KR101384310B1 - 사출성형용 금형 복합 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형품 형상에 따라 냉각수와 저온의 압축공기를 복합적으로 사용하여 금형을 냉각시킬 수 있도록 한 것으로,
본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치는,
사출성형용 금형 냉각장치에 있어서:
냉각수를 토출시키는 펌프와, 상기 펌프로부터 공급되는 냉각수를 사출성형부 내의 냉각수로에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 사출성형부를 냉각시킨 냉각수를 상기 펌프측으로 이동시키는 냉각수 배출관을 포함하는 수냉식 냉각장치;
저온 압축공기의 생성장치에 의해 생성되는 저온 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관과, 금형으로부터 사출성형품을 추출시키는 이젝터 핀들이 관통되고 상기 압축공기 공급관으로부터 유입되는 저온 압축공기에 의해 이젝터 핀을 냉각시키는 열교환용 파이프와, 이젝터 핀과 열교환된 압축공기를 저온 압축공기의 생성장치로 이동시키는 압축공기 드레인관을 포함하는 공랭식 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 금형 복합 냉각장치를 제공한다.

Description

사출성형용 금형 복합 냉각장치{complex cooling device mold of injection molding}

본 발명은 사출성형용 금형 복합 냉각장치에 관한 것으로, 특히 사출성형품형상에 따라 냉각수와 저온 압축공기를 복합적으로 사용하여 금형을 냉각시킬 수 있도록 한 사출성형용 금형 복합 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 사출성형은 열경화성수지재 또는 열가소성수지재 등의 수지를 다양한 형상의 제품으로 성형하는 기술이다. 사출성형 공정은 상,하부 금형을 닫게 되는 형폐공정과, 금형의 캐비티 내에 용융수지를 충전시키는 사출공정과, 금형 내의 용융수지가 경화될 때까지 사출압력을 유지시키는 보압공정과, 금형 내에 충전된 수지를 냉각시키는 냉각공정과, 냉각이 완료된 금형을 열개 되는 형개공정과, 금형으로부터 사출성형품을 취출시키는 취출공정으로 이뤄진다.

한편, 금형의 온도를 고온으로 유지하여 사출 성형이 이루어지도록 하되 금형을 신속하게 냉각시키는 고온 금형 기술이 개발되고 있다. 상기 고온 금형 기술은 금형 내부에 열선 등의 가열수단을 매설하여 사출성형 과정에서 금형의 온도를 고온으로 유지함에 따라 캐비티에 수지가 균일하게 채울 수 있도록 하고, 금형에 구비된 냉각수단을 통해 사출성형품을 신속하고 균일하게 냉각시킬 수 있게 된다.

특허출원 10-2011-0059266호에 사출 금형장치가 개시되어 있다. 상기 특허출원 제0059266호의 사출 금형장치는, 전면에 캐비티가 형성되고 내부에 가열수단이 구비된 캐비티부, 상기 캐비티부를 지지하는 캐비티 지지부 및 상기 캐비티부와 캐비티 지지부 사이에서 상기 캐비티부와 접촉 또는 이격되도록 고정되며 내부에 냉각수단이 구비된 냉각판을 포함하는 캐비티 금형;

상기 캐비티부와 결합되는 코어부가 형성되고, 상기 코어부 내에 배치되는 가열수단 및 냉각수단을 포함하는 코어 금형; 및

상기 가열수단과 냉각수단의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고 있다.

상기 특허출원 제0059266호의 사출 금형장치는 상기 코어 금형과 캐비티 금형이 맞물려서 형성되는 캐비티 내에 용융수지가 주입될 경우, 냉각판이 캐비티부로 이동되어 캐비티부를 간접적으로 냉각시킬 수 있게 된다. 이와 동시에 캐비티부와 코어부에 매설된 제1 및 제3 냉각수 유로로 냉각수가 공급되므로 캐비티에 주입된 수지를 직접적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 냉각판에 의해 캐비티부를 간접적으로 냉각시키고, 동시에 제1 및 제3 냉각수 유로를 통해 공급되는 냉각수에 의해 캐비티부 및 코어부를 직접적으로 냉각시킴에 따라, 금형을 신속하게 냉각시키고 균일한 온도분포를 확보할수 있게 된다.

본 발명의 실시예는, 사출성형품의 형상에 따라 냉각수와 저온 압축공기(compressed air)를 복합적으로 사용하여 금형을 냉각시킴에 따라, 사출성형의 냉각 시간(cycle time)을 단축시켜 냉각 효율을 높임(단일 수냉식 냉각방식에 비해 냉각효율이 20% 향상됨)에 따라 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 사출성형용 금형 복합 냉각장치와 관련된다.

본 발명의 실시예는, 냉각수가 순환되는 수냉식 냉각수로와, 이젝터 핀과의 간섭발생으로 인해 냉각수로를 설치하기 위한 어려운 부위나, 국부적인 급속냉각이 요구되는 부위에 이젝터 핀을 통해 저온 압축공기를 공급하는 공랭식 냉각관로를 복합 설치함에 따라, 금형을 급속냉각에 의해 신속하게 냉각시켜 사출품 변형을 방지하고 냉각시간을 단축할 수 있도록 한 사출성형용 금형 복합 냉각장치와 관련된다.

본 발명의 실시예는, 사출성형품의 형상에 구애받지않고 금형을 제작할 수 있어 다양한 형상 또는 높은 품질의 사출품을 성형할 수 있도록 한 사출성형용 금형 복합 냉각장치와 관련된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치는,

사출성형용 금형 냉각장치에 있어서:

냉각수를 토출시키는 펌프와, 상기 펌프로부터 공급되는 냉각수를 사출성형부 내의 냉각수로에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 사출성형부를 냉각시킨 냉각수를 상기 펌프측으로 이동시키는 냉각수 배출관을 포함하는 수냉식 냉각장치;

저온 압축공기의 생성장치에 의해 생성되는 저온 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관과, 금형으로부터 사출성형품을 추출시키는 이젝터 핀들이 관통되고 상기 압축공기 공급관으로부터 유입되는 저온 압축공기에 의해 이젝터 핀을 냉각시키는 열교환용 파이프와, 이젝터 핀과 열교환된 압축공기를 저온 압축공기의 생성장치로 이동시키는 압축공기 드레인관을 포함하는 공랭식 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 금형 복합 냉각장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 의하면, 상기 공랭식 냉각장치는

상기 사출성형부 보압공정이 시작될 경우 상기 압축공기 공급관을 통해 상기 열교환 파이프에 저온 압축공기를 공급하고, 상기 사출성형부 형개공정이 종료될 경우 상기 열교환용 파이프에 유입되는 저온 압축공기를 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공랭식 냉각장치는

상기 사출성형품의 형상 특성상 상기 이젝터 핀과의 간섭으로 인해 상기 수냉식 냉각장치를 상기 사출성형부에 설치하기 곤란한 경우, 또는 국부적인 급속 냉각이 요구되는 형상을 갖는 사출성형품을 사출성형하는 사출성형부에 설치되는 이젝터 핀에 상기 열교환용 파이프가 설치되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예는 아래와 같은 이점을 갖는다.

사출성형품의 형상에 따라 냉각수와 저온의 압축공기를 복합적으로 사용하여 금형을 냉각시킴에 따라, 사출성형의 냉각 시간 단축으로 냉각 효율을 높임에 따라 작업성 및 생산성 향상으로 인해 제품 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 냉각수가 순환되는 수냉식 냉각수로와, 이젝터 핀과의 간섭발생으로 인해 냉각수로를 설치하기 위한 어려운 부위나, 국부적인 급속냉각이 요구되는 부위에 이젝터 핀을 통해 저온의 압축공기를 공급하며, 누수 위험이 없는 공랭식 냉각관로를 복합 설치하여, 금형을 균일하고 신속하게 냉각시킴에 따라 금형 강도 저하되는 것을 방지하고, 품질 높은 사출성형품을 단시간 내에 성형할 수 있다.

또한, 공랭식 냉각관로를 이젝터 핀의 배치위치를 무시하고 설치함에 따라, 사출성형품의 형상에 구애받지않고 금형을 제작할 수 있어 다양한 형상의 물품을 성형함에 따라 동업종 분야에서 경쟁력을 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치의 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치의 사용상태도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치의 요부발췌확대도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치를 이용하는 금형에 의해 사출성형품을 사출성형할 경우 작업공정을 나타내는 블록도,
도 6(a,b)은 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치에서, 수냉식 냉각장치와 공랭식 냉각장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치가 적용되는 사출성형품의 저면사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치는,

사출성형용 금형 냉각장치에 있어서:

냉각수를 토출시키는 펌프(10)와, 펌프(10)로부터 공급되는 냉각수를 캐비티를 형성하는 사출성형부(11)(일 예로서, 형합고정시 용융수지가 주입되는 캐비티가 적어도 하나 이상 형성되는 하부금형 및 상부금형을 말함) 내의 냉각수로(12)에 공급하는 냉각수 공급관(13)과, 사출성형부(11)를 냉각시킨 냉각수를 펌프(10)측으로 이동시키는 냉각수 배출관(14)을 포함하는 수냉식 냉각장치(15);

저온 압축공기의 생성장치(16)에 의해 생성되는 저온 압축공기(일 예로서, -15℃∼-35℃정도를 말함)를 공급하는 압축공기 공급관(17)과, 금형으로부터 사출성형품(18)을 추출시키는 다수개의 이젝터 핀(19)들이 관통되고, 압축공기 공급관(17)으로부터 유입되는 저온 압축공기에 의해 이젝터 핀(19)(ejector pin)을 냉각시키는 열교환용 파이프(20)와, 이젝터 핀(19)과 열교환된 압축공기를 저온 압축공기의 생성장치(16)로 이동시키는 압축공기 드레인관(21)을 포함하는 공랭식 냉각장치(22)를 포함한다.

상기 공랭식 냉각장치(22)는

상기 사출성형부(11) 보압공정이 시작될 경우 압축공기 공급관(17)을 통해 열교환 파이프(20)에 저온 압축공기를 공급하고, 사출성형부(11) 형개공정이 종료될 경우 열교환용 파이프(20)에 유입되는 저온 압축공기를 차단하도록 구성될 수 있다.

상기 공랭식 냉각장치(22)는

상기 사출성형품(18)의 형상 특성상 인접한 이젝터 핀(19)과의 간섭으로 인해 수냉식 냉각장치(15)를 사출성형부(11)에 설치하기 곤란한 경우, 또는 국부적인 급속 냉각이 요구되는 형상을 갖는 사출성형품(18)을 사출성형하는 사출성형부(11)에 설치되는 이젝터 핀(19)들에 열교환용 파이프(20)가 설치될 수 있다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 사출성형용 금형 복합 냉각장치의 사용예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 7에서와 같이, 상기 사출성형품(18)의 형상과 대응되는 공간의 캐비티를 형성하기 위해 사출성형부(11)를 이루는 상부 금형과 하부 금형을 상호 형합고정 하게 된다. 일 예로서 상부 금형은 액츄에이터(미 도시된 유압실린더 등을 말함)에 의해 상,하 방향으로 이동가능하게 설치되며, 이때 상부 금형은 액츄에이터의 구동에 의해 하부 금형과 정위치에서 맞물릴 수 있도록 수개의 가이드 핀이 구비될수 있다.

도 5의 S1(형폐공정)에서와 같이, 상기 사출성형부(11)의 상부 금형과 하부 금형을 닫게 된다.

도 5의 S2(사출공정)에서와 같이, 상기 사출성형부(11)의 맞물림에 의해 형성되는 캐비티(미 도시됨)의 내에 주입구를 통해 용융수지가 주입된다(S2 참조).

도 5의 S3에서와 같이, 상기 공랭식 냉각장치(22)에 의해 공급되는 저온 압축공기에 의해 사출성형부(11)를 냉각시킬 수 있게 된다. 즉 상기 저온 압축공기의 생성장치(16)(일 예로서 압축공기를 생성하는 에어콤퓨레셔와, 압축공기를 열교환에 의해 저온 압축공기로 변환하는 증발기를 말함)에 의해 생성되는 저온 압축공기는 압축공기 공급관(17)을 통해 열교환용 파이프(20) 내에 공급된다. 이로 인해 열교환 파이프(20)를 관통하는 이젝터 핀(19)을 열교환용 파이프(20)에 공급된 저온 압축공기와 열교환에 의해 냉각시킬 수 있다.

이때, 금형으로부터 사출성형품(18)을 취출시키는 이젝터 핀(19)의 냉각에 의해 사출성형부(11)를 간접방식에 의해 냉각시킬 수 있다. 특히 상기 사출성형부(11)는 수냉식 냉각장치(15)의 냉각수를 사출성형부(11)에 공급하는 냉각수 공급관(13)을 이웃한 이젝터 핀(19)과의 간섭으로 인해 설치하기 곤란한 경우, 또는 사출성형품(18)의 형상 특성상 냉각이 원활하게 이뤄지지않는 국부적인 급속냉각이 요구되는 경우에, 저온 압축공기에 의해 사출성형부(11)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.

도 5의 S4(보압공정)에서와 같이, 미 도시된 제어부로부터의 제어신호에 의해 금형 내의 용융수지가 경화될 때까지 사출압력을 유지시킨다.

도 5의 S5(냉각공정)에서와 같이, 상기 수냉식 냉각장치(15)에 의해 사출성형부(11)의 냉각수로(12)에 공급되는 냉각수에 의해 사출성형부(11)를 1차로 냉각시킨다. 상기 공랭식 냉각장치(22)의 열교환 파이프(20)에 공급되는 저온 압축공기에 의해 이젝터 핀(19)을 냉각시키고, 이젝터 핀(19)과 접촉되는 사출성형부(11)를 2차로 냉각시킴에 따라, 사출성형부(11) 내에 충전된 수지를 신속하게 냉각시킬 수 있게 된다.

도 5의 S6(형개공정)에서와 같이, 상기 사출성형부(11)의 냉각이 완료될 경우, 상기 제어부로부터 제어신호 인가에 의해 액츄에이터가 구동함에 따라 사출성형부(11)를 열개 된다.

도 5의 S7에서와 같이, 상기 사출성형부(11)의 형개공정(S6)이 종료될 경우에, 상기 공랭식 냉각장치(22)로부터 열교환용 파이프(20)에 유입되는 저온 압축공기를 차단하게 된다.

도 5의 S8(취출공정)에서와 같이, 상기 이젝터 핀(19)들의 승강에 의해 사출성형부(11)로부터 사출성형품(18)을 취출시킨다.

전술한 바와 같이, 상기 수냉식 냉각장치(15)에 의해 사출성형부(11)의 냉각수로(12)에 공급되는 냉각수에 의해 사출성형부(11)를 1차로 냉각시키고, 동시에 상기 공랭식 냉각장치(22)에 의해 이젝터 핀(19)을 냉각시켜 사출성형부(11)를 간접방식으로 2차로 냉각시킬 경우 냉각 시간을 대폭 단축할 수 있게 된다.

즉, 상기 취출공정(S8)에 의해 사출성형부(11)로부터 취출된 사출성형품(18)의 측정된 온도는, 수냉식 냉각장치(15)에 의한 냉각수와, 공랭식 냉각장치(22)에 의한 저온 압축공기로서 사출성형부(11)를 복합 냉각방식으로 냉각시킨 경우에 100℃ ∼ 105℃이고, 수냉식 냉각장치(15)의 단일 냉각방식에 의해 사출성형부(11)를 냉각시킨 경우에 105℃ ∼ 110℃로서, 사출성형품(18)을 냉각시키는데 약 40초가 소요되었다. 이때 상기 사출성형부(11)를 수냉식 냉각장치(15)와 공랭식 냉각장치(22)의 복합 냉각방식에 의해 냉각시킬 경우, 사출성형품(18)의 냉각시간을 40초에서 20초로 단축시킬 경우에도, 사출성형품(18)의 형상 또는 외관이 변형되거나, 사출성형품(18)을 조립하는 데 문제점이 발생되지 않았다.

전술한 바와 같이 상기 수냉식 냉각장치(15)와 공랭식 냉각장치(22)에 의한 복합 냉각방식에 의해 사출성형부(11)를 냉각시킬 경우에, 냉각 시간(cycle time)을 20초이상 단축시켜 냉각 효율을 높임에 따라 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

10; 펌프
11; 사출성형부
12; 냉각수로
13; 냉각수 공급관
14; 냉각수 배출관
15; 수냉식 냉각장치
16; 저온 압축공기의 생성장치
17; 압축공기 공급관
18; 사출성형품
19; 이젝터 핀
20; 열교환용 파이프
21; 압축공기 드레인관
22; 공랭식 냉각장치

Claims (3)

1. 사출성형용 금형 냉각장치에 있어서:
   냉각수를 토출시키는 펌프와, 상기 펌프로부터 공급되는 냉각수를 사출성형부 내의 냉각수로에 공급하는 냉각수 공급관과, 상기 사출성형부를 냉각시킨 냉각수를 상기 펌프측으로 이동시키는 냉각수 배출관을 포함하는 수냉식 냉각장치;
   저온 압축공기의 생성장치에 의해 생성되는 저온 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관과, 금형으로부터 사출성형품을 추출시키는 이젝터 핀들이 관통되고 상기 압축공기 공급관으로부터 유입되는 저온 압축공기에 의해 이젝터 핀을 냉각시키는 열교환용 파이프와, 이젝터 핀과 열교환된 압축공기를 저온 압축공기의 생성장치로 이동시키는 압축공기 드레인관을 포함하는 공랭식 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형용 금형 복합 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공랭식 냉각장치는
   상기 사출성형부 보압공정이 시작될 경우 상기 압축공기 공급관을 통해 상기 열교환 파이프에 저온 압축공기를 공급하고, 상기 사출성형부 형개공정이 종료될 경우 상기 열교환용 파이프에 유입되는 저온 압축공기를 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 금형 복합 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공랭식 냉각장치는
   상기 사출성형품의 형상 특성상 상기 이젝터 핀과의 간섭으로 인해 상기 수냉식 냉각장치를 상기 사출성형부에 설치하기 곤란한 경우, 또는 국부적인 급속 냉각이 요구되는 형상을 갖는 사출성형품을 사출성형하는 사출성형부에 설치되는 이젝터 핀에 상기 열교환용 파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 금형 복합 냉각장치.

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