KR100811561B1 - 관 압출용 금형 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관(管) 압출용 금형 구조에 관한 것으로, 더욱 상세히는 관을 압출 성형하기 위해 금형의 주입구 및 포트 홀 내로 반 용융 상태의 원료 주입시 반 용융원료의 흐름을 개선하여 관의 성형 불량을 감소시킴과 동시에 내구성을 증대시킬 목적으로, 맨드럴 고정부(11) 중앙에 맨드럴 삽입구(12)가 형성되고 맨드럴 고정부(11) 주위에 적어도 하나 이상의 포트 홀(13)이 형성되며 상기 맨드럴 고정부(11)는 전방으로 라운드 지게 돌출된 브리지(bridge)(10)와, 상기 맨드럴 삽입구(12)에 삽입되어 관(管)의 내부 유로(流路)를 성형하는 맨드럴(mandrel)(20)과, 상기 브리지(10) 후방에 결합되고 중앙에 관(罐)의 외형을 성형하는 압출홀(31)이 천공된 다이(die)(30)와, 내부에 상기 브리지(10) 및 다이(30) 결합체를 수용하도록 적어도 하나 이상의 주입구(41)를 구비한 인서트 링(40)을 포함하여 구성된 관 압출용 금형 구조가 개시된다.

Description

관 압출용 금형 구조{Structure of extruding mold for pipe}

도 1은 본 발명의 관 압출용 금형의 전체 조립 구조를 보인 사시도.

도 2는 본 발명의 관 압출용 금형 중 브리지의 형상을 보인 사시도.

도 3은 도 2의 브리지 배면도.

도 4는 본 발명의 관 압출용 금형에 의해 관이 성형되는 작용을 보인 금형 단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨드럴에 의해 관(管)이 성형되는 작용을 보인 맨드럴 및 관의 사시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브리지를 포함한 관 압출용 금형 구조를 보인 단면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 브리지 구조를 보인 관 압출용 금형 구조를 보인 단면도.

도 8은 종래의 관 압출용 금형 구조 및 작용을 보인 금형 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 브리지 11 : 맨드럴 고정부

12 : 맨드럴 삽입부 13 : 포트 홀

20 : 맨드럴(MANDREL) 21 : 슬릿

30 : 다이(DIE) 31 : 압출홀

40 : 인서트 링 41 : 주입구

본 발명은 원통형 관(管) 또는 내부에 리브를 갖춘 다공 튜브형 관(管) 등을 압출 성형하기 위해 금형의 주입구 및 포트 홀 내로 반 용융원료 주입시 반 용융원료의 흐름을 원활하게 함과 동시에 금형 조립성을 개선한 관 압출용 금형 구조에 관한 것이다.

관 압출 금형은 어떠한 금속 재료를 이용하여 소망하는 형상의 관을 성형하기 위한 것으로서, 예컨대 알루미늄관 압출 금형의 경우 알루미늄 강재(빌렛)를 일정한 온도로 가열하여 이를 압출기에 장착된 압출 금형 내로 고압으로 압입하여 금형을 통해 소망하는 형태로 성형시키는 것으로 사용된다.

이러한 압출 금형에 의한 제품은 주로 관(管)이나 새시를 제조하는데 유용하며, 그 외에도 전기, 전자, 건설, 자동차 등의 여러 산업 부분에서 필요에 따라 다양한 제품이 생산되고 있으며, 이는 소비자의 요구에 따라 보다 정밀하고 다양화되고 있는 추세이다.

도 8은 종래의 관 압출용 금형 구조 및 작용을 보인 금형 단면도로서, 도 8을 참조하는 바와 같이, 압출용 금형은 인서트 링(40)의 주입구(41) 내에 브리지(10)와 다이(30) 결합체가 삽입되고, 브리지(10) 내에는 중앙에 맨드럴(20)이 삽 입되도록 맨드럴 고정부(11)가 형성되어 있으며, 그 주변에는 포트 홀(13)이 형성되어 있다.

이러한 구조의 금형에서 관(管)이 성형되는 과정은 다음과 같다. 먼저 주입구(41)를 통해 반 용융원료가 유입되면, 포트홀(13)을 통해 다이(30)의 압출홀(31)로 배출되는데, 이때 관의 내부 중공, 즉 유로(流路)가 되는 부분은 맨드럴(20)에 의해 성형되고 외형은 압출홀(31)의 형상에 의해 결정된다.

그러나 이러한 종래 금형 구조에 따르면 압출시 금형에 미치는 압출 압력이 높아 생산이 잘 되지 않기 때문에 현재로서는 작업자가 필요한 적정 압력보다 더욱 고압으로 반 용융원료를 압출하거나 더욱 높은 온도에서 재료를 가열하여 압출함으로서 반 용융재료의 흐름을 강제하는 등의 방법으로 압출하고 있는 실정이다.

그러나 반 용융원료의 고온 고압 흐름은, 브리지와 맨드럴 등이 급격하고 잦은 온도 변화와 고압 환경에 놓이게 하므로, 금속 재료의 특성상 그 내구성이 현저히 저하되거나 자주 파손되는 문제점이 있고, 따라서 고가의 금형을 빈번하게 제조 및 교체해야 하는 등, 유지 보수의 비용이 과다한 문제점이 있다.

본 발명자는 이에 관하여 연구한 결과, 압출압력이 높은 원인으로는 도 8에 도시된 바와 같은 브리지(10) 형상에 의하여 제한된 면적의 좁고 긴 길이(L)의 포트 홀(13)의 구조에 의하여 반 용융원료와 포트 홀(13)의 마찰력과 평평한 전면부(B)를 갖는 맨드럴 고정부(11)의 구조에 원인이 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

그 첫 번째 원인은 주입구(41)로 유입된 반 용융원료는 평면(B) 상태의 브리 지 고정부(11)에 부딪힐 때, 이것이 양분되어 유체 흐름 방향과 직교 또는 역류하는 와류(T)가 발생하게 되고, 이러한 와류(T)는 반 용융원료의 반 용융원료의 포트 홀(13)로의 흐름을 방해하여 압출 압력을 증가시키고,

두 번째 원인은 브리지 고정부(11)의 전면(B)이 평면이다 보니 수압면적이 증가하여 압출압력을 증가시키며,

세 번째 원인은 주입구(41)로 유입된 반 용융원료는 도 8과 같은 브리지(10) 내의 제한된 면적의 좁고 긴 길이(L)의 측벽을 가진 포트 홀(13)을 통과해야 하는데 이때 고압에 의하여 밀려 들어가는 반 용융상태의 원료가 제한된 면적과 좁은 포트 홀(13)의 긴 길이(L)의 측벽과 마찰력으로 인하여 압출압력을 증가시킨다.

전술한 첫 번째 및 두 번째 문제점은 맨드롤 고정부(11)의 전면부를 라운드 처리하면 해결됨을 발견하였고, 또한 세 번째 문제점은 포트 홀(13)의 긴 측벽을 맨드럴 고정부(11)만 남기고 짧게 하여 마찰길이를 줄이고 또한 좁은 포트홀(13) 면적을 인서트 링(40)의 주입구(41) 면적을 넓힘으로써 해결될 수 있음을 발견하였던 바, 이에 따라 본 발명의 관 성형을 위한 반 용융원료를 필요 이상의 고온 또는 고압으로 강제할 필요 없이 적정 온도와 적정 압력 하에서 작업하더라도 관의 성형성이 우수하여 불량률을 최소화할 수 있도록 하기 위해 반 용융원료의 흐름을 원활하게 할 수 있는 관 압출용 금형 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이 맨드럴 고 정부(11) 중앙에 맨드럴 삽입구(12)가 형성되고 맨드럴 고정부(11) 주위에 적어도 하나 이상의 포트 홀(13)이 형성되며 상기 맨드럴 고정부(11)는 전방으로 라운드 지게 돌출된 브리지(bridge)(10)와, 상기 맨드럴 삽입구(12)에 삽입되어 관(管)의 내부 유로(流路)를 성형하는 맨드럴(mandrel)(20)과, 상기 브리지(10) 후방에 결합되고 중앙에 관(罐)의 외형을 성형하는 압출홀(31)이 천공된 다이(die)(30)와, 내부에 상기 브리지(10) 및 다이(30) 결합체를 수용하도록 적어도 하나 이상의 주입구(41)를 구비한 인서트 링(40)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태로서, 상기 브리지(10)의 맨드럴 고정부(11)를 비롯하여 포트 홀 입구(13a)가 함께 라운드 져서 브리지 전면이 돔(DOME) 형태로 돌출되게 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 하며, 이해를 돕기 위해 도 8의 종래 금형 구조와 중복되는 경우 동일 부호와 명칭을 사용하며, 또한 방향성을 부여하기 위해 반 용융원료의 흐름 방향에 따라 주입되는 방향을 '전(前)', 흐르는 방향을 '후(後)' 또는 '배(背)'로 표현하였다.

도 1은 본 발명의 관 압출용 금형의 전체 조립 구조를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 관 압출용 금형 중 브리지의 형상을 보인 사시도이며, 도 3은 도 2의 브리지 배면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 관 압출용 금형 구조는, 브리지(10)와, 상기 브리지(10) 중앙에 삽입되는 맨드럴(20)과, 상기 브리지(10) 배면에 접촉 결합되는 다이(30)와, 상기 브리지(10) 및 다이(30)의 결합체를 적어도 하나 이상 수용하는 인서트 링(40)을 포함한다.

상기 맨드럴(20)은 후술하는 바와 같이 관(管)의 내부 중공부분, 즉 유로(流路)를 성형하기 위한 것으로, 맨드럴(20)은 상기 브리지(bridge)(10)의 맨드럴 고정부(11) 중앙에 형성된 맨드럴 삽입구(12)에 삽입 고정되고, 맨드럴 고정부(11) 주위에는 적어도 하나 이상의 포트 홀(13)이 형성되며, 브리지(10) 배면에는 핀홀(15)이 형성되어 있다.

여기서 맨드럴(20)의 형상은 성형하고자 하는 관(管)에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이고, 상기 포트 홀(13)의 개수 역시 맨드럴 고정부(12)가 도시된 바와 같이 일자 형으로 된 경우 포트 홀(13)은 2개로 양분되고, 맨드럴 고정부(12)가 그 중심을 기점으로 120°각도를 이룬 방사상으로 된 경우 포트 홀(13)은 3개로 분리되는 바, 이와 같이 본 발명의 기술사상은 도시된 예로 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 특징에 의하면 상기 맨드럴 고정부(11)가 전방으로 라운드 지게 돌출되어 있어서 반 용융원료의 흐름시 와류 발생을 억제하게 되는데, 이는 후술하는 작용 설명에서 보충한다.

한편, 다이(die)(30)는 상기 브리지(10) 후방에 접촉 결합되고, 중앙에 관(罐)의 외형을 성형하는 압출홀(31)이 천공되어 있으며, 전면에는 상기 브리지(10)의 핀 홀(15)과 대응하는 위치에 핀(32)이 돌출되어 핀(32)과 이를 수용하는 핀 홀(15)의 결합을 통해서 브리지(10)와 다이(30)의 결합시 방향성 내지 자리 맞춤을 정확하게 유도하여 형합 가능하게 한다.

물론, 상기 브리지(10)와 다이(30)의 접촉면에는 각각 돌출단(14)과 압착턱(33)을 형성하여 상호 안정적인 상태로 형합되게 할 수 있다.

이러한 상태로 결합된 브리지(10) 및 다이(30) 결합체는 적어도 하나 이상의 주입구(41)를 구비한 인서트 링(LIP)(40)에 삽입 안착되는데, 여기에서도 브리지(10)와 다이(30)의 각 외측 면에 평탄부(16)(도 3 참조)를 마련하고, 이에 대응하는 주입구(41)의 내측 면에 평탄 면(42)을 형성하여 브리지(10) 및 다이(30) 결합체가 주입구(41) 내에 안착될 때, 그 방향이나 자리 맞춤을 유도할 수 있다.

도 4는 본 발명의 관 압출용 금형에 의해 관이 성형되는 작용을 보인 금형 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨드럴로 관(管)이 성형되는 작용을 보인 맨드럴 및 관의 사시도이다.

도 4를 참조하는 바와 같이, 관(管)을 성형하기 위해 주입구(41)를 통해 액체 상의 반 용융원료가 유입되면, 브리지(10)의 포트 홀(13)을 통해 다이(30)의 압출홀(31)로 배출되는데, 이때 관(管)의 내부 중공 부분, 즉 유로(流路)가 되는 부분은 맨드럴(20)에 의해서 성형되고 관(管)의 외형은 압출홀(31)의 형상에 의해 결정된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 다수의 리브(51)가 형성된 관(50)을 제조하고자 하는 경우, 맨드럴(20)은 후방에 일정 간격으로 다수의 슬릿(21)이 형성되는데, 이러한 맨드럴(20)이 적용된 경우, 도 4를 참조하는 바와 같이 양측의 포트 홀(13)을 통해 흐르는 원료의 일부는 맨드럴(20)의 외면과 접촉된 상태에서 그대로 압출홀(31)로 배출되어 관(管)의 외형을 이루게 되고, 맨드롤(20)의 슬릿(21) 내로 유입되어 양측에서 흘러들어 합류된 원료는 압출홀(31)로 배출될 때 리브(51)를 이루게 되며, 이렇게 성형된 원료는 압출홀(31)로 배출되는 동안 경화되어 그 형상이 유지된다.

이때, 압출홀(31)은 후면으로 갈수록 점차 확장되는, 즉 전방으로 갈수록 테이퍼(taper) 진 것이 바람직한데, 이는 성형된 관(管)의 원활한 배출과 함께 공기 접촉에 의해 성형된 관을 신속하게 경화시키기 위한 것이다.

여기서 도 2 및 도 4를 참조하는 바와 같이 맨드럴 고정부(11)가 전방으로 라운드 지게 돌출된 경우, 반 용융원료가 유입될 때 맨드럴 고정부(11)의 전면과 직각으로 부딪히지 않게 되므로, 포트 홀(13)로 충분한 양의 반 용융원료가 원활하게 유입될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브리지를 포함한 관 압출용 금형 구조는 보인 단면도로서, 전술한 바와 같이 반 용융원료의 흐름을 개선하기 위해서는, 상기 브리지(10)의 맨드럴 고정부(11)를 비롯하여 포트 홀 입구(13a)가 함께 라운드 져서 브리지 전면이 돔(DOME) 형태로 돌출되게 할 수 있는바, 이와 같이 브리지 전면의 형상이 종래와 같은 평면 형상을 탈피하여 전방으로 라운드 지도록 돌출되어 반 용융원료의 흐름을 개선한 것이라면, 포트 홀(13)의 형상, 개수 등에 제한 없이 대부분의 브리지 금형에 적용할 수 있음은 물론이며, 그러한 변경은 후술하는 특허청구범위의 기재 내에 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 브리지 구조를 보인 관 압출용 금 형 구조를 보인 단면도로서, 전술한 바와 같이 맨드럴 고정부(11)가 전방으로 라운드 지게 돌출될 경우, 맨드럴 삽입구(12)가 깊어져서 맨드럴(20)을 조립하는 것이 다소 어려울 수 있으므로, 도 7과 같이 맨드럴 삽입구(12)를 관통시키지 않고, 브리지(30)의 후방에서 맨드럴(20)을 끼워 넣을 수 있게 한 것이다.

이와 같이 하면, 맨드럴(20)의 전체 길이가 짧아지므로 조립이 용이하고, 또한 맨드럴 전방 측이 직접 반 용융원료와 접하지 않게 된다.

본 발명의 의한 관 압출용 금형 구조에 의하면, 주입구로 유입된 반 용융원료가 포트 홀에 원활하고 신속하게 유입되므로 관 성형을 위한 반 용융원료를 필요 이상의 고온 또는 고압으로 강제할 필요 없이 적정 온도와 적정 압력 하에서 작업하더라도 완벽하게 관을 성형할 수 있게 되어 불량률을 최소화할 수 있으므로 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 브리지와 맨드럴 등의 금형이 급격하고 잦은 온도 변화와 고압 환경 하에 놓이지 않고 정상적인 온도와 압력 하에서 놓이므로 내구성 단축으로 유지 및 보수비용이 증가하는 것을 방지하게 되어 불필요한 금융 비용의 손실을 방지하는 경제적인 측면의 유리한 효과를 가진다.

Claims (6)

1. 관(管) 압출용 금형에 있어서,

   맨드럴 고정부(11) 중앙에 맨드럴 삽입구(12)가 형성되고, 맨드럴 고정부(11) 주위에 적어도 하나 이상의 포트 홀(13)이 형성되며, 상기 맨드럴 고정부(11)는 전방으로 라운드 지게 돌출된 브리지(bridge)(10);

   상기 맨드럴 삽입구(12)에 삽입되어 관(管)의 내부 유로(流路)를 성형하는 맨드럴(mandrel)(20);

   상기 브리지(10) 후방에 결합되고, 중앙에 관(罐)의 외형을 성형하는 압출홀(31)이 천공된 다이(die)(30); 및

   내부에 상기 브리지(10) 및 다이(30) 결합체를 수용하도록 적어도 하나 이상의 주입구(41)를 구비한 인서트 링(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 브리지(10)의 맨드럴 고정부(11)를 비롯하여 포트 홀 입구(13a)가 함께 라운드 져서 브리지 전면이 돔(DOME) 형태로 돌출된 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 맨드럴 고정부(11)의 전방은 폐쇄되고 맨드럴(20)이 후방에서 끼워질 수 있게 된 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 브리지(10) 배면과 다이(30)의 전면 접촉부는 돌출된 핀과 상기 핀을 수용하도록 대응 위치에 핀 홀이 각각 형성되어 상호 고정 및 자리 맞춤 되게 한 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압출홀(31)은 후방으로 갈수록 점차 확장되도록 전방으로 테이퍼(TAPER) 진 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 브리지(10) 및 다이(30)의 각 측면에 평탄부(16)가 형성되고, 상기 인서트 링(40)의 주입구(41) 내면 일측에 상기 평탄부(16)와 대응하는 평탄면(42)이 형성되어 브리지(10) 및 다이(30) 결합체와 주입구(41)의 자리 맞춤 되게 한 것을 특징으로 하는 관 압출용 금형 구조.

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