KR101932646B1 - 이송 유닛을 구비한 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이송 유닛을 구비한 성형 장치는, 하형과 상형을 포함하는 금형유닛, 및 성형될 판재를 상기 상형과 상기 하형 사이의 공간으로 이송하는 이송 유닛을 포함하고, 상기 이송 유닛은, 상기 판재의 양측 가장자리를 각각 잡도록 상기 하형의 양 측방에 대응하여 배치되는 그립수단, 상기 그립수단을 각각 지지하는 복수 개의 제1 쿠션 스프링, 및 상기 하형의 양 측방을 따라 이동하도록 상기 제1 쿠션 스프링의 하단에 구성되는 이동수단을 포함할 수 있다.

Description

이송 유닛을 구비한 성형 장치{FORMING DEVICE HAVING TRANSFER UNIT}

본 발명은 강화 섬유원단이 수지로 적층된 강화 섬유 부재를 프리폼으로 성형하기 위해서, 강화 섬유 부재의 양측을 잡고 금형 안으로 진입하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치에 관한 것이다.

전 세계적으로 환경문제의 심각성이 대두되면서 환경 규제가 강화되고 있으며, 그 중심에 자동차 산업은 강화되는 환경 규제에 대응하여 CO2의 배출을 줄이기 위한 기술을 도입하고 있다.

차량 경량화는 엔진효율을 높여 탄소배출을 최소화 할 있는 중요한 방법이며, 궁극적으로 자동차의 연비향상을 도모할 수 있기 때문에 차량 소재의 변경에 따른 경량화는 중요한 요소이다.

이런 면에서 차체 및 샤시의 경량화를 위해 다양한 연구가 진행 중이며, 다양한 재료 가운데 첨단 복합재료인 복합소재(예를 들어, CFRP)는 알루미늄 무게의 2/3, 강도는 5배 정도까지 성능을 낼 수 있고, 가장 큰 경량화 효과를 거둘 수 있다.

높은 강도를 요구하는 차체 부품의 개발과 관련하여 현재까지의 경향을 살펴보면, 생산성이 높은 복합소재 성형공법의 경우 원하는 수준의 기계적 성능을 발현시키도록 연구가 진행되고 있으며, 이러한 복합소재 성형공법은 점차 생산성을 향상시키고 있으며, 자동화에 대한 연구도 함께 진행되고 있다.

또한, 가격, 생산성 및 기계적 성능을 동시에 만족할 수 있는 복합소재 성형공법을 개발하기 위해 복합소재의 기지재료 연구와 생산성 높은 성형공법의 연구가 필요하다.

복합소재 성형공법과 관련하여, 섬유원단과 열가소성/경화성 수지의 함침 효율 향상 및 그와 관련한 장비 제작 기술이 연구의 대상이며, 최근에는 고강도 복합소재를 제조하기 위해 섬유원단에 열가소성/경화성 수지를 함침하는 방법/장치에 대한 특허가 공개되고 있다.

이러한 섬유강화 복합소재 물품을 제조하기 위한 성형공법으로는 수지 이송 성형(RTM: Resin Transfer Molding)이 대표적이다.

RTM은 수지를 포함하는 강화 섬유 부재를 금형에 배치하고, 금형을 합형 시킨 상태에서 성형공간 안으로 수지를 주입하며, 주입된 수지를 강화 섬유 부재에 함침시킨 후에 경화시키는 것으로, RTM을 자동차 차체 부품 생산에 적용하기 위해서는 우수한 기계적 성능을 제공하며 경화 속도가 빠른 주입 수지의 개발이 요구된다.

한편, 강화섬유부재를 미리 가열하고, 이에 수지를 함침하기 전에, 금형을 이용하여 미리 성형하는 프리폼 성형공법이 소개되었다. 이러한, 프리폼 성형 기술과 관련하여 종래의 특허문헌으로는 한국공개특허 제10-2012-0139750호를 들 수 있다.

이와 같이, 강화 섬유 부재를 미리 성형하는 프리폼 성형공정에서, 예열장치를 통해 예열된 강화 섬유 부재를 프리폼 성형 금형의 하형 위에 배치하며, 상형을 하형에 합형시켜 강화 섬유 부재를 프리폼으로 성형한다.

그러나, 강화 섬유 부재를 성형면 위로 안착시키고, 성형된 프리폼을 외부로 배출시키는 별도의 로딩공정 및 언로딩 공정이 필요한데, 이러한 로딩/언로딩 공정을 자동화하는 이송장치에 대한 연구가 진행되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0114657호 대한민국 공개특허 제10-2012-0139750호

본 발명의 목적은 섬유원단이 수지에 의해서 적층된 강화 섬유 부재를 프리폼으로 성형하기 위해서, 강화 섬유 부재를 잡고, 이를 상하 금형 사이로 이송하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결 수단으로써, 본 발명의 실시예에 따른 이송 유닛을 구비한 성형 장치는, 하형과 상형을 포함하는 금형유닛, 및 성형될 판재를 상기 상형과 상기 하형 사이의 공간으로 이송하는 이송 유닛을 포함하고, 상기 이송 유닛은, 상기 판재의 양측 가장자리를 각각 잡도록 상기 하형의 양 측방에 대응하여 배치되는 그립수단, 상기 그립수단을 각각 지지하는 복수 개의 제1 쿠션 스프링, 및 상기 하형의 양 측방을 따라 이동하도록 상기 제1 쿠션 스프링의 하단에 구성되는 이동수단을 포함할 수 있다.

상기 그립수단과 함께 작동하도록 상기 하형의 가장자리 양측에 복수 개의 제2 쿠션 스프링을 통하여 설치되는 블랭크 홀더를 포함할 수 있다.

상기 블랭크 홀더는, 상기 그립수단의 하부에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

상기 이동수단은, 상기 제1 탄성 스프링의 하단부에 고정되는 셔틀 블록, 및상기 셔틀 블럭에 설치되는 복수 개의 롤러를 포함할 수 있다.

상기 이동수단은, 상기 하형의 양 측방을 따라 배치되는 안내레일을 따라 상기 복수 개의 롤러가 구름 접촉되어 안내될 수 잇다.

상기 그립수단은, 상기 제1 탄성 스프링의 상단에 고정되는 액추에이터, 상기 액추에이터의 상부에 구성되는 작동 블록, 및 상기 작동 블럭과 연결되어 상기 판재의 상,하면을 규제하는 클램프를 포함할 수 있다.

상기 클램프는 연결암을 통하여 상기 작동 블럭과 연결될 수 있다.

상기 작동 블럭은, 상기 액추에이터의 상부에 고정되는 고정 블록, 및 상기 액추에이터의 작동로드에 연결되는 가동 블록을 포함할 수 있다.

상기 클램프는, 상기 고정 블럭에 연결암을 통하여 연결되어 상기 판재의 하면을 지지하는 고정 클램프, 및 상기 가동 블럭에 연결암을 통하여 연결되어 상기 판재의 상면을 가압 지지하는 가동 클램프를 포함할 수 있다.

상기 상형은, 양측 상기 그립수단의 상부에 대응하여 하면 양측에 가압 작동면을 형성할 수 있다.

상기 판재는, 섬유원단을 수지를 통하여 적층하여 접합할 수 있다.

상기 섬유원단은 탄소섬유, 유리섬유, 또는 아라미드섬유를 포함할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 그립수단의 클램프가 강화 섬유 부재를 잡고 상형과 하형 사이로 이동하기 때문에, 자동화의 구현이 용이하다.

또한, 그립수단이 강화 섬유 부재를 잡고 있는 상태에서, 상형과 하형에 의해서 강화 섬유 부재가 성형되기 때문에, 성형 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 상형과 하형이 합형되는 과정에서, 그립수단의 클램프가 상형과 상기 블랭크 홀더 사이에 배치됨으로써, 그립수단의 클램프로 전달되는 하중의 일부가 상기 블랭크 홀더로 분산되고, 다른 일부는 연결 암을 통해서 제1 쿠션 스프링으로 전달되어 전체적인 그립수단의 수명을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상형과 하형에 의해서 강화 섬유 부재가 프리폼으로 성형되고 상형이 하형과 이형되는 과정에서, 그립수단의 클램프가 제1 쿠션 스프링에 의해서 상승함으로써 완성된 프리폼을 하형에서 자동적으로 분리시키는 효과가 있으며, 완성된 프리폼을 자동적으로 금형에서 언로딩하는 효과도 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 이송 유닛이 진입하기 전 상태를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 성형장치에서 이송 유닛의 일부 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 이송 유닛이 진입한 상태를 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 상형이 1차로 하강한 상태를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 성형장치에서 상형이 하형에 완전히 합형된 상태를 보여주는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 이송 유닛이 진입하기 전 상태를 보여주는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 이송 유닛을 구비한 성형 장치는 주요 구성요소들로써 상형(100), 하형(105), 블랭크 홀더(110), 제2 쿠션 스프링(115), 강화 섬유 부재(122), 레일(140), 셔틀 블럭(145), 제1 쿠션 스프링(150), 및 그립수단(130)를 포함하고, 상기 그립수단(130)는 엑추에이터(155), 작동 블럭(136), 및 클램프(132)를 포함한다.

여기서, 이송 유닛(120)은 위에서 이미 언급된 레일(140), 셔틀 블럭(145), 제1 쿠션 스프링(150), 및 그립수단(130)를 포함한다.

상기 하형(105)의 상면 중심부에 성형면이 볼록하게 돌출되어 형성되고, 상기 하형(105)의 하면 중심부에는 상기 하형(105)과 대응하는 오목한 성형면이 형성된다.

상기 하형(105)의 상면에서 양측 가장자리에는 상기 블랭크 홀더(110)가 설정높이에 배치되고, 상기 블랭크 홀더(110)는 상기 제2 쿠션 스프링(115)에 의해서 상부로 탄성적으로 지지된다.

상기 하형(105)의 양 외측에는 레일(140)이 나란하게 배치되고, 상기 레일(140)은 전후방으로 설정거리 연장된다.

상기 레일(140) 위에는 각각 상기 셔틀 블럭(145)가 배치되고, 상기 셔틀 블럭(145)은 상기 레일(140)을 따라서 이동 가능하게 배치된다.

상기 셔틀 블럭(145)의 상면에는 상기 제1 쿠션 스프링(150)의 하단부가 고정되고, 상기 제1 쿠션 스프링(150)는 상부로 연장되며, 상기 제1 쿠션 스프링(150)는 상기 셔틀 블럭(145)의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 3개가 배치된다.

상기 제1 쿠션 스프링(150)는 상기 그립수단(130)의 상기 작동 블럭(136)를 상부로 탄성적으로 지지하고, 상기 제1 쿠션 스프링(150)의 상단에는 상기 작동 블럭(136)가 배치된다.

상기 연결 암(134)은 상기 작동 블럭(136)에서 내측으로 수평 방향으로 연장되며, 상기 연결 암(134)의 선단부에 상기 클램프(132)가 배치되고, 상기 클램프(132)는 납작한 플레이트 구조를 가지며 상기 강화 섬유 부재(122)의 양측 가장자리의 상하면을 잡도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 그립수단(130)는 상기 클램프(132)를 통해서 상기 강화 섬유 부재(122)의 양측 가장자리를 잡고 있으며, 상기 셔틀 블럭(145)가 상기 레일(140)을 따라서 전방으로 움직이면, 상기 강화 섬유 부재(122)도 함께 움직인다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 성형장치에서 이송 유닛의 일부 정면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 셔틀 블럭(145)의 하부에는 롤러(200)가 배치되고, 상기 셔틀 블럭(145)은 상기 롤러(200)의 회전방향에 따라서 상기 레일(140)을 따라서 전후진할 수 있다.

여기서, 상기 셔틀 블럭(145)에는 상기 롤러(200)에 구동력을 제공하는 별도의 구동모터(미도시)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 롤러(200)는 구동모터 없이 자유롭게 회전되는 구조를 가질 수 있다.

상기 제1 쿠션 스프링(150)는 로드(151), 실린더(152), 및 탄성부재(153)를 포함한다. 상기 실린더(152)의 하단은 상기 셔틀 블럭(145)의 상면에 고정되고, 수직하게 설정높이를 가지고 배치된다.

상기 로드(151)의 하단은 상기 실린더(152)의 안쪽으로 삽입되고, 걸림턱(도면 부호 미표시) 구조를 통해서 상부로 이탈되는 것이 방지된다.

상기 탄성부재(153)는 상기 실린더(152) 내부에 배치되어, 상기 로드(151)의 하단을 상부측으로 탄성 지지한다.

상기 로드(151)의 상단부에는 액추에이터(155)가 고정되고, 상기 액추에이터의 상단에 고정 블럭(136a)이 고정되며, 상기 고정 블럭(136a)와 설정된 간격을 두고 상부에 상기 가동 블럭(136b)가 구비된다.

여기서, 상기 액추에이터(155)는 상기 고정 블록을 관통하는 작동로드를 통해서 상기 가동 블럭(136b)를 상하로 움직일 수 있다.

상기 가동 블럭(136b)에 대응하여 가동 클램프(132b)가 배치되고, 상기 고정 블럭(136a)에 대응하여 고정 클램프(132a)가 배치되며, 상기 가동 클램프(132b)와 상기 고정 클램프(132a)가 상기 액추에이터(155)의 작동에 의해서 상기 강화 섬유 부재(122)의 가장자리의 상하면에 밀착된다.

즉, 상기 액추에이터(155)가 상기 가동 블럭(136b)를 상승시키면, 상기 가동 클램프(132b)가 상기 강화 섬유 부재(122)의 상면에서 분리되고, 상기 가동 블럭(136b)를 하강시키면, 상기 가동 클램프(132b)가 상기 강화 섬유 부재(122)의 상면에 밀착된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 이송 유닛이 진입한 상태를 보여주는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 셔틀 블럭(145)가 상기 레일(140)을 따라서 전진하고, 상기 강화 섬유 부재(122)는 상기 하형(105)의 상부로 이동한 상태에서, 상기 셔틀 블럭(145)은 이동을 멈춘다.

여기서, 상기 그립수단(130)의 클램프(132)는 상기 블랭크 홀더(110)의 위치와 대응하여 그 상부 측에 배치된다.

상기 상형의 하면 양측 가장자리에는 가압 작동면(300)이 형성되고, 상기 가압 작동면(300)이 상기 클램프를 누르도록 배치되고, 상기 클램프는 상기 블랭크홀더를 누르도록 배치된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 성형 장치에서 상형이 1차로 하강한 상태를 보여주는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 상형(100)이 설정거리 하강하며, 상기 상형(100)의 하면의 양측 가장자리의 가압 작동면(300)이 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)의 상면을 누르고, 상기 그립수단(130)를 상부로 탄성 지지하는 상기 제1 쿠션 스프링(150)가 압축된다.

그리고, 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)는 상기 블랭크 홀더(110)의 상면에 접촉되고, 상기 블랭크 홀더(110)를 하부로 누를 준비를 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리폼 성형장치에서 상형이 하형에 완전히 합형된 상태를 보여주는 사시도이다.

도 5를 참조하면, 도 4의 상태에서 상기 상형(100)이 더 하강하면, 상기 하형(105)의 하면 가장자리가 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)를 누르고, 상기 클램프(132)는 상기 블랭크 홀더(110)를 하부로 누르며, 상기 제2 쿠션 스프링(115)와 상기 제1 쿠션 스프링(150)가 함께 압축된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)가 상기 강화 섬유 부재(122)를 잡고 상기 상형(100)과 하형(105) 사이로 이동하기 때문에, 자동화가 용이하고, 그립수단(130)가 강화 섬유 부재(122)를 잡고 있는 상태에서, 상기 상형(100)과 하형(105)에 의해서 강화 섬유 부재(122)가 성형되기 때문에, 성형 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 상형(100)과 하형(105)이 합형되는 과정에서, 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)가 상기 상형(100)과 상기 블랭크 홀더(110) 사이에 배치됨으로써, 상기 그립수단(130)로 전달되는 하중의 일부가 상기 블랭크 홀더(110)로 분산되고, 다른 일부는 상기 연결 암(134)을 통해서 상기 제1 쿠션 스프링(150)로 전달되어 전체적인 그립수단의 수명을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 상형(100)과 하형(105)에 의해서 상기 강화 섬유 부재(122)가 프리폼으로 성형된 상태에서, 상기 상형(100)이 하형(105)과 이형되는 과정에서, 상기 그립수단(130)의 상기 클램프(132)가 상기 제1 쿠션 스프링(150)에 의해서 상승함으로써 완성된 프리폼을 상기 하형(105)에서 자동적으로 분리시키는 이젝터 기능을 수행하는 효과도 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 쿠션 스프링(150)와 상기 제2 쿠션 스프링(115)는 스프링과 같은 탄성부재에 의해서 지지력을 제어할 수 있고, 유압/공압을 통해서 지지력을 제어할 수도 있으며, 이에 대한 구조 등에 대해서는 공지기술을 참조한다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 상형 105: 하형
110: 블랭크 홀더 115: 제2 쿠션 스프링
120: 이송 유닛 122: 강화 섬유 부재
130: 그립수단 132a: 고정 클램프
132b: 가동 클램프 132: 클램프
134: 연결 암 136a: 고정 블럭
136b: 가동 블럭 136: 작동 블럭
140: 레일 145: 셔틀 블럭
150: 제1 쿠션 스프링 151: 로드
152: 실린더 153: 탄성부재
155: 액추에이터 200: 롤러

Claims (12)

1. 하형과 상형을 포함하는 금형유닛; 및
   성형될 판재를 상기 상형과 상기 하형 사이의 공간으로 이송하는 이송 유닛; 을 포함하고,
   상기 이송 유닛은,
   상기 판재의 양측 가장자리를 각각 잡도록 상기 하형의 양 측방에 대응하여 배치되는 그립수단;
   상기 그립수단을 각각 지지하는 복수 개의 제1 쿠션 스프링; 및
   상기 하형의 양 측방을 따라 이동하도록 상기 제1 쿠션 스프링의 하단에 구성되는 이동수단; 을 포함하고,
   상기 그립수단과 함께 작동하도록 상기 하형의 가장자리 양측에 복수 개의 제2 쿠션 스프링을 통하여 설치되는 블랭크 홀더;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 블랭크 홀더는,
   상기 그립수단의 하부에 대응하는 위치에 배치되는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이동수단은,
   상기 제1 쿠션 스프링의 하단부에 고정되는 셔틀 블럭;
   상기 셔틀 블럭에 설치되는 복수 개의 롤러; 를 포함하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이동수단은,
   상기 하형의 양 측방을 따라 배치되는 안내레일을 따라 상기 복수 개의 롤러가 구름 접촉되어 안내되는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 그립수단은,
   상기 제1 쿠션 스프링의 상단에 고정되는 액추에이터;
   상기 액추에이터의 상부에 구성되는 작동 블럭; 및
   상기 작동 블럭과 연결되어 상기 판재의 상,하면을 규제하는 클램프;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 클램프는 연결암을 통하여 상기 작동 블럭과 연결되는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 작동 블럭은,
   상기 액추에이터의 상부에 고정되는 고정 블럭; 및
   상기 액추에이터의 작동로드에 연결되는 가동 블럭; 을 포함하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 클램프는,
   상기 고정 블럭에 연결암을 통하여 연결되어 상기 판재의 하면을 지지하는 고정 클램프; 및
   상기 가동 블럭에 연결암을 통하여 연결되어 상기 판재의 상면을 가압 지지하는 가동 클램프;
   로 이루어지는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 상형은,
    양측 상기 그립수단의 상부에 대응하여 하면 양측에 가압 작동면을 형성하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 판재는,
    섬유원단을 수지를 통하여 적층하여 접합한 강화 섬유 부재인 이송 유닛을 구비한 성형 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 섬유원단은 탄소섬유, 유리섬유, 또는 아라미드섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 유닛을 구비한 성형 장치.

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