KR20090050467A - 사출금형 냉각회로 설계방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사출금형 냉각회로를 설계하는 사출금형 냉각회로 설계방법에 관한 것으로서, 금형표면의 온도 분포가 균일하도록 냉각수를 순환시키는 냉각회로를 설계하는 사출금형 냉각회로 설계방법에 있어서, 냉각회로는 서로 독립적인 설계변수에 따라 설계되는 한편, 냉각회로는 냉각해석 결과 추출된 금형표면 온도분포의 표준편차가 설정범위에 포함될 때까지 설계변수가 계속 조정되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 사출금형 사이클 시간을 최소화할 수 있고, 제품 균일도를 높일 수 있으며, 제품 변형을 최소화할 수 있다.
사출 금형, 냉각회로, 설계, 줄냉각관, 배플냉각관

Description

사출금형 냉각회로 설계방법{injection mold cooling system design method}
본 발명은 사출금형 냉각회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사출금형 냉각회로를 설계하는 사출금형 냉각회로 설계방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금형은 프라스틱 제품을 생산하는 사출 금형, 철판을 이용하여 제품을 만들어 내는 프레스 금형, 금속을 녹여 플라스틱과 같이 만들어 내는 다이캐스팅 금형 등 여러 가지로 나눌 수 있으며, 이러한 금형은 제품의 원활한 생산을 위하여 통상 가동형과 고정형으로 나뉘어 제작하고 있다.
또한, 사출 금형에서 플라스틱 제품은 고온으로 용융된 재료가 높은 압력에 의하여 각각의 금형 사이로 충진되므로써 금형의 내부 형상을 따라 제품이 생산되는 것이다.
상기한 플라스틱 사출 공정은, 크게 원재료 투입공정과, 건조공정, 사출기 원료 투입공정, 사출 성형공정, 제품 취출공정, 그리고 후가공 및 포장 공정으로 이루어지는데, 상기한 사출 성형의 공정은 금형내의 용융된 수지(Resin)를 충진시 키는 사출(Injection)공정 이후에 수지를 고화시키기 위한 냉각(Cooling)공정을 포함하게 된다.
상기한 냉각 공정에서 사용되는 냉각 방식중에서, 금형의 열 전도를 균일하게 하고, 제품의 모양을 양호하게 하기 위하여 금형의 내부에 냉각수의 순환을 원활하게 하는 부품인 배플 냉각관을 구비한 사출금형 냉각회로를 이용하여 냉각 공정을 수행하는데, 종래의 사출금형 냉각 회로 설계 방법은 설계자의 경험적인 기준에서 냉각회로를 설계하는 것이었다.
즉, 종래의 사출금형 냉각회로 설계 방법은 설계자가 제품 형상에 따라 경험적인 기준을 적용하여 냉각회로를 작성한 후, 이 냉각회로를 냉각해석 프로그램을 통해 금형표면의 온도 분포도를 표시하여 그 균일도가 만족스러운 지를 확인하는 과정을 반복 수행하여 냉각회로를 설계하였다.
하지만, 이러한 방법은 설계자의 경험적인 한계가 최적설계 결과에 그대로 반영되며 정확한 설계 근거가 없어 매번 설계시에 동일한 시행착오를 반복하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 냉각회로 설계를 위한 설계변수를 선정하여 이 설계변수를 이용하여 냉각회로를 작성한 후, 사출금형 냉각해석 프로그램을 통해 냉각회로를 해석하여 이 때 추출된 금형표면 온도분포를 분석하여 사출금형 냉각회로를 작성하도록 한 사출금형 냉각회로 설계방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 금형표면 온도분포를 달성하여 사출금형 사이클 시간의 최소화와 제품 균일도를 높이고, 제품 변형을 최소화하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명의 사출금형 냉각회로 설계방법은 금형표면의 온도 분포가 균일하도 록 냉각수를 순환시키는 냉각회로를 설계하는 사출금형 냉각회로 설계방법에 있어서, 상기 냉각회로는 서로 독립적인 설계변수에 따라 설계되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각회로는 냉각해석 결과 추출된 상기 금형표면 온도분포의 표준편차가 설정범위에 포함될 때까지 상기 설계변수가 계속 조정되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각회로는 줄냉각관을 구비하고, 상기 설계변수는 동일 프로파일 상의 상기 줄냉각관 사이의 거리와 상기 줄냉각관에 대한 제품 표면에서의 깊이인 것을 특징으로 한다.
상기 냉각회로는 배플냉각관을 구비하고, 상기 설계변수는 동일 프로파일 상의 상기 배플냉각관 끝지점 사이의 거리와 상기 배플냉각관에 대한 제품 표면에서의 깊이인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 냉각회로 설계를 위한 설계변수를 선정하여 이 설계변수를 이용하여 냉각회로를 작성한 후, 사출금형 냉각해석 프로그램을 통해 냉각회로를 해석하여 이 때 추출된 금형표면 온도분포를 분석하여 사출금형 냉각회로를 작성하도록 균일한 금형표면 온도분포를 달성하여 사출금형 사이클 시간을 최소화할 수 있고, 제품 균일도를 높일 수 있다. 또한 이를 통해 제품 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 사출금형의 냉각회로 설계를 제품 설계 최종 단계에서 할 수 있으므로 써 금형 설계 단계의 작업을 단순화할 수 있고, 설계 공정의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 설계 시간을 단축할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 사출금형 냉각회로 설계방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 사출금형 냉각회로 설계방법의 순서도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 줄냉각관의 설계변수를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 배플냉각관의 설계변수를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 다른 사출금형 냉각회로 설계방법은 설계하고자 하는 냉각회로의 설계변수에 따라 냉각회로를 설계(S10)한다.
설계변수는 줄냉각관(10)에서는 동일 프로파일상의 줄냉각관(10) 사이의 거리와 줄냉각관(10)에 대한 제품 표면에서의 깊이와 및 배플냉각관(32)에서는 동일 프로파일상의 배플냉각관(32) 끝지점 사이의 거리와 배플냉각관(32) 끝지점에 대한 제품 표면에서의 깊이를 각각 독립변수로서 설계변수로 선정된다.
도 2 는 줄냉각관(11)에서의 설계변수를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 상부 금형(10)과 하부 금형(20) 각각에 다수 개의 줄냉각관(11)이 배열되어 있고, 이들 줄냉각관(11)이 배열되어 프로파일(12)을 형성한다.
여기서, 설계변수는 동일 프로파일(12) 상의 줄냉각관(11) 사이의 거리(dc) 와 줄냉각관(11)에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hc)이다.
도 3 은 배플냉각관(32)에서의 설계변수를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 상부 금형(30)과 하부 금형(40) 각각에 줄냉각관(31)이 배치되고, 이 줄냉각관(31)과 수직으로 배플냉각관(32)이 설치되며, 다수 개의 배플냉각관(32)의 끝지점에 의해 프로파일(33)이 형성된다.
여기서, 설계변수는 동일 프로파일(33) 상의 배플냉각관(32) 끝지점 사이의 거리(db)와 배플냉각관(32) 끝지점에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hb)이다.
따라서, 설계변수 즉, 동일 프로파일(12) 상의 줄냉각관(11) 사이의 거리(dc)와 줄냉각관(11)에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hc) 및 동일 프로파일(33) 상의 배플냉각관(32) 끝지점 사이의 거리(db)와 배플냉각관(32) 끝지점에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hb)를 이용하여 사출금형 프로세서에 의해 냉각회로가 설계된다.
이와 같이, 설계변수를 이용하여 냉각회로가 설계되면, 이 냉각회로를 CAE(Computer Aided Engineering)와 같은 사출금형 냉각해석 모듈이 냉각회로를 해석(S20)하여 냉각회로의 금형표면 온도분포를 분석(S30)하고 금형표면 온도분포의 표준편차를 산출한다.
아울러, 산출된 금형표면 온도분포의 표준편차가 소정 범위 이내인 지를 판단(S40)하여 표준편차가 설정 범위 이내이면, 현재 설계된 사출금형 냉각회로를 통 해 금형표면 온도의 균일성을 얻을 수 있게 된다.
한편, 표준편차가 설정 범위에 포함되지 않으면, 사출금형 냉각해석 모듈은 설계변수를 조정(S50)하고 조정된 설계변수에 따라 사출금형 프로세서가 냉각회로를 설계한 후, 사출금형 냉각해석 모듈이 상기한 과정(S20~S50)을 반복하게 된다.
그러므로, 상기한 동일 프로파일(12) 상의 줄냉각관(11) 사이의 거리(dc)와 줄냉각관(11)에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hc) 및 동일 프로파일(33) 상의 배플냉각관(32) 끝지점 사이의 거리(db)와 배플냉각관(32) 끝지점에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hb)을 조절하면서 상기한 과정(S10~S50)을 반복하게 된다.
이에 따라, 동일 프로파일(12) 상의 줄냉각관(11) 사이의 거리(dc)와 줄냉각관(11)에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hc)가 조절되는 과정에서 줄냉각관(11)은 도 2 에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 이동하게 되고 이 과정에서서 금형 표면이 균일한 온도분포를 갖도록 하는 위치에 줄냉각관(11)이 배열되게 된다.
아울러, 배플냉각관(32)은 동일 프로파일(33) 상의 배플냉각관(32) 끝지점 사이의 거리(db)와 배플냉각관(32)에 대한 제품 표면(50)에서의 깊이(hb)가 조절하는 과정을 반복하게 됨으로써, 금형 표면이 균일한 온도분포를 갖도록 하는 위치에 배플냉각관(32)이 배열되게 된다.
즉, 설계변수에 의해 설계된 냉각회로를 냉각해석하여 그 금형표면의 온도분포의 표준편차가 설정범위 이내에 들 때까지 상기한 설계변수를 조절하는 과정을 반복 수행하여 균일한 금형표면 온도를 얻을 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 사출금형 냉각회로 설계방법의 순서도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 줄냉각관의 설계변수를 나타낸 도면.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 배플냉각관의 설계변수를 나타낸 도면.

Claims (6)

  1. 금형표면의 온도 분포가 균일하도록 냉각수를 순환시키는 냉각회로를 설계하는 사출금형 냉각회로 설계방법에 있어서,
    상기 냉각회로는 서로 독립적인 설계변수에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각회로는
    냉각해석 결과 추출된 상기 금형표면 온도분포의 표준편차가 설정범위에 포함될 때까지 상기 설계변수가 계속 조정되는 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각회로는 줄냉각관을 구비하는 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 설계변수는 동일 프로파일 상의 상기 줄냉각관 사이의 거리와 상기 줄냉각관에 대한 제품 표면에서의 깊이인 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각회로는 배플냉각관을 구비하는 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 설계변수는 동일 프로파일 상의 상기 배플냉각관 끝지점 사이의 거리와 상기 배플냉각관에 대한 제품 표면에서의 깊이인 것을 특징으로 하는 사출금형 냉각회로 설계방법.
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