KR100738997B1

KR100738997B1 - 금형 냉각장치

Info

Publication number: KR100738997B1
Application number: KR1020060041129A
Authority: KR
Inventors: 두병성
Original assignee: (주)썬테크
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-07-13

Abstract

본 발명은 금형 냉각장치에 관한 것으로, 주조할 제품의 형상에 맞추어 냉각이 필요한 형상으로 가공되고 하나의 급,배수구를 갖는 냉각파이프와; 상기 냉각파이프의 형상과 대응되는 형상으로 가공되어 냉각파이프가 삽입 배관되는 가공부를 갖는 금형과; 상기 가공부에 배관된 냉각파이프의 상면을 밀봉하면서 상기 금형의 하단면과 동일평면을 이루는 밀봉부재를 포함하여 구성되며, 이러한 금형 냉각장치는 금형 설계, 냉각파이프 설계, 가공부 형성, 냉각파이프 안착, 가공부 밀봉 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

본 발명에 따르면, 금형 전반에 걸친 대단위 균일 냉각이 가능하여 냉각효율이 극대화되고, 냉각파이프의 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 원하는 부위를 충분히 냉각할 수 있으며, 용접이 필요없기 때문에 금형에 크랙이 발생될 염려나 냉각수의 누수 위험이 제거되어 금형의 수명이 연장되고, 냉각장치의 설치 및 유지 보수가 용이하고 간단한 장점이 있다.

금형, 냉각, 냉각파이프, 주물

Description

금형 냉각장치{MOLD COOLING DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른 스팟식 금형 냉각장치의 하형 일부를 예시적으로 보인 것으로, (a)는 단면도, (b)는 저면도이며,

도 2는 종래 기술에 따른 쿨링식 금형 냉각장치의 하형 일부를 예시적으로 보인 것으로, (a)는 단면도, (b)는 저면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 금형 냉각장치에 사용되는 냉각파이프의 형상을 보인 예시도이며,

도 4는 본 발명에 따른 금형 냉각장치의 설치상태를 보인 것으로, (a)는 요부 단면도, (b)는 저면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 금형 냉각장치의 제조방법을 보인 플로우챠트이다.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100,100'....냉각파이프 110....급수구

120....배수구 200....금형

210....가공부 300....밀봉부재

본 발명은 제품에 따라 다양한 형태를 가질 수 있는 일반적인 금형에 사용되는 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각시 금형에 크랙을 유발시키지 않으면서 원하는 부위를 용이하게 균일 혹은 집중 냉각시킬 수 있도록 설계되어 냉각효율을 극대화시키도록 개선된 금형 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 금형은 성형에 사용되는 금속제 몰드(Metallic Mold)로서, 보통 다수개의 금형이 모여 하나의 조를 이루며, 이들 금형의 상호 면접하는 대향면에는 면접한 상태로 생산할 제품의 모양을 이루는 내부공간, 즉 캐비티가 형성된다.

여기에서, 합성수지인 성형재료를 녹여 유동성을 갖게 한 상태로 상기 캐비티에 강한 압력으로 주입하는 성형방법을 사출(Injection Molding)이라 하고, 용융금속을 주입하여 캐비티의 형상대로 정밀한 주물을 얻는 방법을 주조(Die Casting)라 한다.

이때, 특히 주조의 경우는 금속의 용융점이 높아 매우 고온인 상태에서 성형하여야 하므로 주조중 금형의 냉각은 필수적이며, 또한 주조과정에서 제품의 생산주기, 제품의 기계적성질 등을 변화시킬 수 있는 가장 중요한 요소중의 하나이다.

종래에는 이러한 금형 냉각을 공냉과 수냉을 병행하여 실시하였지만 공냉방식의 경우에는 냉각효율이 크게 저하되기 때문에 현재는 수냉방식이 주로 사용되고 있다.

이러한 수냉방식으로는 크게 스팟식(Spot Type)과 쿨링식(Cooling Type)이 있다.

이 중 스팟식은 도 1의 예시와 같이, 금형(10)의 일부에 홀(Hole)을 가공한 후 그 홀에 냉각파이프(20)를 심고 여기에 쿨링수단(30)을 연결하여 부분(점=Spot) 냉각하는 구조이어서 금형(10) 전체에 걸친 냉각이 어려워 냉각효율이 낮고, 냉각수를 공급, 배출하기 위한 2개의 공급구(32)와 배출구(34)를 구비하여야 하므로 구조가 복잡할 뿐만 아니라 대단위 면적을 냉각시키기 위해서는 다수개의 냉각파이프(20)를 설치하여야 하므로 금형상에서 설치공간이 부족하고, 설치비도 증가하며, 설치도 어렵고, 무엇보다도 홀의 꼭지점 부분은 대략 제품면으로부터 10mm 내외에 형성되기 때문에 열응력에 의한 크랙 발생이 쉬워 금형(10)의 수명을 단축시키는 단점을 가진다.

반면, 쿨링식은 도 2의 예시와 같이, 스틸 소재로 된 쿨러(40)(내부가 비어있는 통체)를 사전 제작하여 덮개(42)를 씌운 후 이를 금형(10)의 적소에 용접하고, 이 쿨러(40)에 공급구(32) 및 배출구(34)를 연결하여 냉각하는 구조이기 때문에 상기 스팟식에 비하여는 상대적으로 넓은 냉각범위를 갖기는 하지만 상기 쿨러(40)를 고정하기 위한 용접부(50,60)의 크랙으로 인한 누수, 누수발생시 용탕에 의한 안전사고 유발, 금형(10)과 쿨러(40) 사이의 틈새(70) 발생으로 인한 냉각효율 저하, 쿨러(40)의 형상 한계로 인한 금형(10)의 적재적소 냉각 불가 등의 문제는 여전히 남아 있었다.

여기에서, 상기 금형(10)의 형상이나 냉각파이프(20) 및 쿨러(40)의 형상은 반드시 원통 혹은 원형상으로 국한되지 않으며, 제조하고자 하는 제품의 형태에 따라 다양한 형상으로 제조될 수 있음은 물론이며, 설명의 편의상 원통 혹은 원형상 을 예시적으로 설명한 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 금형을 이용한 주조 성형과정에서 제품의 생산주기 및 제품의 기계적성질을 변화시키는데에 있어 매우 중요한 요소중의 하나인 금형 냉각방식을 수냉식으로 하되 원하는 금형 부위를 전면적으로 냉각시킬 수 있도록 냉각수단의 형상 변경이 자유롭고, 국부적인 집중 냉각에 따른 크랙 유발도 없어 금형의 수명도 연장시킬 수 있도록 한 금형 냉각장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 성형될 제품에 맞추어 냉각이 요구되는 형상으로 설계되며, 그 길이 양단에는 각각 급수구 및 배수구가 구비된 냉각파이프와; 상기 냉각파이프가 대응 삽입되도록 금형의 하단면이 상기 냉각파이프의 형상대로 파여져 가공된 가공부와; 상기 가공부에 삽입 배관된 냉각파이프를 밀봉하면서 상기 금형의 하단면과 동일평면을 이루도록 상기 가공부에 주입 성형되는 주물을 포함하여 구성되는 금형 냉각장치를 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

이때, 상기 냉각파이프는 심리스 형태로 형성되는 것에도 그 기술적 특징이 있다.

또한, 상기 금형 냉각장치는 성형하고자 할 제품에 맞추어 금형을 설계하는 단계와, 금형이 설계되면 냉각이 필요한 부위를 결정하고 그에 맞게 냉각파이프를 설계하는 단계와, 냉각파이프가 설계되면 상기 냉각파이프의 형상에 맞추어 금형 하단면을 가공하는 단계와, 가공된 가공부에 상기 냉각파이프를 안착시키는 단계와, 냉각파이프가 안착되면 주물을 상기 가공부에 주입 성형하여 상기 가공부를 밀봉하는 단계를 포함하여 제조됨에도 그 기술적 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 금형 냉각장치에 사용되는 냉각파이프의 형상을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 금형 냉각장치의 설치상태를 보인 요부 단면도 및 저면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 금형 냉각장치의 제조방법을 보인 플로우챠트이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명 금형 냉각장치에 사용되는 냉각파이프(100)는 성형제품에 사용될 금형의 형상에 따라 다양한 형태를 가질 수 있는 바, 도시된 형상에 국한되지 않음은 물론이다.

예컨대, (a)의 경우에는 전체적으로 원형상을 가지면서 그 길이방향을 따라 물결모양으로 상하 혹은 좌우로 굴곡(만곡)진 형상으로 형성된 예를 보이고 있으며, 이때 상기 냉각파이프(100)에는 하나의 급수구(110)와 배수구(120)를 포함한다.

따라서, 기존과 달리 하나의 급수구(110)와 배수구(120)를 가지면서도 냉각파이프(100)의 길이를 길게 배열하여 냉각수를 공급 배출하는 순환을 반복시킴으로 써 금형내 대단위 면적을 동시에 냉각시킬 수 있게 된다.

다른 예로 (b)의 경우에는 전체적으로 원형상을 갖는 냉각파이프(100')에 부분적으로 코일형상의 루프(130)를 마련함으로써 집중적인 냉각이 요구되는 부위를 더 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 구성할 수 있으며, 상기 (a)의 예시와 마찬가지로 (b)의 경우에도 하나의 급수구(110)와 배수구(120)를 갖는다.

이와 같은 냉각파이프(100,100')는 도 4와 같은 형태로 금형(200)에 장착되어 냉각구조를 이루게 된다.

즉, 금형(200)의 일부, 이를테면 냉각이 필요한 부분에는 그 하단면을 파내어 상기 냉각파이프(100,100')의 형상에 대응되게 적정깊이와 형상을 갖는 가공부(210)를 형성하고, 상기 가공부(210)에는 그와 일치되는 형상의 상기 냉각파이프(100,100')가 장입되어 배관된다.

이때, 상기 냉각파이프(100,100')는 하나의 급수구(110)와 배수구(120)를 갖게 되므로 냉각수 공급 및 배출을 위한 구조가 간단하고 단순화되게 된다.

또한, 상기 냉각파이프(100,100')는 심리스(Seamless) 형태의 파이프가 적당하다.

여기에서, 상기 냉각파이프(100,100')의 설계나 금형(200)의 형상은 성형할 제품에 따라 다양한 형태를 가질 수 있는 바, 상술한 예시적인 형상인 원형에 국한되지는 않는다.

그리고, 상기 냉각파이프(100,100')는 밀봉부재(300)에 의해 상기 금형(200) 내부에 견고히 고정되게 된다.

상기 밀봉부재(300)는 고정편과 같은 판부재, 브라켓 등이 사용될 수 있으나 주물로 하여줌이 특히 바람직하다.

이때, 상기 밀봉부재(300)는 상기 냉각파이프(100,100') 밀봉시 상기 금형(200)의 하단면과 동일평면을 이루도록 밀봉됨이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금형 냉각장치는 도 5에 설명된 단계를 거쳐 제조된다.

즉, 제조하고자 할 제품에 맞추어 금형을 설계하는 단계(S100)와, 상기 S100 단계를 통해 금형이 설계되면 냉각필요부위를 결정하고 그에 맞게 냉각파이프를 설계하는 단계(S200)와, 상기 S200 단계를 통해 냉각파이프가 설계되면 상기 냉각파이프의 형상에 맞추어 금형 하단면을 가공하는 단계(S300)와, 상기 S300 단계를 통해 금형이 가공되면 상기 냉각파이프를 안착시키는 단계(S400)와, 상기 S400 단계를 통해 냉각파이프가 금형내 가공부에 안착되면 상기 냉각파이프를 고정하기 위해 주물을 상기 가공부에 붓고 성형하여 상기 가공부를 밀봉함으로써 상기 냉각파이프를 고정하는 밀봉단계(S500)를 거쳐 제조된다.

이때, 상기 금형은 하부금형 뿐만 아니라 상부금형, 사이드금형 모두에 상술한 냉각파이프를 안착하고 주물로 밀봉하는 형태의 냉각구조가 적용될 수 있다.

이러한 제조방법을 보다 구체적으로 설명하자면, 성형하고자 할 제품에 맞게 설계제작된 금형(200)이 구비된 상태에서 상술한 구조 설명에서와 같이 먼저 냉각파이프(100,100')를 냉각에 필요한 형상으로 제작하게 된다.

이후 금형(200)(여기에서는 설명의 편의상 하부금형을 예시적으로 설명하기 로 한다)의 하단면을 상기 냉각파이프(100,100')의 형상에 맞추어 삽입가능하게 파내어 가공게 된다.

이 과정에서 국부적으로 집중 냉각이 필요한 부분, 예컨대 도 3의 (b)중 루프(130)와 같은 부위를 특별히 더 가공하여 가공부(210)를 형성한 다음 제작된 냉각파이프(100,100')를 상기 금형(200)상의 가공부(210)에 삽입하여 장착 배관하게 된다.

이렇게 상기 냉각파이프(100,100')가 상기 금형(200)의 가공부(210)에 삽입되게 되면 상기 냉각파이프(100,100')로 냉각수를 공급하는 급수구(110)와 순환된 냉각수를 배출하는 배수구(120)가 각기 1개씩 존재하게 되어 설치가 용이하고, 냉각수배관을 연결조립하기도 쉽게 된다.

뿐만 아니라, 상기 냉각파이프(100,100')를 다양한 형상으로 변형 설계할 수도 있으나 도 4의 (b)에서와 같이 직경이 다른 다수개의 냉각파이프(100,100')를 간격을 두고 동심원상에 다수개 배열할 수도 있으며, 반드시 원형상을 갖출 필요도 없다. 즉, 경우에 따라서는 사각금형일 경우 냉각파이프도 사각형태로 배열할 수 있다.

이어, 주물(FCD 또는 SCM4)를 부어 밀봉함으로써 본 발명에 따른 금형 냉각장치를 구성할 수 있게 된다.

한편, 경우에 따라서는 냉각에 필요한 형상으로 제작된 냉각파이프(100,100')를 미리 틀(미도시)에 배치시킨 상태에서 주물로 성형하여 밀봉부재와 냉각파이프(100,100')가 일체화된 하나의 냉각용 가공품을 만들고, 이 가공품을 이 와 대응되게 하단면이 가공된 금형(200)에 안착시켜 고정함으로써 세트형 냉각장치를 구성할 수도 있다.

그리하여, 주조시 냉각파이프(100,100')의 급수구(110)를 통해 냉각수를 공급하게 되면 공급된 냉각수는 금형(200) 내부에 배관된 냉각파이프(100,100')의 형상을 따라 순환하면서 금형(200)을 전체적으로 균일하게 냉각시킨 후 배수구(120)를 통해 배출되게 된다.

따라서, 이러한 구조의 금형 냉각장치를 사용하게 되면 국부적인 냉각이 아닌 금형 전반에 걸쳐 균일한 냉각이 가능하게 되고, 필요로 하는 부위만을 집중적으로 냉각할 수 있도록 냉각파이프의 형상을 자유롭게 변형할 수 있으며, 냉각파이프를 고정하기 위한 작업으로서 용접이 필요없어 금형 크랙으로 인한 금형의 수명단축, 그로 인한 누수 등의 문제도 해결되게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 금형 전반에 걸친 대단위 균일 냉각이 가능하여 냉각효율이 극대화된다.

둘째, 냉각파이프의 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 원하는 부위를 충분히 냉각할 수 있게 된다.

세째, 용접이 필요없기 때문에 금형에 크랙이 발생될 염려나 냉각수의 누수 위험이 제거된다.

네째, 금형의 수명이 연장된다.

다섯째, 냉각장치의 설치 및 유지 보수가 용이하고 간단하다.

Claims

성형될 제품에 맞추어 냉각이 요구되는 형상으로 설계되며, 길이 양단에는 각각 급수구(110) 및 배수구(120)가 구비된 심리스 형태의 냉각파이프(100,100')와; 상기 냉각파이프(100,100')가 대응 삽입되도록 금형(200)의 하단면이 상기 냉각파이프(100,100')의 형상대로 파여져 홈 형태로 가공된 가공부(210)를 구비한 금형 냉각장치에 있어서;

상기 가공부(210)에 삽입된 냉각파이프(100,100')를 밀봉하면서 상기 금형(200)의 하단면과 동일평면을 이루도록 상기 가공부(210)에 주입 성형되어 일체화되는 FCD 또는 SCM4 재질의 주물(300)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금형 냉각장치.
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