KR19980018404A - 합성수지로 다이캐스트 부품을 제작하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

합성수지로 다이캐스트 부품을 제작하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

열가소성 또는 가교결합 중합체를 이용해서 하나의 다이캐스트 금형에서 다수의 소형 다이캐스트 부품을 동시에 제작할 수 있는 방법으로 주입 실린더(6)와 주입 피스톤(7), 조절가능한 예연실(9)을 포함하는 주입 장치(1)가 설치된다.
스크루 콘베이어(10)로부터 운반된 금형 재료는 조절가능한 탕구의 홈(110을 거쳐 우선 예연실(9)에 이르게 되고, 두 번재 단계에서 주입 피스톤(7)을 통해 주입 노즐(8)을 거쳐 금형 공동(5)으로 운반된다.
금형 공동(5)은 각각의 금형 공동과 상관없이 채워진다. 종래 함께 응고되던 탕도가 없어지고, 특히 사출량이 적은 소형 부품을 매우 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.

Description

합성수지로 다이캐스트 부품을 제작하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 청구항 1에 따른, 합성수지(중합체 원료)를 이용한 다이캐스트 부품 제작방법과 청구항 4에 따른 사출 장치에 관한 것이다.
다이캐스트 기계에 삽입되는 부품을 사용하면 중합체를 이용하여 다이캐스트 부품을 제작할 수 있다. 합성수지 부품의 크기가 작은 경우 사출 장치에 똑같은 금형 공동(cavity) 여러 개가 포함되도록 하는 것이 일반적이다. 종래의 방식에서는 별이나 빗 모양의 탕도(runner)를 이용해서 금형 공동을 채운다. 이러한 형태의 탕도에서는 금형이 금형 부품과 함께 응고되기 때문에 이 가운데 일부만, 그것도 쌀알 조직화(regranulation)가 일어난 다음에야 비로소 재활용할 수 있게 된다.
전자 부품이나 마이크로 장치의 부품 등과 같이 크기가 너무 작아서 사출량이 적은 부품의 경우 이처럼 금형 부품과 함께 응고되는 탕도를 사용하면 실제 유용하게 사용되는 것보다 몇 배나 많은 양이 소실된다. 특히 값비싼 고성능 중합체를 금형 재료로 할 경우 제품의 가격이 지나치게 비싸지는 단점이 초래된다. 게다가 처리가 까다로운 첨가제(예를 들어 방염 가공제)를 사용하는 경우 폐기처리에 추가적인 비용이 소요된다.
부품별로 제조원가를 줄이려면 금형 당 금형 공동의 수를 최대한 늘리는 것이 바람직하다. 그러나 현대적인 고성능 중합체를 금형 재료로 하면서 하나의 금형에 금형 공동의 수를 늘리면 사출 기계의 사출 노즐을 통해 중앙으로 주탕(注湯)하는 경우 흐름 저항성(resistance to flow)과 탕도가 균일하지 않아짐으로써 종래 주입 면에서 해결할 수 없는 문제가 발생해왔다.
US 5069840으로부터 금형 부품의 접합 부분에서 나타나는 강도 약화 현상을 감소시킬 수 있도록 역압 방식 또는 진동 방식을 적용한 장치가 알려졌다. 금형 부품 하나 당 탕구(sprue)가 여러 개가 있으면 불가피하게 접합 부분이 생긴다. US 5069840에서 제안된 방식에 따르면 금형 부품에 주탕을 하기 위해서는 각각의 금형 공동에 최소한 두 개의 사출 노즐이 필요하다. 금형 재료는 금형 공동의 압탕구(feeder)와 동시에 두 개의 가압 실린더로부터 공급된다. 가압 실린더가 금형 재료로 채워지면 압탕구와의 결합 부분이 밸브를 통해 잠기고, 가압 실린더의 피스톤들이 교대로 움직이게 된다. 금형 재료는 응고될 때까지 금형 공동 안에서 진동하다가 결국 응고층끼리 서로 밀치게 된다. 이로써 접합 부분의 강도가 향상되는 것이다. 따라서 이 방법은 여러 개의 압탕구가 필요한 대형 금형 부품에 적합한 방법이며, 작은 금형 부품에 사용하기에는 소요되는 지면이 너무 넓다.
DE 41 33 435 A1은 합성수지 폐기물을 이용해서 압출 성형기가 필요한 시간 내에 금형 공동을 채우지 못할 만큼 크기가 큰 금형 부품을 만들 수 있는 방법을 제시하고 있다. 가압 실린더가 달린, 가열된 중간 저장기에 금형이 다 채워질 때까지 용융 상태의 금형 재료를 수집한다. 금형 부품의 크기가 작으면 그 반대의 문제가 발생한다. 즉, 압출 성형기가 지나치게 많은 재료를 운반하기 때문에 충분히 많은 수의 금형 부품을 동시에 제작함으로써 최소한의 재료를 운반하지 않는 이상 경제적인 제작이 불가능하다.
따라서 본 발명의 과제는 종래의 사출 기계를 이용해서 탕구는 없으면서 금형 당 금형 공동의 수가 많은, 아주 작은 크기의 부품을 제작할 수 있는 방법과 장치를 만들어내는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따라 청구항 1과 4에서 제시된 특징을 통해 해결되었다.
도 1 은 주입 장치의 구조를 일부 단면도를 이용해서 설명하는 도면.
도 2 는 주입 장치의 두 번째 실시형태의 구조를 단면도를 통해 설명하는 도면.
도 3 은 다두 노즐(multiple nozzle)이 달린 주입 실린더의 단면도를 통해 설명하는 도면.
* 부호설명
1 : 주입장치
2 : 탕구 블록
3 : 분리면(parting plane)
4 : 금형 블록
5 : 금형 공동
6 : 주입 실린더
7 : 주입 피스톤
9 : 예연실
10 : 스크루 콘베이어
11 : 탕구의 홈
12 : 조절 소자
13 : 공급관
14 : 작동 피스톤
본 발명에 의거한 방법을 통해 사출 기계의 중앙 사출 압력에 따라, 그리고 이 압력이 탕구의 홈(gate channel)을 지나면서 불가피하게 변화함에 따라 사춤 변수(filling parameter)가 좌우되던 현상을 방지할 수 있다. 용융 상태로 사출 기계로부터 금형 공동을 향해 흐르는 재료에 본 발명에 의거한 주입 실린더를 삽입함으로써 완전히 새로운 방법으로 중합체를 가공할 수 있게 되었다.
사출 기계는 우선 금형 재료를 탕구의 홈을 거쳐 주입 실린더의 예연실(ante chamber)로 밀어 넣는다. 예연실이 채워지는 과정에서는 예연실의 기하학적 형태가 단순하고, 벽이 얇기 때문에 아무런 문제도 발생하지 않는다. 그런 다음 금형 재료는 높은 압력을 받으면서 주입 실린더의 피스톤을 통해 곧바로 금형 공동으로 사출된다.
금형 재료의 사춤 변수와 가공 변수는 이와 같이 압력을 이용한, 유체공학적인 분리 방법을 통해 각각의 금형 공동에 최적화된다. 금형을 채우기 위한 사출압력이 사출 기계로부터의 집중 방식이 아닌, 주입 실린더로부터 분산적인 방식으로 전달되며, 금형 재료가 곧바로 금형 공동에 이르게 되기 때문이다. 주입 실린더의 피스톤은 개별적으로 또는 공동으로 작동시킬 수 있는데, 이때 실린더를 작동시키는 힘은 수압이나 공기압, 기계압을 이용해서 얻을 수 있다. 주입 실린더의 피스톤을 공동으로 작동시키는 경우 각각의 피스톤을 스프링으로 분리해서 공차(tolerance)를 상쇄시키는 것이 유리하다.
탕구의 홈과 주입 실린더는 가공해야 할 중합체 원료의 조건에 맞게 조절된다. 열가소성 물질을 가공하는 경우 금형 재료가 용융 상태로 높은 압력을 받으면서 공동으로 주입될 수 있도록 탕구의 홈과 주입 실린더를 뜨겁게 달구어서 소위 열 수로(hot channel)로 만든다. 이와는 달리 금형 공동이 있는 금형 블록(form block)은 용융 상태의 재료를 응고시켜 금형에서 떼어낼 수 있도록 냉각된다.
가교결합을 이루는 중합체(예를 들어 고무)를 가공하려면 위와 반대의 방식으로 조절해야 한다. 탕구 블록은 냉각하고, 금형 블록은 가열함으로써 합성수지가 금형 공동에 이르러서야 가교결합하여 응고될 수 있도록 한다. 본 발명에 의거한 방법과 장치를 적절히 조절하면 두 가지 종류의 중합체에 사용할 수 있다.
주입 실린더를 초슬림형으로 제작함으로써 나란히 배열하였을 때 단위 면적당 밀도를 높이고, 그 결과 금형 하나 당 금형 공동의 수를 늘릴 수 있다.
주입 실린더는 개별적으로 조절할 수도 있고, 아니면 여러 개의 주입 실린더를 조절되는 하나의 열 블록(heat block) 안에 설치할 수 있다. 주입 실린더를 개별적으로 조절하는 경우 각각의 금형 공동에 대해 미세한 조절이 가능해지는 반면, 블록을 조절하는 경우에는 주입 실린더를 더욱 밀집하게 배치할 수 있고, 기구도 단순해진다.
다음은 도면을 이용해서 본 발명의 실시예를 한층 더 자세히 설명한 것이다.
도1은 사출 과정에서 분리면(parting plane)(3)이 금형 블록(4)에 압착되는 탕구 블록(2)이 달린 주입 장치(1)를 보여준다. 이 금형 블록(4)에는 금형 공동(5)이 있어 용융 상태의 합성수지를 받아들이게 된다. 탕구 블록(2)에는 주입 실린더(6)가 배열되어 있는데, 주입 실린더(6)가 분리면(3)까지 이어져 있어서 주입 피스톤(7)이 그 안에서 운동할 수 있다. 각각의 주입 실린더(6)에서 분리면(3) 쪽으로 향한 면에는 횡단면이 작은 주입 노즐(8)이 설치되어 있다. 주입 피스톤(7)은 주입 실린더(6) 안에서 정지 상태일 때 주입 노즐(8)과, 주입 피스톤(7)에서 주입 노즐 쪽을 향한 면(7') 사이에 용융 상태의 합성 수지를 받아들이는 예연실(9)이 형성될 수 있는 상태가 된다. 용융 상태의 합성 수지는 그 구조가 제시된 스크루 콘베이어(10)로부터 예연실(9)의 조절가능한 탕구의 홈(11)을 거쳐 운반된다.
가열 소자(heating element) 및 냉각 소자(cooling element) 형태의 조절 소자(12)가 주입 실린더(6)와 탕구의 홈(11)을 조절하는 역할을 한다.
주입 실린더(7)를 작동시키기 위해 압력 매체(pressure medium)를 주입 실린더(6)에 운반할 수 있는 공급관(13)이 설치되었다. 주입 실린더(6)는 주입 피스톤(7)과 연결된 작동 피스톤(14)에 영향을 미친다.
주입이 진행되는 과정에서 주입 피스톤(7)은 우선 도1에 설명된 것처럼 정지 상태에 있게 된다. 스크루 콘베이어(10)로부터 운반된 용융 상태의 합성수지는 예연실(9)에 도착한다. 압력 매체가 작동 피스톤(14)을 움직이면 주입 피스톤(7)이 주입 노즐(8) 방향으로 움직이고, 예연실(9)에 있는 용융 상태의 합성수지를 금형 공동(5)으로 운반한다.
주입 과정이 완료되면 유입되는 용융 상태의 합성수지의 영향으로 주입 피스톤(7)이 정지 상태로 복귀하게 되는데, 이때 예연실(9)은 다시 용융 상태의 합성수지로 채워진다. 그 결과 주입 장치(1)는 다시 다음 주기를 개시하기 위한 대기 상태가 된다. 예연실(9)에 있는 용융 상태의 합성수지는 가공할 수 있도록 조절된 상태가 되고, 금형 공동(5) 속의 금형 부품은 적절한 조절 과정을 거쳐 원하는 상태에 놓이게 된다.
도2는 본 발명의 두 번째 실시예를 보여주는 것으로 이 실시예에서는 주입 실린더(16)가 다시 탕구 블록(15)에 놓이게 된다. 주입 실린더(16)마다 하나의 주입 노즐(17)이 설치되고, 내부에 각각 하나의 주입 피스톤(18)이 들어있어 운동한다. 탕구 블록(15)과 분리된 상태로 이동이 가능한 워킹 빔(walking beam)(19)이 뻗어 있는데, 워킹 빔(19)에는 주입 피스톤(18)의 플런저(21)가 이동이 가능한 형태로 들어있는 블라인드 홀(blind hole)(20)이 있다. 블라인드 홀(20)은 링 볼트(22)로 폐쇄할 수 있으며, 나사(22)와 플런저(21) 사이에는 한 세트의 보정 스프링(compensating spring)(23)이 배치되어 있다. 워킹 빔(19)은 리프팅 실린더(lifting cylinder)(24)의 피스톤 막대(24')와 연결되어 있다. 이 실시예에서도 주입 피스톤(18)과 주입 노즐(17) 사이에 예연실(25)이 설치되어 조절가능한 탕구의 홈(26)을 따라 용융 상태의 합성수지를 운반할 수 있다.
본 실시예에서는 주입 노즐(17)이 정지 상태에 있으면 폐쇄 기관(27)의 원추형 끝(28)이 마찬가지로 원추형인 주입 노즐(27)에 꼭 끼워짐으로써 폐쇄된다. 폐쇄 기관(27)은 주입 피스톤(18)의 세로 구멍(29)을 통해 또 하나의 워킹 빔(30)에까지 이르게 되는데, 이 워킹 빔(30)은 또 다른 리프팅 실린더(31)의 피스톤 막대(31')를 가지고 작동할 수 있다. 이때 폐쇄 기관(27)은 워킹 빔(30)과 단단하게 결합되어 있다.
본 실시예는 원칙적으로 첫 번째 실시예에서 설명된 것과 같은 방법으로 작동되지만, 정지 상태에서 우선 주입 노즐(17)이 폐쇄된다는 점이 다르다. 그러나 주입 피스톤(18)을 통해 주입을 시작하기에 앞서 폐쇄 기관(27)이 워킹 빔(30)을 통해 위로 끌어 당겨짐으로써 폐쇄 기관(27)이 차단하고 있던 분사 노즐(17)이 열리게 된다. 워킹 빔(19)이 작동하면서 용융 상태의 합성수지가 분사 노즐(17)을 통해 사출되도록 주입 피스톤(18)과 동시에 움직이면 주입이 시작된다.
보정 스프링(23)은 각각의 주입 피스톤(18)이 기계적으로 서로 분리됨으로써 일체의 공차가 상쇄되도록 하는 기능을 한다.
주입 피스톤(18)이 복귀하고 폐쇄 기관(27)의 끝(28)이 주입 노즐(17)에 끼워지면 용융 상태의 합성수지가 다시 탕구의 홈(26)을 따라 예연실(25)로 운반되고, 주입 장치는 다음 주기를 개시하기 위한 대기 상태가 된다.
도3은 주입 장치에 관한 또 하나의 실시예로서 하나의 주입 장치로 작동할 수 있을 만큼 작은 크기의 금형 공동(32)이 설치된 주입 장치를 보여준다. 이를 위해 주입 노즐(33)에 여러 개의 배출로(output channel)(34)가 설치되어 있다. 각각의 배출로(34)는 하나의 금형 공동(32)으로 이어진다.
금형 공동(5)은 각각의 금형 공동과 상관없이 채워진다. 종래 함께 응고되던 탕도가 없어지고, 특히 사출량이 적은 소형 부품을 매우 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.

Claims (12)

  1. 열가소성 또는 가교결합 중합체를 이용해서 하나의 다이캐스트 금형에서 다수의 소형 다이캐스트 부품을 동시에 제작할 수 있는 방법에 있어서,
    용융 상태의 금형 재료가 운반되는, 조절가능한 홈이 있는 탕구 블록 및
    각각의 금형 공동에 하나의 주입 노즐 배출로가 할당되어 있고, 스크루 콘베이어(10)로부터 운반된 금형 재료가 탕구의 홈(11, 26)을 거쳐 곧바로 할당된 금형 공동(5)의 내용적과 일치하는 예연실(9, 25)로 유입되지만, 금형 재료가 이 단계에서 금형 공동(5, 32)에 이르지 않고, 두 번째 단계에서 주입 피스톤(7, 18)에 의해 주입 노즐(8, 17, 33)을 거쳐 금형 공동(5, 32)에 이르도록 압착되며, 이때 주입 피스톤(7, 18)을 통해 발생된 사출 압력이 스크루 콘베이어(10)의 송출 압력의 영향을 받지 않는 다수의 금형 공동이 있는 금형 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 예연실(9, 25)에 이르는 탕구의 홈(11, 26)의 길이를 자유롭게 선택할 수 있고, 이 길이가 금형 공동(5, 32)을 채우는데 아무런 영향도 미치지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 용융 상태의 합성수지를 정지 상태일 때 폐쇄되어 있던 주입 실린더(16)의 주입 노즐(17)이 열린 다음 금형 공동(5, 32)으로 운반할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 의거한 방법을 실시하기 위한 주입 장치에 있어서,
    주입 실린더(6, 16)와 주입 피스톤(7, 18), 주입 노즐(8, 17, 33), 주입 피스톤(7, 18)의 작동 장치를 포함하며, 주입 실린더(6, 16)와 주입 피스톤(7, 18), 주입 노즐(8, 17, 33)이 예연실(9, 25)을 형성하고, 하나의 축 위에 배열되며, 이때 예연실(9, 25)이 조절가능한 탕구의 홈(11, 26)을 통해 스크루 콘베이어(10)와 연결된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 주입 노즐(33)에 각각의 배출로(34)가 하나의 금형 공동(32)으로 이어지는 여러 개의 배출로(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항에 있어서, 주입 노즐(17)을 폐쇄하기 위해 주입 실린더(16) 속에 축 방향으로 이동가능한 폐쇄기관(27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항 또는 6항에 있어서, 폐쇄 기관(27)이 하나의 주입 노즐에 포함된 여러 개의 배출로(34)를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 폐쇄 기관(27)이 주입 피스톤(18)의 세로 구멍(29)에 이동이 가능한 형태로 설치도는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제4항 내지 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 주입 피스톤(18)에서 예연실(25)과 마주 보고있는 면(18')에 보정 스프링(23)이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제4항 내지 9항 중의 어느 한 항에 있어서, 탕구 블록(2, 15)에 용융 상태의 합성수지가 탕구의 홈(11, 26)과 예연실(9, 25)에서 주입 노즐(8, 17, 33)에 이르기까지 합성수지의 가공 온도를 유지해 주는 조절 소자(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 조절 소자(12)가 그때그때 주입 실린더(6)에 할당되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 블록별로 배치된 주입 실린더(16)를 조절하기 위해 조절 소자(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1019970037448A 1996-08-10 1997-08-06 합성수지로다이캐스트부품을제작하기위한방법및장치 KR100691907B1 (ko)

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