KR100828182B1 - 3차원 열교환 구조를 구비한 금형 및 그 제작방법 - Google Patents

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본 발명은 사출공정 작업에 사용되는 금형(100) 및 그 제작방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 금형(100)은 사출품을 성형하기 위한 사출공간(130)이 형성되고 사출공간(130)에 충진되는 고온의 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 제1 금형부(110)와, 제1 금형부(110)의 일면에 접하면서 제1 금형부(110)의 열을 용이하게 전달할 수 있도록 제1 금형부(110)보다 열전달율이 높은 재료로 제작되는 제2 금형부(120)로 구성됨으로써 사출품으로 성형될 고온의 수지를 신속하게 열전달 냉각시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 금형(100)은 제1, 제2 금형부(110, 120) 사이의 접촉면이 3차원 기하학적 형상의 열교환 구조(140)로 형성됨으로써, 열교환 구조(140)의 형상 및 위치를 다르게 제작하여 사출품으로 성형될 고온의 수지를 균일하게 냉각시킬 수 있다.

Description

3차원 열교환 구조를 구비한 금형 및 그 제작방법{Die with Three-Dimensional Heat Exchange Structure and Manufacturing Method thereof}

도 1은 종래기술에 따른 냉각관을 구비한 금형의 내부 단면도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 사시도이고,

도 3은 도 2에 도시된 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제1, 제2 금형부를 각각 분리한 사시도이고,

도 4는 도 3에 도시된 제1, 제2 금형부에 형성될 수 있는 3차원 열교환 구조 형상을 각각 도시한 사시도들이고,

도 5는 도 2에 도시된 사출공간에 따라 변형될 수 있는 3차원 열교환 구조를 각각 도시한 금형의 내부 단면도들이고,

도 6은 도 3에 도시된 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제작과정을 나타낸 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10, 100 : 금형 11, 12 : 블럭

13, 130 : 사출공간 15, 16, 150 : 냉각관

110, 120 : 금형부 140 : 열교환 구조

본 발명은 사출공정 작업에 사용되는 금형에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 열전달 효율이 높아지도록 제1, 제2 금형부를 각각 이종재료로 제작하고 제1, 제2 금형부 사이의 접촉면이 3차원 열교환 구조로 형성됨으로써 사출품을 균일하면서도 신속하게 열전달 냉각시킬 수 있는 금형 및 그 제작방법에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 냉각관을 구비한 금형의 내부 단면도이다.

도 1에 도시된 종래기술에 따른 금형(10)은 대한민국 특허출원 제10-2004-0012605호에 공지된 기술로서, 사출공간(13)에 충진되는 고온의 수지를 냉각하도록 냉각관(15, 16)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 종래기술에 따른 금형(10)은 상부 블럭(11)과 하부 블럭(12)으로 나누어지고, 상부 블럭(11)과 하부 블럭(12)이 상호 맞접하는 상태에서 사출품의 외형에 적합한 사출공간(13)이 마련된다. 그리고, 종래기술의 금형(10)은 사출공간(13)의 내부에 사출품의 형상 제작에 필요한 코어(14)가 삽입 부착되고, 사출품으로 성형될 수지를 냉각할 수 있도록 상하부 블럭(11, 12) 또는 코어(14)에 냉각관(15, 16)이 각각 설치된다.

하지만, 종래기술에 따른 금형(10)은 상하부 블럭(11, 12)들이 고온 고열의 수지에 견딜 수 있는 어느 일정 강도 이상의 소재로 제작되기 때문에, 열전달율이 높지 않을 뿐만 아니라 냉각관(15, 16)에서 열을 흡수하더라도 사출품으로 성형될 수지를 균일하게 냉각하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래기술에 따른 금형(10)은 냉각과정 중에 냉각수가 일방향으로 흐르기 때문에, 냉각관(15, 16)의 입구측에 비해 그 출구측에서의 냉각수 온도가 낮아지게 된다. 이로 인해, 종래기술에 따른 금형(10)은 사출품으로 가공될 수지를 균일하게 냉각하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래기술에 따른 금형(10)은 사출품의 형상에 따라 코어(14)의 삽입 개수 및 위치가 달라지기 때문에, 코어(14)에 설치되는 냉각관(15, 16)의 장착이 어려운 경우도 발생될 수 있어서, 사출품으로 가공될 수지를 균일하게 냉각하기 어려운 문제점도 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 사출공간에 충진되는 고온의 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 제1 금형부와, 상기 제1 금형부의 재료와 다르면서 제1 금형부보다 열전달율이 높은 재료로 제작되는 제2 금형부를 각각 구비함으로써, 사출품으로 성형될 고온의 수지를 신속하게 열전달 냉각시키는 금형 및 그 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 금형은 제1, 제2 금형부 사이의 접촉면이 3차원 기하학적 형상의 열교환 구조로 형성됨으로써, 열교환 구조의 형상 및 크기를 다르게 제작하 여 사출품으로 성형될 고온의 수지를 균일하게 냉각시키는 금형 및 그 제작방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금형은 사출품을 성형하기 위한 사출공간이 형성되고, 상기 사출공간에 충진되는 고온의 수지에 직접 맞닿아서 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 제1 금형부와; 상기 제1 금형부의 일면에 접하면서, 상기 제1 금형부의 열을 용이하게 전달할 수 있도록 상기 제1 금형부의 재료와 다르면서 상기 제1 금형부보다 열전달율이 높은 재료로 제작되는 제2 금형부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1, 제2 금형부 사이의 접촉면은 3차원 기하학적 형상의 열교환 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1, 제2 금형부 사이의 3차원 열교환 구조는 상기 사출품의 냉각속도 향상을 위해서 그 기하학적인 형상 및 그 크기가 상기 사출공간의 형상에 따라 다르게 형성되는 것이 더 바람직하다.

또한, 상기 제2 금형부에는 냉각관이 더 설치되는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 금형의 제작방법은 상기 사출품을 성형하기 위한 사출공간이 형성되고, 상기 사출공간에 충진되는 고온의 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제1 금형부를 제작하는 제1 단계와; 상기 사출공간의 형상에 따라 상기 제1 금형부의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조를 가 공하는 제2 단계와; 상기 제1 금형부를 성형틀 내에 위치시키고, 상기 제1 금형부의 열교환 구조의 상부에 상기 제1 금형부보다 열전달율이 높은 재료를 주입하여 제2 금형부를 제작하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금형의 다른 제작방법은 열전달율을 갖는 재료로 제2 금형부를 제작하는 제1 단계와; 상기 사출품으로 성형될 사출공간의 형상을 고려하여 상기 제2 금형부의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조를 가공하는 제2 단계와; 상기 제2 금형부를 성형틀 내에 위치시키고, 상기 제2 금형부의 열교환 구조의 상부에 상기 사출품으로 성형될 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 가지며 상기 제2 금형부보다 열전달율이 낮은 재료를 주입하여 상기 사출공간이 형성된 제1 금형부를 제작하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 열교환 구조를 구비한 금형을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제1, 제2 금형부를 각각 분리한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 제1, 제2 금형부에 형성될 수 있는 3차원 열교환 구조 형상을 각각 도시한 사시도들이고, 도 5는 도 2에 도시된 사출공간에 따라 변형될 수 있는 3차원 열교환 구조를 각각 도시한 금형의 내부 단면도들이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 금형(100)은 종래기술과 다 르게 상호 다른 이종재료로 제작되는 제1, 제2 금형부(110, 120)로 구성된다. 즉, 본 발명의 금형(100)은 사출공간에 충진되는 고온의 수지에 직접 맞닿아서 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 제1 금형부(110)와, 제1 금형부(110)의 일면에 접하면서 제1 금형부(110)의 열을 용이하게 전달할 수 있도록 제1 금형부(110)보다 열전달율이 높은 재료로 제작되는 제2 금형부(120)로 구성된다.

제1 금형부(110)는 그 일면에 사출품의 성형을 위한 사출공간(130)이 형성되어, 고온의 수지가 사출품으로 성형되도록 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1 금형부(110)는 고온의 수지의 열응력에 견딜 수 있는 일정 이상의 강도를 갖는 재료(강과 같은 일반적인 사출금형 재료)로 제작된다. 그리고, 제1 금형부(110)는 사출공간(130)이 형성된 타면(접촉면)에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조(140)가 형성된다. 이런 제1 금형부(110)의 3차원 열교환 구조(140)는 밀링 또는 드릴링 작업에 의해 형성된다. 그리고, 제1 금형부(110)에 전달되는 열전도량이 사출공간(130)의 형상에 따라 달라지기 때문에, 냉각속도의 향상을 위해서 3차원 열교환 구조(140)의 형상 및 크기도 각각 달라지는 것이 바람직하다.

제2 금형부(120)는 3차원 열교환 구조(140)의 접촉면을 경계로 제1 금형부(110)에 맞닿도록 부착된다. 제2 금형부(120)는 제1 금형부(110)의 열을 용이하게 전달할 수 있도록 열전달율이 높은 재료로 제작된다. 예를 들어, 제2 금형부(120)의 재료에는 구리, 암프콜로이(Ampcoloy) 등이 사용되는 것이 바람직하다. 제2 금형부(120)에 형성되는 3차원 열교환 구조(140)는 요철의 맞물림과 같이 제1 금형부 (110)에 형성되는 3차원 열교환 구조(140)에 완전하게 대응되는 형상이다.

제1, 제2 금형부(110, 120)에 각각 형성된 3차원 열교환 구조(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 평면이 아닌 돌출되거나 오목하게 파여진 3차원 기하학적인 형상으로 제작됨으로써, 제1, 제2 금형부(110, 120) 사이의 접촉면적이 보다 넓어질 수 있다면 다른 어떠한 패턴형상으로 변경되어도 무방하다. 다만, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 사출공간(130)의 형상에 따라 3차원 열교환 구조(140)의 형상 및 크기를 각각 다르게 제작함으로써, 특정 부위의 열전달율이 보다 향상되어, 사출품으로 성형될 고온의 수지가 원하는 온도분포로 균일하게 냉각될 수 있다.

또한, 본 발명의 금형(100)은 냉각성능의 향상을 위해서 필요에 따라 제2 금형부(120)에 냉각관(150)이 추가 설치될 수도 있다.

아래에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 열교환 구조를 구비한 금형(100)의 2가지 제작방법에 대해 설명하겠다.

1. 금형(100)의 첫 번째 제작방법

먼저, 본 발명은 사출품을 성형하기 위한 사출공간(130)이 형성되고 사출공간(130)에 충진되는 수지의 열응력을 견딜 수 있는 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제1 금형부(110)를 제작한다. 그런 다음에 사출품의 사출공간(130)의 형상에 따라 제1 금형부(110)의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조(140)를 밀링 또는 드릴링 공구(170)로 가공한다. 그리고, 본 발명은 제1 금형부(110)를 성형틀(180) 내에 위치시키고, 제1 금형부(110)의 열교환 구조(140)의 상부에 제1 금형부 (110)보다 열전달율이 높은 재료를 주입하여 제2 금형부(120)로 제작한다. 단, 제2 금형부(120)의 녹는점은 제1 금형부(110)의 녹는점에 비해 훨씬 낮다. 본 발명은 이렇게 제작 성형한 금형(100)을 최종적으로 다듬질 작업하여 완성한다(도 6참조).

2. 금형(100)의 두 번째 제작방법

본 발명의 금형(100)의 두 번째 제작방법은 기본적인 원리가 첫 번째와 동일하며, 다만 제2 금형부(120)를 먼저 제작한 후에 제1 금형부(110)를 완성한다.

즉, 본 발명은 제1 금형부(110)보다 열전달율이 높은 재료로 제2 금형부(120)를 제작한다. 그런 다음에 사출품으로 성형될 사출공간(130)의 형상을 고려하여 제2 금형부(120)의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조(140)를 밀링 또는 드릴링 공구(170)로 가공한다. 그리고, 본 발명은 제2 금형부(120)를 성형틀(180) 내에 위치시키고, 제2 금형부(120)의 열교환 구조(140)의 상부에 사출품으로 성형될 수지의 열응력을 견딜 수 있는 일정 이상의 강도를 갖는 재료를 주입하여 사출공간(130)이 형성된 제1 금형부(110)로 제작한다. 마찬가지로, 본 발명은 이렇게 제작 성형한 금형(100)을 최종적으로 다듬질 작업하여 완성한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 금형 및 그 제작방법은 열전달 효율이 높아지도록 제1, 제2 금형부를 각각 이종재료로 제작하고 제1, 제2 금형부 사 이의 접촉면이 3차원 열교환 구조로 형성됨으로써, 사출품으로 성형될 수지를 균일하면서도 신속하게 열전달 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 3차원 열교환 구조를 구비한 금형 및 그 제작방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (8)

  1. 사출품을 성형하는 금형에 있어서,
    상기 사출품을 성형하기 위한 사출공간이 형성되고, 상기 사출공간에 충진되는 고온의 수지에 직접 맞닿아서 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 제1 금형부와;
    상기 제1 금형부의 일면에 접하면서, 상기 제1 금형부의 열을 전달할 수 있도록 상기 제1 금형부의 재료와 다르면서 상기 제1 금형부보다 열전달율이 높은 재료로 제작되는 제2 금형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1, 제2 금형부 사이의 접촉면은 3차원 기하학적 형상의 열교환 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2 금형부에는 냉각관이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형.
  5. 사출품을 성형하는 금형의 제작방법에 있어서,
    상기 사출품을 성형하기 위한 사출공간이 형성되고, 상기 사출공간에 충진되는 고온의 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 갖는 재료로 제1 금형부를 제작하는 제1 단계와;
    상기 사출공간의 형상에 따라 상기 제1 금형부의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조를 가공하는 제2 단계와;
    상기 제1 금형부를 성형틀 내에 위치시키고, 상기 제1 금형부의 열교환 구조의 상부에 상기 제1 금형부보다 열전달율이 높은 재료를 주입하여 제2 금형부를 제작하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제작방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 단계에서 상기 제1 금형부의 3차원 열교환 구 조는 밀링 또는 드릴링에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제작방법.
  7. 사출품을 성형하는 금형의 제작방법에 있어서,
    구리 또는 암프콜로이(Ampcoloy) 재료로 제2 금형부를 제작하는 제1 단계와;
    상기 사출품으로 성형될 사출공간의 형상을 고려하여 상기 제2 금형부의 일면에 3차원 기하학적인 형상의 열교환 구조를 가공하는 제2 단계와;
    상기 제2 금형부를 성형틀 내에 위치시키고, 상기 제2 금형부의 열교환 구조의 상부에 상기 사출품으로 성형될 수지의 열응력을 견딜 수 있도록 일정 이상의 강도를 가지며 상기 제2 금형부보다 열전달율이 낮은 재료를 주입하여 상기 사출공간이 형성된 제1 금형부를 제작하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제작방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제2 단계에서 상기 제2 금형부의 3차원 열교환 구조는 밀링 또는 드릴링에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는 3차원 열교환 구조를 구비한 금형의 제작방법.
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