열풍히터(33)는 밀폐부재(25)에 형성된 다수의 설치공을 통해 상기 공간부(10)에 연통되게 설치되고, 상기 열풍히터(33)에 공기를 공급하기 위한 공기배관(35)은 상기 베이스 부재(7)에 설치된다. 아울러 상기 냉각수노즐(43)은 상기 열풍히터(33) 사이의 형성된 다수의 설치공을 통해 상기 공간부(10)에 연통되게 설치되고, 이 냉각수노즐(43)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수배관(45)은 상기 베이스 부재(7)의 내부에 설치된다. 한편, 미설명부호 22는 상기 밀폐부재(25)와 금형본체(3) 사이에 개재되어 열풍 및 수증기가 누출되는 것을 방지하는 가스켓이다.

이에 따라 상기 열풍히터(33)와 냉각수노즐(43)을 통해 열풍을 주입하거나 냉각수를 분무하게 되면, 상기 캐비티(5)와 공간부(10) 사이에 형성된 격벽(13)을 통해 공간부(10)의 열이 캐비티(5)로 전달되어 캐비티(5)를 원하는 온도로 제어할 수 있게 된다. 이때 상기 격벽(13)의 두께는 캐비티(5)에 가해지는 성형압력을 견딜 수 있는 한 얇게 형성하는 것이 바람직하고 그 표면에는 다수의 요홈이나 돌기를 형성하여 표면적을 최대로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 공간부(10)의 일측에는 열풍이나 가열된 수증기를 외부로 배출시킬 수 있는 하나 이상의 배기구(15)가 형성되며 상기 배기구(15)에는 이를 단속하기 위한 개폐밸브(56)가 구비된다.

이어 도4는 본 발명에 따른 열풍히터 및 냉각수노즐에 공기 및 냉각수를 공급하기 위한 배관의 구조를 보여주는 개략적인 구성도로서, 이를 참조하여 설명하면, 상기 공기배관(35)에는 공기를 송풍하기 위한 하나 이상의 송풍기(39)와 이 송풍기(39)에 의해 공급되는 공기의 량을 제어하는 제어밸브(36)가 설치되어 있다. 그리고 상기 냉각수배관(45)에는 냉각수를 공급하기 위한 하나 이상의 냉각수 펌프(49)와, 이 냉각수펌프(49)에서 공급되는 냉각수의 량을 제어하는 제어밸브(46)가 설치되어 있다. 아울러 상기 공기배관(35)과 냉각수배관(45)에는 열풍과 냉각수의 역류를 방지하기 위한 도시되지 않은 체크밸브가 포함되는 것이 바람직하다.

또한 금형본체(3)의 공간부(10)에는 내부 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 온도센서(17)가 구비되고, 상기 공간부(10)의 배기구(15)에 연통되게 설치된 배기배관(55)에는 배기가스를 배출시키기 위한 하나 이상의 배풍기(59)와 배출된 배기가스의 일부를 공기배관(35)으로 유도하기 위한 제어밸브(57)가 구비되어 있다. 따 라서 고온의 배기가스를 열풍히터(33)에 순환시킴으로써 에너지를 절약할 수 있게 된다. 그리고 상기 온도센서(17)에 의해 검출된 온도를 근거로 상기 제어수단(60)은 열풍히터(33)의 설정온도를 조절하거나, 송풍기(39) 및 냉각수펌프(49)을 제어하게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형을 이용하여 플라스틱 성형품을 성형하는 방법을 간단히 설명한다. 먼저 도5a에 도시된 바와 같이, 상부 금형과 하부 금형의 캐비티 내로 용융수지를 공급하기 전에 송풍기와 열풍히터를 작동시켜 350℃이상으로 가열된 열풍이 공간부(10)로 공급하여 캐비티의 격벽을 150℃이상으로 가열하도록 한다. 이때 상기 공간부의 배기구(15)는 밀폐되어 공간부(10)로 주입된 열풍이 캐비티의 격벽을 가열하도록 한다. 그리고 만약 상기 격벽이 충분한 온도로 가열되지 않는 경우에는 상기 배기구(15)를 개방시켜 열풍을 순환시킴으로서 캐비티의 온도를 더욱 신속히 높힐 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 금형은 고온의 열풍을 공간부(10)내에 주입하여 비교적 얇은 캐비티의 격벽(13)을 가열하는 것이기 때문에 캐비티(5)의 온도가 신속하게 상승하게 된다. 또한 본 발명에 따른 열풍히터(33)는 캐비티(5)의 크기나 형태에 대응하도록 용이하게 설치할 수 있으므로 스포일러나 범퍼가드와 같은 비교적 크고 긴 형태의 성형품을 제조하기 위한 금형에 특히 유리하다. 즉, 상기 열풍히터(33)는 공급되는 전압을 조절하여 설정온도를 쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 송풍기를 이용한 저압의 공기를 사용할 수 있기 때문에 설비가 간단하고 저렴하게 된다.

이어 도5b에 도시된 바와 같이, 캐비티가 원하는 온도로 충분히 가열되게 되면, 상부 금형과 하부 금형을 닫고 캐비티(5) 내로 용융수지를 주입시켜 플라스틱 성형품을 성형한다. 도에서는 블로우 성형의 경우를 도시하였으며 성형품은 캐비티의 벽면에 밀착되게 성형된다. 그리고 일정 시간이 경과되면, 성형품을 신속히 고화시키기 위해서 상기 공간부에 냉각수를 분무시킨다. 이때에는 상기 배기구(15)를 완전히 개방시키고 냉각수펌프를 작동시켜 냉각수노즐을 통해 냉각수를 분무시킨다. 그러면 분무된 냉각수는 고온으로 가열된 공간부의 격벽에 접촉되는 동시에 증발하면서 잠열을 생성하여 격벽을 신속히 냉각시키게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 금형은 냉각수가 증발하면서 생성하는 잠열을 이용하여 비교적 얇은 캐비티의 격벽을 냉각시키기 때문에 캐비티의 온도가 신속하게 떨어지게 된다. 이어서, 도5c는 상기 캐비티가 소정의 온도로 떨어져서 성형품이 충분히 고화되면 상기 상부 금형과 하부 금형을 열고 성형품을 배출시킨다. 그리고 상기 과정을 반복하여 성형품을 연속적으로 생산하게 된다.

한편, 상기 배기구를 통해 배출된 고온의 배기가스는 다시 송풍기를 통해 열풍히터를 순환되도록 함으로써 열풍히터의 에너지를 절약할 수 있으며, 상기 공간부에 설치된 온도센서에 의해 감지된 온도를 근거로 상기 열풍히터의 설정온도 및 송풍기와 냉각수펌프를 자동제어하는 것도 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형은 캐비티의 후면에 공간부를 형성하고 이 공간부에 다수의 열풍히터와 냉각수 노즐을 설치하여 고온의 열풍과 냉각수를 주입하여 비교적 얇은 캐비티의 격벽을 가열 또는 냉각시키는 것이므로 캐비티의 온도를 신속하게 올리거나 내릴 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형은 그 크기나 형태에 따라 상술한 열풍히터와 냉각수노즐를 쉽게 설치할 수 있기 때문에 스포일러나 범퍼가드와 같이 비교적 큰 성형품의 제조에 효과적이다.

Claims (3)

1. 캐비티와의 사이에 일정 두께의 격벽이 형성되도록 그 후면에 일체로 형성된 소정 크기의 공간부와;

   상기 공간부를 외부와 차단하기 위해서 설치되는 판 형상의 밀폐부재와;

   상기 공간부에 열풍을 직접 주입할 수 있도록 상기 밀폐부재를 관통하여 상기 공간부 내부에 설치된 다수의 열풍히터와;

   상기 열풍히터에 공기를 공급할 수 있도록 공기배관에 연통되게 설치된 송풍기와;

   상기 격벽에 냉각수를 직접 분무할 수 있도록 상기 밀폐부재를 관통하여 상기 공간부 내부에 설치된 다수의 냉각수노즐과;

   상기 냉각수노즐에 냉각수를 공급할 수 있도록 냉각수배관에 연통되게 설치된 냉각수펌프와;

   상기 공간부 내부의 열풍이나 냉각수의 수증기를 외부로 배출할 수 있도록 형성된 하나 이상의 배기구와;

   상기 공간부 내부의 열풍이나 냉각수의 수증기를 신속하게 배출시킬 수 있도록 배기배관에 연통되게 설치된 배풍기를 포함하여 구성되어;

   상기 다수의 열풍히터를 이용하여 다량의 열풍을 공간부에 신속하게 주입하고, 상기 다수의 냉각수노즐을 이용하여 냉각수를 격벽에 직접 분무하여 분무된 냉각수가 증발할 때 발생하는 잠열에 의해서 신속하게 냉각시키는 것을 특징으로 하는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캐비티와 공간부에 형성된 격벽의 표면에 다수의 요홈이나 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 급가열 및 급냉각장치가 구비된 금형.
3. 삭제

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