KR100980092B1 - 대면형 냉각 채널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출 금형을 냉각시키기 위하여 대면형 냉각 채널을 제공하는데, 본 발명의 대면형 냉각 채널은 사출금형의 캐비티의 형상에 따라 표면이 형성되어 있는 대면부; 대면부의 하부에 형성되어 있는 채널 형성 공간부; 채널 형성 공간부의 일측에서 하나 이상의 유입구로 형성되어 있는 냉각수 유입부; 채널 형성 공간부의 타측에서 하나 이상의 유출구로 형성되어 있는 냉각수 유출부; 및 냉각수 유입부로부터 냉각수 유출부를 따라 서로 평행하게 형성되어 있는 복수의 입체 형상 채널 벽부;를 포함하고 있다.

사출 금형, 냉각 채널, DMLS, 금형 냉각

Description

대면형 냉각 채널 {A COOLING CHANNEL SYSTEM WITH A SURFACE CONTACT PORTION}

본 발명은 사출금형에 사용되는 냉각 채널에 관한 발명으로서, 구체적으로는 분말 적층 공정을 이용하여 금형의 캐비티의 형상에 따라 표면이 형성되는 대면형 냉각 채널에 관한 발명이다.

금형을 이용한 플라스틱 사출 성형 공정에 있어서 캐비티에 수지를 주입한 후에 금형을 냉각시키기 위하여 다양한 방식의 냉각 채널을 사용하여 왔다. 도 1은 종래 사용되고 있던 냉각 채널의 구성을 도시하고 있다. 도 1a에는 가장 일반적으로 사용되는 직선형 냉각 채널(502a)이 도시되어 있다. 직선형 냉각 채널(502a)은 건드릴 등을 사용하여 캐비티(501)의 주위를 따라 코어 플레이트(500)에 구멍을 뚫어 제작하는 방식으로써, 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있으나 냉각 성능이 떨어지고 복잡한 형상의 금형을 냉각시키기에는 부적절한 단점이 있다. 도 1b 내지 도 1d는 곡선형 냉각 채널(502b, 502c, 502d)의 구성을 나타내고 있다. 곡선형 냉각 채널(502b, 502c, 502d)은 주로 적층 공정을 이용하여 제작되는데, 다양한 형상의 캐비티(501)에 따라 다양한 곡선형상의 냉각 채널을 구현할 수 있으므 로 냉각이 어려운 부분에 어느 정도 적용이 가능하다는 장점이 있지만, 냉각 채널을 곡선의 형태로 제작하기 때문에 공간적인 제약이 있을 수밖에 없으며 냉각 채널 자체가 차지하는 면적 때문에 좁은 공간이나 형상이 복잡한 부위에 적용하는데에 한계가 있다.

이와 같이 직선형 냉각 채널(502a) 또는 곡선형 냉각 채널(502b 내지 502d)의 공간적인 제약 및 냉각 성능의 단점을 극복하기 위하여, 최근에는 도 2와 같은 적층 공정을 이용한 수직형 기둥을 갖는 대면적 냉각 채널(600)이 개시되어 있다. 이러한 대면적 냉각 채널(600)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 냉각하고자 하는 금형의 캐비티 부근에 접하도록 되어 있는 표면부(601)를 구비하고 있다. 대면적 냉각 채널(600)은 표면부(601)와 본체부(602) 사이에 구획되어 있는 채널 형성 공간부(605)를 갖추고 있으며, 채널 형성 공간부(605)에는 냉각수가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구(603 및 604)가 형성되어 있다. 유입구 및 유출구(603 및 604)는 본체부(602) 내부에서 관통되어 있는 냉각수 유입 통로 및 유출 통로(607 및 608)과 각각 연통되어 있다. 채널 형성 공간부(605)에는 채널 형성 공간부(605)의 상부면(즉, 표면부(601)의 배면) 및 하부면(즉, 본체부(602)의 상부면)을 잇는 다수의 수직형 기둥(606)이 일정한 간격으로 배치되어 있다. 유입구(603)를 통하여 유입된 냉각수는 채널 형성 공간부(605) 내부에서 수직형 기둥(606)을 피하여 유출구(604)를 향하여 유동하게 되는데, 냉각수가 수직형 기둥(606)에 의해 지나치게 방해를 받기 때문에, 유입구(603)로부터 유출구(604)를 향하는 냉각수의 흐름이 원할하지 못하여 냉각 효율이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 냉각 성능이 떨어지게 된다. 한편, 수직형 기둥(606)이 촘촘하게 다수 형성되어 있기 때문에 제작 시간도 많이 소요될 수밖에 없다.

본 발명은 종래의 직선형 및 곡선형 냉각 채널에 비하여 냉각 성능이 우수하고, 적층 제조방식을 이용한 곡선형 냉각 채널에 비하여 제조 시간을 단축할 수 있으며, 사출시 요구되는 압축 강도를 보장하는 대면형 냉각 채널을 제공하고자 한다.

본 발명은 사출 금형을 냉각시키기 위하여 대면형 냉각 채널을 제공하는데, 본 발명의 대면형 냉각 채널은 사출금형의 캐비티의 형상에 따라 표면이 형성되어 있는 대면부; 대면부의 하부에 형성되어 있는 채널 형성 공간부; 채널 형성 공간부의 일측에서 하나 이상의 유입구로 형성되어 있는 냉각수 유입부; 채널 형성 공간부의 타측에서 하나 이상의 유출구로 형성되어 있는 냉각수 유출부; 및 냉각수 유입부로부터 냉각수 유출부를 따라 서로 평행하게 형성되어 있는 복수의 입체 형상 채널 벽부;를 포함하고 있다.

본 발명의 입체 형상 채널 벽부는 냉각수 유입부로부터 냉각수 유출부까지 형성되어 있는 나선형 벽부로 구성되는 것이 바람직하다. 나선형 벽부로 형성되는 채널 벽부에 의하여 냉각수 유입부로부터 유입된 냉각수는 나선형 벽부에 의해 회전하면서 냉각수 유출부를 향하여 흐르게 되므로, 냉각수가 대면부의 하부에 주기적으로 접촉하며 유동하게 되어서 대면부를 통하여 흡수된 열을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 냉각수는 나선형 벽부를 따라 이동하면서, 나선형 벽부에 인접한 다른 나선형 벽부를 따라 이동하는 냉각수와 혼합되면서 와류를 형성할 수 있으므로 더욱 효과적으로 열을 흡수할 수 있게 된다.

또한, 나선형 벽부는 대면부의 내측면과 채널 형성 공간부의 바닥면에 맞닿는 부분이 잘려나간 형태로 대면부의 내측면과 채널 형성 공간부의 바닥에 맞닿도록 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 입체 형상 채널 벽부는, 냉각수 유입부로부터 냉각수 유출부로 흐르는 냉각수의 유동방향을 가로지르는 방향으로의 단면 형상이 요철 형상 또는 정형파 형상의 곡선 형태인 곡면 벽부에 의해 구획되는 복수의 평행한 직선 채널로 형성될 수 있다. 곡면 벽부에 의하여 직선 채널은, 냉각수 유입부 및 상기 냉각수 유출부를 향하여 개방된 하향 개방 채널; 및 하향 개방 채널과 반대 방향으로 개방된 상향 개방 채널;로 구획된다. 이러한 구성에서 직선 채널의 양단부는, 냉각수 유입부 및 냉각수 유출부가 구비되어 있는 채널 형성 공간부의 측면 벽부와 이격되어 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 대면형 냉각 채널에 의하면, 넓은 면적에 걸쳐 금형을 냉각시킬 수 있으므로 기존의 직선형 또는 곡선형 냉각 채널에 비하여 냉각 성능이 우수하다. 또한, 형상이 복잡한 경우나 설치 공간이 협소한 경우에도 쉽게 캐비티 곡면의 표면을 따라 대면형상을 제작할 수 있으므로 냉각 성능을 쉽게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 대면형 냉각 채널에서는 입체 형상 채널 벽부가 냉각수의 흐름과 평행하게 구비되어 있으므로, 냉각수의 흐름이 채널 벽부에 의해 과도한 방해를 받지 않아 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 대면형 냉각 채널에서 입체 형상 채널 벽부를 나선형 벽부로 형성할 경우에는 냉각수의 흐름에서 와류가 형성되므로 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 대면형 냉각 채널은 분말 적층 공정을 이용하여 제조하는 것이 바람직한데, 이를 통하여 상기 언급한 3차원 형상의 냉각 채널을 용이하게 형성하는 것이 가능하다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 대면형 냉각 채널(1)의 일 실시예를 나타낸다. 대면형 냉각 채널(1)은 냉각 채널의 몸체부(4)를 구비하고 있고, 몸체부(4)의 상부에 채널 형성 공간부(3)가 형성되어 있으며, 채널 형성 공간부(3)의 상부면을 대면부(2)가 덮고 있는 구조로 되어 있다.

냉각 채널(1)은 냉각하고자 하는 금형의 캐비티에 인접하여 설치되는데, 냉각 채널(1)의 대면부(2)는 인접한 금형의 캐비티 형상에 따라 그 표면이 형성됨으로써 사출금형의 냉각을 극대화할 수 있다.

채널 형성 공간부(3)는 후술하는 바와 같이 냉각수가 유입 및 유출되는 공간으로써 냉각수의 흐름을 안내하는 입체 형상 채널 벽부(7)를 포함하고 있는 공간이 다. 채널 형성 공간부(3)는 냉각 채널(1)의 몸체부(4)의 상부에서 대면부(1)의 하부에 형성되어 있다. 채널 형성 공간부(3) 내부 바닥부에는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입부 및 냉각수가 유출되는 냉각수 유출부가 구비되어 있다. 냉각수 유입부는 하나 이상의 유입구(5)의 형태로 채널 형성 공간부(3)의 일측에 구비되어 있으며, 마찬가지로 냉각수 유출부도 하나 이상의 유출구(6)의 형태로 되어 있으며 유입구(5)에 대향하여 채널 형성 공간부(3)의 타측에 구비되어 있다. 냉각수 유입부 및 냉각수 유출부는 각각 몸체부(4)의 내부에 형성되어 있는 냉각수 유입 통로(8) 및 냉각수 유출 통로(9)와 연통되어 있어서, 냉각수 유입 통로(8)를 통하여 전달되는 냉각수는 냉각수 유입구(5)를 통하여 채널 형성 공간부(3) 내부로 흘러 들어오게 되고, 대면부(2)를 통하여 전달된 열을 흡수한 후에 냉각수 유출구(6)로 빠져나가 냉각수 유출 통로(9)를 통하여 외부로 흘러나가게 된다.

채널 형성 공간부(3)의 내부에는 복수의 입체 형상 채널 벽부(7)가 구비되어 있다. 입체 형상 채널 벽부(7)는 냉각수 유입구(5)를 통하여 채널 형성 공간부(3)로 흘러들어온 냉각수를 냉각수 유출구(6)로 안내하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 채널 벽부(7)는 냉각수 유입부로부터 냉각수 유출부를 따라 길이방향으로 형성되어 있으며, 복수의 채널 벽부(7)는 서로 평행하게 배치되어 있다.

도 3b는 본 발명에 따른 입체 형상 채널 벽부(7)의 일 실시예를 나타내고 있다. 도 3b에 도시된 입체 형상 채널 벽부(7)는 유동 중심 라인(10) 및 유동 중심 라인(10) 주위로 형성되어 있는 나선형 벽부(11)를 포함하고 있다. 유동 중심 라인(10)은 채널 형성 공간부(3)의 냉각수 유입부에서부터 냉각수 유출부로 뻗어 있 으며, 나선형 벽부(11)의 중심축 역할을 한다. 나선형 벽부(11)는 유동 중심 라인(10)을 중심으로 꼬여 있으며, 냉각수 유입부가 위치한 부분부터 냉각수 유출부가 위치한 부분까지 뻗어있다. 유동 중심 라인(10) 및 나선형 벽부(11)를 포함하는 채널 벽부(7)는 서로 평행하게 배치되어 있다.

냉각수 유입부로부터 유입된 냉각수는 나선형 벽부(11)를 따라 유동 중심 라인(10)을 중심으로 회전하며 냉각수 유출부를 향하여 흐르게 되므로, 냉각수가 대면부(2)의 하부에 주기적으로 접촉하며 유동하게 되어서 대면부(2)를 통하여 흡수된 열을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 냉각수는 나선형 벽부(11)를 따라 이동하면서, 나선형 벽부(11)에 인접한 다른 나선형 벽부를 따라 이동하는 냉각수와 혼합되면서 와류를 형성할 수 있으므로, 대면부(2)를 통한 열을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있게 된다.

도 4는 도 3a 및 도 3b에 따른 나선형 벽부(11)의 변형된 실시예를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 나선형 벽부(11)는 채널 형성 공간부(3)를 구획하는 대면부(2)의 내측면과 채널 형성 공간부(3)의 바닥면에 맞닿는 나선형 벽부(11)의 부분이 잘려나간 형태로 되어 있다. 즉, 나선형 벽부(11)의 위쪽 부분 및 아래쪽 부분의 일부가 잘려나간 채로 대면부(2)의 내측면 및 채널 형성 공간부(3)의 바닥면에 맞닿아 있는 부분(12)이 형성되어 있다. 이와 같이 나선형 벽부(11)의 일부를 편평하게 하여 대면부(2)의 내측면 및 채널 형성 공간부(3)의 바닥면에 맞닿게 함으로써, 냉각수가 유동 중심 라인(10)을 중심으로 더욱 확실하게 회전하며 흐를 수 있게 된다.

도 5a는 본 발명에 따른 대면형 냉각 채널(101)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 5a에 도시된 대면형 냉각 채널(101)은 도 3a 및 도 4에 도시된 대면형 냉각 채널(1)과 비교하여 입체 형상 채널 벽부의 구성을 제외하고는 거의 동일한 구성을 포함하고 있다. 즉, 대면형 냉각 채널(101)은 몸체부(104), 채널 형성 공간부(103) 및 대면부(102)를 포함하고 있고, 채널 형성 공간부(103)에는 하나 이상의 유입구(105) 및 유출구(106)으로 각각 구성되어 있는 냉각수 유입부 및 냉각수 유출부가 구비되어 있고, 입체 형상 채널 벽부(107)를 포함하고 있다. 냉각수 유입구(105) 및 냉각수 유출구(106) 각각 몸체부(104)의 내부에 형성되어 있는 냉각수 유입 통로(108) 및 유출 통로(109)와 연통되어 있다.

도 5b의 실시예에 따른 본 발명의 입체 형상 채널 벽부(107)는, 냉각수 유입부와 냉각수 유출부를 잇는 길이방향에 가로지르는 방향으로의 단면 형상이 요철 형상 또는 정현파의 물결 형상인 곡면 벽부(107)로 형성되어 있다. 곡면 벽부(107)는 냉각수가 냉각수 유입부로부터 유출부로 흐를 수 있도록 하는 직선 채널을 구획하고 있는데, 직선 채널은 곡면 벽부(107)의 형상에 따라 하향 개방 채널(110) 및 상향 개방 채널(111)로 나뉘어져 있다. 하향 개방 채널(110)은 곡면 벽부(107)의 하측면에 의해 구획되는 채널로서 냉각수 유입구(105) 및 냉각수 유출구(106)를 향하여 개방되어 있다. 상향 개방 채널(111)은 곡면 벽부(107)의 상측면에 의해 구획되는 채널로서 하향 개방 채널(110)과는 반대방향으로 개방되어 있는 형상이다. 도 5b에서와 같이 곡면 벽부(107)의 곡면 최고 정점 및 최저 정점에 해당하는 부분은 대면부(102)의 내측면 및 채널 형성 공간부(103)의 바닥부에 각각 맞닿도록 구성하는 것이 바람직하다.

곡면 벽부(107)에 의해 형성된 직선 채널은 냉각수를 냉각수 유입구(105)로부터 냉각수 유출부(106)까지 안내하는 역할을 한다. 한편, 직선 채널의 양단부는 냉각수 유입구(105) 및 냉각수 유출부(106)가 형성되어 있는 채널 형성 공간부(103)의 측면 벽부와 이격(L1, L2)되어 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 직선 채널에서 냉각수가 유입되고 유출되는 부분은 채널 형성 공간부(103)와 맞닿지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하여, 냉각수 유입구(105)로부터 흘러들어오는 냉각수는 하향 개방 채널(110)뿐만 아니라 상향 개방 채널(111)로도 흘러들어갈 수 있으므로, 대면부(102)를 통하여 흡수되는 열의 양을 배가시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 대면형 냉각 채널(1, 101)은 분말 적층 공정을 이용하게 제작할 수 있는데, 대표적으로 선택적 레이저 소결 처리 기법(SLS, Selective Laser Sintering)으로 DMLS 공정(Direct Metal Laser Sintering Process)를 이용할 수 있다. 대면형 냉각 채널(1, 101)을 3차원 형상으로 모델링하고, 그 데이터를 변환하여 미세한 두께의 단면을 얻어낸 후에, 해당 두께를 연속적으로 적층하여 궁극적으로 대면형 냉각 채널의 형상을 제작하게 된다. 이때 두께의 층을 연속적으로 생성하기 위하여, CO₂ 레이저 광선을 분말 형태의 금속 표면에 주사하여 금속 분말을 소결시키고, 한 층이 완성되면 새로운 분말 층을 그 위에 균일하게 도포한 후에 다시 레이저 광선을 주사하여 금속 분말을 소결시키는 작업을 반복함으로써 제품을 완성 하게 된다. 이와 같은 분말 적층 공정을 이용하면 본 발명과 같이 복잡하고 미세한 형상의 냉각 채널(1, 101)을 용이하게 제작할 수 있게 된다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 냉각채널을 나타내는 사시도이다.

도 2는 종래의 대면식 냉각 채널을 나타내는 사시도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 대면형 냉각 채널의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 3b는 도 3a에 도시된 대면형 냉각 채널에 구비된 입체 형상 채널 벽부의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 3a 및 도 3b의 대면형 냉각 채널의 변형례를 나타내는 사시도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 대면형 냉각 채널의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 5b는 도 5a에 도시된 대면형 냉각 채널에 구비된 입체 형상 채널 벽부의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 사출금형을 냉각시키기 위한 대면형 냉각 채널에 있어서,

   사출금형의 캐비티의 형상에 따라 표면이 형성되어 있는 대면부;

   상기 대면부의 하부에 형성되어 있는 채널 형성 공간부;

   상기 채널 형성 공간부의 일측에서, 하나 이상의 유입구로 형성되어 있는 냉각수 유입부;

   상기 채널 형성 공간부의 타측에서, 하나 이상의 유출구로 형성되어 있는 냉각수 유출부; 및

   상기 냉각수 유입부로부터 상기 냉각수 유출부를 따라 서로 평행하게 형성되어 있는 복수의 입체 형상 채널 벽부;를 포함하며,

   상기 입체 형상 채널 벽부는, 상기 냉각수 유입부로부터 상기 냉각수 유출부까지 형성되어 있는 나선형 벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면형 냉각 채널.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 나선형 벽부는, 상기 대면부의 내측면과 상기 채널 형성 공간부의 바닥 면에 맞닿는 부분이 잘려나간 형태로 상기 대면부의 내측면과 상기 채널 형성 공간부의 바닥에 맞닿아 있는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면형 냉각 채널.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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