KR101840986B1 - 금형장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 몰드베이스와 코어를 포함하는 금형장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 티타늄과 지르코늄의 4족 금속체와 열전도체를 사용하여 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소를 제조하고, 티타늄과 지르코늄의 4족 금속체를 사용하여 각 금형부품을 제조하며, 이렇게 제조된 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소 및 각 금형부품을 조립 결합하여 금형장치를 제작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 금형의 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있고, 전체적으로 균일한 강도를 유지함은 물론 고인성과 내마모성 및 내충격성 등을 확보할 수 있어 금형의 수명을 높일 수 있으며, 기존에 비해 금형의 경량화를 구현할 수 있으면서 인체에 무해한 재료를 사용하므로 친환경적인 금형을 제작할 수 있다.

Description

금형장치{MOLDING APPARATUS}
본 발명은 몰드베이스와 코어를 포함하는 금형장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 몰드베이스와 코어를 포함하는 금형의 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하고, 기존에 비해 전체적으로 균일한 강도를 유지함은 물론 내마모성과 고인성 및 내충격성 등을 확보할 수 있도록 하며, 경량화 구현은 물론 친환경적인 금형장치를 제작할 수 있도록 한 금형장치에 관한 것이다.
일반적으로 금형장치는 동일한 규격의 제품을 대량으로 생산하기 위한 용도로 많이 사용되는 것으로서, 재료의 가소성 및 유동성을 이용하여 완성도 높은 제품을 성형 및 원하는 형상의 제품을 만들기 위해 사용되는 성형용 기계장치이다.
이러한 금형장치는 금속합금이나 주철 등으로 제작되며, 금속의 프레스가공, 플라스틱의 사출성형, 분말야금성형 등 여러 종류의 제품 성형용으로 사용되고 있다.
상기 금형장치는 금형 틀인 몰드베이스와 일정 형상으로의 제품 성형을 위한 코어를 포함하는 구성인데, 플래시형, 포지티브형, 세미포지티브형 등의 형태로 제작되어 사용되고 있으며, 최근에는 산업발전 및 생산기술의 발달로 생산제품에 맞는 다양한 형태의 제작을 추진하고 있다.
이와 같은 금형장치를 제작함에 있어서는 보통 표면이 딱딱하고 내식성을 가질 것, 형의 가공이 용이할 것, 표면은 연마하기 쉬울 것, 본체는 강하고 큰 압력에 견딜 수 있을 것, 내산성을 가질 것 등의 특성이 요구되고 있다.
이를 위해, 탄소 함유율이 높은 탄소강을 사용함이 적당한데, 이는 가공이 곤란하므로 주로 저탄소강을 이용하여 침탄법으로 가공을 한 뒤 담금질을 하여 경도를 올리는 방식을 사용하고 있으며, 또는 알루미늄이나 크롬 및 망간을 함유하는 특수합금강에 질화법으로 담금질을 하는 방식을 채택하기도 한다.
또는 아연합금이 사용되는 일도 있는데, 대부분의 금형장치는 경질크롬도금을 통해 표면을 평활하게 하여 광택을 좋게 하고 내식성을 갖도록 하고 있다.
또한, 종래 금형장치는 기계절삭 가공 및 방전 가공 등의 방식에 의해 제작하기도 하나, 최근 제품의 형상이 복잡해지고 다양해지는 추세에 비추어 볼때 금형 제작에 시간과 비용이 많이 소요되고 정밀한 제작이 어려운 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 금속분말을 사용하여 형틀에 충전시키고 가열 가압하는 방식으로 금형장치를 제작함으로써 금형 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감하고 있으나, 전체적으로 균일한 강도를 유지 및 내마모성과 내열성을 확보하는 등 양질의 금형장치를 제작하는데 따른 어려움이 존재하는 실정에 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0034427호 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0058179호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 몰드베이스와 코어를 포함하는 금형의 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있도록 하고, 전체적으로 균일한 강도를 유지함은 물론 고인성과 내마모성 및 내충격성 등을 확보할 수 있도록 하며, 양질의 금형장치를 제작할 수 있도록 한 금형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 금형의 수명을 높임은 물론 용이하고 정밀하게 제조할 수 있도록 하며, 내구성을 구비할 수 있도록 한 금형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 금형의 경량화 구현을 가능하게 하면서 인체에 무해한 재료를 사용하여 친환경적인 금형을 제작할 수 있도록 한 금형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금형장치는, 금형의 틀인 몰드베이스부와 상기 몰드베이스부 내측에 배치되어 일정 형상으로 성형하기 위한 코어부를 포함하는 금형장치에 있어서, 상기 몰드베이스부는, 상기 금형장치의 맨 위에 위치하는 것으로서, 사출기의 고정측 부착판에 고정되는 상측 고정판; 상기 금형장치의 맨 아래에 위치하는 것으로서, 사출기의 가동측 부착판에 고정되는 하측 고정판; 상기 상측 고정판과 하측 고정판의 사이에 배치되고, 위에서 아래방향으로 순차 배치되는 캐비티플레이트, 코어플레이트, 서포트판, 밀핀고정판, 밀핀받침판;을 포함하고, 상기 코어부는, 상기 캐비티플레이트에 삽입 배치되고 제품 성형을 위한 암형 캐비티를 갖는 상측 코어; 상기 코어플레이트에 삽입 배치되고 상기 암형 캐비티에 대응하는 숫형 코어 또는 암형 캐비티를 갖는 하측 코어;를 포함하며, 상기 밀핀고정판에 조립되고 밀핀받침판에 의해 하부가 지지되는 밀핀 및 리턴핀; 상기 코어플레이트를 관통하여 캐비티플레이트에 삽입 고정된 가이드부시에 삽입 배치되는 가이드핀; 상기 하측 고정판에 삽입 배치되는 편평도조정핀;을 포함하며, 상기 캐비티플레이트와 코어플레이트에는 각각, 중심부에 상측 코어와 하측 코어를 삽입 배치 가능하도록 관통홀을 형성하되 상기 관통홀의 각 모서리는 라운드지게 형성시켜 곡률부를 형성하고 금형장치의 크기에 따라 10R~30R로 곡률 반경을 형성하며, 상기 관통홀의 형성에 의한 사방 테두리부의 폭은 플레이트의 외측벽에서 가이드핀이 배치되는 중심까지의 거리를 'L'이라고 할때 '2L~2.5L'로 형성함으로써 형상 변형을 방지할 수 있도록 구성하고; 상기 가이드핀은, 상기 하측 코어에 있어 숫형 코어를 형성하는 경우, 숫형 코어의 돌출 높이보다 더 돌출되는 길이로 구비하여 금형장치가 닫힐 때, 상기 상측 코어와 하측 코어가 서로 부딪히지 않도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따르면, 몰드베이스와 코어를 포함하는 금형의 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있고 전체적으로 균일한 강도를 유지 및 내마모성과 내열성을 확보할 수 있으며, 내구성을 구비함에 의해 금형장치의 수명을 높일 수 있음은 물론 용이하고 정밀하게 제조할 수 있으며, 기존에 비해 금형의 경량화를 구현할 수 있으면서 인체에 무해한 재료를 사용하므로 친환경적인 금형을 제작할 수 있는 등 양질의 금형장치를 제작할 수 있으며, 제품 성형에 이용되는 상측 코어와 하측 코어의 코어부를 교체하여 사용할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형장치를 나타낸 분해 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금형장치를 나타낸 결합 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금형장치에 있어 캐비티플레이트와 코어플레이트를 설명하기 위해 나타낸 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금형장치 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금형장치 제조방법에 있어 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 제조단계를 나타낸 상세 공정도이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 금형장치(M)는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 금형의 틀인 몰드베이스부(1)와 상기 몰드베이스부(1) 내측에 배치되어 일정 형상으로 성형하기 위한 코어부(2) 및 상기 몰드베이스부(1) 상에 배치되는 다수의 금형부품(3)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 몰드베이스부(1)는 상기 금형장치(M)의 맨 위에 위치하는 것으로서 사출기의 고정측 부착판에 고정되는 상측 고정판(10)과, 상기 금형장치(M)의 맨 아래에 위치하는 것으로서 사출기의 가동측 부착판에 고정되는 하측 고정판(20)과, 상기 상측 고정판(10)과 하측 고정판(10)의 사이에 배치되고 위에서 아래방향으로 순차 배치되는 캐비티플레이트(30), 코어플레이트(40), 서포트판(50), 밀핀고정판(62) 및 밀핀받침판(64)을 포함한다.
상기 상측 고정판(10)에는 중심부에 스프루부시(74) 및 센터링(76)을 삽입 배치하기 위한 결합홀(11)이 단턱 구조로 형성되고, 상기 하측 고정판(20)에는 일측부에 밀핀받침판(64) 등의 편평도를 조정하는 역할을 하는 편평도조정핀(106)을 삽입 끼움하여 고정하기 위한 핀고정홀(21)이 형성된다.
상기 캐비티플레이트(30)에는 상측 코어(80)의 삽입 배치를 위한 관통홀(31)이 중심부에 형성되고, 코너 측에 가이드부시(105)을 삽입 끼움하기 위한 부시끼움홀(32)이 형성된다.
상기 캐비티플레이트(30)와 상측 코어(80)는 동일한 두께로 형성된다.
상기 코어플레이트(40)에는 하측 코어(90)의 삽입 배치를 위한 관통홀(41)이 중심부에 형성되고, 코너 측에 가이드핀(105)을 관통 삽입하여 상기 캐비티플레이트(30)의 부시끼움홀(32) 측에 삽입 배치된 가이드부시(105)에 삽입 가능하게 하는 핀관통홀(42)이 형성된다.
상기 코어플레이트(40)와 하측 코어(90)는 동일한 두께로 형성된다.
상기 서포트판(50)은 하측 코어(90)를 지지하는 플레이트이고, 밀핀(101)과 리턴핀(102) 등을 관통 삽입 및 이들을 지지하기 위한 홀이 대응 위치에 형성된다.
상기 밀핀고정판(62)은 밀핀(101)을 상하로 움직이게 하는 플레이트로서, 밀핀(101), 리턴핀(102), 스프루록핀 등의 배치를 위한 고정홀이 형성된다.
상기 밀핀받침판(64)은 상기 밀핀고정판(62)에 볼트 체결을 통해 고정 결합되며, 상기 밀핀(101)과 리턴핀(102) 및 스프루록핀들을 떠받치는 받침판 역할을 한다.
상기 몰드베이스부(1)는 상기 서포트판(50)과 하측 고정판(20) 사이에 배치되는 지지블록(72)과 사출기 측 노즐과의 연결을 안내하기 위한 센터링(76) 및 사출기 측 노즐에서 나오는 용융수지 또는 분말을 금형장치(M)의 내부로 주입하기 위한 스프루부시(74)를 포함한다.
상기 스프루부시(74)는 상기 상측 고정판(10)과 상측 코어(80)를 관통하도록 배치된다.
상기 코어부(2)는 상기 캐비티플레이트(30)의 관통홀(31)에 삽입 배치되고 상측 고정판(10)에 볼트 체결을 통해 고정 결합되며 제품 성형을 위한 암형 캐비티(81)를 갖는 상측 코어(80)와, 상기 코어플레이트(40)에 삽입 배치되고 서포트판(50)에 볼트 체결을 통해 고정 결합되며 상기 암형 캐비티(81)에 대응하는 숫형 코어(91) 또는 암형 캐비티를 갖는 하측 코어(90)를 포함한다.
이때, 상기 암형 캐비티(81)는 사출기 측 노즐로부터 금형장치(M)의 내부로 주입되는 용융수지 또는 분말을 안내하는 유로 측에 연결되어 성형을 위한 재료를 공급받도록 구비된다.
상기 금형부품(3)은 상기 밀핀고정판(62)에 조립되고 밀핀받침판(64)에 의해 하부가 지지되는 밀핀(101) 및 리턴핀(102)과, 상기 코어플레이트(40)를 관통하여 캐비티플레이트(30)에 삽입 고정된 가이드부시(105)에 삽입 배치되는 가이드핀(104), 및 상기 하측 고정판(20)에 삽입 배치되는 편평도조정핀(106)을 포함한다.
상기 밀핀(101)은 금형장치 내에서 성형된 제품을 외부로 빼내주는 역할을 하고, 상기 리턴핀(102)은 사출 성형시 충진이 완료된 후 금형이 닫힐 때 밀판고정판과 밀판받침판을 원상태로 복귀시키는 역할을 하며, 상기 가이드핀(104)은 가동측과 고정측을 가이드하는 역할을 하며, 상기 편평도조정핀(106)은 밀핀받침판(64) 등의 편평도를 조정하는 역할을 한다.
상기 캐비티플레이트(30)와 코어플레이트(40)에 각각 형성시킨 관통홀(31)(41)은 사각형태로서, 관통홀의 각 모서리는 라운드지게 형성시켜 곡률부(33)(43)를 형성하되 금형장치의 크기에 따라 10R~30R로 곡률 반경을 형성하며, 상기 관통홀(31)(41)의 형성에 의해 자연스럽게 마련되는 사방 테두리부의 폭은 플레이트(30)(40)의 외측벽에서 가이드핀(104)이 삽입 배치되는 중심까지의 거리를 'L'이라고 할때 '2L~2.5L'로 형성함으로써 이들 플레이트에 대한 형상 변형을 방지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
여기서, 곡률반경 R은 원둘레가 휘어진 정도를 의미하며, 예를 들어 10R은 반지름 10mm 크기의 원둘레가 휘어진 정도를 나타낸다.
상기 가이드핀(104)은 상기 하측 코어(90)에 있어 돌출 형태의 숫형 코어를 형성하는 경우, 숫형 코어의 돌출 높이보다 더 돌출되는 길이로 구비함이 바람직한데, 이를 통해 금형장치가 닫힐 때 상기 상측 코어(80)와 하측 코어(90)가 서로 부딪히지 않도록 방지할 수 있다.
이때, 상기 몰드베이스부(1)와 코어부(2)의 각 구성요소는 기존에 많이 사용되던 탄소합금강이나 합금공구강 등을 사용하여 구성할 수도 있으나, 이들 탄소합금강이나 합금공구강 등에 비해 강도는 증대시키면서 성형을 위한 가열시 열팽창률을 줄여 불량품 발생을 없애거나 극소화할 수 있도록 하기 위해 4족 금속체를 사용하되, 상기 4족 금속체가 갖는 열전도성을 보완하여 열전달효율을 높일 수 있도록 하기 위해 열전도체를 혼합한 조성으로 구성함이 바람직하다.
상기 4족 금속체는 티타늄, 지르코늄, 티타늄합금, 지르코늄합금, 티타늄지르코늄합금 중에서 선택된 어느 1군을 사용할 수 있다.
여기에서, 상기 티타늄합금은 Ti-Al, Ti-V-Cr-Al, Ti-Al-Mo, Ti-Al-V, Ti-Al-V-Sn 등을 예로 들 수 있으며, 열전도성의 확보를 위해 기본적으로 알루미늄(Al)나 구리(Cu)를 포함하는 구성이 바람직하다.
상기 지르코늄합금은 Zr-Cu, Zr-Cu-Cr, Zr-Cr-Sn-Cu, Zr-Cu-Mo, Zr-Cu-Ni 등을 예로 들 수 있으며, 열전도성의 확보를 위해 기본적으로 구리(Cu)나 알루미늄(Al)을 포함하는 구성이 바람직하다.
상기 티타늄지르코늄합금은 Ti-Zr, Ti-Zr-Cu, Ti-Zr-Al, Ti-Zr-Al-Mg, Ti-Nb-Zr-Cr, Ti-Zr-Ni, Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr, Ti-Zr-V-Cr 등을 예로 들 수 있으며, 열전도성의 확보를 위해 기본적으로 구리(Cu)나 알루미늄(Al)을 포함하는 구성이 바람직하다.
상기 열전도체는 열전도성이 높은 금이나 은 등을 사용할 수도 있으나, 이들에 비해 가격이 저렴하면서도 유사한 열전도성을 갖는 소재인 구리, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT) 중에서 선택된 어느 1군 또는 2군 이상을 혼합 사용할 수 있다.
상기 4족 금속체는 평균 입자 크기가 5~10㎛인 분말을 60~75중량%로 하고, 여기에 상기 열전도체에 대해 평균 입자 크기가 10~20㎛인 분말을 25~40중량%로 하는 혼합 조성으로 이루어지게 함이 바람직하다.
여기에서, 상기 4족 금속체에 대해 60중량% 미만으로 할 경우 강도 및 인성이 저하되고 75중량%를 초과할 경우 열전도성이 저하되어 제품 성형에 어려움을 줄 수 있으며, 상기 열전도체에 대해 25중량% 미만으로 할 경우 열전도성이 저하되어 제품 성형에 어려움을 줄 수 있고 40중량%를 초과할 경우 강도가 저하됨은 물론 내충격성이 저하되어 쉽게 파손될 수 있다.
여기에서, 상기 4족 금속체와 열전도체에 대해 평균 입자 크기를 수치 한정함은 충진밀도를 높일 수 있어 전체적으로 균일한 강도와 열전달효율을 미치게 할 수 있다.
또한, 상기 금형부품(3)의 각각은 상술한 4족 금속체에 열전도체를 혼합한 조성으로 이루어지게 할 수 있으나, 열전도성이 크게 요구되지 않으므로 상기 나열된 4족 금속체 중에서 어느 1군을 선택하여 구성할 수 있다.
즉, 상기 금형부품(3)의 각각은 티타늄, 지르코늄, 티타늄합금, 지르코늄합금, 티타늄지르코늄합금 중에서 선택된 어느 1군으로 구성함이 바람직하다.
여기에서, 상기 몰드베이스부(1)와 코어부(2) 및 금형부품(3) 각각에 있어 4족 금속체로 티타늄합금을 사용하는 경우에는 티타늄 함량에 대해 중량% 기준으로 82~96중량%을 만족하고, 인장강도 600~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~20%를 만족하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 몰드베이스부(1)와 코어부(2) 및 금형부품(3) 각각에 있어 4족 금속체로 지르코늄합금을 사용하는 경우에는 지르코늄 함량에 대해 중량% 기준으로 76~92중량%을 만족하고, 인장강도 700~980MPa와 파괴강도 4000~4500N 및 연신율 10~15%를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 상기 몰드베이스부(1)와 코어부(2) 및 금형부품(3) 각각에 있어 4족 금속체로 티타늄지르코늄합금을 사용하는 경우에는 중량% 기준으로 티타늄 40~60중량%와 지르코늄 40~60중량%을 만족하고, 인장강도 650~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~15%를 만족하는 것이 바람직하다.
이를 통해, 금형장치(M)에 대해 고강도와 내충격성 및 고인성을 확보하면서 사용시 수축 결함을 최소화할 수 있도록 구성할 수 있다.
한편, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 금형장치의 제조방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 금형장치 제조방법은, 이미 상술한 바와 같은 내용의 상측 고정판, 하측 고정판, 캐비티플레이트, 코어플레이트, 서포트판, 밀핀고정판, 및 밀핀받침판을 포함하는 몰드베이스부와; 암형 캐비티를 갖는 상측 코어, 숫형 코어 또는 암형 캐비티를 갖는 하측 코어를 포함하는 코어부; 및 밀핀, 리턴핀, 가이드핀, 가이드부시, 편평도조정핀을 포함하는 금형부품;으로 이루어지는 금형장치를 제조하기 위한 것으로서, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 제조단계(S10), 프레스 정형단계(S20), 가공단계(S30), 연마단계(S40), 조립 결합단계(S50)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 제조단계(S10)는 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소 및 금형부품 각각에 대해 4족 금속체인 티타늄, 지르코늄, 티타늄합금, 지르코늄합금, 티타늄지르코늄합금 중에서 선택된 어느 1군을 사용하여 필요 형상으로 제조 및 금형장치의 부품들을 구비하는 단계이다.
이때에는 재료 배합단계(S10a)와 성형단계(S10b) 및 소결단계(S10c)로 나누어 수행할 수 있다.
상기 재료 배합단계(S10a)에 있어, 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소에 대해서는 상기 4족 금속체에 구리, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT) 중에서 선택된 어느 1군 또는 2군 이상을 혼합 사용한 열전도체를 배합한다.
상기 4족 금속체 60~75중량%에 상기 열전도체 25~40중량%을 배합하고, 상기 4족 금속체에 대해 평균 입자 크기가 5~10㎛인 분말 및 상기 열전도체에 대해 평균 입자 크기가 10~20㎛인 분말을 사용한다.
상기 각 금형부품에 대해서는 4족 금속체인 티타늄, 지르코늄, 티타늄합금, 지르코늄합금, 티타늄지르코늄합금 중에서 선택된 어느 1군을 사용한다.
여기에서, 상기 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 각각에 있어 4족 금속체로 티타늄합금을 사용하는 경우에는 티타늄 함량에 대해 중량% 기준으로 82~96중량%을 함유하고, 인장강도 600~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~20%를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 각각에 있어 4족 금속체로 지르코늄합금을 사용하는 경우에는 지르코늄 함량에 대해 중량% 기준으로 76~92중량%을 함유하고, 인장강도 700~980MPa와 파괴강도 4000~4500N 및 연신율 10~15%를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 몰드베이스부와 코어부 및 금형부품 각각에 있어 4족 금속체로 티타늄지르코늄합금을 사용하는 경우에는 중량% 기준으로 티타늄 40~60중량%와 지르코늄 40~60중량%을 함유하고, 인장강도 650~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~15%를 만족하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 티타늄합금은 Ti-Al, Ti-V-Cr-Al, Ti-Al-Mo, Ti-Al-V, Ti-Al-V-Sn 등을 예로 들 수 있다.
상기 지르코늄합금은 Zr-Cu, Zr-Cu-Cr, Zr-Cr-Sn-Cu, Zr-Cu-Mo, Zr-Cu-Ni 등을 예로 들 수 있다.
상기 티타늄지르코늄합금은 Ti-Zr, Ti-Zr-Cu, Ti-Zr-Al, Ti-Zr-Al-Mg, Ti-Nb-Zr-Cr, Ti-Zr-Ni, Ti-Al-V-Cr-Mo-Zr, Ti-Zr-V-Cr 등을 예로 들 수 있다.
상기 성형단계(S10b)에 있어, 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소에 대해서는 상기 배합재료를 각 성형틀에 넣은 후 3~5ton/㎠의 가압조건 및 80~120℃의 온도조건에서 30~60분 동안 가압 성형하여 각각의 성형체를 만든다.
상기 각 금형부품에 대해서는 상기 4족 금속체를 각 성형틀에 넣은 후 3~5ton/㎠의 가압조건 및 80~120℃의 온도조건에서 30~40분 동안 가압 성형하여 각각의 성형체를 만든다.
여기에서, 상기 가압조건 및 시간조건을 통해서는 충진밀도를 높여 전체적으로 균일한 강도를 유지할 수 있게 함과 더불어 내구성을 갖는 성형체를 만들 수 있으며, 온도조건을 통해서는 용이한 성형을 가능하게 한다.
상기 소결단계(S10c)에 있어, 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소에 대해서는 상기 성형단계를 통해 성형된 성형체를 전기로 등에 넣고 불활성 가스를 포함하는 10-4~10-6atm의 진공도 및 1100~1350℃의 온도조건에서 12~24시간 동안 소결 처리한다.
상기 각 금형부품에 대해서는 상기 성형단계를 통해 성형된 성형체를 전기로 등에 넣고 불활성 가스를 포함하는 10-3~10-4atm의 진공도 및 1100~1350℃의 온도조건에서 12~20시간 소결 처리한다.
이러한 소결단계를 통해서는 전체적으로 균일한 강도를 유지하는 고강도 부품으로 제조할 수 있고, 제품 경량화는 물론 고인성과 내마모성 및 내열성 등의 기계적 특성을 확보할 수 있다.
여기에서, 상기 캐비티플레이트와 코어플레이트는 각각 중심부에 상측 코어와 하측 코어를 삽입 배치 가능하도록 관통홀을 형성하는데, 성형시 이러한 관통홀을 형성할 수 있으며, 때로는 이후 가공단계를 통해 형성할 수도 있다.
이때, 상기 관통홀에 있어서는 각 모서리부에 대해 라운드지게 형성시켜 곡률부를 형성하고 금형장치의 크기에 따라 10R~30R로 곡률 반경을 형성토록 하며, 상기 관통홀의 형성에 의한 사방 테두리부의 폭은 플레이트의 외측벽에서 가이드핀이 배치되는 중심까지의 거리를 'L'이라고 할때 '2L~2.5L'로 형성함으로써 형상 변형을 방지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
상기 프레스 정형단계(S20)는 상기 S10단계에서의 소결 처리시 치수 변형이 발생될 수 있으므로 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소에 대해 치수의 정밀도를 높이기 위해 프레스 처리하는 단계이다.
상기 가공단계(S30)는 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소 및 금형부품 각각에 대해 머시닝센터를 이용하여 홀가공, 홈가공 및 탭가공의 가공을 수행하는 단계이다.
상기 캐비티플레이트와 코어플레이트 등의 각 구성요소에 홀이나 홈을 가공하고, 가이드핀 등의 각 금형부품에 탭을 가공한다.
여기에서는 성형단계에서 상기 캐비티플레이트와 코어플레이트 각각에 중심부 측 관통홀을 형성하지 않았을 시, 가공을 통해 형성할 수도 있다.
상기 연마단계(S40)는 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소에 대해 면을 고르게 하거나 곡률부를 정밀하게 형성하도록 연마하는 단계이다.
일 예로, 상기 캐비티플레이트와 코어플레이트 각각에 중심부 측 관통홀을 형성하는 경우 더욱 정밀하게 10R~30R의 곡률 반경을 형성하도록 연마 처리할 수 있고, 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소나 각 금형부품에 버 등이 발생된 경우 이를 제거하도록 연마 처리할 수 있다.
상기 조립 결합단계(S50)는 상기 몰드베이스부와 코어부의 각 구성요소 및 금형부품 각각을 조립 결합하여 상기 금형장치를 완성하는 단계이다.
또한, 상기 연마단계(S40) 이후에는 상기 몰드베이스부의 각 구성요소에 대해 도금이나 증착에 의한 표면 처리를 통해 지르코늄막을 형성시킴으로써 표면 평활도를 높이면서 강도를 증대시킬 수 있도록 하는 표면처리단계(S45)를 수행한 후, 상기 조립 결합하여 금형장치를 완성하는 단계(S50)를 수행하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 금형장치의 정밀한 제작을 위해 상기 프레스 정형단계는 가공단계나 연마단계 이후에 수행할 수 있는 등 단계의 치환이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 다양한 방식으로 금형장치를 제조할 수 있고, 특히 티타늄과 지르코늄의 4족 금속체를 사용하여 금형장치를 구성 및 제작함으로써 금형의 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있고, 전체적으로 균일한 강도를 유지함은 물론 고인성과 내마모성 및 내충격성 등을 확보할 수 있어 금형의 수명을 높일 수 있으며, 기존에 비해 금형의 경량화를 구현할 수 있으면서 인체에 무해한 재료를 사용하므로 친환경적인 금형을 제작할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형, 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
1: 몰드베이스부 2: 코어부
3: 금형부품 10: 상측 고정판
20: 하측 고정판 30: 캐비티플레이트
31: 관통홀 40: 코어플레이트
41: 관통홀 50: 서포트판
62: 밀핀고정판 64: 밀핀받침판
74: 스프루부시 76: 센터링
80: 상측 코어 90: 하측 코어
101: 밀핀 102: 리턴핀
104: 가이드핀 105: 가이드부시
106: 편평도조정핀

Claims (10)

  1. 금형의 틀인 몰드베이스부와 상기 몰드베이스부 내측에 배치되어 일정 형상으로 성형하기 위한 코어부를 포함하는 금형장치에 있어서,
    상기 몰드베이스부는,
    상기 금형장치의 맨 위에 위치하는 것으로서, 사출기의 고정측 부착판에 고정되는 상측 고정판; 상기 금형장치의 맨 아래에 위치하는 것으로서, 사출기의 가동측 부착판에 고정되는 하측 고정판; 상기 상측 고정판과 하측 고정판의 사이에 배치되고, 위에서 아래방향으로 순차 배치되는 캐비티플레이트, 코어플레이트, 서포트판, 밀핀고정판, 밀핀받침판; 을 포함하고,
    상기 코어부는,
    상기 캐비티플레이트에 삽입 배치되고 제품 성형을 위한 암형 캐비티를 갖는 상측 코어; 상기 코어플레이트에 삽입 배치되고 상기 암형 캐비티에 대응하는 숫형 코어 또는 암형 캐비티를 갖는 하측 코어; 를 포함하며,
    상기 밀핀고정판에 조립되고 밀핀받침판에 의해 하부가 지지되는 밀핀 및 리턴핀; 상기 코어플레이트를 관통하여 캐비티플레이트에 삽입 고정된 가이드부시에 삽입 배치되는 가이드핀; 상기 하측 고정판에 삽입 배치되는 편평도조정핀; 을 포함하며,
    상기 캐비티플레이트와 코어플레이트에는 각각,
    중심부에 상측 코어와 하측 코어를 삽입 배치 가능하도록 관통홀을 형성하되 상기 관통홀의 각 모서리는 라운드지게 형성시켜 곡률부를 형성하고 금형장치의 크기에 따라 10R~30R로 곡률 반경을 형성하며, 상기 관통홀의 형성에 의한 사방 테두리부의 폭은 플레이트의 외측벽에서 가이드핀이 배치되는 중심까지의 거리를 'L'이라고 할때 '2L~2.5L'로 형성함으로써 형상 변형을 방지할 수 있도록 구성하고;
    상기 가이드핀은,
    상기 하측 코어에 있어 숫형 코어를 형성하는 경우, 숫형 코어의 돌출 높이보다 더 돌출되는 길이로 구비하여 금형장치가 닫힐 때, 상기 상측 코어와 하측 코어가 서로 부딪히지 않도록 구성하는 것을 특징으로 하는 금형장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몰드베이스부와 코어부는 각각,
    강도는 증대시키면서 성형을 위한 가열시 열팽창률을 줄여 불량품 발생을 없애거나 극소화할 수 있도록 하기 위한 4족 금속체에 열전달효율을 높일 수 있도록 하기 위한 열전도체를 혼합한 조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 4족 금속체는,
    티타늄, 지르코늄, 티타늄합금, 지르코늄합금, 티타늄지르코늄합금 중에서 선택된 어느 1군이고;
    상기 열전도체는,
    구리, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT) 중에서 선택된 어느 1군 또는 2군 이상을 혼합 사용한 것을 특징으로 하는 금형장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 4족 금속체 60~75중량%와 상기 열전도체 25~40중량%의 혼합 조성으로 이루어지며;
    상기 4족 금속체는 평균 입자 크기가 5~10㎛인 분말이고, 상기 열전도체는 평균 입자 크기가 10~20㎛인 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 티타늄합금에 있어서는 티타늄 함량에 대해 중량% 기준으로 82~96중량%을 만족하고, 인장강도 600~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~20%를 만족하며,
    상기 지르코늄합금에 있어서는 지르코늄 함량에 대해 중량% 기준으로 76~92중량%을 만족하고, 인장강도 700~980MPa와 파괴강도 4000~4500N 및 연신율 10~15%를 만족하며;
    상기 티타늄지르코늄합금에 있어서는 중량% 기준으로 티타늄 40~60중량%와 지르코늄 40~60중량%을 만족하고, 인장강도 650~950MPa와 파괴강도 3900~4500N 및 연신율 12~15%를 만족하는 구성으로 하여 상기 몰드베이스부와 코어부에 대해 고강도와 내충격성 및 고인성을 확보하면서 사용시 수축 결함을 최소화할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 금형장치.
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