KR20110029450A

KR20110029450A - 급속 가열 및 냉각 금형 조립체

Info

Publication number: KR20110029450A
Application number: KR1020090087128A
Authority: KR
Inventors: 구인모
Original assignee: 구인모
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-23

Abstract

본 발명은 급속한 가열 및 냉각이 가능한 금형 조립체에 관한 것으로, 성형품의 형상에 대응한 캐비티를 형성하는 성형코어와, 상기 성형 코어를 지지하는 몰드베이스와, 상기 성형코어와 몰드베이스 사이에 위치한 중간판을 포함하며, 상기 몰드베이스와 중간판 중 적어도 하나에는 열전달을 억제하기 위한 복수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하며, 중간판을 코어나 몰드 베이스와 같은 금속재질로 만들더라도 코어와 몰드 베이스 사이의 열전달을 억제할 수 있다.

금형, 코어, 몰드 베이스, 가열, 냉각.

Description

급속 가열 및 냉각 금형 조립체 {MOLD ASSEMBLY FOR RAPID HEATING AND COOLING}

본 발명은 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급속한 가열 및 냉각이 가능한 금형 조립체에 관한 것이다.

사출성형이나 압축성형 등의 성형공정에서는 성형재료의 온도에 따라 유동성을 포함한 특성이 달라지므로, 최종 완제품인 성형품의 품질을 향상시키기 위하여 성형재료의 온도를 적절히 유지하는 것이 주요한 과제 중 하나가 된다.

예컨대 사출성형 공정에서, 동일한 생산라인에서 동일한 원재료로 성형된 제품임에도 불구하고 색상에 차이가 있거나, 웰드라인(weld-line)이 심하게 형성되는 등의 불량이 발생하는 경우가 있다. 이런 불량은 게이트가 캐비티와 멀거나, 원재료인 수지의 사출속도가 느리거나, 수지에 이형제를 과다하게 혼입하였거나, 금형 내부에 수분이나 휘발성분이 잔존하는 등의 여러가지 원인에 의해 발생하지만, 가장 근본적으로는 수지가 필요 이상으로 빨리 고화되기 때문에 발생한다. 특히 LCD 패널에 사용되는 도광판, 또는 저장매체로서의 광디스크 등 박판 형태인 성형품들은 금형의 캐비티가 협소하므로, 수지의 유동성이 부족하면 웰드라인 뿐만 아니라 미성형의 문제도 발생한다. 웰드라인이나 미성형은 성형품의 외관을 나쁘게 할 뿐 더러 성형품의 강도를 저하시키므로, 고부가가치의 성형품일수록 피해야할 불량에 해당한다.

이러한 문제는 수지의 유동성을 확보하는 것에 의해 해결할 수 있으며, 열가소성 수지의 경우에는 금형을 일정 온도로 가열하여 수지의 유동성을 유지함으로써 해결할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 급속 가열 및 냉각 금형의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다. 금형은 몰드 베이스(10)와 코어(20)를 포함하여 이루어지는데, 몰드 베이스(10)는 제품의 취출을 위해 상하로 분할되어 가동되며, 그 내부에는 코어(20)가 역시 상하로 분할되어 배치되어 있다. 코어(20)는 상하가 합쳐져서 성형품의 형상에 대응하는 캐비티(30)를 형성한다. 캐비티(30)는 주입관(40)을 통해 외부로부터 용융 수지를 주입받게 된다. 한편 코어(20)에는 히터(50)가 내장되어 있는데, 금형을 가열할 필요가 있을 때에는 이 히터(50)를 작동시켜 열을 발생시킨다.

한편, 성형 완료된 제품은 고화되어야만 금형으로부터 취출이 가능하므로, 금형을 항상 가열하여서는 안되며, 필요에 따라 금형을 냉각시킬 수단도 필요하다. 종래 기술에서는 이를 위하여 코어(20)에 냉각라인(60)을 추가로 형성하여, 이 냉각라인(60)에 냉각매체를 순환시킴으로써 금형을 냉각시킬 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 금형을 가열하고 냉각시키는 과정은 전체적인 성형 싸이클을 단축하여 생산성을 향상시키기 위해 최대한 빠른 시간 내에 이루어질 필요가 있다.

그런데 금형을 가열하고 냉각하는 과정은 모두 에너지를 필요로 한다. 특히 가열 과정에서 소모되는 에너지의 양이 절대적으로 많으므로, 경제적인 측면에서 얼마나 효율적으로 금형을 가열하고 그 온도를 유지할 수 있는지가 문제된다. 그런데 도 1에 예시된 바와 같은 종래 기술에서는 몰드 베이스(10)와 코어(20)가 모두 금속재질로 되어 있고, 서로 맞닿아 있으므로 상호간 열전달이 자유롭다. 따라서 히터(50)에 의해 코어(20)를 가열하는 경우, 히터(50)에서 발생한 열은 몰드 베이스(10)로 전도되므로, 히터(50)는 코어(20)만을 가열하는 데 필요한 것보다 더 많은 열을 공급해주어야 하며, 금형을 냉각시켜야 하는 경우 이 추가된 열까지 모두 냉각시켜야 하므로 필요없이 에너지가 낭비되는 문제가 생긴다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 통상적으로 사용되는 단열 재질로 몰드 베이스와 코어 사이를 단열시키는 방식이 시도되어 왔다. 그러나 이런 단열 재질은 대게 합성수지로서, 코어나 몰드 베이스가 금속 재질임에 비해 기계적 강도가 현저히 떨어지므로 금형이 작동하는 과정에서 변형되기 쉬우며 내구성이 낮아 수명이 짧은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 코어와 몰드 베이스 사이의 단열을 향상시키면서 충분한 강도와 내구성을 확보할 수 있는 급속 가열 및 냉각 금형 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체는, 성형품의 형상에 대응한 캐비티를 형성하는 성형코어와, 상기 성형 코어를 지지하는 몰드베이스와, 상기 성형코어와 몰드베이스 사이에 위치한 중간판을 포함하며, 상기 몰드베이스와 중간판 중 적어도 하나에는 열전달을 억제하기 위한 복수의 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체에 있어서, 상기 중간판은 상기 성형코어 및 몰드베이스보다 열전달계수가 작은 재질로 된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체에 있어서, 상기 중간판은, 복수의 구멍이 관통하여 형성되어 있을 수도 있다.

본 발명에 따르면, 중간판을 코어나 몰드 베이스와 같은 금속재질로 만들더라도 코어와 몰드 베이스 사이의 열전달을 억제할 수 있다. 따라서 단열 효과를 높이면서도 충분한 강도를 가지며, 사용 수명이 월등히 향상된다. 또한 합성수지로 된 단열재질이 아닌 재질로 중간판을 만들면서도 단열 효과를 가질 수 있으므로, 재료 선택의 폭이 넓어진다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 제1 실시예의 개략 단면도이다.

몰드 베이스(100)는 상형(110)과 하형(120)으로 구분되어 있으며, 상형과 하형 중 어느 하나 또는 양자 모두가 상하로 승강 작동된다.

코어(200) 또한 상부 코어(210)과 하부 코어(220)로 구분되어 있으며, 아래에서 설명할 중간판(300)을 통하여 각각 몰드 베이스(100)의 상형(110)과 하형(120)에 지지된다. 따라서 상부 코어(210)와 하부 코어(220) 역시 상하 방향으로 승강 작동되며, 서로 이격되거나 밀착된다. 이들 상부 코어(210)와 하부 코어(220)가 밀착될 때 양자 사이에 형성되는 캐비티(250)는 성형품의 형상에 대응하는 형상을 가진다. 또한 상부 코어(210)와 하부 코어(220)의 내부에는 열선(205)이 배치되어 있으며, 이들 열선(205)이 발열함으로써 상부 코어(210) 및 하부 코 어(220)를 가열하여 성형에 적절한 온도를 유지하도록 함으로써, 캐비티(250)에 진입한 합성수지의 유동성을 확보하게 된다. 이에 더하여 상부 코어(210) 및 하부 코어(220)의 내부에는 냉각관(206)을 설치하고, 이 냉각관(206)으로는 냉매를 유동시킴으로써 필요에 따라 상부 코어(210) 및 하부 코어(220)를 냉각시키고, 결과적으로 캐비티(250) 내의 합성수지를 고화시킨다. 여기서는 가열수단으로서 열선(205)을, 냉각수단으로서 냉각관(206)을 예시하고 있으나, 냉각관(206)에는 가열된 유체를 순환시킴으로써 가열수단으로도 활용이 가능하다. 또한 열선(205)이 삽입될 공간도 열매체 또는 냉각매체를 순환시키기 위한 관로로 활용될 수 있다.

중간판(300)은 도 2에 제1 실시예로서 예시한 바와 같이 몰드 베이스(100)나 코어(200)와 마찬가지로 상부 중간판(310)과 하부 중간판(320) 2개로 나뉘어져 있으며, 각각 상형(110)과 상부 코어(210) 사이 및 하형(120)과 하부 코어(220) 사이에 개재되어 있으나, 2개 이상 복수 개로 분할되어 있을 수도 있다. 예컨대, 하형(120)과 하부 코어(220) 사이에는 대체로 육면체 형상인 하부 코어(220)의 밑면과 4개의 측면에 각각 대응하여 배치된 4개의 판재로 구성될 수도 있다. 나아가서, 중간판(300)은 하부 코어(220)가 하형(120)에 직접 접촉하지 않도록 할 수 있다면 하부 코어(220)의 밑면과 4개의 측면을 모두 감싸도록 배치될 필요는 없으며, 중간판(300)의 전체 면적이 하부 코어(220)의 밑면과 4개의 측면의 면적을 합한 것보다 작아도 무방하다.

도 2에 도시된 제1 실시예에서 상부 중간판(310)과 하부 중간판(320)은 각각 일면이 개방된 육면체와 같은 용기 형상이며, 그 외측면에 복수의 홈(350)이 형성 되어 있다. 이 복수의 홈(350)은 중간판(300)과 몰드 베이스(100)가 직접 접촉하는 면적을 줄여주는 역할을 하며, 특히 몰드 베이스(100)와 중간판(300) 사이에서 전도에 의한 열전달을 감소시켜준다. 결과적으로, 중간판(300)에 형성된 복수의 홈(350)에 의해 중간판(300)으로부터 몰드 베이스(100)로 열이 유출되는 것을 억제하며, 열선(205)에 의해 코어(200)를 가열한 상태에서 중간판(300)을 거쳐 몰드 베이스(100)로 유출되는 열손실을 최소화할 수 있다. 복수의 홈(350)의 구체적인 헝태는 다양하게 변형될 수 있으나 접촉 면적을 줄이기 위한 것이라는 관점에서는 중간판(300)의 판면의 면적에 대비한 각 홈(350)의 개구면적의 비율을 높일수록 열손실이 적어진다. 반면 성형과정에서 몰드 베이스(100)를 통해 코어(200)에 전달되는 압축력과 같은 외력에 대해 충분한 강도와 내구성을 갖기 위하여 그 비율을 적절히 조절할 필요는 있다.

이들 복수의 홈(350)은 각 중간판(300)의 외면이 아닌 내면에 형성될 수도 있는데, 이를 예시한 것이 도 3의 제2 실시예이다. 이 경우에는 복수의 홈(350)이 각 코어(200)와 중간판(300) 사이의 접촉 면적을 줄여주는 역할을 하므로, 결과적으로 코어(200)로부터 중간판(300)으로 전도되는 열을 억제하게 된다.

이와 같이 복수의 홈(350)에 의해 상호 접촉하는 두 부재 사이의 접촉 면적을 줄임으로써 전도에 의한 열전달량을 줄일 수 있으므로, 복수의 홈(350)은 중간판(300)의 외면이나 내면 중 어느 하나에만 형성될 수도 있지만 양측 면 모두에 형성될 수도 있다. 이 경우 중간판(300)의 내면에 형성된 홈과 외면에 형성된 홈이 상호 대향하는 위치에서 형성되는 경우, 그리고 각 홈의 깊이를 합한 값이 중간 판(300)의 두께 이상이 되는 경우에 중간판(300)은 복수의 구멍이 관통하여 형성된 형태가 된다. 이를 도시한 것이 도 4의 제3 실시예이다. 제3 실시예에서는 각 중간판(300)에 복수의 구멍(360)이 관통하여 형성되어 있으며, 이들 구멍(360)은 코어(200)와 중간판(300) 사이는 물론 중간판(300)과 몰드 베이스(100) 사이의 접촉면적을 줄여 전도에 의한 열전달을 억제한다.

도 5는 제4 실시예를 도시한 것으로, 중간판(300)에 대신하여 몰드 베이스(100)에 복수의 홈(150)이 형성된 예를 도시하고 있다. 이 경우에도 복수의 홈(150)은 몰드 베이스(100)와 중간판(300) 사이의 열전달을 억제하게 되며, 추가적으로 중간판(300)에도 내면 또는 외면에 복수의 홈(350)을 형성함으로써 열전달 억제의 효과를 증대시킬 수 있다.

한편 중간판(300)은 코어(200)와 몰드 베이스(100) 사이에 배치되어 이들 사이의 열전달 경로가 되는 바, 열전달계수가 낮을수록 유리하다. 특히 코어(200)와 몰드 베이스(100)가 통상 금속재질로 이루어진 경우, 중간판(300)은 세라믹과 같이 강도가 높으면서 열전달계수는 금속보다 낮은 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 금형 조립체의 일례의 개략 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 제1 실시예의 개략 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 제2 실시예의 개략 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 제3 실시예의 개략 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 급속 가열 및 냉각 금형 조립체의 제4 실시예의 개략 단면도이다.

Claims

성형품의 형상에 대응한 캐비티를 형성하는 성형코어와,

상기 성형 코어를 지지하는 몰드베이스와,

상기 성형코어와 몰드베이스 사이에 위치한 중간판을 포함하며,

상기 몰드베이스와 중간판 중 적어도 하나에는 열전달을 억제하기 위한 복수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 급속 가열 및 냉각 금형 조립체.
제1항에 있어서,

상기 중간판은 상기 성형코어 및 몰드베이스보다 열전달계수가 작은 재질로 된 것을 특징으로 하는 급속 가열 및 냉각 금형 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간판은,

복수의 구멍이 관통하여 형성되어 있는 특징으로 하는 급속 가열 및 냉각 금형 조립체.