KR101684450B1 - 냉기분사유닛을 포함하는 온간성형 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 냉기분사유닛을 포함하는 온간성형 금형은, 상부에 성형물이 안착되는 안착부가 형성되며, 내부에 대류공간이 형성된 몸체, 상기 안착부를 가열시키는 히팅유닛 및 상기 몸체에 구비되어 상기 대류공간 내에 냉풍을 분사하는 냉기분사유닛을 포함한다.

Description

냉기분사유닛을 포함하는 온간성형 금형{Mold for Warm-Forming Having Cold Air Spraying Unit}

본 발명은 온간성형을 수행하기 위해 사용되는 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉기분사유닛을 포함하여 온도조절을 용이하게 수행하도록 할 수 있는 온간성형 금형에 관한 것이다.

자동차의 차체 등 다양한 제품을 성형하기 위해 최근에는 온간성형 기법이 널리 사용되고 있다. 상기 온간성형 기법은 고온으로 금형 표면을 균일하게 가열하여 프레싱 성형한 뒤 급속 냉각시켜 성형품을 제조하는 방법으로서, 성형품의 스프링백을 감소시켜 치수 안정성을 증대시키고 복합소재 및 비철금속 성형 시 성형 소요시간을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.

하지만, 종래 온간성형 기법 적용을 위해 사용되던 금형은 가열 및 냉각 과정이 장시간 소요되는 문제가 있다. 즉 금형을 가열시키거나 냉각시키는 과정에서 딜레이가 커 제품의 품질 및 생산성이 크게 떨어지는 원인이 된다.

뿐만 아니라 고품질의 성형품을 얻기 위해 성형 과정에서 금형의 온도를 적절하게 조절하여야 할 필요가 있으나, 종래의 금형은 상기와 같이 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 커 온도 제어가 힘들어 우수한 품질의 성형품을 얻기가 어렵다는 문제가 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2016-0002251호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 가열 및 냉각을 용이하게 제어할 수 있는 온간성형 금형을 제공하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉기분사유닛을 포함하는 온간성형 금형은, 상부에 성형물이 안착되는 안착부가 형성되며, 내부에 대류공간이 형성된 몸체, 상기 안착부를 가열시키는 히팅유닛 및 상기 몸체에 구비되어 상기 대류공간 내에 냉풍을 분사하는 냉기분사유닛을 포함한다.

그리고 상기 안착부의 하단에는 상기 대류공간 측으로 노출되는 복수의 냉각핀이 형성될 수 있다.

또한 상기 냉기분사유닛은 상기 히팅유닛보다 높은 위치에 구비될 수 있다.

그리고 상기 몸체는 상기 대류공간 내의 공기를 선택적으로 외부로 배출시키는 배출도어를 포함할 수 있다.

또한 상기 몸체에 구비되어 상기 대류공간의 하부에 송풍을 수행하는 송풍유닛을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 히팅유닛은, 상기 대류공간 내에 구비되어 상기 몸체의 외부로부터 유입되는 공기를 가열시키도록 형성될 수 있다.

또한 상기 몸체의 바닥부에는 외부 공기가 유입되는 통과홀이 형성되고, 상기 히팅유닛은 중공이 형성되며, 상기 중공이 상기 통과홀과 연통되도록 상기 몸체의 바닥부에 구비될 수 있다.

그리고 상기 히팅유닛에 의해 가열되어 상기 대류공간 내에서 상승 후 하강하는 가열공기를 재상승시키는 대류유도유닛을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 대류유도유닛은, 상기 몸체의 바닥부에 구비된 지지부 및 상기 지지부 상에 연결되며, 중심부가 함몰된 대류유도부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 몸체는, 상기 몸체의 바닥부와 상기 안착부 사이에 구비되어 상기 대류공간을 구획하는 격벽부를 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉기분사유닛을 포함하는 온간성형 금형은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 금형 몸체의 내부에 대류공간이 형성되며, 히팅유닛 및 냉기분사유닛을 통해 상기 대류공간의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 신속한 온도 제어에 따라 성형품의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 수율을 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

넷째, 구조가 간단하여 유지 및 보수가 용이하고, 냉각 속도를 신속하게 제어할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형의 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형을 가열시키는 과정을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형에 있어서, 히팅유닛의 구조를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형의 온도 조절 과정을 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형을 냉각시키는 과정을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온간성형 금형은 몸체(100)와, 히팅유닛(170)과, 냉기분사유닛(150)을 포함한다. 또한 본 실시예의 경우, 상기 구성요소 외에 송풍유닛(140)과, 대류유도유닛(160)을 더 포함할 수 있다.

상기 몸체(100)는 상기 온간성형 금형의 하형을 형성하는 구성요소로서, 상부에 성형물(D)이 안착되는 안착부(110)가 형성된다. 상기 안착부(110)는 성형하고자 하는 성형품의 형태에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 안착부(110)는 활 형태로 만곡된 성형품을 성형하기 위한 형태로 형성되나, 이는 본 실시예에 의해 제한되지 않음은 물론이다.

또한 상기 몸체(100)의 내부에는, 대류공간(S)이 형성된다. 상기 대류공간(S)은 몸체(100)의 온도를 조절할 수 있도록 가열된 또는 냉각되어 소정 온도로 조절된 공기가 유동될 수 있도록 한다.

그리고 상기 안착부(110)의 하단에는, 상기 대류공간(S) 측으로 노출되는 복수의 냉각핀(112)이 형성된다. 상기 냉각핀(112)은 상기 대류공간(S)에 노출된 면적을 최대화하여, 성형물(D)이 안착되는 상기 안착부(110)의 온도를 신속하게 조절할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 특히 본 실시예의 경우, 상기 냉각핀(112)은 상기 안착부(110)의 하면을 따라 복수 개가 연속적으로 형성된 형태를 가진다.

한편 본 실시예에서 상기 몸체(100)는, 바닥부(130)와 상기 안착부(110) 사이에 구비되어 상기 대류공간(S)을 구획하는 격벽부(114)를 포함한다. 상기 격벽부(114)는 복수 개가 구비될 수 있으며, 상기 대류공간(S)을 복수 공간으로 구획하여 국소적으로 공기의 대류가 발생되도록 할 수 있다. 이에 따라 본 실시예는, 공기의 대류 속도가 보다 빨라져 온도 조절을 가속화시킬 수 있게 된다.

그리고 도시되지는 않았으나, 상기 격벽부(114)에는 공기가 인접한 구획 공간으로 유동될 수 있도록 하는 관통홀이 형성될 수 있을 것이다.

상기 히팅유닛(170)은 상기 안착부(110)를 가열시키는 구성요소이며, 상기 안착부(110)를 가열시킬 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 히팅유닛(170)은 상기 안착부(110) 내에 니크롬선 형태로 매설되어 상기 안착부(110)를 직접 가열하는 형태일 수도 있으며, 상기 안착부(110)에 고주파 통전을 수행하여 가열시키는 형태를 가질 수도 있다. 즉 상기 히팅유닛(170)의 형태는 그 제한이 없다.

본 실시예의 경우, 상기 히팅유닛(170)은 상기 대류공간(S) 내에 구비되며, 상기 몸체(100)의 외부로부터 유입되는 공기를 가열시키도록 하는 형태로 형성된다. 그리고 상기 히팅유닛(170)은 상기 몸체(100)의 바닥부에 복수 개가 구비되며, 상기 격벽부(114)에 의해 구획되는 공간마다 구비될 수 있다.

상기 냉기분사유닛(150)은 상기 몸체(100)에 구비되며, 상기 대류공간(S) 내에 냉풍을 분사하는 구성요소이다. 즉 상기 냉기분사유닛(150)은 상기 히팅유닛(170)과 반대로 상기 대류공간(S)에 냉각된 공기를 공급하여 온도를 낮추는 역할을 수행하며, 본 실시예의 경우 상기 몸체(100)의 측벽부(120)에 구비되는 것으로 하였다.

이때 상기 냉기분사유닛(150)은, 상기 히팅유닛(170)보다 높은 위치에 구비될 수 있다. 이와 같이 하는 이유는, 상기 대류공간(S) 내에서 냉각된 공기는 하강하려 하며, 가열된 공기는 상승하려 하기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 상기 냉기분사유닛(150)을 상기 히팅유닛(170)보다 높게 배치하여, 냉풍이 상기 몸체(100)의 안착부(110)에 직접적으로 전달될 수 있도록 함에 따라 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 송풍유닛(140)은 상기 몸체(100)에 구비되어 상기 대류공간(S)의 하부에 송풍을 수행하는 구성요소로서, 상기 히팅유닛(170)에 의해 가열된 공기 또는 상기 냉기분사유닛(150)에 의해 냉각된 공기가 보다 원활하게 상승하여 대류를 일으키도록 하며, 따라서 상기 안착부(110)의 온도 조절이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

한편 상기 몸체(100)는, 상기 대류공간(S) 내의 공기를 선택적으로 외부로 배출시키는 배출도어(122, 132)를 포함할 수 있다.

상기 배출도어(122, 132)는 금형을 가열 후 냉각시키거나, 또는 냉각 후 가열시키는 과정에서 상기 대류공간(S)에 잔류하는 공기를 신속하게 배출시킬 수 있도록 상기 대류공간(S)과 외부를 선택적으로 연통시키게 된다. 즉 상기 배출도어(122, 132)는 냉각 과정 또는 가열 과정에서 공급될 공기의 온도와 상반되는 온도의 공기가 상기 대류공간(S)에 잔류하는 것을 방지하여 온도 제어를 보다 용이하게 할 수 있다.

그리고 상기 배출도어(122, 132)는 상기 몸체(100)의 다양한 위치에 구비될 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 배출도어(122, 132)는 상기 냉기분사유닛(150) 및 상기 송풍유닛(140)이 구비된 측벽부(120)의 반대 측에 형성되어 상기 냉기분사유닛(150) 및 상기 송풍유닛(140)에 의해 분사되는 공기가 용이하게 배출될 수 있도록 하였다.

상기 대류유도유닛(160)은 상기 히팅유닛(170)에 의해 가열되어 상기 대류공간(S) 내에서 상승 후 하강하는 가열공기를 재상승시키는 구성요소로서, 상기 안착부(110)를 신속하게 가열시킬 수 있도록 한다.

본 실시예에서 상기 대류유도유닛(160)은 상기 몸체(100)의 바닥부(130)에 구비된 지지부(162)와, 상기 지지부(162) 상에 연결되며, 중심부가 함몰된 대류유도부(164)를 포함한다. 특히 상기 대류유도부(164)는 중심으로 갈수록 깊이 함몰된 컵 형태로 형성되며. 이에 따라 하강하는 가열공기는 상기 대류유도부(164)의 표면을 따라 방향을 바꾸어 재상승될 수 있다.

그리고 도시되지는 않았으나 상기 대류유도유닛(160)은 상기 히팅유닛(170)과 마찬가지로 상기 격벽부(114)에 의해 구획되는 공간마다 구비될 수 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형의 각 구성요소에 대해 자세히 설명하였으며, 이하에서는 구체적인 온도 조절 과정에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형을 가열시키는 과정에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형을 가열시키는 과정을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형에 있어서, 히팅유닛(170)의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 성형물(D)이 안착된 안착부(110)의 가열을 위해 히팅유닛(170)이 가열되며, 상기 히팅유닛(170)을 통해 가열된 공기는 상기 대류공간(S)에 유입되어 상승하게 된다.

특히 본 실시예에서 상기 몸체(100)의 바닥부(130)에는 외부 공기가 유입되는 통과홀(131)이 형성되고, 상기 히팅유닛(170)은 중공(171)이 형성된 형태를 가진다. 이에 따라 상기 중공(171)은 상기 통과홀(131)과 연통된 형태로 형성되며, 상기 통과홀(131)을 통해 유입된 공기는 상기 히팅유닛(170)의 중공(171)을 통과하며 고온(약 500℃ 이상)으로 가열될 수 있다.

이와 함께 상기 송풍유닛(140)은 상기 대류공간(S)의 하부에서 공기를 토출시키며, 상기 대류공간(S) 내의 가열된 공기는 상승하여 상기 안착부(110)를 가열시키게 된다. 또한 본 과정에서는 전술한 바와 같이, 상승 후 하강하는 가열공기가 상기 대류유도유닛(160)에 의해 재상승될 수 있을 것이다.

이와 같은 과정에 의해 상기 안착부(110)의 온도가 목표 이상으로 가열된 이후에는, 냉풍을 이용하여 상기 안착부(110) 표면의 온도조절을 수행하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형의 온도 조절 과정을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 안착부(110) 표면의 온도조절을 수행하기 위해 상기 히팅유닛(170) 및 상기 송풍유닛(150)이 구동되고 있는 상태에서 상기 냉기분사유닛(150)이 구동된다.

이때 상기 히팅유닛(170)의 가열 온도와 상기 냉기분사유닛(150)에 의해 공급되는 냉풍의 온도를 적절히 조절하여, 상기 안착부(110) 표면을 원하는 온도로 조절할 수 있다.

이상과 같은 과정을 수행하며 상형을 이용하여 프레싱을 수행하게 되고, 가열된 성형물(D)이 성형하고자 하는 성형품의 형태를 갖추게 된다. 이후, 상기 성형물(D)을 급속 냉각시키기 위한 과정이 수행된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온간성형 금형을 냉각시키는 과정을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 대류공간(S)의 냉각을 위해 상기 히팅유닛(170)의 구동이 중지되며, 상기 냉기분사유닛(150)은 약 -50℃ 이하의 냉풍을 지속적으로 분사하여 안착부(110)의 표면 온도를 떨어뜨리게 된다. 본 과정에서 상기 송풍유닛(150)은 상기 냉기분사유닛(150)의 효과를 증대시키기 위해 지속적으로 대류공간(S)의 하부로부터 송풍을 수행할 수 있음은 물론이다.

그리고 본 과정을 수행하기 직전, 상기 대류공간(S) 내부에 잔류하는 가열공기가 냉각을 방해할 수 있으므로, 상기 배출도어(122, 132)를 통해 미리 가열된 공기를 외부로 배출시킬 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 몸체 110: 안착부
112: 냉각핀 114: 격벽부
120: 측벽부 122, 132: 배출도어
130: 바닥부 140: 송풍유닛
150: 냉기분사유닛 160: 대류유도유닛
162: 지지부 164: 대류유도부
170: 히팅유닛 S: 대류공간
D: 성형물

Claims (10)

1. 상부에 성형물(D)이 안착되는 안착부(110)가 형성되며, 내부에 대류공간(S)이 형성된 몸체(100);
   상기 안착부(110)를 가열시키는 히팅유닛(170); 및
   상기 몸체(100)에 구비되어 상기 대류공간(S) 내에 냉풍을 분사하는 냉기분사유닛(150);
   을 포함하고,
   상기 히팅유닛(170)은, 상기 대류공간(S) 내에 구비되어 상기 몸체(100)의 외부로부터 유입되는 공기를 가열시키도록 형성하며,
   상기 히팅유닛(170)에 의해 가열되어 상기 대류공간(S) 내에서 상승 후 하강하는 가열공기를 재상승시키는 대류유도유닛(160)을 더 포함하고,
   상기 대류유도유닛(160)은, 상기 몸체(100)의 바닥부(130)에 구비된 지지부(162); 및 상기 지지부(162) 상에 연결되며, 중심부가 함몰된 대류유도부(164)를 포함하는 온간성형 금형.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안착부(110)의 하단에는 상기 대류공간(S) 측으로 노출되는 복수의 냉각핀(112)이 형성되는 온간성형 금형.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉기분사유닛(150)은 상기 히팅유닛(170)보다 높은 위치에 구비되는 온간성형 금형.
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체(100)는 상기 대류공간(S) 내의 공기를 선택적으로 외부로 배출시키는 배출도어(122, 132)를 포함하는 온간성형 금형.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체(100)에 구비되어 상기 대류공간(S)의 하부에 송풍을 수행하는 송풍유닛(140)을 더 포함하는 온간성형 금형.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 몸체(100)의 바닥부(130)에는 외부 공기가 유입되는 통과홀(131)이 형성되고,
   상기 히팅유닛(170)은 중공(171)이 형성되며, 상기 중공(171)이 상기 통과홀(131)과 연통되도록 상기 몸체(100)의 바닥부(130)에 구비되는 온간성형 금형.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 몸체(100)는,
    상기 몸체(100)의 바닥부(130)와 상기 안착부(110) 사이에 구비되어 상기 대류공간(S)을 구획하는 격벽부(114)를 포함하는 온간성형 금형.

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