KR101327191B1 - 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금형본체 내부에 성형공간과 인접되게 냉각 및 가열 통로를 형성할 수 있고, 또한 복잡한 궤적의 성형공간에도 용이하게 냉각 및 가열 통로를 설계할 수 있는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형에 관한 것으로서, 하부금형과, 상기 하부금형의 상부에서 상기 하부금형과 형합되어 중공된 성형공간을 형성하는 상부금형을 포함하여 구성되되, 상기 하부금형 또는 상기 상부금형은, 용융된 수지가 사출되어 형태를 갖출 수 있도록 일면에 성형공간이 형성된 금형본체와; 상기 금형본체의 상기 성형공간이 형성된 일면의 대향되는 일면으로부터 상기 성형공간 방향으로 함몰 형성되는 연결그루브; 및 상기 연결그루브에 삽입되되, 상기 연결그루브의 성형공간측 단부와 이격되도록 삽입되어서, 상기 이격된 공간에 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하는 실링키트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 금형본체 내부에 성형공간과 인접되게 냉각 및 가열 통로를 형성할 수 있고, 또한 복잡한 궤적의 성형공간에도 용이하게 냉각 및 가열 통로를 설계할 수 있는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형에 관한 것이다.
사출성형(Injection molding)은 고분자수지에 열을 가하여 가소화시킨 후 용융된 고분자수지를 유압을 이용하여 사출금형에 주입하여 성형하는 것으로서, 크기가 다양한 규격제품을 대량생산할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 일반적인 고분자수지의 성형은 용융된 수지가 사출금형 내부에서 만나면서 생기는 웰드라인(weld line)으로 인해 외관이 아름답지 못하고, 표면의 광택성 또한 뛰어나지 못하다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 개선하기 위하여 사출금형의 온도를 성형되는 고분자수지의 용융온도보다 높게 설정해주는 가열성형방법이 널리 사용되어 왔는데, 일례로 일본공개특허 소45-22020호, 일본공개특허 소51-22759호, 일본공개특허 소55-109639호, 일본공개특허 소57-165229호, 일본공개특허 소61-79614호, 일본공개특허 평4-265720호 등이 있다.
그러나, 이와 같이 금형의 온도를 고분자수지의 용융 온도보다 높게 설정하여 고분자수지를 성형할 경우, 웰드라인이 생기지 않고 광택성이 살아나는 등 제품 외관 품질면에서는 개선이 되나, 높은 금형 온도로 인하여 냉각 시간이 길어지게 되고, 따라서 전체 성형 사이클이 길어지게 됨으로써 제품 생산 효율이 저하되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-00811909호에는 사출금형 온도 자동 컨트롤 시스템이 개시되어 있고, 한국등록특허 제10-0167711호에는 금형 냉각시스템이 개시되어 있으며, 한국등록특허 제10-0470835호에는 금형온도 제어시스템이 개시되어 있다. 또한 한국등록특허 제10-0701229호에서는 금형의 급속 가열 및 냉각이 100 내지 200℃/min 의 범위 내에서 이루어지는 구조를 제시하고 있다.
그러나, 이러한 구조들은 사출금형의 냉각과 가열이 짧은 시간 내에 이루어지지 않게 되어 상술한 문제점을 근본적으로 해결할 수 없었으며, 이러한 사출구조는 냉각과 가열을 위하여 많은 냉각라인과 열수공급라인이 형성되므로 금형의 구조가 상대적으로 약하여 반복되는 성형 작업 시 금형이 변형되는 문제점이 있었다. 특히 종래의 사출금형은 가열 및 냉각을 위한 열용량을 줄이기 위하여 캐비티와 대응되는 사출금형의 하부에 인입부를 형성하여 열용량을 줄이고 있다. 그러나 이와 같이 금형의 하부에 인입부를 형성하는 경우, 금형이 상대적으로 약하여져 외부의 충격 또는 반복되는 사출성형으로 크랙이 발생되는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 웰드레스 방식의 사출금형은 냉각 및 가열시키기 위해 성형공간의 궤적을 따라 이 성형궤적과 근접되도록 사출금형의 본체에 냉각 및 가열 통로를 형성하는 방법이 제시되었다.
이러한 방법은 웰드레스 금형 또는 사출금형의 냉각 및 가열 시스템의 성능이 양호하다 하여도, 성형공간을 형성하는 상하부 금형 또는 코어에 구비된 냉각 및 가열 통로가 성형공간과 근접되게 형성되지 않은 경우, 냉각 및 가열효과를 극대화 시킬 수 없고, 특히, 냉각수 또는 열수가 통과하는 관로를 형성함에 있어서, 성형공간의 구조가 복잡한 경우, 관로를 성형공간을 따라 균일한 두께로 형성할 수 없으므로, 사출성형품의 냉각효율이 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 사출금형의 냉각 또는 가열 통로를 사출금형의 성형공간에 근접하게 형성하는 것이 용이한 사출금형의 개발이 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상부금형(20) 및 하부금형(30)의 금형본체(31) 내부에 성형공간(13)과 인접되게 냉각 및 가열 통로(60)를 형성할 수 있는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복잡한 궤적의 성형공간(13)에도 용이하게 냉각 및 가열 통로(60)를 설계할 수 있는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 하부금형과, 상기 하부금형의 상부에서 상기 하부금형과 형합되어 중공된 성형공간을 형성하는 상부금형을 포함하여 구성되되, 상기 하부금형 또는 상기 상부금형은, 용융된 수지가 사출되어 형태를 갖출 수 있도록 일면에 성형공간이 형성된 금형본체와; 상기 금형본체의 상기 성형공간이 형성된 일면의 대향되는 일면으로부터 상기 성형공간 방향으로 함몰 형성되는 연결그루브; 및 상기 연결그루브에 삽입되되, 상기 연결그루브의 성형공간측 단부와 이격되도록 삽입되어서, 상기 이격된 공간에 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하는 실링키트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 연결그루브는 상기 성형공간의 바닥면에 근접되도록 형성된 복수개의 수직홀이 중첩되어 형성되고, 상기 실링키트는 복수개의 기둥부가 중첩되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상부금형(20) 및 하부금형(30)의 금형본체(31) 내부에 성형공간(13)과 인접되게 냉각 및 가열 통로(60)를 형성할 수 있으므로 제품의 사출성형 시 수지의 가열 및 냉각 시간을 단축할 수 있으며, 따라서 제품의 사출성형 싸이클시간을 줄여 생산성의 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기계가공에 의해 각각의 수직홀(41)들을 가공하는 것으로써 중첩된 수직홀(41)들에 의해 유로가 형성되므로, 복잡한 궤적의 성형공간(13)에도 용이하게 냉각 및 가열 통로(60)를 설계할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 단면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 부분 절단 분리사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 다른 실시예의 부분 절단 분리사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 부분 절단 분리사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 다른 실시예의 부분 절단 분리사시도.
이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 단면도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 부분 절단 분리사시도이고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형의 다른 실시예의 부분 절단 분리사시도이다.
도 1 내지 도 3 에 따르면, 본 발명의 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형은, 하부고정판(11)과, 하부고정판(11)의 상부에 하부고정판(11)과 대향되게 구비되는 상부고정판(12)과, 하부고정판(11)의 상부에 결합되는 하부금형(30)과, 상부고정판(12)의 하부에 결합되어서 하부금형(30)과 형합되는 상부금형(20)을 포함하여 구성된다.
하부고정판(11)은 통상적인 지지베이스의 역할을 하며, 하부금형(30)을 고정시켜 안정적으로 금형 공정이 진행될 수 있도록 한다. 이를 위하여 하부베이스는 평판형 또는 프레임형 등으로 형성될 수 있으며 하부금형(30)을 안정적으로 고정하여 지지할 수 있으면 되므로, 본 발명에서 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
상부고정판(12)은 이동 가능하게 형성되어서, 하부에 고정된 상부금형(20)이 하부금형(30)과 결합되거나 분리될 수 있도록 한다. 이를 위하여 상부고정판(12)은 래크기어(미도시), 유압피스톤(미도시) 등에 의해 상하로 이동되며, 사출 제품의 형성시 하강하여 상부금형(20)과 하부금형(30)이 밀폐 결합되도록 하고, 사출 제품의 완성시 상승하여 상부금형(20)과 하부금형(30)을 분리함으로써 완성된 사출 제품을 수거할 수 있도록 한다. 이러한 상부고정판(12)은 하부고정판(11)과 마찬가지로 평판형 또는 프레임형 등으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서 그 형상을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상부고정판(12)을 이동시키는 수단 역시 본 발명에서 그 종류를 한정하지 않고, 상부고정판(12)을 이동시켜 상부금형(20)과 하부금형(30)을 분리 또는 결합할 수 있도록 하는 공지의 동력 전달 수단이 용이하게 활용될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 상부금형(20)과 하부금형(30)의 각 구성이 상호 동일하므로, 이하에서는 하부금형(30)의 구성을 중심으로 설명하기로 한다. 이하에서 서술되는 하부금형(30)의 각 구성은 상부금형(20)에도 동일하게 적용된다. 또한, 상부금형(20)은 하부금형(30)을 뒤집어놓은 형태이므로, 하부금형(30)의 구성요소가 가지는 상부방향 및 하부방향은 상부금형(20)에서는 거꾸로 적용되게 된다.
하부금형(30)은 용융된 수지가 사출되어 형태를 갖출 수 있도록 상부면에 성형공간(13)이 형성된 금형본체(31)와, 금형본체(31)의 하부면으로부터 성형공간(13)의 바닥면과 일정 간격 이격되도록 함몰 형성된 연결그루브(40)와, 연결그루브(40)에 삽입되어 연결그루브(40)의 단부와의 사이에 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하는 실링키트(50)를 포함하여 구성된다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 연결그루브(40)는 하부금형(30)의 금형본체(31)에 금형본체(31)의 하면으로부터 성형공간(13)과 인접되도록 복수의 수직홀(41)이 중첩되게 형성되어 이루어진다. 즉, 연결그루브(40)는 금형본체(31)의 성형공간(13)이 형성된 일면의 대향되는 일면으로부터 성형공간(13) 방향으로 수직홀(41)들이 중첩되는 형상으로 함몰 형성된다. 이러한 수직홀(41)들은 금형본체(31)의 하면으로부터 드릴가공 등을 통해 형성할 수 있으며, 연속된 수직홀(41)의 성형공간(13)측 단부는 하술할 실링키트(50)의 성형공간(13)측 단부와 상호 이격되어 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하게 된다.
실링키트(50)는 연결그루브(40)의 단면형상과 동일한 단면형상을 갖도록 형성되어서 연결그루브(40)의 성형공간(13)측 단부와 이격되도록 삽입되어 이격된 공간에 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하는 역할을 한다. 즉, 실링키트(50)의 외주연과 연결그루브(40)의 실링키트(50)가 삽입된 내주연은 서로 밀착되어 밀폐되고, 연결그루브(40)의 성형공간(13)측 단부와, 연결그루브(40)의 실링키트(50)가 삽입되지 않은 내주연 및 실링키트(50)의 성형공간(13)측 단부로 둘러쌓인 공간이 냉각 및 가열 통로(60)가 되는 것이다. 이를 위하여 실링키트(50)는 도 2 에 도시된 바와 같이 복수의 기둥부(51)를 중첩하여 형성되며, 그 형상은 연결그루브(40)의 수평 단면 형상과 같은 단면형상 즉, 복수의 기둥이 중첩된 수평 단면 형상을 갖도록 형성된다.
이러한 실링키트(50)의 성형공간(13)측 단부는 상기 성형공간(13)의 궤적과 나란한 궤적을 갖거나 연결그루브(40)의 성형공간(13)측 단부와 동일한 궤적을 따라 형성되는데, 상기 연결그루브(40)의 성형공간(13)측 단부와 소정 간격 이격되어 냉각 및 가열 통로(60)를 형성하게 된다.
이때, 성형공간(13)의 바닥면의 형상이 매우 복잡하여 연결그루브(40)의 한 수직홀(41)과 후속되는 수직홀(41)의 형성 깊이가 연결그루브(40)와 실링키트(50)의 성형공간(13)측 단부의 이격거리보다 큰 차이로 형성될 경우, 연결그루브(40)와 실링키트(50)가 형성하는 유로가 차단될 수 있는데, 이때에는 연결그루브(40)의 수직홀(41)의 형성 깊이 또는 실링키트(50)의 각 기둥의 높이를 조정하여 연속되는 유로로서 냉각 및 가열 통로(60)가 형성되도록 할 수 있다.
또한, 실링키트(50)는 연결그루브(40)의 측면 즉, 금형본체(31)와의 기밀력을 향상시키기 위하여 외주면을 따라 적어도 하나의 실링돌기(53)가 형성될 수 있으며, 이러한 실링돌기(53)는 상하방향으로 복수개가 형성될 수 있음은 물론이다.
한편, 수직홀(41)은 상술한 바와 같이 중첩되게 형성되지 않고 각 수직홀(41)들이 소정간격 이격된 상태로 형성될 수 있다. 이때에는 도 3 에 도시된 바와 같이 수직홀(41)들의 사이를 가공하여 연결홀(42)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 연결홀(42)의 폭은 가공부위를 최소화하기 위하여 수직홀(41)의 직경보다 좁은 폭으로 형성되거나 작은 직경으로 형성되며, 방전가공에 의해 수직홀(41)들의 사이를 연통시키는 것이 바람직하다.
이때에는, 수직홀(41)의 수평 단면 형상과 동일의 단면을 가지는 기둥부(51)들이 상기 연결홀(42)의 단면과 동일한 수평 단면 형상을 가지는 연결부(52)에 의해 상호 연결된 구조를 가지게 된다.
또한 한편, 하부금형(30)의 금형본체(31) 두께가 상대적으로 두꺼운 경우 도 3 에 도시된 바와 같이 금형본체(31)의 하면에 소정깊이의 인입부(32)를 함몰 형성할 수 있으며, 이러한 인입부(32)의 성형공간(13)측 측면으로부터 연결그루브(40)를 함몰 형성하고, 연결그루브(40)에 실링키트(50)를 삽입함으로써 냉각 및 가열 통로(60)를 형성할 수 있다.
그리고 하부금형(30)의 양측면에는 냉각 및 가열 통로(60)에 냉각유체 또는 가열유체를 공급 및 배출하기 위한 공급홀(43)과 배출홀(44)이 수직홀(41) 중 하나 이상과 연통되도록 각각 형성된다.
한편, 냉각 및 가열유닛(100)은 냉각 및 가열 통로(60)에 냉각수 또는 열수를 공급하여 금형을 냉각 및 가열하는 역할을 하며, 가열부(110)와 냉각부(120)를 포함하여 구성된다.
가열부(110)는 보일러(111)와, 보일러(111)로부터 스팀 또는 온수를 냉각 및 가열 통로(60)에 공급하기 위하여 보일러(111)와 공급홀(43)을 잇는 제1순환관(112) 및 냉각 및 가열 통로(60)을 통과하여 배출되는 스팀 또는 온수를 보일러(111)로 회수하기 위하여 보일러(111)와 배출홀(44)을 잇는 제2순환관(113)을 포함하여 구성된다.
이때, 제 1순환관에는 냉각 및 가열 통로(60)의 스팀 또는 온수 공급을 단속하기 위한 제 1컨트롤 밸브(115)가 설치될 수 있고, 제2순환관(113)에는 응축된 물을 저장하기 위한 응축수 탱크(114)가 설치될 수 있다.
가열부(110)는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 성형공간(13)과 인접된 측에 설치되는 히터로 이루어질 수 있다. 이 경우 히터의 주위에 별도의 제 1유체통로(미도시)가 형성될 수 있다. 히터는 실링키트(50)에 의해 지지되어 성형공간(13)과 인접되게 설치될 수도 있다.
냉각부(120)는 성형공간(13)에 의해 성형이 완료된 성형품과 사출금형을 냉각시키기 위한 것으로, 냉각 및 가열 통로(60)에 공급된 열수를 냉각유체를 이용하여 배출함과 아울러 사출금형을 냉각시키게 된다.
냉각부(120)는 냉각수 또는 냉각오일로 이루어진 냉각매체가 저장되는 냉각매체탱크(121)와, 냉각매체탱크(121)의 냉각매체를 상기 냉각 및 가열 통로(60)에 공급하기 위하여 상기 냉각매체탱크(121)와 공급홀(43)을 잇는 제3순환관(123) 및 냉각 및 가열 통로(60)을 통과하여 배출되는 냉각매체를 회수하기 위하여 냉각매체탱크(121)와 배출홀(44)를 잇는 제4순환관(125)을 구비한다. 이때, 제 3순환관(123)에는 냉각매체 공급을 위한 펌프(124)가 더 포함되어 구성될 수 있다. 한편, 냉각매채탱크(121)는 손실된 냉각매체를 보충하기 위한 보충수탱크(126)와 연결된다. 그리고 냉각매체탱크(121)에는 냉각매체를 냉각시키기 위한 냉각시스템(122)이 설치될 수 있다. 이 냉각시스템(122)은 도면에 도시되어 있지 않으나 증발기와 응축기 및 압축기를 가지는 통상적인 냉동 사이클에 의해 구동되는 시스템으로 이루어질 수 있다.
냉각부(120)는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 금형을 짧은 시간 내에 냉각시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨대, 냉각 및 가열 통로(60)에 질소를 공급하여 냉각시킬 수 있는데, 이를 위하여 질소탱크와, 질소를 단속하기 위한 밸브수단이 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 상부금형(20) 및 하부금형(30)의 금형본체(31) 내부에 성형공간(13)과 인접되게 냉각 및 가열 통로(60)를 형성할 수 있으므로 제품의 사출성형 시 수지의 가열 및 냉각 시간을 단축할 수 있으며, 따라서 제품의 사출성형 싸이클시간을 줄여 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 기계가공에 의해 각각의 수직홀(41)들을 가공하는 것으로써 중첩된 수직홀(41)들에 의해 유로가 형성되므로, 복잡한 궤적의 성형공간(13)에도 용이하게 냉각 및 가열 통로(60)를 설계할 수 있다.
11 : 하부고정판 12 : 상부고정판
13 : 성형공간 20 : 하부금형
21 : 금형본체 30 : 상부금형
40 : 연결그루브 41 : 수직홀
42 : 연결홀 50 : 실링키트
60 : 냉각 및 가열 통로
13 : 성형공간 20 : 하부금형
21 : 금형본체 30 : 상부금형
40 : 연결그루브 41 : 수직홀
42 : 연결홀 50 : 실링키트
60 : 냉각 및 가열 통로
Claims (7)
- 하부금형과, 상기 하부금형의 상부에서 상기 하부금형과 형합되어 중공된 성형공간을 형성하는 상부금형을 포함하여 구성되되,
상기 하부금형 또는 상기 상부금형은,
용융된 수지가 사출되어 형태를 갖출 수 있도록 일면에 성형공간이 형성된 금형본체와;
상기 금형본체의 상기 성형공간이 형성된 일면의 대향되는 일면으로부터 상기 성형공간 방향으로 함몰 형성되는 연결그루브; 및
상기 연결그루브에 삽입되되, 상기 연결그루브의 성형공간측 단부와 이격되도록 삽입되어서, 상기 이격된 공간에 냉각 및 가열 통로를 형성하는 실링키트;
를 포함하여 구성되며,
상기 연결그루브는 복잡한 궤적을 갖는 상기 성형공간의 바닥면에 대응되도록 하나 이상의 깊이가 다른 수직홀들의 연속된 결합으로 구성되고, 상기 실링키트는 상기 연결그루브의 형성 깊이에 대응되도록 하나 이상의 높이가 다른 기둥부들의 연속된 결합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형. - 제 1 항에 있어서,
상기 연결그루브는 상기 수직홀이 중첩되어 형성되고, 상기 실링키트는 상기 기둥부가 중첩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형. - 제 1 항에 있어서,
상기 연결그루브는 상기 수직홀들의 사이를 연통시키는 연결홀을 포함하여 구성되고, 상기 실링키트는 상기 기둥부들을 연결하는 연결부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 수직홀은 상기 성형공간의 바닥면에 근접되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 실링키트는 상기 연결그루브의 수평 단면 형상과 동일한 수평 단면 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 및 가열 통로를 갖는 사출금형. - 삭제
- 삭제
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