KR102271610B1 - Frp 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 FRP 스프로킷 기어를 성형하기 위한 금형의 최적설계를 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 관한 것이다.
또한, FRP 소재의 열간 성형 후 제품 취출을 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 있어서, 하부 금형에 배치되되, 측면에서 상면 중앙으로 연장되는 복수 개의 제1 유로가 형성된 하부 플레이트와 상기 하부 플레이트의 상부에 배치되되, 원기둥 형태로 내부에 제1 유로로부터 연장되는 기 설정된 패턴의 제2 유로가 형성되고, 상면에는 성형할 스프로킷 기어의 하면 형상에 대응하는 제1 캐비티면이 형성된 하부 몸체와 상부 금형에 배치되되, 내부에 기 설정된 패턴으로 제3 유로가 형성된 상부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 하부에 배치되되, 원기둥 형태로 하면에는 성형할 스프로킷 기어의 상면 형상에 대응하는 제2 캐비티면이 형성된 상부 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조{cooling structure of mold for forming FRP sprocket gear}

본 발명은 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 FRP 스프로킷 기어를 성형하기 위한 금형의 최적설계를 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 수지 재질의 기어는 제조가 용이하고 가벼운 특성을 가짐에 따라, 수요가 크게 증가하고 있다.

반면, 수지 재질의 기어는 마모가 쉽게 발생하고, 내구성이 낮은 문제점이 있었다.

이에 따라, 한국공개특허 제10-2013-0090448호 "기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법"과 같이 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 기어 제조방법이 개발되었으나, 복합 섬유를 이용하여 기어를 제조할 때 금형의 냉각성능이 성형 품질, 내구성, 생산성에 큰 영향을 미치는 문제점이 있었다.

특히, 다 캐비티 금형을 통해 복수 개의 제품을 동시에 성형할 때 그 영향이 커짐에 따라, 이를 해결하기 위한 기술로써 금형의 냉각 구조를 최적설계하기 위한 필요성이 제기되고 있다.

한국공개특허 제10-2013-0090448호 "기어펌프용 플라스틱 기어의 제조방법"

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 FRP 스프로킷 기어를 성형하기 위한 금형의 냉각구조를 최적설계하기 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보다 쉽고 간단하게 냉각 유로의 배치 구조를 도출해내기 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조는 FRP 소재의 열간 성형 후 제품 취출을 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 있어서, 하부 금형에 배치되되, 측면에서 상면 중앙으로 연장되는 복수 개의 제1 유로가 형성된 하부 플레이트와 상기 하부 플레이트의 상부에 배치되되, 원기둥 형태로 내부에 제1 유로로부터 연장되는 기 설정된 패턴의 제2 유로가 형성되고, 상면에는 성형할 스프로킷 기어의 하면 형상에 대응하는 제1 캐비티면이 형성된 하부 몸체와 상부 금형에 배치되되, 내부에 기 설정된 패턴으로 제3 유로가 형성된 상부 플레이트와 상기 상부 플레이트의 하부에 배치되되, 원기둥 형태로 하면에는 성형할 스프로킷 기어의 상면 형상에 대응하는 제2 캐비티면이 형성된 상부 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 유로 및 제3 유로는 "ㄹ"자 형상으로 일정 간격(L)으로 유로가 수평하게 배열된 형태로 배치되되, 유로가 배열되는 간격(L)은 하기 수학식1에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

(수학식1)

(L : 유로의 배열 간격, r : 유로의 반지름, T₁: 성형 온도, T₂: 목표 냉각 온도, t : 목표 냉각온도 도달 시간)

또한, 상기 하부 플레이트 및 상부 플레이트는 인접한 다른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조와 접하는 형태로 배열되어 멀티 캐비티로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 몸체의 열전도율보다 150 ~ 300% 높은 열전도율을 가지고, 하부 몸체를 감싸도록 배치되는 링 형태의 가이드 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 의하면, 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 FRP 스프로킷 기어를 성형하기 위한 금형의 냉각구조를 매우 간단하고 쉽게 최적설계할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 의하면, 유로의 반지름, 성형 온도, 목표 냉각 온도, 목표 냉각온도 도달 시간만으로 보다 쉽고 간단하게 최적설계된 냉각 유로의 배열 간격을 도출해낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 냉각유로를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 하부 플레이트 및 냉각유로를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 상부 플레이트 및 냉각유로를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따라 최적설계된 냉각유로를 통한 냉각실험에 따른 온도변화를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 냉각유로의 다른 실시예를 도시한 도면.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 냉각유로를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 하부 플레이트 및 냉각유로를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 상부 플레이트 및 냉각유로를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따라 최적설계된 냉각유로를 통한 냉각실험에 따른 온도변화를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 따른 냉각유로의 다른 실시예를 도시한 도면이며, 도 1 내지 3과 도 5는 유로의 형상을 개념적으로 도시하기 위한 도면으로 절단면 및 단면표시는 생략한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조는 내구성 및 내마모도 향상을 위한 아라미드, 유리섬유와 같은 복합섬유를 이용한 FRP 소재의 기어를 열간 성형하기 위한 금형에 최적설계된 것이다.

보다 상세하게는, 냉각 유로의 최적설계를 통해 FRP 소재의 열간 성형 후 제품을 보다 용이하게 취출할 수 있는 것으로써, 하부 금형에 배치되되, 측면에서 상면 중앙으로 연장되는 복수 개의 제1 유로(5)가 형성된 하부 플레이트(1)와 상기 하부 플레이트(1)의 상부에 배치되되, 원기둥 형태로 내부에 제1 유로(5)로부터 연장되는 기 설정된 패턴의 제2 유로(6)가 형성되고, 상면에는 성형할 스프로킷 기어의 하면 형상에 대응하는 제1 캐비티면이 형성된 하부 몸체(3)와 상부 금형에 배치되되, 내부에 기 설정된 패턴으로 제3 유로(7)가 형성된 상부 플레이트(2)와 상기 상부 플레이트(2)의 하부에 배치되되, 원기둥 형태로 하면에는 성형할 스프로킷 기어의 상면 형상에 대응하는 제2 캐비티면이 형성된 상부 몸체(4)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 하부 플레이트(1)의 제1 유로(5)와 하부 몸체(3)의 제2 유로(6)가 소정의 거리로 이격되어 있을 경우, 제1 유로(5)와 제2 유로(6) 사이에 수직하게 배치되는 수직 유로(8)를 더 포함하도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 하부 몸체(3)의 제2 유로(6) 및 상부 플레이트(2)의 제3 유로(7)는 "ㄹ"자 형상으로 일정 간격(L)으로 각 유로(6, 7)가 수평하게 배열된다.

특히, 유로가 배열되는 간격(L)은 냉각수의 유속이 1m/s이고, 금형 외부의 대류조건은 5W/㎡일 때, 유로의 반지름(r), FRP 스프로킷 기어 성형 온도(T₁), 열간 성형 후 취출을 위한 목표 냉각 온도(T₂), 열간 성형 후 제품 취출까지 냉각에 소요되는 목표 냉각온도 도달 시간(t)를 바탕으로 하기 수학식1을 통해 최적설계된 유로(6, 7) 사이 거리(L)가 결정된다.

(수학식1)

(L : 유로의 배열 간격, r : 유로의 반지름, T₁: 성형 온도, T₂: 목표 냉각 온도, t : 목표 냉각온도 도달 시간)

또한, 상기 최적설계는 하나의 캐비티에 관한 것으로써, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 형태로 상기 하부 플레이트(1) 및 상부 플레이트(2)는 인접한 다른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조와 접하는 형태로 배열되어 멀티 캐비티로 구성될 수도 있다.

상기와 같이 최적설계된 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형은 도 4에 도시된 바와 같이, 최초 수지 주입이 시작된 후 형상 성형이 완료되는 시점에 해당하는 2초 후에는 중앙부가 최대 403K의 온도를 가지나, 10초 후에는 388K, 20초 후에는 369K, 60초 후에는 330K로 60초에 다다르면 제품 취출에 적합한 온도범위로 냉각이 완료된다는 것을 확인할 수 있다.

다만, 가장자리의 온도범위가 중앙부보다 높은것을 확인할 수 있으며, 이는 도 5에 도시된 바와 같은 다른 실시예에 따른 가이드 링(9)을 이용한 가장자리의 열전도효율 상승을 통해 해결할 수도 있다.

보다 상세하게는, 본 발명에 따른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조의 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 몸체(3)의 열전도율보다 150 ~ 300% 높은 열전도율을 가지고, 하부 몸체(3)를 감싸도록 배치되는 링 형태의 가이드 링(9)을 더 포함하여 가장자리부의 냉각효율 및 열전도효율을 높임으로써, 가장자리가 충분히 냉각되지 못하고 냉각이 정체되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 하부 플레이트
2 : 상부 플레이트
3 : 하부 몸체
4 : 상부 몸체
5 : 제1 유로
6 : 제2 유로
7 : 제3 유로
8 : 수직 유로
9 : 가이드 링

Claims (4)

1. FRP 소재의 열간 성형 후 제품 취출을 위한 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조에 있어서,
   하부 금형에 배치되되, 측면에서 상면 중앙으로 연장되는 복수 개의 제1 유로가 형성된 하부 플레이트와;
   상기 하부 플레이트의 상부에 배치되되, 원기둥 형태로 내부에 제1 유로로부터 연장되는 기 설정된 패턴의 제2 유로가 형성되고, 상면에는 성형할 스프로킷 기어의 하면 형상에 대응하는 제1 캐비티면이 형성된 원판 형태의 하부 몸체와;
   상부 금형에 배치되되, 내부에 기 설정된 패턴으로 제3 유로가 형성된 상부 플레이트와;
   상기 상부 플레이트의 하부에 배치되되, 원기둥 형태로 하면에는 성형할 스프로킷 기어의 상면 형상에 대응하는 제2 캐비티면이 형성된 원판 형태의 상부 몸체를 포함하며,
   상기 하부 몸체는 소정의 높이를 가지도록 형성되어, 제2 유로가 제1 유로로부터 소정의 거리로 이격되도록 구성되고, 제1 유로와 제2 유로 사이에 수직하게 배치되는 수직 유로를 포함하며,
   상기 하부 플레이트 및 상부 플레이트는 인접한 다른 FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조와 접하는 형태로 배열되어 멀티 캐비티로 구성되고,
   상기 하부 몸체의 열전도율보다 150 ~ 300% 높은 열전도율을 가지고, 하부 플레이트로부터 소정의 높이를 가지도록 돌출된 하부 몸체를 감싸도록 배치되는 링 형태의 가이드 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   FRP 스프로킷 기어 성형용 금형의 냉각구조.
   
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