KR101374290B1 - 파이프 성형 장치 - Google Patents

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KR101374290B1
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조환수
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Abstract

본 발명은 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷을 갖는 파이프를 성형하는 파이프 성형 장치에 있어서, 파이프의 내부에 위치되는 내주면 형성부와, 파이프의 외부를 감싸도록 위치되는 외주면 형성부를 포함하되, 내주면 형성부의 외주면은 파이프의 내주면의 형상과 대응되고, 외주면 형성부의 내주면은 파이프의 외주면의 형상과 대응되며, 외주면 형성부의 내주면에는 언더컷 형상에 대응되는 오목한 언더컷 형성홈이 위치되고, 파이프를 내주면 형성부 및 외주면 형성부로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부의 내주면에 의해 언더컷이 손상되지 않도록, 파이프의 외주면과 언더컷이 만나서 형성되는 교선들 중 취출 방향 쪽에 위치한 교선 영역에 라운드부를 형성하도록 외주면 형성부에 대응 라운드부가 형성되고, 언더컷이 취출 방향 쪽에 파이프의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 오목한 언더컷 형성홈에 대응 경사 각도 및 대응 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 파이프 성형 장치를 개시한다.

Description

파이프 성형 장치{APPARATUS FOR FORMING PIPE}
본 발명은 파이프 성형 장치에 관한 것으로서, 특히 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷을 갖는 파이프를 성형하는 파이프 성형 장치에 관한 것이다.
일반적으로 사출성형은 열가소성 플라스틱 또는 열경화성 플라스틱 성형재료를 사출성형기 내에서 가열 용융한 후, 스크류를 통해 사출금형의 캐비티(Cavity) 내로 가압 주입하여 충전하고, 이를 고화 또는 경화하여 성형품으로 취출하는 것이다.
이와 같은 성형품의 취출 과정에서 성형품을 캐비티로부터 분리해내기 어렵게 장애를 주는 부분을 통상 언더컷(Undercut)이라 하는데, 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷을 갖는 파이프를 성형하는 일반적인 파이프 성형 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 가동다이(20) 및 하부 고정다이(30)를 포함하며, 상부 가동다이(20) 및 하부 고정다이(30)에는 성형품을 성형하기 위한 제 1 캐비티(41)를 형성하는 코어(21)(31)가 설치된다. 또한, 코어들(21,31)의 일측에는 언더컷을 형성하기 위하여 제 1 캐비티(41)와 연통되는 제 2 캐비티(42) 및 제 2 캐비티(42)의 단부에 제 2 캐비티(42)의 직경보다 큰 직경을 가진 외측 언더컷 캐비티(43)가 형성되고, 제 2 캐비티(42)와 통하는 제 1 삽입공(44)이 형성된 슬라이드 코어(50)가 설치된다. 또한, 슬라이드 코어(50)의 외측에는 슬라이드 다이(60)가 설치된다. 슬라이드 다이(60)는 제 1 삽입공(44)과 대응하는 부분에 코어핀(46)의 일단이 매립되어 고정되고, 코어핀(46)의 타단은 제 1 삽입공(44) 및 제 2 캐비티(42)를 통하여 제 1 캐비티(41)까지 진퇴가능하게 삽입된다. 또한, 슬라이드 다이(60)에는 2단으로 형성된 제 2 삽입공(62)이 형성되고, 제 2 삽입공(62)에 견인핀(64)이 이동가능하게 삽입되어 그 끝이 슬라이드 코어(50)에 고정된다. 또한, 슬라이드 다이(60)에는 경사공(66)이 형성되고, 경사공(66)을 통하여 상부 가동다이(20)와 하부 고정다이(30)에 걸쳐 견인핀(70)이 이동가능하게 삽입된다. 미 설명된 도면부호 33은 성형품을 취출하기 위한 이젝트 핀이다.
상기와 같이 구성되는 일반적인 파이프 성형 장치의 작동을 살펴보면, 캐비티들(41, 42, 43)에 주입된 용융수지가 경화된 후 경사핀(70)이 수직으로 상승하면 경사핀(70)의 경사면에 의하여 슬라이드 다이(60)가 후퇴함으로써 코어핀(46)이 파이프형 언더컷 내부로부터 이탈된다. 그리고, 슬라이드 다이(60)가 소정의 거리만큼 후퇴하면 견인핀(64)에 의하여 슬라이드 코어(50)가 후퇴함으로써 슬라이드 코어(50)가 언더컷의 외주면으로부터 이탈된다. 이 상태에서 상부 가동다이(20)가 완전히 이탈되면 이젝트 핀(33)의 전진으로 성형품을 취출할 수 있게 된다.
그러나, 상기의 구조나 이와 유사한 슬라이더를 이용한 이중 슬라이더 구조가 사출 제품에 적용하여 대량생산이 가능하기 위해서는 사출재료의 성능, 설계구조, 사출온도 등의 조건이 정확하게 구현되어야 한다.
통상의 플라스틱 파이프의 용도는 고내열성이나 고강도의 성능을 요구하는 제품이 아니었으며, 최근 자동차의 경량화, 연비 개선을 목적으로 종래의 강철재 파이프는 알루미늄 파이프를 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 소재의 성형품으로 개발하고자 하는 요구가 있다. 즉, 플라스틱의 성질이 고강도 및 고내열을 견뎌야 하는 재료를 사용하여 도 2에 도시된 바와 같은 성형물의 파이프 외경 길이부분(1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5)에는 돌출부가 없어야 되고, 파이프 종단의 외주면 상에는 돌출된 언더컷(1, 2, 3, 4, 5)이 형성되어 파이프의 형상에 조립되는 고무튜브(미도시)와 결합하여 기능을 수행할 수 있도록 한다.
파이프 성형 장치의 취출 동작을 설명하면, 경사핀(70)의 이탈에 의해 슬라이드 다이(60)가 소정 거리만큼 후퇴하여 코어 슬리이브(51)가 완전히 후진하고 난 다음 슬라이드 슬리이브(53)가 후진하여 파이프의 종단 외부면 언더컷(11)을 강제 변형시키면서 취출이 이루어진다.
그러나, 이러한 강제 취출 동작 시 슬라이드 슬리이브(53)의 내주면에 의해 파이프의 언더컷이 변형되거나 크랙이 발생하여 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷을 갖는 파이프를 성형부로부터 취출하는 경우에 언더컷이 손상되지 않도록 하는 파이프 성형 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷을 갖는, 외경(D2) 및 내경(D3)의 파이프를 성형하는 파이프 성형 장치에 있어서, 상기 파이프의 내부에 위치되는 내주면 형성부; 및 상기 파이프의 외부를 감싸도록 위치되는 외주면 형성부를 포함하되, 상기 내주면 형성부의 외주면은 상기 파이프의 내주면의 형상과 대응되고, 상기 외주면 형성부의 내주면은 상기 파이프의 외주면의 형상과 대응되며, 상기 외주면 형성부의 내주면에는 상기 언더컷 형상에 대응되는 오목한 언더컷 형성홈이 위치되고, 상기 파이프를 상기 내주면 형성부 및 상기 외주면 형성부로부터 취출하는 경우에, 상기 외주면 형성부의 내주면에 의해 상기 언더컷이 손상되지 않도록, 상기 언더컷이 상기 파이프의 외주면과 상기 언더컷이 만나서 형성되는 교선들 중 취출 방향 쪽에 상기 파이프의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 상기 오목한 언더컷 형성홈에 155°내지 165°의 대응 경사 각도(α)가 형성되고, 상기 언더컷의 외경(D1)이, 0 < (D1-D2)/D3 ≤ 0.08 + 3(α-150)/1000 을 만족하도록, 상기 오목한 언더컷 형성홈은 상기 언더컷의 외경(D1)에 대응되는 대응 내경(D1')을 가지는 것을 특징으로 하는 파이프 형성 장치를 개시한다.
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또한, 상기 취출 방향 쪽에 위치한 교선 영역에 라운드부를 형성하도록 상기 외주면 형성부에 대응 라운드부가 형성되고, 상기 대응 라운드부는 0.8mm 내지 1.5 mm의 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 파이프 성형 장치를 개시한다.
또한, 상기 파이프를 상기 내주면 형성부 및 상기 외주면 형성부로부터 취출하는 경우에, 상기 내주면 형성부 및 상기 외주면 형성부의 온도는 140℃ 내지 160℃인 것을 특징으로 하는 파이프 형성 장치를 개시한다.
또한, 상기 파이프는 150℃ 내지 190℃의 성형 온도에서 성형되는 것을 특징으로 하는 파이프 형성 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 파이프 성형 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
(1) 본 발명은 파이프의 외주면과 언더컷이 만나서 형성되는 교선들 중 취출 방향 쪽에 위치한 교선 영역에 라운드부를 형성하도록 파이프의 외부를 감싸도록 위치되는 외주면 형성부에 대응 라운드부를 형성함으로써, 파이프를 성형부로부터 취출 시 외주면 형성부의 내주면에 의해 언더컷이 손상되지 않도록 할 수 있다. 이때, 외주면 형성부의 내주면이 파이프의 언더컷에 대해 작은 힘을 가하도록 하여 언더컷이 손상되지 않으면서 쉽게 취출되도록 하기 위해서는 대응 라운드부의 반경을 0.8mm 내지 1.5mm 로 설계하는 것이 바람직하다.
(2) 본 발명은 언더컷이 파이프의 취출방향쪽에 파이프의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 외주면 형성부의 내주면에 언더컷 형상에 대응되게 형성된 오목한 언더컷 형성홈에 대응 경사 각도 및 대응 경사면을 형성함으로써, 파이프를 성형부로부터 취출 시 외주면 형성부의 내주면에 의해 언더컷이 손상되지 않도록 할 수 있다. 이때, 외주면 형성부의 내주면이 파이프의 언더컷에 대해 작은 힘을 가하도록 하여 언더컷이 손상되지 않으면서 쉽게 취출되도록 하기 위해서는 대응 경사 각도를 155°내지 165°로 설계하는 것이 바람직하다.
(3) 본 발명은 상기 취출 방향 쪽에 파이프의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 오목한 언더컷 형성홈에 155°내지 165°의 대응 경사 각도(α)가 형성되고, 언더컷의 외경(D1)이, 0 < (D1-D2)/D3 ≤ 0.08 + 3(α-150)/1000 을 만족하도록, 오목한 언더컷 형성홈이 언더컷의 외경(D1)에 대응되는 대응 내경(D1')을 가지도록 설계함으로써, 파이프를 성형부로부터 취출 시 외주면 형성부의 내주면에 의해 언더컷이 손상되지 않도록 할 수 있다.
(4) 본 발명은 폴리프탈아미드(PPA) 혹은 폴리페닐렌설파이드(PPS) 재질 중 170℃에서의 파괴 인장율이 8%의 특성을 갖는 성형 재료를 사용하고, 내주면 형성부 및 외주면 형성부의 온도를 140℃ 내지 160℃로 유지함으로써, 파이프를 형성부들로부터 취출하는 경우에 언더컷이 손상되지 않도록 할 수 있다.
도 1은 일반적인 파이프 성형 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 일반적인 파이프형 언더컷을 갖는 성형물을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 성형 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A부분을 확대 도시하는 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파이프 성형 장치의 외주면 형성부를 도시하는 단면도이다.
도 6은 외주면 형성부의 내주면에 언더컷 형상에 대응되게 형성된 오목한 언더컷 형성홈의 대응 경사 각도를 설정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 외주면 형성부의 오목한 언더컷 형성홈에 언더컷의 외경비에 대응되는 대응 내경을 설정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 성형 장치를 도시하는 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부분을 확대 도시하는 확대도이며, 도 5는 파이프 성형 장치의 외주면 형성부를 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파이프 성형 장치는 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)를 포함하여 구성되며, 파이프 종단의 외주면 상에서 돌출된 언더컷(11)을 갖는 파이프(10)를 성형하는데 이용된다.
내주면 형성부(100)는 파이프(10)의 내부에 위치된다. 또한, 내주면 형성부(100)는 중실의 원형봉 형상으로 이루어지고, 파이프(10)의 내경과 대응되는 대응 외경을 가진다. 또한, 내주면 형성부(100)는 파이프(10) 성형 시 파이프(10)의 내주면을 형성하도록 내주면 형성부(100)의 외주면은 파이프(10)의 내주면의 형상과 대응되게 이루어진다. 또한, 내주면 형성부(100)는 파이프(10)를 취출하기 위하여 파이프(10)로부터 분리될 수 있도록 파이프(10)의 취출방향(c화살표방향)과 반대방향(a화살표방향)으로 이동이 가능하다.
외주면 형성부(200)는 파이프(10)의 외부를 감싸도록 위치된다. 또한, 외주면 형성부(200)는 중공의 원형봉 형상으로 이루어지고, 파이프(10)의 외경과 대응되는 대응 내경을 가진다. 따라서, 내주면 형성부(100)의 외경과 외주면 형성부(200)의 내경의 차이만큼의 공간이 형성되어 그 공간에 성형재료를 스크류(미도시)를 통해 가압 주입하여 충전하고, 이를 고화 또는 경화하여 파이프(10)를 성형하게 된다. 또한, 외주면 형성부(200)는 파이프(10) 성형 시 파이프(10)의 외주면을 형성하도록 외주면 형성부(200)의 내주면은 파이프(10)의 외주면의 형상과 대응되게 이루어진다. 또한, 외주면 형성부(200)는 파이프(10)를 취출하기 위하여 파이프(10)로부터 분리될 수 있도록 파이프(10)의 취출방향(c화살표방향)과 반대방향(b화살표방향)으로 이동이 가능하다. 여기서, "취출방향" 이란 파이프 성형 장치를 기준으로 하여 파이프(10)가 이동하는 방향을 말한다.
또한, 외주면 형성부(200)의 내주면에는 파이프(10)의 언더컷(11) 형상에 대응되는 오목한 언더컷 형성홈(201)이 위치된다. 이때, 오목한 언더컷 형성홈(201)은 언더컷(11)의 외경에 대응되는 대응 내경을 가진다. 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 내경을 설정하는 것에 대해서는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)를 통해 성형한 파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 내주면 형성부(100)가 파이프(10)로부터 분리되고, 이어서, 외주면 형성부(200)가 파이프(10)로부터 분리되도록 구성된다.
본 실시예에서는 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)를 파이프(10)로부터 분리하여 파이프(10)를 취출하는 구성을 예시하였으나, 반대로 형성부들(100, 200)은 움직이지 않고 파이프(10)를 취출방향으로 움직여서 형성부들(100, 200)로부터 파이프(10)를 추출하는 구성도 가능하다.
내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 파이프(10)를 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상될 수 있는데, 이러한 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서는 언더컷(11)에 작은 힘이 걸리도록 하여야 한다. 여기서, "손상" 이란 변형, 크랙, 파괴 등 파이프의 성능에 영향을 미치는 물리적 상태 변화로 정의된다.
상기와 같이 파이프(10)의 취출 시 외주면 형성부(200)의 내주면이 파이프(10)의 언더컷(11)에 대해 작은 힘을 가하도록 하여 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서 파이프(10)의 외주면과 언더컷(11)이 만나서 형성되는 교선들 중 취출 방향 쪽에 위치한 교선 영역에 라운드부(12)를 형성하도록 외주면 형성부(200)에 대응 라운드부(210)가 형성된다.
파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위하여 외주면 형성부(200)에 형성되는 대응 라운드부(210)는 0.8mm 내지 1.5mm의 반경을 가지도록 설정한다. 여기서, 언더컷 손상 유무는 손상이 한 개라도 발생하면 파이프로서의 기능상 사용할 수 없게 되므로, 불량과 양호의 차이는 이질적인 효과로 볼 수 있다.
이러한 대응 라운드부(210)의 반경(R) 범위에 대한 수치범위의 임계적 의의를 뒷받침하는 실험결과는 다음과 같다.
아래 표 1은 외주면 형성부의 대응 라운드부 반경(R)값에 따라 언더컷의 크랙 발생 현상이 나타나는 확률을 보여주는 표이다.
대응 라운드 R의 크기(mm) 크랙 발생 횟수(확률)
R0 8/20
R0.3 5/20
R0.5 1/20
R0.8 0/20
R1.0 0/20
R1.2 0/20
R1.5 0/20
표 1에서 보는 바와 같이, 외주면 형성부(200)의 대응 라운드부(210)는 0.8mm 보다 작은 반경을 가지는 경우에 언더컷(11)에 크랙(균열) 현상이 발생하였고, 1.5mm 보다 큰 반경을 가지는 경우에 파이프 형상면에 고무 튜브(미도시)를 조립할 때 튜브가 빠지는 현상이 발생하게 되므로 이를 방지하기 위하여 대응 라운드부(210)의 반경을 1.5mm 이하로 설정할 필요가 있다. 따라서, 파이프를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서는 외주면 형성부(200)의 대응 라운드부(210)의 반경을 0.8mm 내지 1.5mm로 설정하여야 한다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록, 언더컷(11)이 취출방향(C화살표방향) 쪽에 파이프(10)의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 오목한 언더컷 형성홈(201)에 대응 경사 각도(α) 및 대응 경사면(211)이 형성된다.
도 6은 외주면 형성부의 내주면에 언더컷 형상에 대응되게 형성된 오목한 언더컷 형성홈의 대응 경사 각도를 설정하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도면에 표시된 α 는 오목한 언더컷 형성홈의 대응 경사 각도, P는 외주면 형성부의 취출 힘, μ는 외주면 형성부와 파이프간의 마찰계수, F는 파이프에 작용하는 힘, P1는 외주면 형성부에 작용하는 힘, μP1는 외주면 형성부에 작용하는 마찰력이다.
도 6에서 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 경사 각도(α)를 작게 하면 일정한 힘 P를 가했을 때 F는 크게 작용하며, 이에 따라 P1도 크게 작용하게 된다. 즉, 파이프(10)의 수축 방향으로 큰 힘이 작용하게 된다. 그리고, 대응 경사 각도(α)를 작게 하면 상대적으로 저항 마찰력도 커지게 되고, 이에 따라 외주면 형성부(200)에 대한 힘도 커지게 되어 P가 증가하게 된다. 따라서, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서는 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 경사 각도(α)를 크게 해야 하고, 마찰계수(μ)를 최소화 해야 유리하다.
상기와 같이 파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서는 오목한 언더컷 형성홈(201)에 형성되는 대응 경사 각도(α)는 155°내지 165°로 설정한다. 여기서, 언더컷 손상 유무는 손상이 한 개라도 발생하면 파이프로서의 기능상 사용할 수 없게 되므로, 불량과 양호의 차이는 이질적인 효과로 볼 수 있다.
이러한 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 경사 각도(α)에 대한 수치범위의 임계적 의의를 뒷받침하는 실험결과는 다음과 같다.
아래 표 2는 오목한 언더컷 형성홈의 대응 경사 각도에 따라 언더컷의 크랙 발생 현상이 나타나는 확률을 보여주는 표이다.
대응 경사 각도 외주면 형성부 마모 크랙 발생 횟수(확률)
140° 마모 발생시작,
내구 1,000 이하		 10/10
145° 마모 발생시작,
내구 5,000 이하		 4/10
150° 마모 발생시작,
내구 200,000 이하		 0/10
155° 마모 발생시작,
내구 250,000 이하		 0/10
160° 마모 발생시작,
내구 300,000 이하		 0/10
165° 마모 발생시작,
내구 350,000 이하		 0/10

표 2에서 보는 바와 같이, 오목한 언더컷 형성부(201)의 대응 경사 각도(α)가 150°보다 작을 경우에는 언더컷(11)에 크랙(균열) 현상이 발생하였고, 대응 경사 각도(α)가 165°보다 클 경우에는 파이프(10) 형상면에 고무 튜브를 조립할 때 튜브가 빠지는 현상이 발생하게 되므로 이를 방지하기 위하여 대응 경사 각도(α)를 165°이하로 설정할 필요가 있었다. 따라서, 파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서는 오목한 언더컷 형성홈(201)에 형성되는 대응 경사 각도(α)를 155°내지 165°로 설정하여야 한다는 것을 확인할 수 있었다.
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도 7은 외주면 형성부의 오목한 언더컷 형성홈에 언더컷의 외경비에 대응되는 대응 내경을 설정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 외경(D2) 및 내경(D3)의 파이프(10)를 내주면 형성부(100, 도 3 참조) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 외주면 형성부(200)의 내주면에 의해 언더컷(11)이 손상되지 않도록 언더컷(11)의 외경(D1)이 0 < (D1-D2)/D3 ≤ 0.08 + 3(α-150)/1000 을 만족하도록, 외주면 형성부(200)의 오목한 언더컷 형성홈(201, 도 5 참조)은 언더컷의 외경(D1)에 대응되는 대응 내경(D1')을 가진다. 본 파라미터의 기술적 의미는 손상을 방지할 수 있는 언더컷의 높이(D1-D2)를 내경(D3) 및 대응 경사 각도(α)의 변화에만 종속되어 결정되도록 하여 산업계에서 쉽게 사용할 수 있도록 하는데 있다.
파이프(10)의 외측에 돌출되는 언더컷 구조를 형성하기 위해서는 언더컷 비율이 0 보다 커야 하며, 즉 언더컷(11)의 외경(D1)이 0 < (D1-D2)/D3을 만족하도록 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 내경(D1')의 최소값을 설정하여야 한다. 또한, 155°내지 165°의 대응 경사 각도(α)에 대해서 언더컷(11)의 외경(D1)이 (D1-D2)/D3 ≤ 0.08 + 3(α-150)/1000 을 만족하도록 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 내경(D1')의 최대값을 설정하여야 하며, 언더컷(11)의 외경(D1)이 (D1-D2)/D3 > 0.08 + 3(α-150)/1000 이 되도록 오목한 언더컷 형성홈(201)의 대응 내경(D1')을 설정하는 경우에는 파이프(10)의 언더컷(11)에 손상이 발생한다. 여기서, 언더컷 손상 유무는 손상이 한 개라도 발생하면 파이프로서의 기능상 사용할 수 없게 되므로, 불량과 양호의 차이는 이질적인 효과로 볼 수 있다.
아래 표 3 내지 5는 언더컷 비율 설정 시 오목한 언더컷 형성홈의 대응 경사 각도에 따라 언더컷의 변형 및 크랙 발생 현상이 나타나는 상태를 보여주는 표이다.




155°		 1% 변형/크랙 없음
3% 변형/크랙 없음
5% 변형/크랙 없음
7% 변형/크랙 없음
8% 변형/크랙 없음
9.5% 변형/크랙 없음
10% 변형 발생
11.5% 변형 발생
13% 크랙 발생
표 3에서 보는 바와 같이, 대응 경사 각도(α)가 155°조건에서 언더컷 비율을 9.5% 이하로 설정하면 언더컷(11)의 변형 및 크랙이 발생하지 않지만, 언더컷 비율을 10 내지 11.5% 로 설정하면 변형이 발생하고, 13% 이상으로 설정하면 크랙이 발생하였다.




160°		 1% 변형/크랙 없음
3% 변형/크랙 없음
5% 변형/크랙 없음
7% 변형/크랙 없음
8% 변형/크랙 없음
10% 변형/크랙 없음
11% 변형/크랙 없음
12% 변형 발생
14% 크랙 발생
표 4에서 보는 바와 같이, 대응 경사 각도(α)가 160°조건에서 언더컷 비율을 11% 이하로 설정하면 언더컷(11)의 변형 및 크랙이 발생하지 않지만, 12% 로 설정하면 변형이 발생하고, 14% 이상으로 설정하면 크랙이 발생하였다.




165°		 1% 변형/크랙 없음
3% 변형/크랙 없음
5% 변형/크랙 없음
7% 변형/크랙 없음
10% 변형/크랙 없음
13% 변형/크랙 없음
15% 변형/크랙 없음
16% 변형 발생
18% 크랙 발생
표 5에서 보는 바와 같이, 대응 경사 각도(α)가 165°조건에서 언더컷 비율을 15% 이하로 설정하면 언더컷(11)의 변형 및 크랙이 발생하지 않지만, 16% 로 설정하면 변형이 발생하고, 18% 이상으로 설정하면 크랙이 발생하였다.
따라서, α와 D3 가 결정된 파이프에 대해서 상기 범위 내의 언더컷 높이 (D1-D2)를 선택한 다면 파이프의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 파이프 성형 장치에 사용되는 파이프(10)의 성형 재료는 폴리프탈아미드(PPA) 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 수지가 이용될 수 있다. PPA, PPS의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 성형되는 파이프(10)의 경우는 재료의 용융 온도가 310℃ 내외, 금형온도는 150℃±10℃ 이며, 사출 시 재료의 결정화 온도는 230℃ 내외이다.
즉, 파이프(10)를 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)로부터 취출하는 경우에, 언더컷(11)이 손상되지 않도록 내주면 형성부(100) 및 외주면 형성부(200)의 온도는 140℃ 내지 160℃로 유지되어야 하며, 냉각 후 파이프(110)의 온도는 160℃ 내지 180℃ 또는 190℃ 내지210℃로 유지되어야 한다. 이때, 파이프(10)의 언더컷(11)은 파괴 인장율이 약 8%인 성형 재료가 사용되어야 한다.
표6은 일반 나일론(PA66+GF33)과 폴리프탈아미드(PPA)의 파괴 인장율을 보여주는 표이다.
Temp.(℃) PA66+GF33 파괴인장율(%) PPA 파괴인장율(%)
23 3.7 3.0
80 5.6 2.2
100 6.6 2.5
120 6.1 2.9
150 6.9 4.2
160~180 6.8 8.0
190~210 - 8.0
표 6에서 보는 바와 같이, 냉각 후 파이프(10)의 온도를 160℃ 내지 180℃ 또는 190℃ 내지 210℃로 유지하는 조건에서는 본 발명에 따른 PPA 재질 파이프(110)의 파괴 인장율이 8.0%로 일반 나일론 재료의 파이프(10)의 파괴 인장율 6.8% 보다 더 크다는 것을 알 수 있었다.
파이프(10)의 성형 재료로 사용되는 폴리프탈아미드(PPA)의 물성은 용융온도가 310℃ 내외이고, 냉각시 경정화 온도가 230℃ 내외이며, 파이프(10) 취출시의 성형 온도가 170℃ 이다.
여기서, 파이프(10)의 성형온도 조건 170℃는 성형 재료의 냉각 결정화 이후 강제 취출시 최대 온도 설정치이며, 온도가 높을수록 파단 신율이 높은 물질 특성을 갖고 있기 때문에 이때의 파단을 방지하기 위한 결정화 최대 온도이다. 파이프(10)의 성형 온도가 150℃ 이하일 경우에는 언더컷(11)의 손상이 발생하여 사출이 불가능하고, 190℃ 이상일 경우에는 결정화 온도 이후 결정성을 충분히 확보하지 않는 상태이므로 강제 취출시 파이프(10)의 늘어짐 파괴, 변형이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 파이프(10)의 취출 시 언더컷(11)이 손상되지 않도록 하기 위해서 파이프(10)는 150℃ 내지 190℃의 성형 온도에서 성형되며, 더욱 바람직하게는 파이프(10)의 성형 온도를 170℃로 유지한다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명의 권리 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 결정되며, 특허 청구범위에 사용된 괄호는 선택적 한정을 위해 기재된 것이 아니라, 명확한 구성요소를 위해 사용되었으며, 괄호 내의 기재도 필수적 구성요소로 해석되어야 한다.
100 : 내주면 형성부
200 : 외주면 형성부
201 : 오목한 언더컷 형성홈
210 : 대응 라운드부
211 : 대응 경사면

Claims (8)

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  5. 종단의 외주면 상에 돌출된 언더컷(11)을 갖고 외경(D2) 및 내경(D3)의 파이프(10)를 성형하는 파이프 성형 장치에 있어서,
    상기 파이프(10)의 내부에 위치되는 내주면 형성부(100)와, 상기 파이프(10)의 외부를 감싸도록 위치되는 외주면 형성부(200)를 포함하여 이루어지며; 상기 외주면 형성부(100)의 내주면은 상기 파이프(10)의 외주면의 형상에 대응되고, 상기 외주면 형성부(200)의 내주면에는 상기 언더컷(11) 형상에 대응되는 오목한 언더컷 형성홈(201)이 위치되며,
    상기 언더컷(11)은 파이프(10)의 외주면과 언더컷(11)이 만나서 형성되는 교선들 중 취출 방향 측에 상기 파이프(10)의 외주면에 대하여 둔각인 경사 각도를 갖는 경사면을 가지도록 오목한 언더컷 형성홈(201)에 155° 내지 165°의 대응 경사 각도(α)가 형성되고,
    상기 언더컷(11)의 외경(D1)은,
    0 < (D1-D2) ≤ 0.08 ＋ 3(α-150)/1000을 만족하며, 상기 오목한 언더컷 형성홈(201)은 언더컷(11)에 대응되는 대응 내경(D1')을 갖는 것을 특징으로 하는 파이프 성형 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 취출 방향 쪽에 위치한 교선 영역에 라운드부를 형성하도록 상기 외주면 형성부에 대응 라운드부가 형성되고,
    상기 대응 라운드부는 0.8mm 내지 1.5 mm의 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 파이프 성형 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 파이프를 상기 내주면 형성부 및 상기 외주면 형성부로부터 취출하는 경우에, 상기 내주면 형성부 및 상기 외주면 형성부의 온도는 140℃ 내지 160℃인 것을 특징으로 하는 파이프 형성 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 파이프는 150℃ 내지 190℃의 성형 온도에서 성형되는 것을 특징으로 하는 파이프 형성 장치.
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