KR102144447B1

KR102144447B1 - 알루미늄 압출금형 냉각장치

Info

Publication number: KR102144447B1
Application number: KR1020200002239A
Authority: KR
Inventors: 박규혁
Original assignee: 에이엘코아 주식회사
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-08-13

Abstract

본 발명은 알루미늄 압출금형 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소가스의 공급을 상부로부터 공급되게 구성하고, 질소 배출로를 상부보다 하부가 많거나 넓게 구성함으로써, 상대적으로 온도가 높은 압출금형의 상부로의 우선 공급과 하부의 질소 흐름양을 증대시켜 압출금형의 상부 및 하부의 냉각 편차를 줄여주게 되는 등 압출금형의 상하 균일한 냉각이 가능하게 하며, 이에 따른 압출 제품의 품질을 향상시키기 위한 알루미늄 압출금형 냉각장치에 관한 것이다.

Description

알루미늄 압출금형 냉각장치{Cooling apparatus of Aluminum extruding die}

본 발명은 알루미늄 압출금형 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상대적으로 온도가 높은 상부로부터 공급 및 하부의 배출양이 증대되게 구성함으로써, 압출금형의 전체적인 균일한 냉각이 가능하게 하는 알루미늄 압출금형 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄 압출은 자동차 등 내구성이 요구되는 분야에서 알루미늄 압출물을 예열된 압출기를 통과하여 압출물을 뽑아내며 이 압출물을 냉각수로 냉각하고 제품을 생산하였다. 그러나 이러한 제품은 기계적 강도가 미달되고 전체적인 경도가 불균일하게 형성되어 생산성이 저하하는 것으로 알려져있다.

이러한 일반적인 알루미늄 압출 과정은 빌렛을 압출 온도로 가열하여 압출금형을 통해 밀어내는 것으로서 하나의 압출기로 여러 형태의 제품을 제조할 수 있어 다양한 재료가 많이 사용된다. 그 중에서도 가장 많이 사용되는 알루미늄은 전기적인 양도체로서, 비중이 작아서 자동차 선박 철도 등에 사용되며 대기 중에서 내식성이 강하고 인체에 해가 없어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 또한, 전성, 연성의 특성이 있어 모든 형태로 가공 가능하며 대부분 압출 공정을 이용하여 생산된다. 그러나 이러한 장점이 있는 반면, 원재료인 알루미늄 빌렛(Billet)이 압출금형을 통과하는 과정 중에 마찰로 인한 압출 온도, 알루미늄 제품의 표면 산화 등의 여러 가지 문제로 인해 생산성이 좋지 못했다.

통상, 알루미늄 압출은 빌렛을 480도 내지 580도로 가열하여 사용하는데 액체질소를 저장 탱크로 저장하고, 압출기 램이 전진하여 압출금형 형상에 의해 알루미늄 제품이 압출기를 통과하여 압출되나, 위에서 상술된 바와 같이, 압출 과정 중에 발생 되는 문제점인 마찰열에 의해 압출금형 온도가 상승하여 압출 공정에 속도를 올리지 못해 압출 제품의 생산량이 저하되는 것이 가장 큰 문제점이다.

이에, 통상 알루미늄 압출은 기체 상태의 질소를 압출금형에 공급하여 금형의 압출 마찰열을 냉각하였다.

그러나 일반적인 질소 냉각 장치는 일정한 양의 질소를 공급하게 되는 것인바, 불필요하게 낭비되는 질소가 상당하였으며, 특히 질소의 흐름이 원활하지 못하여 압출금형의 전체적인 균일한 냉각이 이루어지지 못하였으며, 이러한 냉각 편차로 인해 압출 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국특허등록 제10-1849498호. 대한민국특허등록 제10-1878283호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 질소가스의 공급을 상부로부터 공급되게 구성하고, 질소 배출로를 상부보다 하부가 많거나 넓게 구성함으로써, 상대적으로 온도가 높은 압출금형의 상부로의 우선 공급과 하부의 질소 흐름양을 증대시켜 압출금형의 상부 및 하부의 냉각 편차를 줄여주게 되는 등 압출금형의 상하 균일한 냉각이 가능하게 하며, 이에 따른 압출 제품의 품질을 향상시키기 위한 알루미늄 압출금형 냉각장치를 제공함 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 알루미늄 압출금형의 둘레를 감싸 가열된 알루미늄 압출금형을 냉각시키는 압출금형 냉각장치에 있어서,

압출 성형물이 통과할 수 있도록 중앙이 관통된 "환형" 형태로 내주면에는 질소가 순환되는 환형 질소 순환로(110)가 형성되고, 상부 외주면에는 별도의 질소 공급장치와 연결되어 상기 질소 순환로(110)로 액체질소를 공급하기 위한 질소 공급관(120)이 질소 순환로(110)와 연통되도록 형성된 질소 공급부(100); 및

상기 질소 공급부(100)의 후단부로부터 연장되며, 압출금형의 둘레를 감싸 공급되는 액체질소를 압출금형과 접촉시키는 전후 관통형 냉각챔버(200)를 포함하여 구성하되,
상기 냉각챔버(200)에는,

삭제

중심으로부터 방사상으로 다수열을 이루게 형성되며, 각각은 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태를 이루게 구성되며, 각각의 전단부는 상기 질소 공급부(100)의 후단부와 연결되어 액체질소를 공급받아 후단부로 배출 유도하는 다수열의 질소 배출로(210)(210')를 포함하여 구성

이때, 상기 냉각챔버는,

질소 공급부로부터 질소 배출로의 후단부으로 갈수록 점차 넓어지는 직경을 이루는 나팔관 형태를 이루게 구성하여 공급되는 질소가 후방으로 확장 분포되게 구성하며,

또한, 상기 다수열의 질소 배출로는,

각각의 질소 배출로(210)(210')는 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 냉각챔버(200)의 중심을 기준으로 상부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 점차 넓어지는 폭을 이루게 구성하거나

각각의 질소 배출로(210)(210')는 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 동일한 폭을 이루되, 냉각챔버(200)의 중심으로 기준으로 상부 내주면 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 오목한 홈이 점차 많아지는 수량을 이루게 구성하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이상과 같이 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치는, 질소가 압출금형의 상부로 우선 공급되게 구성하여 상대적으로 온도가 높은 상부의 우선 냉각이 가능하고, 하부의 질소 배출로가 증대되게 구성하여 하부 흐름양의 증대가 가능하게 구성된 것인바, 질소 공급 순서 및 흐름양에 따른 압출금형의 전체적인 균일한 냉각이 가능하게 되며, 이에 따른 제품의 품질 향상이 가능한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 사시도.
도 2는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 정면도.
도 3은 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 측 단면도.
도 4는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 질소 배출로 다른 실시예도.
도 5는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 질소 배출로 또 다른 실시예도.
도 6은 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 작동상태도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 측 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치(1)는 질소 공급부(100)와, 냉각챔버(200)로 구성된다.

먼저, 질소 공급부(100)는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치(1)를 구성함에 있어, 압출금형을 냉각시키기 위한 액체질소를 공급받을 수 있게 구성된다.

이를 위해, 질소 공급부(100)는 압출 성형물이 통과할 수 있도록 중앙이 관통된 "환형" 형태를 이루게 구성된 것으로, 그 내주면에는 환형 형태의 질소 순환로(110)가 구성된다.

또한, 질소 공급부(100)에는 그 상부에 상기 질소 순환로(110)의 상단부와 연결되어 별도의 질소 공급장치(도면중 미도시함)로부터 액체질소를 공급받아 질소 순환로(110)로 공급하기 위한 질소 공급관(120)이 구성된다.

즉, 질소 공급부(100)는 질소 공급장치로부터 액체질소를 공급받을 수 있게 되며, 그 공급된 액체질소를 질소 순환로(110)를 통해 순환 가능하게 구성된다.

특히, 질소 공급부(100)는 질소를 공급하기 위한 질소 공급관(120)을 질소 순환로(110)의 상단부 내주면과 연결되게 구성함으로써, 공급되는 질소가 압출금형의 상부와 먼저 접촉될 수 있게 구성된다.

상기 냉각챔버(200)는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치(1)를 구성함에 있어, 상기 질소 공급부(100)로부터 공급되는 액체질소를 압출금형의 둘레로 고르게 공급 및 압출금형에 액체질소가 고르게 접촉할 수 있도록 구성된 것으로, 압출금형의 외경보다 소정 큰 직경을 이루는 원통 형태를 이루게 구성되며, 질소 공급부(100)의 후단으로부터 연장되게 구성된다.

한편, 본 발명에서 상기 냉각챔버(200)는 후술하는 질소 공급부(100)를 전방으로 했을때 질소 배출로(210)(210')의 후단부으로 갈수록 점차 넓어지는 나팔관 형태의 직경을 이루게 구성된 것으로, 공급되는 액체질소가 질소 배출로(210)(210')의 전단부에 후단부로 갈수록 점차 확장 분포되게 구성된다.

이를 위해, 냉각챔버(200)에는 그 내주면에 상기 질소 순환로(110)로 공급되는 액체질소를 압출금형의 둘레로 분산시키기 위한 다수의 질소 배출로(210)(210')가 구성된다.

이때, 본 발명에서 질소 배출로(210)(210')는 냉각챔버(200)의 중심으로부터 방사상으로 다수열을 이루게 구성된 것으로, 각각은 만곡한 곡률을 이루는 오목한 "홈" 형태를 이루게 구성되며, 각각의 일단은 질소 공급부(100)와 연결되어 질소 순환로(110)를 통해 순환되는 액체질소를 공급받아 배출하게 구성된다.

한편, 본 발명에서 상기 질소 배출로(210)(210')는 냉각챔버(200)에 방사상으로 구성함에 있어, 그 상부측과 하부측을 서로 달리 구성하여 상부보다 하부에 많은 양의 액체질소의 배출이 가능하게 구성된다.

이를 위해, 질소 배출로(210)(210')는 먼저, 도 4를 참조하여 각각의 질소 배출로(210)(210')의 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 냉각챔버(200)의 중심을 기준으로 상부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 점차 넓어지는 폭을 이루게 구성할 수 있다.

삭제

또한, 질소 배출로(210)(210')는 도 5를 참조하여 각각의 질소 배출로(210)(210')의 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 동일한 폭을 이루게 구성하되, 냉각챔버(200)의 중심으로 기준으로 상부 내주면 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 오목한 홈이 점차 많아지는 수량을 이루게 구성할 수 있다.

삭제

즉, 본 발명에서 상기와 같이 질소 배출로(210)(210')를 따라 흐르는 질소량을 달리함은, 액체질소는 질소 공급관(120)을 통해 상부로 공급되는 것인바, 동일한 양의 흐름 및 배출이 가능하게 하여 압출금형 전체에 균일한 냉각이 가능하게 하기 위함이다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치(1)는 알루미늄 성형물을 압출 성형하는 과정에서 압출금형에 발생되는 열기를 고르게 냉각함으로써, 압출 성능의 향상과 고품질의 성형물을 얻을 수 있게 된다.

이를 위해, 도 6을 참조하여 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치(1)는 전방으로부터 코어(11a)를 갖는 브리지(11)와 성형홀(12a)를 갖는 다이(12)와 인출홀(13a)를 갖는 백커(13)로 구성된 압출금형(10)을 감싸되, 바람직하게는 냉각챔버(200)를 통해 압출금형(10)을 전단부로부터 후단부로 갈수록 점차적으로 압출금형(10)과 간격을 넓어지도록 감싸게 장착되며, 질소 공급관(120)이 상부에 위치되게 구성된다.

이에, 상기와 같이 구성된 압출금형 냉각장치(1)를 이용한 냉각 작동을 살펴보면,

통상의 압출금형(10)은 빌렛이 다이(12)에서 압출되는 과정에서 고열이 발생하게 되는 것으로, 이때 본 발명에서는 액체질소를 압출금형(10)으로 공급하여 줌으로 그 압출금형(10)을 냉각 및 고품질의 성형물을 얻을 수 있게 된다.

즉, 압출 과정에서 질소 공급관(120)으로는 별도의 질소 공급징치로부터 질소 공급부(100)의 상단부 즉, 질소 순환로(110)의 상단부로 액체질소가 공급되게 되는 것으로, 그 공급된 액체질소는 질소 공급부(100)의 질소 순환로(110)를 통해 상부로부터 하부로 순환 이동하게 된다.

이때, 질소 순환로(110)로 공급되는 액체질소는 먼저, 그 상부에서 냉각챔버(200)의 중심으로 기준으로 상부에 배치되는 질소 배출로(210)로 유입되는 것인바, 우선적으로 압출금형(10)의 상부와 접촉하여 냉각을 수행 및 냉각챔버(200)의 후방으로 배출되게 된다.

또한, 질소 순환로(110)에서 냉각챔버(200)의 중심으로 기준으로 하부로 이동된 액체질소는 마찬가지로 냉각챔버(200)의 하부에 배치되는 질소 배출로(210')로 유입되는 것인바, 압출금형(10)의 하부와 둘레 및 하부와 접촉하여 냉각을 수행 및 냉각챔버(200)의 후단부로 배출되게 된다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 질소 배출로(210)(210')를 통해 배출되는 액체질소의 양이 상부에서는 비교적 적고, 하부로 갈수록 점차 많은 양을 이동시키게 되는 것으로, 이는 질소 배출로(210)(210')의 구성에 의해 가능하게 된다.

상세히 설명하면, 도 4를 참조하여 각각의 질소 배출로(210)(210')의 구성을 상부의 폭보다 하부로 갈수록 점차 넓어지는 폭을 이루게 실시할 수 있다

또한, 도 5를 참조하여 각각의 질소 배출로(210)(210')의 구성을 상부의 수량보다 하부로 갈수록 점차 많아지는 수량을 이루게 구성할 수 있다.

즉, 최초 질소 공급부(100)의 상부에서 공급되는 액체질소는 질소 순환로(110)로부터 냉각챔버(200)의 상부에 배치되는 질소 배출로(210)(210')로 우선 유입되어 압출금형(10)의 상부 냉각을 먼저 수행하게 되는 것인바, 온도가 상대적으로 높은 상부부터 접촉되어 냉각이 이루어지게 되며, 또한 상부보다 늦게 액체질소가 접촉되어 상부 냉각에 맞춰 하부 냉각을 수행하게 된다.

일예로, 액체질소의 공급을 비교적 온도가 낮은 측면 또는 하부로 공급시키고, 질소 배출로(210)(210')을 방사상으로 동일하게 구성하게 되면, 압출금형(10)의 둘레에 대하여 동일한 액체질소의 양이 접촉되는 것인바, 비교적 온도가 낮은 측면 및 하부에서는 원활한 냉각이 이루어질지 몰라도 온도가 높은 상부에서는 원활한 냉각이 이루어지지 않게 되는 것인바, 제품의 압출 생산 과정에서 압출금형(10)의 온도 편체로 인한 성형 불량이 발생할 수 있게 된다.

이에, 본 발명에서는 공급되는 액체질소의 압출금형(10)과의 접촉순서 및 접촉량을 조절하여 줌으로 상부 및 하부의 균일한 냉각이 가능하게 하여, 압출 성능의 유지 및 고품질의 제품을 압출 생산할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 냉각챔버(200)가 질소 공급부(100 방향의 전단부로부터질소 배출로(210)(210')의 후단부로 갈수록 점차 넓어지는 확장형으로 구성된 것인바, 배출되는 액체질소가 최초 압출금형(10)과 접촉 위치에서는 유속을 빨리하고, 후방으로갈수록 유속이 감소되게 구성된 것으로, 이는 비교적 온도가 높은 전단부측에서는 유속 증대에 따른 신속한 냉각이 가능하게 하고, 후단부로 갈수록 많은 양의 액체질소와 접촉되어 냉각이 가능하게 하는 등 이 또한 전체적으로 고른 냉각이 가능하게 될 것이다.

이상에서와 같이 본 발명 알루미늄 압출금형 냉각장치는 공급되는 액체질소의 상부로부터 하부로 갈수록 접촉되는 시간차와 공급량을 조절함으로써, 압출금형의 온도 편차를 효과적으로 해결하여 항시 균일한 냉각이 가능하게 하며, 이에 따른 냉각 성능의 향상 및 고품질의 제품을 얻을 수 있게 된다.

100 : 질소 공급부 110 : 질소 순환로
120 : 질소 공급관
200 : 냉각챔버 210,210' : 실소 배출로

Claims

알루미늄 압출금형의 둘레를 감싸 가열된 알루미늄 압출금형을 냉각시키는 압출금형 냉각장치에 있어서,
압출 성형물이 통과할 수 있도록 중앙이 관통된 "환형" 형태로 내주면에는 질소가 순환되는 환형 질소 순환로(110)가 형성되고, 상단부 외주면에는 별도의 질소 공급장치와 연결되어 상기 질소 순환로(110)로 액체질소를 공급하기 위한 질소 공급관(120)이 질소 순환로(110)와 연통되도록 형성된 질소 공급부(100); 및
상기 질소 공급부(100)의 후단부로부터 연장되며, 압출금형의 둘레를 감싸 공급되는 액체질소를 압출금형과 접촉시키는 전후 관통형 냉각챔버(200)를 포함하여 구성하되,
상기 냉각챔버(200)에는,
중심으로부터 방사상으로 다수열을 이루게 형성되며, 각각은 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태를 이루게 구성되며, 각각의 전단부는 상기 질소 공급부(100)의 후단부와 연결되어 액체질소를 공급받아 후단부로 배출 유도하는 다수열의 질소 배출로(210)(210')를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 알루미늄 압출금형 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 냉각챔버(200)는,
질소 공급부(100)로부터 질소 배출로(210)(210')의 후단부로 갈수록 점차 넓어지는 직경을 이루는 나팔관 형태를 이루게 구성하여 공급되는 질소가 후방으로 확장 분포되게 구성함을 특징으로 하는 알루미늄 압출금형 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 다수열의 질소 배출로(210)(210')는,
각각의 질소 배출로(210)(210')는 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 냉각챔버(200)의 중심을 기준으로 상부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 점차 넓어지는 폭을 이루게 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출금형 냉각장치.
제 1항에 있어서,
상기 다수열의 질소 배출로(210)(210')는,
각각의 질소 배출로(210)(210')는 만곡한 곡률을 이루는 오목한 홈 형태의 폭이 동일한 폭을 이루되, 냉각챔버(200)의 중심으로 기준으로 상부 내주면 배치되는 질소 배출로(210)에서 하부 내주면에 배치되는 질소 배출로(210')로 갈수록 오목한 홈이 점차 많아지는 수량을 이루게 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출금형 냉각장치.