KR101002149B1 - 성형품의 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 단순하고 저렴한 구성으로 금형의 성형구의 가열ㆍ냉각의 사이클 타임의 단축화를 도모한 성형 금형 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

소재를 성형하는 성형구를 구비한 성형 금형에 있어서, 상기 성형구로서 자성 금형재를 이용하여, 상기 성형구의 성형면을 따른 내측에 냉매를 흐르게 하는 냉각 수단을 마련하는 동시에, 상기 냉각 수단의 주위에 고주파 유도에 의한 가열 수단을 마련하여, 상기 성형구에 의한 소재의 성형 시에 상기 가열 수단과 냉각 수단에 의해 상기 성형구에 교대로 가열과 냉각을 반복한다. 여기서, 상기 냉각 수단은 상기 성형구 내에 설치된 관체로 구성되어, 상기 성형구의 냉각 시에 냉매를 흐르게 하고, 상기 성형구의 가열 시에 냉매가 없는 중공 상태로 된다.

성형 금형, 성형구, 고정 금형, 이젝터 핀, 가열 코일

Description

성형품의 성형 방법 {MOLDING METHOD OF MOLDING PRODUCT}

본 발명은 소재의 성형 시의 가열과, 성형품의 고화 시의 냉각의 사이클 타임의 단축화를 도모한 성형 금형 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

성형품의 정밀도가 고정밀도이고 또한 다량으로 생산되는 제품에 있어서, 다수개 취급 구조로 하면 금형이 커지기 때문에 열용량이 커지고, 금형 온도의 상하에 긴 시간을 필요로 하여 사이클 타임이 길어져 생산성이 뒤떨어진다. 또한, 금형의 고정측ㆍ가동측 온도차에 의한 횡방향의 열팽창 차에 의해, 고정측과 가동측의 피치 오차가 발생하여 성형품의 중앙부와 외측의 동심도를 만족시킬 수 없어 품질상 문제가 있다. 도2의 (2)에 상기 피치 오차로 생긴 통 형상의 성형품(2)의 좌우 벽두께의 차를 나타낸다.

상기 문제의 해결책으로서는, 금형을 1개 취급 구조로 하는 것을 고려해 볼 수 있으나, 다량 생산에 적합하지 않다는, 다른 문제가 발생하여, 이를 개선하기 위해서는 성형 사이클 타임을 빠르게 하는 것이 고려된다.

특허문헌 1에는 금형의 가열에 필요로 하는 시간과 냉각에 필요로 하는 시간을 각각 짧게 함으로써 성형 사이클 타임을 단축하는 금형이 개시되어 있다. 또 한, 특허문헌 2에는 히트 파이프를 전열체로 하여 빠르게 금형의 가열 냉각이 가능한 금형이 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2001-009836호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2005-138366호 공보

특허문헌 1에는 금형의 캐비티의 벽면 전체를 단시간에 균일하게 가열 및 냉각할 수 있도록 구성함으로써 성형 사이클 타임의 단축화를 실현하는 금형이 개시되어 있다. 그러나, 가열 수단이 캐비티의 내측(벽면측)에 마련되고, 냉각 수단이 그 외측에 마련되어 있으므로, 냉각 시에는 외측으로부터 냉각열을 가열 수단[관 형상 부재, 봉입된 열매체, 쉘부(20)]을 통해 캐비티의 벽면을 전하게 되어, 냉각 시의 열용량이 커져 큰 냉각 열량을 필요로 해, 단시간에서의 냉각이 곤란해진다. 또한, 일반적으로 가열에 비해 냉각의 제어가 곤란하지만, 이 냉각을 외부에 배치하는 것은 캐비티의 벽면의 냉각 제어를 한층 곤란하게 한다. 또한, 가열용 히트 파이프는 고가라는 난점이 있다.

특허문헌 2에는 금형의 성형품에 접하는 면에 전단부면을 근접시킨 히트 파이프 등의 열전달 기둥을 배치하고, 이 열전달 기둥의 후단부에 온도 조정 가능한 열원(가열, 냉각)을 배치하고, 열전달 기둥을 통해 성형품에 대해 빠른 가열ㆍ냉각이 가능한 금형이 개시되어 있다. 그러나, 열전달 기둥을 통해 성형품으로 열을 전달하기 위해, 열전달 기둥(히트 파이프의 경우에는 중간의 냉매도 포함함)분만큼 열용량이 증가되어 가열ㆍ냉각 시에 큰 열량을 필요로 하고, 그만큼 성형품의 가열ㆍ냉각의 민속성에 지장이 생긴다. 또한, 열전달 기둥에 히트 파이프를 이용하는 경우에는 열전달이 빨라지지만, 고가라는 난점이 있다.

본 발명은 상기한 종래예를 감안하여, 단순하고 저렴한 구성으로 금형의 성형구의 가열ㆍ냉각의 사이클 타임의 단축화를 도모한 성형 금형 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 소재를 성형하는 성형구를 구비한 성형 금형에 있어서, 상기 성형구로서 자성 금형재를 이용하여, 상기 성형구의 성형면을 따른 내측에 냉매를 흐르게 하는 냉각 수단을 마련하는 동시에, 상기 냉각 수단의 주위에 고주파 유도에 의한 가열 수단을 마련하고, 상기 성형구에 의한 소재의 성형 시에, 상기 가열 수단과 냉각 수단에 의해 상기 성형구에 교대로 가열과 냉각을 반복한다. 여기서, 상기 냉각 수단은 상기 성형구 내에 설치된 관체로 구성되어, 상기 성형구의 냉각 시에 냉매를 흐르게 하고, 상기 성형구의 가열 시에 냉매가 없는 중공 상태로 된다.

또한, 본 발명은 소재를 성형하는 성형구의 성형면을 따른 내측에 냉매를 흐르게 하는 냉각 수단을 마련하는 동시에, 상기 냉각 수단의 주위에 가열 수단을 마련하고, 소재의 성형 시에 상기 가열 수단과 냉각 수단에 의해 상기 성형구에 교대로 가열 공정과 냉각 공정을 반복하는 성형 금형의 제어 방법에 있어서, 냉각 공정 시에 상기 냉각 수단을 냉매 유통 상태로 하고, 가열 공정 시에 상기 냉각 수단을 냉매가 없는 중공 상태로 한다. 여기서, 상기 냉각 공정과 가열 공정 사이에 성형 품 취출 공정을 더 갖고, 상기 냉각 공정에서 상기 냉각 수단을 냉매 유통 상태로 하고, 상기 성형품 취출 공정에서 상기 냉각 수단으로부터 냉매를 배출하고, 상기 가열 공정에서 상기 냉각 수단을 냉매가 없는 중공 상태로 한다.

본 발명에 따르면, 단순하고 저렴한 구성으로 금형의 성형구의 가열ㆍ냉각의 사이클 타임의 단축화를 도모한 성형 금형 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 이용하여 설명한다.

도1은 본 발명의 성형품 1개 취급 구조의 일 실시예의 단면도이고, (1) (2)는 가동 금형의 상사점과 하사점을 각각 나타낸다. 부호 1은 성형되는 원기둥 형상의 소재, 2는 소재(1)를 성형 가공한 후의 성형품(바닥이 있는 원통), 3은 내부에 소재가 삽입되는 성형용 고정 금형(하형), 4는 상기 고정 금형(3)의 상방에 설치되어, 상사점과 하사점으로 이동하여 소재(1)를 성형하는 가동 금형(상형)이다.

상기 고정 금형(3)에는 중앙에 중공 구멍(5a)을 갖는 원통 형상의 성형구(5)가 설치된다. 성형구(5)는 소재를 압출 성형하는 금형 부품으로, 열전도성이 좋은 금속이고 게다가 고주파 유도에 의해 가열하는 자성체(철 등)로 이루어지고, 가능한 한 열용량을 작게 하기 위해, 소질량ㆍ소체적으로 형성된다. 상기 가동 금형(4)에는 상기 성형구(5)에 하강하여 소재(1)를 압출 성형하는 이너 펀치(6)가 하향으로 돌출 설치되고, 또한 압출 성형된 소재(1)의 높이를 결정하는 아우터 펀치(7)가 설치된다.

부호 9는 상기 성형구(5)의 성형 표면(5b)에 근접하여 매설된 냉각 수단으로, 내부를 냉수 등의 냉매가 흐르는 관 형상체로 이루어진다. 또한, 냉각 시에 상기 성형 표면(5b)의 온도 편차를 없애기 위해, 상기 냉각 수단(9)의 관 형상체의 상기 성형 표면(5b)까지의 거리(A)와, 관 형상체의 종방향의 피치(B)를 거의 동일하게 설정하고 있다. 냉각 수단(9)의 관 형상체에는, 냉각 시에는 냉매(냉수)가 흐르지만, 성형품 배출 시(후술)에는 에어 불기에 의해 냉수가 탈수 배출되어 중공 상태로 되고, 이 상태는 가열 시에도 유지된다.

부호 8은 상기 냉각 수단의 주위에 마련된 가열 수단으로, 고주파 유도 가열 코일(8a)을 절연물(8b) 내에 매설한 상태에서 냉각 수단의 주위로 감아 돌려 구성된다. 고주파 유도 가열은 가열 능력이 크고 제어가 용이하므로, 냉각 수단보다 외측에 배치된다. 부호 10은 성형 후 냉각되어 고화된 후의 성형품(2)을 성형구(5)로부터 밀어 올리기 위한 이젝터 핀이고, 상향의 화살표 방향으로 이동함으로써 중공 구멍(5a)으로부터 성형품(2)을 배출한다.

부호 11은 고정 금형(3) 전체를 120 ℃로 보온하는 고정측 보온 히터, 12는 가동 금형(4) 전체를 80 ℃로 보온하는 가동측 보온 히터이다. 따라서, 성형 작업 중, 성형구(5)는 고정 금형(3)과 함께 120 ℃로 보온되고, 가동 금형(4)은 80 ℃로 보온된다. 부호 14는 상기 성형구(5)의 외주에 배치된 단열판으로, 성형구(5)를 열적으로 고정 금형(3)으로부터 분리시켜 성형구(5)의 열용량을 최대한 작게 하고 있다. 또한, 성형구(5)는 고정 금형(3)이 항상 120 ℃로 보온되어 있으므로, 공기 전파 등에 의해 동등한 온도로 유지된다.

이상과 같이 금형은 구성이 단순하고 저렴해져 유지 보수도 향상된다.

도3에 제어 블럭도를 도시한다. 부호 20은 가동ㆍ고정의 양 금형(3, 4)의 구동 기구를 포함한 금형 제어 기구, 부호 21은 고정측 보온 히터(11), 가동측 보온 히터(12) 및 고주파 유도 가열 코일(8a)을 제어하는 가열 제어기이다. 또한, 가열 제어기(21)는 고주파 유도 가열 코일(8a)을 약 25 ㎑의 주파수로 구동한다. 부호 22는 냉각 수단(9)의 관 형상체에 냉매나 에어를 공급하는 냉매/에어 제어기, 부호 23은 상기 금형 제어 기구(20)의 동작을 제어하는 금형 제어기, 부호 24는 각 제어기를 제어하는 제어부이다.

상기 구성에 있어서 성형 금형의 동작을, 도1과 도4를 기초로 하여 설명한다. 도1의 (1)에 있어서 소재(1)가 성형구(5)의 중공 구멍(5a)에 삽입되고(도4, 소재 공급), 동시에 고정 금형(3)의 성형구(5)의 가열이 개시된다(도4, T1 내지 T2). 이 가열은 고주파 유도 가열에 의하기 때문에, 가열 코일(8a)의 내측의 자성체인 성형구(5)의 표면 부근에 발생하는 와전류에 의해, 성형구(5)의 표면을 포함한 전체가 직접 가열된다. 따라서, 성형구(5)의 성형 표면(5b), 즉 소재(1)에 접하는 표면이 직접 가열되므로, 소재(1)로 고효율로 열을 전달할 수 있다.

이때, 냉매/에어 제어기(22)에 의해 냉각 수단(9)의 관 형상체는 냉매(냉수)가 에어 불기로 탈수되어 중공 상태이며, 성형구(5)의 열용량이 작게 되어 있으므로, 상기한 고효율 열전달과 더불어 120 ℃ 내지 150 ℃로의 30 ℃의 상승 시간이 대폭으로 단축된다(도4, 가열 공정 T1 내지 T4). 실시예에 따르면, 2 내지 3초에 120 ℃로부터 150 ℃로 도달할 수 있다.

도4의 T4의 타이밍에서 소재(1)가 150 ℃로 가열된 상태로 되면, 가동 금형(4)이 화살표 방향으로 하강하여 도1의 (2)에 나타내는 하사점에 도달하여, 이너 펀치(6)가 소재(1)를 압출 성형하고, 아우터 펀치(7)가 성형품(2)의 높이를 규정한다(도4, T4, T5). 이 소재(1)와 성형품(2)의 상태는 도2의 (1)에 나타낸다.

상기 T4 내지 T5의 성형 타이밍에서는, 병행하여 가열 수단(8)의 가열 동작이 정지되고, 냉각 수단(9)의 냉각 동작으로 절환된다. 냉각 수단(9)의 관 형상체에 냉매로서 4 ℃의 냉수가 공급되고, 상기 관 형상체는 성형구(5)의 성형 표면(5b)에 근접하여 매설되어 있으므로, 상기 성형 표면(5b)의 성형구(5)의 내측으로부터 냉각이 개시되어 구 전체로 넓어진다(도4, 냉각 공정 T5 내지 T7). 이 냉각에서 성형구(5)를 150 ℃로부터 120 ℃의 30 ℃만큼 강하시키지만, 열용량이 작은 성형구이고 게다가 성형구의 내측으로부터 냉각되므로, 성형품(2)의 냉각이 고효율로 행해져 단시간에 강하시킬 수 있다. 실시예에 따르면, 냉수 4 ℃를 냉매에 이용한 경우 약 3초에 30 ℃ 강하시킬 수 있었다.

냉각에 의해 성형품(2)이 경화되면, 가동 금형(4)이 상승하여 도1의 (1)에 나타내는 상사점으로 복귀되고, 계속해서 이젝터 핀(10)이 상향의 화살표 방향으로 이동하여(도4, T8, T9), 중공 구멍(5a)으로부터 성형품(2)을 상방으로 밀어 올리고(도4, T9, T10), 도시하지 않은 기구에 의해 금형의 외부로 배출된다(도4, T10). 이들 T8 내지 T10의 타이밍은 성형품 취출 공정이 된다.

이 성형품 취출 공정의 T8 내지 T10의 타이밍으로 거의 병행되어, 냉각 수단(9) 내의 냉매의 탈수가 이루어진다. 구체적으로는, 냉매/에어 제어기(22)의 제 어에 의해 냉각 수단(9)의 관 형상체에 에어를 취입하여 냉수를 탈수 배출하여, 관 형상체 내를 중공 상태로 한다. 이 탈수 후에는, 다음의 소재(1)가 성형구(5)에 공급되어 다음의 가열 공정에 구비한다. 이 탈수는 내부의 냉수가 보온 열에 의해 가열된 상태에서 다음의 가열 공정에서 비등될 위험을 방지할 수 있는 효과도 있다.

이상의 타이밍(T1 내지 T11)이 성형의 1 사이클을 구성하여, 가열ㆍ냉각을 고속으로 행함으로써 성형 사이클 타임을 단축시킬 수 있다. 또한, 금형의 동작이 상하 이동만으로 단순하고, 성형 작업 및 유지 보수성이 향상되어 취급이 용이해진다.

본 발명에 따르면, 상대적으로 제어 곤란한 냉각 수단을 성형구의 내측에 배치하고, 그 외측에 제어 용이한 가열 수단을 배치하였으므로, 성형구의 냉열 사이클 타임의 단축 제어가 용이해진다. 또한, 가열 시에 냉각 수단이 냉매가 없는 중공 상태로 되므로 열용량이 작아져, 가열 시간이 단축된다. 또한, 고주파 유도에 의한 가열 수단을 이용하고 있으므로, 표면 부근에 발생하는 와전류에 의해 성형구 자체의 소재에 접하는 표면이 직접 가열되므로, 가열 시간이 대폭으로 단축된다. 게다가, 저렴하고 단순한 구성으로 금형을 구성할 수 있으므로 성형 작업 및 유지 보수성이 향상되어 취급이 용이해진다. 또한, 금형의 열용량이 작아지므로, 전력 사용량이 감소되어 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

도1은 본 발명의 성형품 1개 취급 구조의 실시예의 단면도.

도2는 본 발명의 실시예와 종래예의 소재와 성형품의 설명도.

도3은 본 발명의 실시예의 블럭 구성도.

도4는 본 발명의 실시예의 각 부의 동작을 나타내는 동작 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 소재

2 : 성형품

3 : 고정 금형

4 : 가동 금형

5 : 성형구

6 : 이너 펀치

7 : 아우터 펀치

8 : 고주파 유도 가열 코일

9 : 냉각 수단

10 : 이젝터 핀

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 소재가 삽입되는 성형용 고정 금형과,

    상기 고정 금형에 대해 설치되는 가동 금형과,

    상기 고정 금형에 설치되는 성형구를 갖고,

    상기 고정 금형을 제1 온도로 보온하는 고정측 보온 히터와,

    상기 가동 금형을 제2 온도로 보온하는 가동측 보온 히터에 의해, 상기 고정 금형과 상기 가동 금형을 각각 보온하고,

    소재를 성형하는 상기 성형구의 성형면을 따른 내측으로 냉매를 흘리는 냉각 수단을 설치하는 동시에, 상기 냉각 수단의 주위에 가열 수단을 설치하여, 소재의 성형 시에, 상기 소재가 들어간 상기 성형구를 상기 가열 수단과 냉각 수단에 의해 성형품을 성형하는 성형품의 성형 방법이며,

    상기 성형품의 소재를 공급하는 제1 공정과,

    상기 냉각 수단인 냉매를 유통하는 관체를 중공으로 하고, 상기 냉각 수단의 주위에 고주파 유도에 의한 가열 수단을 2 내지 3초 가열하고, 상기 고정 금형이 보온되는 제1 온도로부터 소재를 성형할 수 있는 온도의 상태까지 가열하는 제2 공정과,

    상기 가열 공정 후, 상기 가열 수단의 내측에 설치된 상기 냉각 수단의 관체에 냉매를 유통하여 3초 정도 냉각하고, 상기 고정 금형이 보온되는 제1 온도까지 냉각하여 성형품을 경화시키는 제3 공정과,

    상기 냉각 수단의 관체를 에어에 의해 수분을 제거하고, 성형 금형을 개방하여, 성형품을 취출하는 제4 공정을 행하여 성형품을 성형하는 것을 특징으로 하는, 성형품의 성형 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 공정으로부터 제4 공정을 순차적으로 반복하여 성형품을 성형하는 것을 특징으로 하는, 성형품의 성형 방법.

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