KR101157511B1

KR101157511B1 - 성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템

Info

Publication number: KR101157511B1
Application number: KR1020100048130A
Authority: KR
Inventors: 강명호
Original assignee: 주식회사 나다이노베이션
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2011149243A2; KR20110128601A; WO2011149243A3

Abstract

본 발명에 의한 성형용 금형은, 성형을 위한 캐비티를 형성하기 위한 복수의 금형판, 복수의 금형판 중 적어도 하나의 금형판의 내부에 마련되는 통로에 삽입되고 그 내부로 유체가 통과할 수 있도록 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 다공질 부재, 다공질 부재에 유체의 통과 방향을 따라 마련되는 삽입구멍에 삽입되는 인서트를 포함한다. 본 발명에 의한 성형용 금형은 인서트가 다공질 부재로 유입되는 전열매체를 상대적으로 금형판과의 열교환이 활발하게 이루어지는 다공질 부재와 금형판의 접촉면 쪽으로 집중시킴으로써, 전열매체와 금형판 사이에 급속한 열전달이 발생하게 되고, 이로 인해 가열 효율 및 냉각 효율이 향상된다.

Description

성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템{FORMING MOLD AND MOLDING SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 성형용 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전열매체를 이용한 급속 가열 및 급속 냉각이 가능한 성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템에 관한 것이다.

성형용 금형을 이용한 성형 공정에서 성형용 금형의 온도 제어는 제품의 생산성 및 품질과 직결되므로 매우 중요하다. 성형용 금형 중에서 성형에 필요한 온도로 조절되어야 하는 부분은 성형용 금형의 캐비티 표면이다. 즉, 캐비티 표면의 온도를 정해진 온도로 가열하고, 가열된 캐비티 내에 성형 재료를 공급하고, 성형이 완료되면 캐비티의 표면 온도를 정해진 온도로 냉각시켜서 성형을 완성하게 된다.

성형용 금형을 급속히 가열하거나 냉각시킬 수 있으면, 제품의 성형 시간을 단축할 수 있다. 특히, TV의 프레임이나 자동차의 데시 보드와 같이 크기가 큰 제품을 사출 성형할 경우, 성형용 금형의 가열 시간 및 냉각 시간이 전체 성형 시간 중에서 큰 비중을 차지하므로, 성형용 금형을 급속히 가열하거나 냉각시키면 제품의 생산성을 크게 높일 수 있다.

성형용 금형을 가열하는 방법으로, 금형판의 내부에 전열히터를 삽입하여 전열히터에서 발생하는 열이 금형판에 직접 전달되도록 하여 가열하는 방법과, 금형판 내부에 유로를 마련하고 유로에 증기와 같은 가열매체를 공급하여 금형판을 가열하는 방법이 있다. 그리고 성형용 금형을 냉각시키는 방법으로, 금형판의 내부에 유로를 형성하고, 유로로 냉각수를 흐르게 하여 금형판을 냉각시키는 방법이 알려져 있다.

전열매체를 이용하는 기술로 일본공개특허 제2006-159643호에는 성형용 금형에 마련되는 가열매체용 유로와 냉각매체용 유로를 공유하는 기술이 개시되어 있다. 즉, 일본공개특허 제2006-159643호에 개시된 성형용 금형은 금형판의 유로를 통해 증기와 물을 교대로 공급하여 금형판을 가열하거나 냉각하게 된다.

그런데 금형판에 마련된 유로를 통해 증기와 물을 교대로 공급하여 금형판을 가열하거나 냉각할 경우, 금형판의 유로 내에서 증기와 물이 교체될 때 유로 내의 급격한 압력 변화로 햄머링(Hammering)이 발생할 수 있다. 햄머링은 소음 발생으로 인한 작업 환경을 악화시키고, 금형판의 내구성을 떨어뜨릴 수 있다. 햄머링을 방지하기 위해 증기와 물의 교체 시 압축 공기를 유로에 공급하여 금형판을 퍼지(Purge)하는 방법이 있으나, 퍼지 공정 추가로 인해 전체 성형 사이클이 길어지는 문제가 있다.

한편, 단위 시간당 동일한 양의 가열매체나 냉각매체를 금형판의 유로로 공급할 경우, 유로를 캐비티 표면에 가까이 배치할수록 캐비티 표면에 대한 가열 시간과 냉각 시간을 단축할 수 있다. 그런데 유로를 캐비티 표면에 근접하도록 배치할 경우, 유로 전방의 캐비티 표면의 강도가 약해져서 고압으로 성형을 할 경우 캐비티 표면이 변형될 염려가 있으며, 금형판의 내구성이 나빠지는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 금형판의 내구성이 저하되는 문제가 없이 캐비티 표면을 더욱 신속하게 가열 및 냉각하여 성형 사이클을 단축할 수 있는 새로운 구조의 성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 성형용 금형은, 성형을 위한 캐비티를 형성하기 위한 복수의 금형판, 상기 복수의 금형판 중 적어도 하나의 금형판의 내부에 마련되는 통로에 삽입되고 그 내부로 유체가 통과할 수 있도록 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 다공질 부재, 상기 다공질 부재에 유체의 통과 방향을 따라 마련되는 삽입구멍에 삽입되는 인서트를 포함한다.

상기 다공질 부재는 중공의 원통 형상으로 이루어지고, 상기 인서트는 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 통로의 양쪽 끝단에는 배관 연결을 위한 연결용 캡이 결합될 수 있다.

상기 다공질 부재는 다공질 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템은, 성형용 금형, 성형용 금형의 통로 일단에 연결되는 공급 배관, 상기 통로의 타단에 연결되는 배출 배관, 상기 성형용 금형에 가열매체를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 가열매체 공급기, 상기 성형용 금형에 냉각매체를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 냉각매체 공급기를 포함한다. 상기 성형용 금형은, 성형을 위한 캐비티를 형성하기 위한 복수의 금형판, 상기 복수의 금형판 중 적어도 하나의 금형판의 내부에 마련되는 상기 통로에 삽입되고 그 내부로 유체가 통과할 수 있도록 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 다공질 부재, 상기 다공질 부재에 유체의 통과 방향을 따라 마련되는 삽입구멍에 삽입되는 인서트를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템은 상기 성형용 금형에 공기를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 공기 공급기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 성형용 금형은, 금형판의 통로를 통해 직접 가열매체나 냉각매체를 유동시켜 금형판을 가열하거나 냉각하는 종래의 성형용 금형에 비하여 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 전열매체가 인서트가 삽입된 다공질 부재의 기공 사이로 유동하므로 전열매체와 금형판 사이의 접촉 면적이 넓어지고 전열매체가 미세한 기공 사이에서 난류 상태로 흐르게 되므로, 전열매체와 금형판 사이에 급속한 열전달이 발생하게 되고, 이로 인해 가열 효율 및 냉각 효율이 향상된다. 더욱이, 전열매체의 유로를 제공하는 다공질 부재는 강성을 구비할 뿐만 아니라 인서트에 의해 그 강도가 보강되므로, 다공질 부재를 캐비티에 가까이 배치하여도 금형판의 강도가 저하되지 않으며, 다공질 부재를 캐비티에 가까이 배치함으로써 캐비티 표면에 대한 가열 효율 및 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

둘째, 가열매체나 냉각매체가 다공성 부재를 통해 유동하면, 가열매체와 냉각매체가 교체될 때 종래와 같이 유로 내의 급격한 압력 변화로 인한 햄머링을 방지할 수 있다. 따라서, 햄머링에 의한 소음 발생이나 금형판의 내구성이 저하되는 문제가 발생하지 않는다.

셋째, 종래와 같이 햄머링을 방지하기 위해 가열 공정과 냉각 공정 사이에 공기를 공급하여 금형판을 퍼지할 필요가 없기 때문에, 성형 사이클을 더욱 단축할 수 있고, 이를 통해 생산성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 성형용 금형의 제 2 금형판을 나타낸 측단면도 및 평단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 성형용 금형의 가열 및 냉각 효과를 검증하기 위해 제작한 시험용 금형을 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 시험용 금형과 효과 비교를 위한 비교용 금형을 각각 통과하는 공급 유체의 유량 분포를 비교하여 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 시험용 금형과 비교용 금형에 대한 가열 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 5에 도시된 시험용 금형과 비교용 금형에 대한 냉각 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에 의한 성형용 금형은 사출 성형용 금형, 압출 성형용 금형, 압축 성형용 금형 등 성형을 위한 다양한 금형을 모두 포함한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템을 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템(100)은 성형용 금형(110), 성형용 금형(110)에 연결되는 공급 배관(130) 및 배출 배관(131)을 포함한다. 성형용 금형(110)은 캐비티(111)를 형성하는 한 쌍의 금형판(112)(113)을 포함한다. 여기에서, 제 1 금형판(112)은 고정형 금형판일 수 있고, 제 2 금형판(113)은 전후로 이동할 수 있는 가동형 금형판일 수 있다. 이들 금형판(112)(113)은 지지판(114)(115)에 고정된다.

제 1 금형판(112)에는 함몰된 캐비티면(116)이 마련되고, 제 2 금형판(113)에는 돌출된 코어면(117)이 마련된다. 캐비티(111)는 제 1 금형판(112) 및 제 2 금형판(113)의 형합 시에 캐비티면(116)과 코어면(117) 사이에 형성된다. 제 2 금형판(113)의 내부에는 온도 센서(118)가 설치된다. 온도 센서(118)는 캐비티(111)의 온도를 검출하기 위한 것으로, 제 1 금형판(112) 또는 제 2 금형판(113)의 다양한 위치에 설치될 수 있다.

제 1 금형판(112)에는 복수의 통로(119)가 캐비티면(116)에 근접하게 배치되고, 제 2 금형판(113)에는 복수의 통로(120)가 코어면(117)에 근접하게 배치된다. 각 통로(119)(120)에는 다공질 부재(121)가 삽입된다. 다공질 부재(121)는 공급 배관(130)을 통해 공급되는 가열매체, 냉각매체 및 공기가 유동할 수 있는 유로를 제공하는 것으로, 금형판(112)(113)의 가열 또는 냉각 시 급속한 열전달을 위한 매개체로 사용된다.

다공질 부재(121)는 그 내부로 유체가 원활하게 유동할 수 있도록 유체의 유동 저항이 작은 오픈 셀(Open cell) 구조의 기공(Pore)을 갖는다. 다공질 부재(121)로는 열전도가 우수하고 부식에 강한 다공질 금속이 이용될 수 있다. 잘 알려진 것과 같이, 다공질 금속은 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, FeCrAl 합금 등을 이용하여 소결 성형(SINTERING), 압축 성형, 가스 주입(GAS INJECTION) 등의 방법으로 제조할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 다공질 부재(121)는 유체의 통과 방향을 따라 삽입구멍(122)이 마련된 중공의 원통 형상으로 이루어진다. 삽입구멍(122)에는 인서트(123)가 삽입된다. 인서트(123)는 통로(119)(120)로 유입되는 유체를 다공질 부재(121)의 가장자리를 통해 유동하도록 안내한다. 인서트(123)로는 금속이나 세라믹 등의 비금속 등 유체가 통과할 수 없는 비다공성의 고체로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 다공질 부재(121)는 도시된 것과 같이 길이가 긴 중공의 원통 형상으로 한정되는 것은 아니며, 중공의 다각 기둥 등 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 이 경우 통로(119)(120)의 형상도 다공질 부재(121)의 형상에 대응하도록 변경될 수 있다. 그리고 다공질 부재(121)에 마련되는 삽입구멍(122)이나 인서트(123)의 형상도 원통 형상으로 한정되지 않고 다각 기둥 등 다공질 부재(121)로 유입되는 유체를 다공질 부재(121)의 가장자리를 통해 유동하도록 안내할 수 있는 다양한 형태로 변경될 수 있다.

또한, 인서트(123)의 삽입 위치는 삽입구멍(122)에 정중앙으로 한정될 필요는 없다. 인서트(123)의 역할은 다공질 부재(121)로 유입되는 유체를 상대적으로 금형판(112)(113)과의 열교환이 덜 이루어지는 다공질 부재(121)의 중앙보다는 상대적으로 금형판(112)(113)과의 열교환이 활발하게 이루어지는 다공질 부재(121)와 금형판(112)(113)의 접촉면 쪽으로 집중시키는 것이므로, 다공질 부재(121)의 중앙에서 편심되게 배치될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 다공질 부재(121)가 삽입된 금형판(112)(113)의 통로(119)(120) 양쪽 끝단에는 공급용 연결캡(124)과 배출용 연결캡(126)이 결합된다. 공급용 연결캡(124)은 통로(119)(120)의 공급부 쪽 끝단을 밀폐하고, 배출용 연결캡(126)은 통로(119)(120)의 배출부 쪽 끝단을 밀폐한다. 공급용 연결캡(124)은 공급 배관(130)과 연결된 공급 매니폴드(128)와 연결된다. 공급 매니폴드(128)는 공급 배관(130)을 통해 공급되는 유체를 복수의 공급용 연결캡(124)으로 분배한다. 배출용 연결캡(126)은 배출 배관(131)과 연결된 배출 매니폴드(129)와 연결된다. 배출 매니폴드(129)는 복수의 배출용 연결캡(126)에서 배출되는 유체를 모아 배출 배관(131)으로 안내한다.

공급 배관(130)을 따라 유동하는 유체는 공급 매니폴드(128)에서 분배되어 각 공급용 연결캡(124) 내부에 마련되는 통로(125)를 통해 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 유동한다. 그리고 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 공급되는 유체는 다공질 부재(121)를 통과한 후 배출용 연결캡(126)의 내부에 마련되는 통로(127)를 빠져나와 배출 매니폴드(129)로 모아져 배출 배관(131)으로 배출된다.

공급 배관(130)과 배출 배관(131)의 사이에는 가열매체를 공급하기 위한 가열매체 공급기(133), 냉각매체를 공급하기 위한 냉각매체 공급기(134) 및 공기를 공급하기 위한 공기 공급기(135)가 연결된다. 가열매체 공급기(133)의 상류 및 하류에는 가열매체의 유동을 단속하기 위한 밸브(136)(137)가 설치되고, 냉각매체 공급기(134)의 상류 및 하류에는 냉각매체의 유동을 단속하기 위한 밸브(138)(139)가 설치된다. 공기 공급기(135)의 상류 및 하류에는 공기의 유동을 단속하기 위한 밸브(140)(141)가 설치된다.

이들 가열매체 공급기(133), 냉각매체 공급기(134), 공기 공급기(135) 및 밸브들(136)(137)(138)(139)(140)(141)은 제어기(143)에 의해 그 동작이 제어된다. 제어기(143)는 성형용 금형(110)에 설치된 온도 센서(118)를 통해 캐비티(111)의 온도를 검출하고, 성형용 금형(110)의 온도를 각 성형 단계에 맞춰 조절할 수 있도록 가열매체, 냉각매체, 공기의 공급을 제어한다.

여기에서, 가열매체 공급기(133)와 냉각매체 공급기(134)는 가열매체 또는 냉각매체를 강제로 유동시킬 수 있는 펌프 등의 압송수단을 갖춘 것이다. 그리고 공기 공급기(135)는 공기를 강제로 유동시킬 수 있는 압송수단을 갖춘 것이다. 가열매체로는 물, 증기, 오일 등 다양한 유체가 이용될 수 있고, 냉각매체로는 물, 오일, 냉매 등 다양한 유체가 이용될 수 있다.

가열매체 공급기(133)와 냉각매체 공급기(134)는 하나의 전열매체 공급기로 합쳐질 수 있다. 이 경우, 전열매체 공급기는 물이나 오일 등의 전열매체를 가열 또는 냉각하기 위한 히터나 냉각장치를 포함할 수 있다. 상온의 전열매체를 냉각매체로 사용할 경우 냉각장치는 생략될 수 있다.

도면에 나타나지는 않았으나 공급 배관(130)에는 다공질 부재(121)의 기공이 막히는 것을 방지하기 위해 가열매체, 냉각매체, 공기 중에 함유된 이물질을 걸러내기 위한 필터가 설치될 수 있다. 그리고 배출 배관(131)에는 다공질 부재(121)를 통한 유체의 유동을 더욱 원활하게 하기 위한 진공펌프가 설치될 수 있다. 진공펌프를 이용하여 통로(119)(120)의 배출부 쪽 압력을 낮추면 통로(119)(120)로 유입된 전열매체가 배출부 쪽으로 더욱 신속하게 유동할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 성형 시스템(100)의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 가열매체 공급기(133)를 작동시켜 가열매체를 공급 배관(130)으로 공급한다. 공급 배관(130)으로 공급되는 가열매체는 공급 매니폴드(128)에서 복수의 공급용 연결캡(124)으로 분배되어 각 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 공급된다. 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 공급되는 가열매체는 통로(119)(120)에 삽입된 다공질 부재(121)를 따라 유동하면서 금형판(112)(113)을 가열한다. 금형판(112)(113)의 온도가 정해진 온도 이상이 되면, 캐비티(111)에 성형 재료를 주입한다. 금형판(112)(113)의 온도가 정해진 온도가 되면 가열매체의 공급이 중단될 수 있다.

다음으로, 캐비티(111)에서 성형이 완료되면 냉각매체 공급기(134)를 작동시켜 냉각매체를 공급 배관(130)에 공급한다. 공급 배관(130)을 따라 유동하는 냉각매체는 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 공급되어 다공질 부재(121)를 따라 유동하면서 금형판(112)(113)을 냉각시킨다. 금형판(112)(113)의 온도가 정해진 온도 이하로 떨어지면, 냉각매체의 공급을 중단하고 캐비티(111)를 개방하여 성형 완료된 성형물을 배출한다.

냉각매체를 이용한 금형판(112)(113)의 냉각 방법은 두 가지가 있다. 한가지 방법은 냉각매체와 금형판(112)(113)의 온도 차이로 냉각매체가 다공질 부재(121)를 통과할 때 금형판(112)(113)의 열을 흡수하도록 하는 방법이다. 이 경우, 공급된 냉각매체가 다공질 부재(121)의 기공을 통과할 때 증발되지 않도록 공급 압력이 조절되며, 열을 흡수한 냉각매체는 다공질 부재(121)의 기공 사이로 자연스럽게 확산되어 통과한다.

다른 한가지 방법은 냉각매체를 다공질 부재(121)를 통과할 때 증발시켜서 금형판(112)(113)으로부터 증발열을 흡수하도록 하는 방법이다. 액체가 기체로 증발할 경우에 주위로부터 증발열을 흡수하므로, 다공질 부재(121)를 통과하는 냉각매체의 압력을 충분히 낮추면 냉각매체가 증발하면서 금형판(112)(113)의 열을 흡수할 수 있다.

본 발명에 의한 성형 시스템(100)을 이용하여 열경화성 수지나 발포성 수지와 같은 재료를 사출성형할 경우, 금형판(112)(113)에 공기를 공급하여 퍼지 공정을 수행할 수 있다. 즉, 캐비티(111)에 성형 재료를 공급하고 다공질 부재(121)의 기공에 충전되어 있는 가열매체를 공기로 퍼지하고 공기를 채우면, 금형판(112)(113)이 냉각되는 속도를 지연시켜서 금형판(112)(113)의 온도를 오래 유지할 수 있게 된다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 성형 시스템(100)은 가열매체나 냉각매체를 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)에 설치된 다공질 부재(121)의 기공을 통과하여 흐르게 함으로써, 금형판(112)(113)의 통로(119)(120)로 직접 전열매체를 통과시키는 종래의 성형 시스템에 비해 가열 및 냉각 효과가 우수하다. 가열매체나 냉각매체가 다공질 부재(121)를 통과할 때 다공질 부재(121)의 미세한 기공에서 와류가 형성되어 열전달 효과가 증대되고, 금형판(112)(113)에 전열매체가 접촉하는 면적이 증가하기 때문이다. 또한, 다공질 부재(121)는 강성을 구비하고 있어서 성형용 금형(110)의 캐비티(111)에 가까이에 배치하여도 금형판(112)(113)의 강도가 떨이지지 않는다. 따라서, 전열매체의 유로를 제공하는 다공질 부재(121)를 캐비티(111)에 가까이 배치함으로써 캐비티(111) 표면에 대한 가열 및 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 성형용 금형의 가열 및 냉각 효과를 검증하기 위해 제작한 시험용 금형을 나타낸 것이고, 도 5는 도 4에 도시된 시험용 금형과 효과 비교를 위한 비교용 금형을 각각 통과하는 공급 유체의 유량 분포를 비교하여 나타낸 것이고, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 시험용 금형과 비교용 금형에 대한 가열 및 냉각 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 시험용 금형(150)은 2열로 배치된 복수의 통로(151)를 갖는 것이다. 여기에서, 금형(150)의 통로(151) 직경(a)은 10mm, 인서트(123)의 직경(b)은 5mm, 통로(151)에서 표면(152) 까지의 거리(c)는 7mm, 인접하는 두 통로(151)의 중심 거리(d)는 20mm, 인접하는 두 통로(151) 사이의 거리(e)는 8mm이다. 다공질 부재(121)는 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 메탈 폼(Metal foam)으로 이루어진 것이다.

가열 실험은 통로(151)에 인서트(154)가 삽입된 다공질 부재(153)를 삽입하고 다공질 부재(153)를 통해 가열된 물을 공급하는 경우와, 인서트(154)가 없는 다공질 부재(153)를 통해 가열된 물을 공급하는 경우에 금형(150)의 표면(152)에서 온도 변화가 어떻게 나타나는지 비교한 것이다. 냉각 실험은 통로(151)에 인서트(154)가 삽입된 다공질 부재(153)를 삽입하고 다공질 부재(153)를 통해 냉각된 물을 공급하는 경우와, 인서트(154)가 없는 다공질 부재(153)를 통해 냉각된 물을 공급하는 경우에 금형(150)의 표면(152)에서 온도 변화가 어떻게 나타나는지 비교한 것이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 동일한 유량(Q)을 시험용 금형(150)과 비교용 금형(150')에 공급할 경우, 다공질 부재(153)를 통과하는 유체의 유량 분포는 차이가 나타난다. 즉, 도 5의 (a)에 나타낸 것과 같이, 인서트(154)가 있을 경우 유체는 금형(150)의 내면과 가까운 다공질 부재(153)의 가장자리 쪽으로 집중되어 금형(150)과의 열교환이 활발하게 일어날 수 있지만, 인서트(154)가 없으면 유체는 인서트(154)의 중앙으로 집중되어 금형(150')과의 열교환이 상대적으로 덜 일어나게 된다.

실험 결과, 도 6에 도시된 결과 그래프와 같이, 금형의 가열 시 인서트(154)가 삽입된 다공질 부재(153)를 통해 가열된 물을 공급하는 것(F+I+WATER로 표시)이 인서트(154) 없는 다공질 부재(153)를 통해 가열된 물을 공급하는 것(F+WATER로 표시)보다 금형의 온도를 더욱 신속하게 상승시킬 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 도 7에 도시된 결과 그래프와 같이, 금형(150)의 냉각 시 인서트(154)가 삽입된 다공질 부재(153)를 통해 냉각된 물을 공급하는 것(F+I+WATER로 표시)이 인서트(154) 없는 다공질 부재(153)를 통해 냉각된 물을 공급하는 것(F+WATER로 표시)보다 금형의 온도를 더욱 신속하게 하강시킬 수 있는 것으로 나타났다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 성형용 금형(110)은 금형판(112)(113)에 삽입된 다공질 부재(121)를 통해 가열매체나 냉각매체를 공급함으로써 금형판(112)(113)을 더욱 신속하게 가열하거나 냉각할 수 있다. 더욱이, 다공질 부재(121)에 삽입된 인서트(123)가 다공질 부재(121)로 유입되는 가열매체나 냉각매체를 금형판(112)(113)과의 접촉면 쪽에 집중되도록 함으로써 가열 효율 및 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한, 가열매체나 냉각매체가 다공질 부재(151)를 통해 유동하면, 가열매체와 냉각매체가 교체될 때 종래와 같이 유로 내의 급격한 압력 변화로 인한 햄머링이 발생하지 않는다. 따라서, 햄머링에 의한 소음 발생이나 금형판의 내구성 저하 문제가 발생하지 않는다.

또한, 종래와 같이 햄머링을 방지하기 위해 가열 공정과 냉각 공정 사이에 공기를 공급하여 금형판(112)(113)을 퍼지할 필요가 없기 때문에, 성형 사이클을 단축할 수 있다.

또한, 다공질 부재(121)는 강성을 구비할 뿐만 아니라 인서트(123)에 의해 그 강도가 더욱 보강되므로 캐비티(111)에 가까이에 배치하여도 금형판(112)(113)의 강도가 저하되지 않는다. 따라서, 가열매체나 냉각매체를 캐비티(111)에 더욱 가까이 공급할 수 있어 캐비티(111) 표면에 대한 가열 효율 및 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 성형 시스템 110 : 성형용 금형
111: 캐비티 112, 113 : 제 1, 2 금형판
114, 115 : 지지판 116 : 캐비티면
117 : 코어면 118 : 온도 센서
119, 120 : 통로 121 : 다공질 부재
123 : 인서트 124 : 공급용 연결캡
126 : 배출용 연결캡 128 : 공급 매니폴드
129 : 배출 매니폴드 130 : 공급 배관
131 : 배출 배관 133 : 가열매체 공급기
134 : 냉각매체 공급기 135 : 공기 공급기
143 : 제어기

Claims

성형을 위한 캐비티를 형성하기 위한 복수의 금형판;
상기 복수의 금형판 중 적어도 하나의 금형판의 내부에 마련되는 통로에 삽입되고, 그 내부로 상기 금형판을 가열 또는 냉각시키기 위한 유체가 통과할 수 있도록 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 다공질 부재; 및
상기 다공질 부재에 유체의 통과 방향을 따라 마련되는 삽입구멍에 삽입되는 인서트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형용 금형.
제 1 항에 있어서,
상기 다공질 부재는 중공의 원통 형상으로 이루어지고, 상기 인서트는 원통 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형용 금형.
제 1 항에 있어서,
상기 통로의 양쪽 끝단에는 배관 연결을 위한 연결용 캡이 결합되는 것을 특징으로 하는 성형용 금형.
제 1 항에 있어서,
상기 다공질 부재는 다공질 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형용 금형.
성형을 위한 캐비티를 형성하기 위한 복수의 금형판, 상기 복수의 금형판 중 적어도 하나의 금형판의 내부에 마련되는 통로에 삽입되고 그 내부로 유체가 통과할 수 있도록 오픈 셀 구조의 기공을 갖는 다공질 부재 및 상기 다공질 부재에 유체의 통과 방향을 따라 마련되는 삽입구멍에 삽입되는 인서트를 포함하는 성형용 금형;
상기 통로의 일단에 연결되는 공급 배관;
상기 통로의 타단에 연결되는 배출 배관;
상기 성형용 금형에 가열매체를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 가열매체 공급기; 및
상기 성형용 금형에 냉각매체를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 냉각매체 공급기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 성형용 금형에 공기를 공급하기 위해 상기 공급 배관과 상기 배출 배관의 사이에 배치되는 공기 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 시스템.