KR101883141B1

KR101883141B1 - 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법

Info

Publication number: KR101883141B1
Application number: KR1020160119920A
Authority: KR
Inventors: 지 김; 김병구
Original assignee: 주식회사동신유압
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-07-30
Also published as: KR20180031377A

Abstract

본 발명은 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치에서 복수의 가압용 실린더가 서로 동조제어되도록 구성하되, 복수의 가압용 실린더의 동조제어 구동은 초기 구동 모드와 가압 모드로 구분되도록 하여 동조제어에 의한 초기 추종 오차가 볼스터에 전달되지 않도록 하여, 컴팩트한 구성이 가능하면서도 금형의 훼손을 방지하며 보다 정밀도가 높은 제품을 얻을 수 있는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법에 관한 것이다.

Description

탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법{COMPRESSION MOLDING METHOD FOR CARBON FIBER REINFORCED THERMOPLASTICS}

본 발명은 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치의 압축 성형 방법에 관한 것이다.

산업계 전반에 걸쳐 합성수지의 사용은 광범위하게 이루어지고 있으며, 합성수지를 이용한 성형품은 금속 등이 적용되던 분야에서 그 사용이 빠른 속도로 증가하고 있다.

이러한 합성수지 성형품이 해결해야할 과제는 크게 경량화와 물성의 향상에 관한 것으로 요약할 수 있다. 적용분야에 따라 차이는 있지만 점차 가벼우면서도 강도가 강한 재질이 요구되고 있으며, 특히 자동차, 전자, 정밀기계 부품 등의 영역에서 이러한 요구가 증대하고 있다.

다양한 합성수지 중에서도 열가소성 수지는 내약품성 및 성형성이 우수한 특성을 갖지만, 내열성이나 기계적 강도는 상대적으로 취약하다. 이러한 열가소성 수지의 특성으로 인하여 고강도가 요구되는 분야에는 그대로 적용할 수 없으며, 다양한 유기물 및 무기물로 강도를 보강하여 사용하여 왔다.

특히 강화섬유를 이용하여 강도를 보강하는 것에 관하여 다양한 시도가 있어 왔다. 강화섬유를 이용하여 강도를 보강함에 있어서는 강화섬유의 함량 조절과 더불어 최종 성형품에 강화섬유가 파손이 되지 않고 길이가 긴 장섬유 형태로 함유되는 것이 매우 중요하다.

한편 최근 경량화 소재로 각광받고 있는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) 복합재료는 다양한 분야에 활용이 가능하고 그 기계적인 물성이 우수하여 독일, 일본, 미국 등 선진국 등에서는 이 분야에서의 시장 선점을 위해서 CFRP 복합재료의 제조 시스템 및 응용 제품에 대한 다양한 연구를 진행하고 있다.

CFRP 복합재료를 이용한 부품 개발에 대한 연구는 특히 최근에는 자동차 분야에서 활발하게 진행중이며, 이러한 추세는 세계적으로 자동차 배기가스 규제가 강화되면서 경량화를 통한 연비개선이 절실히 요구되어 가속화되고 있다.

자동차의 경량화는 알루미늄, 마그네슘 등의 비철금속류를 이용하는 것과 고분자 복합재료를 이용하는 방법이 있는데 비철금속류는 유한하고 제한적인 자원 상황과 가공 등의 어려움으로 상용화가 더디게 진행되고 있는 반면에 CFRP 복합재료는 이러한 단점이 적고 경량화 효과도 높아 자동차 부품산업에 집중적인 지원이 필요한 실정이다.

이러한 CFRP 복합재료를 이용한 자동차 부품 개발은 경량화와 더불어 생산성도 매우 중요한데 생산성의 향상을 위해서는 제조 공정의 자동화와 생산시간의 절감 등이 선행되어야 한다.

CFRP 복합재료의 기지재로는 열경화성 수지와 열가소성 수지를 이용하는데 열경화성 수지는 경화반응 등에 의한 성형 사이클 시간의 증가나 내충격성, 재활용이 불가능한 등의 문제가 있어서 최근에는 열가소성 수지를 이용한 기술개발이 진행되고 있다.

특히 열가소성 수지는 경화반응이 불필요하여 성형사이클 시간 단축이 가능하고 생산성이 높은 이점이 있으나 본래의 내열성 부족 및 성형시의 고점도에 의한 함침성이 나쁜 점 등에 따라 실용화가 늦어지고 있다.

현재 상용화되어 있는 단섬유 강화 복합재료는 제조 공정중 0.2~0.5mm 정도의 섬유 길이를 갖는 일반적인 기술로서 강도와 강성 특성을 증대시키지 못하고 있는 실정으로 섬유의 길이를 길게 하고 섬유의 함유량을 높이거나, 연속섬유를 이용한 열가소성 복합재 성형 개발이 필요하다.

CFRP 복합재료를 이용한 자동차 부품을 제조하기 위한 생산공정은 초기의 수작업에 의한 가공 생산위주에서 사출을 이용한 방법을 거쳐 최근에는 섬유를 직접 투입하면서 연속적으로 생산하는 방식과 생산성을 획기적으로 향상한 프레스 성형 공정 등이 개발되고 있다.

장섬유와 열가소성수지를 이용한 LFT시스템은 수지와 섬유가 함침된 펠렛을 제조한 후에 압출 및 프레스 성형을 하는 LFT-G 시스템과 섬유를 원하는 길이로 바로 컷팅하면서 수지와 함침하면서 컴파운딩하는 LFT-D 시스템 있는데, LFT-G 방식은 국내에서 대기업을 중심으로 인테리어 제품 생산에 적용되고 있으나 LFT-D 시스템을 이용한 제품 생산은 아직 국내에서 적용된 사례가 없다.

CFRP 복합재료를 이용한 자동차 부품 생산시스템 공법은 여러 가지가 있지만 생산 성형 사이클이 낮으면서도 구조용 부품 생산에 적합한 LFT-D 시스템은 long fiber와 thermoplastic 수지를 direct 함침하여 복합재료를 압출한 후 압축하는 연속 생산시스템으로 생산시간을 획기적으로 줄이면서 강도는 높일 수 있는 시스템이다.

이와 같은 CFRP 복합재료를 이용한 생산시스템은 크게 압출기와, 이송장치와 , 프레스 장치로 구성될 수 있다.

이중 프레스 장치는 CFRP 복합재료를 압축 성형하는 역할을 하며, CFRP 복합재료를 보다 생산성이 높으면서도 고정밀도로 압축 성형할 수 있는 프레스 장치 및 그 생산 공정이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1419812호 "섬유를 포함하는 수지 성형품의 압축성형 장치 및 압축성형 방법" (2014. 7. 9. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1188374호 "섬유강화 복합재료의 성형시스템 및 성형방법"(2012. 9.27. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치에서 복수의 가압용 실린더가 서로 동조제어되도록 구성하되, 복수의 가압용 실린더의 동조제어 구동은 초기 구동 모드와 가압 모드로 구분되도록 하여 동조제어에 의한 초기 추종 오차가 볼스터에 전달되지 않도록 하여, 컴팩트한 구성이 가능하면서도 금형의 훼손을 방지하며 보다 정밀도가 높은 제품을 얻을 수 있는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상부가 개방되며 하부에 캐비티용 홈이 형성되며 개방된 상부로부터 상기 캐비티용 홈까지 수직하게 하부로 연장되는 수직 내측벽이 형성되는 하부 금형홈이 형성된 하형 ; 상기 하형이 상부에 마련되는 볼스터 ; 상기 볼스터가 상부에 마련되는 베드 ; 상기 베드에 수직하게 입설되는 복수의 타이로드 ; 상기 볼스터의 상부로 이격되어 마련되되, 상기 수직하게 입설된 복수의 타이로드가 관통하면서 배치되어 상기 복수의 타이로드에 의하여 상하 이동이 안내되는 슬라이드 ; 상기 슬라이드에 마련되어 상기 타이로드를 클램핑하는 타이로드 클램핑 수단 ; 상기 슬라이드의 하부에 마련되되, 상기 캐비티용 홈과 함께 캐비티를 형성하는 캐비티용 상면이 하면에 형성되며 상기 캐비티용 상면의 가장자리로부터 수직하게 상부로 연장되는 수직 연장벽이 형성되며 상기 하부 금형홈에 삽입 가능한 상부 금형돌출부를 구비한 상형 ; 하단이 상기 베드에 연결되며 상단이 상기 슬라이드에 연결되어 상기 슬라이드를 상하로 이동시키는 복수의 이송용 실린더 ; 상기 베드에 마련되어 상기 볼스터를 상하로 이동시키며 상기 볼스터에 압축 성형을 위한 가압력을 제공하는 복수의 가압용 실린더 ; 를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치를 이용한 압축 성형 방법에 있어서 : 상기 복수의 가압용 실린더는 서로 동조제어되며 ; 상기 하형과 상기 상형이 서로 이격된 상태에서 상기 하형의 캐비티용 홈에 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료를 투입하는 복합재료 투입 단계 ; 상기 복합재료 투입 단계 이후 상기 이송용 실린더의 구동에 의하여 상기 슬라이드가 하강하며, 상기 슬라이드의 하강에 연동하여 상기 상형이 하강하는 상형 하강 단계 ; 상기 상형 하강 단계 이후 상기 타이로드 클램핑 수단이 상기 타이로드를 클램핑하는 타이로드 클램핑 단계 ; 상기 타이로드 클램핑 단계 이후 상기 복수의 가압용 실린더의 동조제어 구동에 의하여 상기 볼스터가 상승하며, 상기 볼스터의 상승에 연동하여 상기 하형이 상승하여 상기 캐비티용 홈에 투입된 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료가 상기 상형의 상부 금형돌출부와 상기 하형의 하부 금형홈 사이에서 압축 성형되되, 상기 동조제어 구동되는 상기 복수의 가압용 실린더의 구동은 상기 볼스터와 이격되어 있는 상태에서 상기 볼스터와 접할 때까지의 초기 구동 모드와 상기 초기 구동 모드 이후 상기 볼스터를 상승시키면서 가압하는 가압 모드로 구분되는 압축 성형 단계 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명은, 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치에서 복수의 가압용 실린더가 서로 동조제어되도록 구성하되, 복수의 가압용 실린더의 동조제어 구동은 초기 구동 모드와 가압 모드로 구분되도록 하여 동조제어에 의한 초기 추종 오차가 볼스터에 전달되지 않도록 하여, 컴팩트한 구성이 가능하면서도 금형의 훼손을 방지하며 보다 정밀도가 높은 제품을 얻을 수 있는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법을 제공하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치의 정면도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 도 1에서 타이로드 부위를 상세히 나타낸 도면,
도 4는 도 1의 금형의 상세도,
도 5는 상형 하강 단계 직후의 도 2에 대응되는 도면,
도 6은 도 5에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도,
도 7은 도 6 이후 가압용 실린더가 볼스터와 접하는 시점에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도,
도 8은 압축 성형 단계 직후의 도 2에 대응되는 도면,
도 9는 도 8에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서 실린더란 유압 또는 공압에 의하여 피스톤 또는 플런저(plunger)를 왕복 직선 운동시켜 기계적인 일을 행하는 장치를 의미하며, 본 명세서에서 실린더란 피스톤 또는 플런저를 포함하는 것으로 작성하였다. 통상적으로 프레스 장치에서는 유압 실린더를 사용한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치의 정면도이며, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1에서 타이로드 부위를 상세히 나타낸 도면이며, 도 4는 도 1의 금형의 상세도이며, 도 5는 상형 하강 단계 직후의 도 2에 대응되는 도면이며, 도 6은 도 5에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도이며, 도 7은 도 6 이후 가압용 실린더가 볼스터와 접하는 시점에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도이며, 도 8은 압축 성형 단계 직후의 도 2에 대응되는 도면이며, 도 9는 도 8에서의 가압용 실린더와 볼스터의 관계를 보이는 확대도이다.

먼저 본 발명에서 이용되는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치를 설명한다.

본 압축 성형 장치는 프레스 장치(100)와 하형(210)과 상형(220)으로 이루어진 금형(200)을 포함하여 이루어진다.

프레스 장치(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 금형(200) 하부에 순차적으로 마련되는 볼스터(120) 및 베드(110)와, 금형(200) 상부에 순차적으로 마련되는 슬라이드(130), 크라운(140)을 포함하여 이루어진다.

볼스터(120)는 그 상부에 하형(210)이 마련되며, 볼스터(120)는 베드(110)의 상부에 마련된다.

베드(110)에는 복수의 타이로드(150)(본 실시예의 경우 4개의 타이로드(150))가 수직하게 입설된다.

각각의 타이로드(150)는 그 중간부가 슬라이드(130)를 관통하며 그 상단부가 크라운(140)에 고정된다.

슬라이드(130)에는 타이로드(150)가 관통하면서 배치되어, 슬라이드(130)는 타이로드(150)에 의하여 그 상하 이동이 안내된다.

아울러 슬라이드(130)에는 타이로드(150)의 수나사부(151)에 결합되어 타이로드(150)를 클램핑하는 타이로드 클램핑 수단(160)이 마련된다. 타이로드 클램핑 수단(160)에 의하여, 가압용 실린더(180)의 구동에도 불구하고, 슬라이드(130)는 타이로드(150)의 일정한 위치에 고정될 수 있다.

타이로드 클램핑 수단(160)은, 타이로드(150)의 수나사부(151)에 나사 결합되는 하프 너트와, 하프 너트를 구동하는 하프 너트 구동용 실린더를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 타이로드 클램핑 수단(160)은 공지의 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

베드(110)에는 복수의 이송용 실린더(170)와 복수의 가압용 실린더(180)가 마련된다.

이송용 실린더(170)는 그 하단이 베드(110)에 연결되며 그 상단이 슬라이드(130)에 연결되어 슬라이드(130)를 상하로 이동시킨다.

즉 이송용 실린더(170)는 슬라이드(130)를 상하로 이동시키는 구동원이다.

가압용 실린더(180)는 베드(110)에 마련되어 볼스터(120)를 상하로 이동시키며 볼스터(120)에 가압력을 제공한다.

즉 가압용 실린더(180)는 볼스터(120)의 상하 이동은 물론이며 압축 성형을 위한 가압력을 제공하는 구동원이다.

본 실시예에서 가압용 실린더(180)와 볼스터(120)는 서로 조립된 상태가 아니며, 가압용 실린더(180)는 볼스터(120)를 상방으로 밀어 올릴 수 있을 뿐이다.

가압용 실린더(180)에는 볼스터 클램프(190)가 마련된다(도 6 참조).

볼스터 클램프(190)와 가압용 실린더(180) 사이에는 판스프링(191)이 마련되어 볼스터 클램프(190)를 하방향으로 탄성 지지하여 볼스터(120)를 클램핑하도록 하며, 아울러 유압에 의하여 볼스터 클램프(190)를 상방향으로 이동시키면 볼스터 클램프(190)가 볼스터(120)에 대한 클램핑을 해제할 수 있도록 하고 있다.

본 실시예에서 볼스터(120)는 이동형으로 구성되며, 볼스터 클램프(190)는 볼스터(120)를 이동시키고자 할 경우 볼스터(120)에 대한 클램핑을 해제할 수 있도록 하며, 압축 성형 작업시에는 볼스터(120)를 클램핑하도록 구성된 것이다.

다음으로 도 1 및 도 4를 참조하여 금형(200)에 대하여 설명한다.

금형(200)은 하형(210)과 상형(220)으로 이루어진다.

하형(210)의 상부에는 상면이 개방된 하부 금형홈(211)이 형성되어 있다.

하부 금형홈(211)은 그 하부에 캐비티(cavity)용 홈(211a)이 형성되며, 아울러 개방된 상부로부터 캐비티용 홈(211a)까지 수직하게 하부로 연장되는 수직 내측벽(211b)이 형성된다. 즉 하부 금형홈(211)은 수직하게 파인 홈 형태이다.

캐비티용 홈(211a)은 후술하는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)가 투입되어 압축 성형되는 부위이다.

이와 같은 하형(210)은 볼스터(120)의 상부에 고정된다.

아울러 슬라이드(130)의 하부에는 상형(220)이 고정된다.

상형(220)은 하부 금형홈(211)에 삽입 가능한 상부 금형돌출부(221)를 구비한다.

상부 금형돌출부(221)는 그 하면에 캐비티용 홈(211a)과 함께 캐비티를 형성하는 캐비티용 상면(221a)이 형성되며, 캐비티용 상면(221a)의 가장자리로부터 수직하게 상부로 연장되는 수직 연장벽(221b)이 형성되어 있다.

이와 같은 상형(220)과 하형(210)은 상형(220)의 상부 금형돌출부(221)가 하형(210)의 하부 금형홈(211)에 삽입되어, 하형(210)의 캐비티용 홈(211a)이 상형(220)의 캐비티용 상면(221a)에 의하여 폐쇄되면서 캐비티를 형성한다

이때 하형(210)의 수직 내측벽(211b)과 상형(220)의 수직 연장벽(221b)은 서로 수직방향으로 연장되면서 평행하게 배치된다.

또한 상형(220)의 상부 금형돌출부(221)가 하형(210)의 하부 금형홈(211)에 삽입되면, 하형(210)의 수직 내측벽(211b)과 상형(220)의 수직 연장벽(221b)은 상당한 길이에 걸쳐 서로 마주보면서 평행하게 배치된다. 본 실시예의 경우 약 60mm 정도에 달한다.

이와 같이 하형(210)의 수직 내측벽(211b)과 상형(220)의 수직 연장벽(221b)이 긴 길이를 가지는 것은, 압축 성형 도중 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)가 외부로 누출되는 것을 확실히 저지하기 위함이다.

한편 본 실시예에서 복수의 가압용 실린더(180)는 서로 동조 제어된다. 본 실시예에서 가압용 실린더(180)는 2개가 마련되며, 이 중 하나는 마스터(master) 가압용 실린더이며, 다른 하나는 마스터 가압용 실린더의 위치를 추종하게 되는 슬레이브(slave) 가압용 실린더로서, 본 시스템은 마스터 슬레이브 방식의 동조 제어를 채택하고 있다.

이와 같이 다중 유압실린더에 의한 위치 동조 제어 방식을 채택한 것은, 편심 등을 방지하여 제품 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 복수의 유압실린더를 채택함으로써 전체적인 설비를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있기 때문이다.

상기와 같은 압축 성형 장치의 작동을 설명한다.

(1) 복합재료 투입 단계

먼저 하형(210)과 상형(220)이 서로 이격된 상태에서(즉 금형(200)이 개방된 상태에서) 하형(210)의 캐비티용 홈(211a)에 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)를 투입한다.

이때 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)는, 압출기에 수지조성물용 펠렛과 탄소섬유가 투입되어 수지조성물에 탄소섬유가 혼련된 상태로 압출된 후 소정의 길이로 컷팅된 것으로서, 이송 로봇 등에 의하여 본 프레스 장치(100)로 이송되어 하형(210)의 캐비티용 홈(211a)에 투입된다.

(2) 상형 하강 단계

복합재료 투입 단계 이후 이송용 실린더(170)의 구동에 의하여 슬라이드(130)가 하강하며, 슬라이드(130)의 하강에 연동하여 상형(220)이 하강한다(도 5 및 도 6 참조).

이 상태에서 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)는 아직 압축되지 않은 상태이다.

이송용 실린더(170)는 보다 빠른 속도로 슬라이드(130) 및 상형(220)이 하강하여, 압축 성형 속도를 높일 수 있도록 마련되는 것이다.

(3) 타이로드 클램핑 단계

상형 하강 단계 이후 타이로드 클램핑 수단(160)이 타이로드(150)를 클램핑한다.

이에 의하여 슬라이드(130)는 타이로드(150)에 단단히 고정되며, 후술하는 가압용 실린더(180)의 압축 성형 공정시에도 슬라이드(130) 및 상형(220)은 그 위치를 그대로 유지할 수 있다.

(4) 압축 성형 단계

타이로드 클램핑 단계 이후 복수의 가압용 실린더(180)의 동조제어 구동에 의하여 볼스터(120)가 상승하며, 볼스터(120)의 상승에 연동하여 하형(210)이 상승하여 캐비티용 홈(211a)에 투입된 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)가 상형(220)의 상부 금형돌출부(221)와 하형(210)의 하부 금형홈(211) 사이에서 압축 성형된다. 도 8은 압축 성형이 완료된 직후 상태이다.

이때 동조제어 구동되는 복수의 가압용 실린더(180)의 구동은 초기 구동 모드와 가압 모드로 구분된다.

초기 구동 모드는 가압용 실린더(180)가 볼스터(120)와 이격되어 있는 상태에서 볼스터(120)와 접할 때까지의 구동을 말한다. 초기 구동 모드에서는 가압용 실린더(180)와 볼스터(120)가 이격되어 있는 상태이기 때문에 가압용 실린더(180)는 상승하는 한편 볼스터(120)는 정지된 상태를 유지하게 된다.

즉 가압용 실린더(180)의 초기 구동 모드는 도 6과 같이 볼스터(120)와 이격되어 있는 상태에서 도 7과 같이 볼스터(120)와 접할 때까지의 구동을 말한다.

이는 동조 제어되는 복수의 가압용 실린더(180)는 구동 초기에 비교적 큰 추종 오차가 발생하며, 이러한 추종 오차가 볼스터(120) 내지 하형(210)의 상승에 영향을 미치지 않도록 설계된 것이다. 만일 복수의 가압용 실린더(180)의 구동 초기에 복수의 가압용 실린더(180)가 볼스터(120) 내지 하형(210)을 상승시킨다면 복수의 가압용 실린더(180)에서 발생된 추종 오차는 하형(210)을 경사진 상태로 상승시키며, 이로 인하여 하형(210)의 수직 내측벽(211b)은 상형(220)의 수직 연장벽(221b)과 극심한 마모를 발생시키며 접촉되어 금형(200)이 훼손될 뿐만 아니라 제품 불량을 유발할 위험이 있기 때문이다.

이와 같은 초기 구동 모드 이후 가압용 실린더(180)는 볼스터(120)를 상승시키면서 가압하는 가압 모드로 작동하게 된다.

즉 가압용 실린더(180)의 가압 모드는 도 7과 같이 볼스터(120)와 접한 상태에서, 도 8 및 도 9와 같이 볼스터(120)를 상승시킨 상태까지의 구동을 말한다.

가압 모드에 의하여 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)는 상형(220)과 하형(210) 사이에서 압축 성형된다.

(5) 취출 단계

압축 성형 단계 이후 이송용 실린더(170)의 구동에 의하여 슬라이드(130) 및 상형(220)이 상부로 이동하며, 가압용 실린더(180)의 구동에 의하여 볼스터(120) 및 하형(210)이 하부로 이동하여 금형(200)이 열리게 되며, 이후 압축 성형이 완료된 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료(10)를 취출하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료
100 : 프레스 장치
110 : 베드
120 : 볼스터
130 : 슬라이드
140 : 크라운
150 : 타이로드 151 : 수나사부
160 : 타이로드 클램핑 수단
170 : 이송용 실린더
180 : 가압용 실린더
190 : 볼스터 클램프 191 : 판스프링
200 : 금형
210 : 하형 211 : 하부 금형홈
211a : 캐비티용 홈 211b : 수직 내측벽
220 : 상형 221 : 상부 금형돌출부
221a : 캐비티용 상면 221b : 수직 연장벽

Claims

상부가 개방되며 하부에 캐비티용 홈이 형성되며 개방된 상부로부터 상기 캐비티용 홈까지 수직하게 하부로 연장되는 수직 내측벽이 형성되는 하부 금형홈이 형성된 하형 ;
상기 하형이 상부에 마련되는 볼스터 ;
상기 볼스터가 상부에 마련되는 베드 ;
상기 베드에 수직하게 입설되는 복수의 타이로드 ;
상기 볼스터의 상부로 이격되어 마련되되, 상기 수직하게 입설된 복수의 타이로드가 관통하면서 배치되어 상기 복수의 타이로드에 의하여 상하 이동이 안내되는 슬라이드 ;
상기 슬라이드에 마련되어 상기 타이로드를 클램핑하는 타이로드 클램핑 수단 ;
상기 슬라이드의 하부에 마련되되, 상기 캐비티용 홈과 함께 캐비티를 형성하는 캐비티용 상면이 하면에 형성되며 상기 캐비티용 상면의 가장자리로부터 수직하게 상부로 연장되는 수직 연장벽이 형성되며 상기 하부 금형홈에 삽입 가능한 상부 금형돌출부를 구비한 상형 ;
하단이 상기 베드에 연결되며 상단이 상기 슬라이드에 연결되어 상기 슬라이드를 상하로 이동시키는 복수의 이송용 실린더 ;
상기 베드에 마련되어 상기 볼스터를 상하로 이동시키며 상기 볼스터에 압축 성형을 위한 가압력을 제공하는 복수의 가압용 실린더 ;
를 포함하여 이루어지는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 장치를 이용한 압축 성형 방법에 있어서 :
상기 복수의 가압용 실린더는 서로 동조제어되며 ;
상기 하형과 상기 상형이 서로 이격된 상태에서 상기 하형의 캐비티용 홈에 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료를 투입하는 복합재료 투입 단계 ;
상기 복합재료 투입 단계 이후 상기 이송용 실린더의 구동에 의하여 상기 슬라이드가 하강하며, 상기 슬라이드의 하강에 연동하여 상기 상형이 하강하는 상형 하강 단계 ;
상기 상형 하강 단계 이후 상기 타이로드 클램핑 수단이 상기 타이로드를 클램핑하는 타이로드 클램핑 단계 ;
상기 타이로드 클램핑 단계 이후 상기 복수의 가압용 실린더의 동조제어 구동에 의하여 상기 볼스터가 상승하며, 상기 볼스터의 상승에 연동하여 상기 하형이 상승하여 상기 캐비티용 홈에 투입된 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료가 상기 상형의 상부 금형돌출부와 상기 하형의 하부 금형홈 사이에서 압축 성형되되, 상기 동조제어 구동되는 상기 복수의 가압용 실린더의 구동은 상기 볼스터와 이격되어 있는 상태에서 상기 볼스터와 접할 때까지의 초기 구동 모드와 상기 초기 구동 모드 이후 상기 볼스터를 상승시키면서 가압하는 가압 모드로 구분되는 압축 성형 단계 ;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 강화 열가소성 복합재료의 압축 성형 방법.