KR20100092834A - 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형은 상호 결합되어 송풍팬의 허브 성형공간과 이 허브 성형공간으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간을 형성하며 쾌속조형법에 의해 제작된 상하부 금형을 구비하며, 상기 블레이드 성형공간과 대응되는 상하부 금형의 블레이드 성형부에 상호 독립적으로 형성되며 각각 냉각수의 유입구와 유출구를 가지는 냉각수로들이 형성된다.
본 발명에 따른 사출금형은 송풍팬의 블레이드 사출성형부에 복수개로 분리되며 독립적인 형상적응 냉각수로들을 형성하여 송풍팬의 성형 시 성형품의 균일하게 냉각시킬 수 있으며, 나아가서는 냉각불량에 의한 회전중심의 어긋남을 방지할 수 있다.
쾌속금속조형법, 형상적응, 냉각수로, 사출금형, 송풍팬

Description

분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형{Injection mold with conformal cooling channel for manufacturing plastic fans}
본 발명은 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형에 관한 것으로서, 사출성형 시 성형품인 송풍팬을 냉각시키기 위한 냉각수로가 개선된 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형에 관한 것이다.
일반적으로 송풍 팬은 기계, 전자, 전기 등 각종 분야에서 송풍이나 냉각용 등의 다양한 용도로 사용되고 있다. 이러한 송풍 팬은 중심에 형성된 허브와, 허브에서 방사상 형상으로 형성된 다수의 블레이드들을 구비한다. 이러한 송풍팬은 수지를 이용한 사출성형에 의해 제작될 수 있다.
사출금형(射出成形, injection mold)에 의한 송풍 팬의 성형은 수지를 용융시켜 성형공간에 주입한 후 냉각시켜 추출하게 되므로 사출금형의 상부금형과 하부금형 또는 코어에는 용융되어 주입된 수지를 냉각시키기 위한 별도의 냉각수단이 구비된다.
한편, 허브로부터 방사상으로 형성된 복수개의 블레이드는 그 두께가 매우 얇고, 공기의 정압과 부압을 발생시킬 수 있도록 경사지게 형성되어 있으므로 냉각 수로의 형성이 매우 어렵고, 냉각수로에 의해 냉각이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 있다. 그리고 균일한 규격 및 블레이드가 왜곡되지 않은 송풍팬의 성형이 어렵다.
냉각수로는 블레이드와 대응되는 상부금형과 하부금형의 블레이드 성형부의 가장자리의 궤적을 따라 형성되는데, 곡면부위, 특히 꺽이는 부위의 곡율반경이 상대적으로 작아 냉각을 위한 냉각수로의 충분한 확보가 어렵다. 상부금형 또는 하부금형에 형성된 냉각수로는 기계적인 가공에 의해 형성되므로 성형공간의 표면을 따라 균일한 깊이로 성형하기 어렵고, 제품 성형 시 냉각수로의 유입구와 유출구의 냉각수 온도편차가 심하여 충분한 냉각효과를 기대하기 어렵다.
상기와 같이 송풍팬의 사출성형 시 냉각불량은 성형된 송풍팬 블레이드의 변형을 유발시키게 되고, 결과적으로 송풍팬의 구동 시 진동 및 소음발생의 원인이 된다.
종래 기술에 의한 팬 제조용 사출금형의 구성은 대한민국 공개특허 10-2004-0088334에 게재되어 있다.
상기 개시된 기술에 의한 팬 제작용 사출금형은 여섯 개의 날개를 가진 축류팬을 사출 성형하기 위한 것으로, 상기 팬 제작용 사출금형은 상부설치판과 코어로 구성되며, 상기 상부설치판과 코어의 마주보는 면에는 성형하고자 하는 팬의 상/하면 형상과 대응되는 금형부를 구비한다.
이러한 사출금형은 상기와 같이 기계적인 가공으로 사출금형에 냉각통로를 직선적으로 가공하여 형성하게 되므로 각 블레이드와 대응되는 성형부에 냉각수로 를 형성할 수 없으며, 냉각수로의 형성에 따른 많은 작업공수가 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 쾌속금속조형법을 이용한 사출금형의 제조 시 성형 될 송풍팬의 블레이드 형상에 따라 냉각수로를 형성하여 블레이드를 균일하게 냉각 할 수 있으며, 나아가서는 송풍팬의 성형에 따른 왜곡을 방지할 수 있는 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬성형용 사출금형은 상호 결합되어 송풍팬의 허브 성형공간과 이 허브 성형공간으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간을 형성하며 쾌속조형법에 의해 제작된 상하부 금형을 구비하며,
상기 블레이드 성형공간과 대응되는 상하부 금형의 블레이드 성형부에 상호 독립적으로 형성되며 각각 냉각수의 유입구와 유출구를 가지는 북수개의 냉각수로들이 형성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 냉각수로들이 상기 블레이드 성형부의 가장자리 궤적을 따라 곡선의 형태로 형성되며 냉각수로가 형성되지 않는 부위에 열방출이 이루어지지 않은 열섬현상을 방지할 수 있도록 냉각수로들의 간격이 근접되도록 형성 된다.
대안으로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형은 상호 결합되어 송풍 팬의 허브 성형공간과 이 허브 성형공간으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간을 형성하며 쾌속조형법에 의해 제작된 상하부 금형을 구비하며,
상기 블레이드 성형공간과 대응되는 상부 금형의 블레이드 성형부에 형성되며 제 1유입구와 제 1유출구를 가지는 제1냉각수로들과, 상기 상부금형의 블레이드 성형부의 가장자리를 따라 형성되며 제 2유입구와 제 2유출구를 가지는 제 2냉각수로들과,
상기 블레이드 성형공간과 대응되는 하부 금형의 블레이드 성형부에 형성되며 제 3유입구와 제3유출구를 가지는 제3냉각수로들과, 상기 상부금형의 블레이드 성형부의 허브측 가장자리를 따라 형성되며 제 4유입구와 제 4유출구를 가지는 제 4냉각수로들을 구비하며,
상기 제1,2유입구와 제 1,2유출구가 상호 제 1냉각수로의 직경에 해당하는 거리 내에서 근접되며, 상기 제 3, 4유입구와 상기 제 3,4유출구가 제 2냉각수로의 직경에 해당하는 거리 내에서 상호 근접되도록 함이 바람직하다.
본 발명의 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 팬 성형용 사출금형에 의하면 냉각통로를 자유롭게 형성할 수 있는 쾌속금속조형법을 이용하여 캐비티에 근접하여 송풍팬의 블레이드 마다 균일한 냉각이 이루어지도록 냉각수로를 형성함으 로써 냉각 불균일에 의한 블레이드의 변형을 방지할 수 있다. 특히, 블레이드의 궤적을 따라 연속적인 냉각수로의 형성 시 곡률반경이 작아 냉각수로를 형성할 수 없는 부위의 냉각효과를 극대화 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 사출금형에 의한 송풍 팬의 성형 시 냉각불량으로 인한 블레이드의 변형을 방지할 수 있으며, 나아가서는 송풍팬의 구동 시 소음 및 진동의 발생을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 송풍팬 성형용 사출금형은 성형공간의 형상에 따라 구애받지 않고 자유롭게 3차원 형상으로 형상 적응형 냉각수로가 형성된 구조를 가진 것으로, 쾌속조형법(Rapid Prototyping, RP)에 의해 제조될 수 있다.
도 1 내지 도 4에는 성형공간의 형상에 따라 구애받지 않고 자유롭게 3차원 형상으로 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 가진 송풍팬 성형용 사출금형의 일 실시예를 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 사출금형(10)은 상호 결합되어 송풍팬의 허브 성형공간(11)과 이 허브 성형공간(11)으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간(12)을 형성하는 상하부 금형(20)(30)과, 상기 블레이드 성형공간(12)과 대응되는 상하부 금형의 블레이드 성형부(21)(31)에 상호 독립적으로 형성되어 상기 블레이드 성형부(21)(31)를 냉각시키기 위한 냉각수단(40)을 구비한다.
상기 상하부금형(20)(30)은 각각 가동플레이트(1)와 고정플레이트(2)에 의해 고정되며 가이드 로드(미도시)에 의해 가이드 되어 형합 및 형분리 될 수 있으며, 상기 하부금형에는 성형된 제품인 송풍팬을 취출하기 위한 이제트 핀(3)이 설치될 수 있다. 그리고 상기 상부금형에는 용융된 수지를 성형공간에 주입하기 위한 스프루 부쉬(4)가 설치된다.
상기 냉각수단(40)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 블레이드 성형공간(12)과 대응되는 상하부 금형(20)(30)의 블레이드 성형부(21)(31)에 상호 독립적으로 형성된 제 1,2,3,4냉각수로(41)(42),(43)(44)들을 구비한다. 상기 냉각수로(41-44)들은 각각 유입구(41a)(42a),(43a)(44a)와 유출구(41b)(42b),(43b)(44b)를 구비한다.
상기 상부금형의 블레이드 성형부(21)에는 제 1냉각수로(41)들이 형성되고, 송풍팬의 블레이드 성형부(21)의 가장자리 궤적(송풍팬의 블레이드의 가장자리와 대응되는 궤적)을 따라 제 2냉각수로(42)들이 형성된다. 여기에서 상기 제 1,2냉각수로(41)(42)들의 양단부 측은 상호 근접된다. 상기 냉각수로(41)(42)의 양단부는 제1냉각수로 또는 제 2냉각수로(41)(42)의 직경에 해당하는 길이보다 좁은 거리로 근접되어 제1냉각수로(41)들 또는 제 2냉각수로(42)들의 사이에 냉각이 이루어지지 않음으로써 발생되는 열섬현상을 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.(도 4참조)
그리고 상기 제 1,2냉각수로(41)(42)들은 상기 블레이드 성형부(31)의 표면을 따라 경사지게 형성되며, 블레이드 성형부(21)의 표면으로부터 동일한 깊이로 형성함이 바람직하다. 한편, 상기 블레이드 성형부(31)의 면적이 상대적으로 넓은 경우 독립된 형상적응 냉각수로는 다양한 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 성형되는 송풍팬 블레이드의 냉각이 균일하게 이루어질 수 있도록 블레이드 성형부에 균 일하게 분포로 형성될 수 있다. 한편, 블레이드의 성형공간과 연결되는 허브 성형공간과 대응되는 상하부 금형의 허브 성형부에도 상술한 바와 같은 냉각수로가 형성된다.
상술한 바와 같이 제 1,2냉각수로들이 형성된 사출금형은 액체상태 또는 분말상태의 재료에 레이저 광선을 조사하여 경화 또는 용융시켜 3차원 형상을 제조하는 경화법 중 광조형법(stereolithography, SLA ; 3D Systems사)과, 입상(粒狀) 또는 층상(層狀)으로 된 고체 소재를 원하는 형태로 접합시켜 만드는 방법 등의 쾌속 조형법에 의해 제조될 수 있다. 쾌속금속조형법에 의한 사출금형을 제작은 몰드베이스부재의 표면에 레이저빔을 조사하여 순간적으로 생성되는 용융 풀안으로 금속분말을 정밀하게 공급 및 제어함으로써 이차원 단면을 형성하고 이를 적층하여 3차원의 형상을 가지는 블레이드 성형부를 형성한다.
한편, 상부 금형(21)과 결합되어 송풍팬을 성형하기 위한 성형공간을 형성하는 하부금형은 상술한 바와 같은 쾌속금속 조형법에 의해 형성될 수 있는데, 하부금형의 블레이드 성형부(31)에는 상술한 제 1,2냉각수로와 대응되는 제 3냉각수로(43)와 제 4냉각수로(44)가 형성된다. 상기 제 3냉각수로(43)들은 블레이드 성형부의 내측에 형성되고 상기 제 4냉각수로(44)는 블레이드 성형부(31)의 가장자리를 따라 형성된다.
상기 제 3,4냉각수로(43)(44)는 각각 유입구(43a)(44a)와 유출구(43b)(44b)가 가지는 상호 독립된 형태를 가지는데, 상기 제 1,2냉각수로(41)(42)와 같이 각각의 단부는 이들 사이의 성형수지 및 블레이드 성형부를 냉각시킬 수 있도록 근접 된다.
그리고 상기 제 1,2,3,4냉각수로(41-44)의 유입구(41a-44a)는 각각 냉각수를 독립적으로 공급할 수 있도록 냉각수 공급펌프와 연결관 또는 매니폴드에 의해 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 형성적응형 냉각수로를 가진 송풍팬 성형용 사출금형은 상하부 금형의 제1,2,3,4냉각수로(41-44)의 각 유입구(41a-44a)를 통하여 냉각수를 독립적으로 공급한다. 이와 같이 공급된 냉각수는 상부금형(20)의 블레이드 성형부(21)와 하부금형(30)의 블레이드 성형부(31) 및 이들에 의해 형성된 성형공간에 수지가 주입되어 형성된 송풍팬의 블레이드를 냉각시키게 된다. 이때에 상기 제 1,2냉각수로(41)(42)와 제 3,4냉각수로(43)(44)는 상호 근접되고, 소정의 형상으로 형성되어 있으므로 종래와 같이 냉각수로를 형성할 수 있는 사각 지대에 냉각수로를 형성할 수 있다. 따라서 성형될 제품을 균일하게 냉각시킬 수 있다. 상기 3,4성형공간(43)(44)의 양단부가 상호 근접된 구성을 가지고 있으므로 냉각수로가 형성되지 않은 부위가 냉각되지 않은 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 쾌속금속조형법에 의해 사출금형(10)은 블레이드 성형부의 형상을 따라 그 표면으로부터 일정한 깊이로 형성할 수 있으므로 기계적인 가공에 의해 형성이 어려운 냉각수로를 자유롭게 설계 및 제작할 수 있다. 이는 기계적 가공에 의한 냉각수로의 형성 시 파생되는 설계상의 제약을 근본적으로 해결할 수 있다.
특히 블레이드와 같이 경사진 곡면을 가진 블레이드의 성형부에 냉각수로를 자유롭게 형성할 수 있어 불균일 냉각에 의한 송풍팬 블레이드의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 금형의 가공정밀도를 향상시키고 냉각수로를 팬의 형상에 따라 형성할 수 있어 팬의 중량 언밸런스를 방지할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 금형 제작방법은 3차원 캐드 시스템과 쾌속금속성형기를 이용하여 신속하게 금형을 제작할 수 있으므로 금형의 제작에 많은 기간이 소요되는 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 형상적응형 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형을 나나타내 보인 일부 절제 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 금형을 발췌하여 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 금형의 평면도,
도 4는 사출성형 될 송풍팬을 냉각시키기 위한 유로를 발췌하여 도시한 도면,
도 5는 블레이드 형성부에 형성된 냉각수로의 배치관계를 나타내 보인 도면.

Claims (3)

  1. 상호 결합되어 송풍팬의 허브 성형공간과 이 허브 성형공간으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간을 형성하며 쾌속조형법에 의해 제작된 상하부 금형을 구비하며,
    상기 블레이드 성형공간과 대응되는 상하부 금형의 블레이드 성형부에 상호 독립적으로 형성되며 각각 냉각수의 유입구와 유출구를 가지는 냉각수로들이 형성된 것을 특징으로 하는 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각수로들이 상기 블레이드의 가장자리 궤적을 따라 곡선의 형태로 형성되며 냉각수로가 형성되지 않는 부위의 열방출이 이루어지지 않은 열섬현상을 방지할 수 있도록 냉각수로의 적어도 일측 단부가 근접되도록 형성된 것을 특징으로 하는 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 성형용 사출금형.
  3. 상호 결합되어 송풍 팬의 허브 성형공간과 이 허브 성형공간으로부터 방사상으로 연장되는 블레이드 성형공간을 형성하며 쾌속조형법에 의해 제작된 상하부 금형을 구비하며,
    상기 블레이드 성형공간과 대응되는 상부 금형의 블레이드 성형부에 형성되며 제 1유입구와 제 1유출구를 가지는 제1냉각수로들과, 상기 상부금형의 블레이드 성형부의 가장자리를 따라 형성되며 제 2유입구와 제 2유출구를 가지는 제 2냉각수로들과,
    상기 블레이드 성형공간과 대응되는 하부 금형의 블레이드 성형부에 형성되며 제 3유입구와 제3유출구를 가지는 제3냉각수로들과, 상기 상부금형의 블레이드 성형부의 허브측 가장자리를 따라 형성되며 제 4유입구와 제 4유출구를 가지는 제 4냉각수로들을 구비하며 하여 된 것을 특징으로 하는 분리형 독립 형상적응 냉각수로를 갖는 송풍팬 사출성형용 금형.
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