KR20130017151A - 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법 - Google Patents

다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초미세발포(Mucell)와 역배압공법(counter pressure)과 코어 백(core back)공법을 복합한 다중 발포 사출 공법을 이용하여 기존의 초미세발포 공법의 문제점인 사출 성형품 표면의 가스 자국에 의한 외관불량을 개선하고, 초미세발포 공법의 10% 이내 유효한계 발포율을 30%까지 증대시켜 부품 경량화를 극대화할 수 있도록 한 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법{Device and method for manufacturing side garnish of vehicle}
본 발명은 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초미세발포(Mucell)와 역배압공법(counter pressure)과 코어 백(core back)공법을 복합한 다중 발포 사출 공법을 이용하여 경량화를 더 크게 달성할 수 있는 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차용 사이드 가니쉬는 차량의 프론트 도어 및 리어 도어의 하단부에 걸쳐 장착되어, 차량의 미관을 수려하게 하는 일종의 사출 장식물이다.
이러한 사이드 가니쉬는 일반 사출성형 공법에 의해 제조되고 있으며, 외관미를 확보하기 위해 도장 처리하여 제조되고 있다.
한편, 첨부한 도 4에서 보듯이, 초미세 발포 플라스틱 성형장치는 실린더(10)의 내부에 회전 가능하게 배열된 스크류(12)와, 실린더 내부에 플라스틱 재료를 공급하기 위하여 실린더(10)의 상단에 장착되는 호퍼(14)와, 실린더(10)의 외주부에 설치되어 실린더(10)내에 공급된 플라스틱 재료를 용융시키는 히터(16)와, 실린더(10)내에 초임계 유체를(CO2 또는 N2)를 공급하는 초임계 유체 공급/제어 장치(32)와, 실린더(10)의 끝단 노즐부에 연결 배치되어 가스가 포함된 용융 플라스틱이 채워지는 캐비티(18)가 형성된 사출금형(20) 등을 포함하여 구성된다.
따라서, 호퍼(14)를 통하여 플라스틱 재료를 투입하면 스크류(12)에 의하여 플라스틱 재료가 이송되면서 히터(16)의 가열과 스크류에 의한 마찰열에 의하여 플라스틱 재료가 용융되고, 외부의 초임계 유체 발생기에 의해 공급된 초임계 유체(CO2 또는 N2)가 초임계 공급/제어 장치(32)에 의해 상기 실린더 내로 투입되어 이미 용융된 플라스틱 재료와 혼련 되어진다. 즉, 실린더 내에서 용융된 플라스틱 재료는 외부에서 투입된 초임계 유체(CO2 또는 N2)가 혼련된 상태로 존재하게 된다.
계속해서, 스크류(12)의 회전에 의하여 상기 혼련된 용융 플라스틱 재료는 사출금형(20)의 캐비티(18)내로 충진되어 제품형상을 갖게 된다. 이때 실린더 내에 서 플라스틱 재료와 혼련된 상태로 존재하던 초임계 유체 (CO2 또는 N2)는 사출기 노즐 끝단을 통과하여 금형 캐비티(18)내로 충진이 시작되는 게이트 끝단을 통과할 때 고압에서(N2의 경우 36bar 이상) 대기압으로 급격한 압력저하의 변화를 겪게된다.이때 발생하는 압력차에 의해, 용융된 플라스틱 수지내 존재하던 초임계 유체는 발포가 시작되는 발포핵 생성을 시작하며, 점차적으로 발포핵이 성장하면서(발포기공이 커지면서) 제품 전체에서 발포가 진행된다. 이는 초임계 상태로 존재하던 CO2 또는 N2가 대기압에 노출되면서 기체로 상변화를 발생하면서 발포되는 현상으로 초임계 유체를 이용한 초미세 발포(Mucell)의 기본 원리이다.
하지만 상기 기술된 초미세 발포는, 초임계 유체 (CO2 또는 N2)가 혼련된 용융 플라스틱이 사출금형의 캐비티로 충진될 때, 실린더의 끝단에 형성된 사출 노즐에서 부터 발포가 시작되므로, 사출금형의 캐비티 입구인 게이트 주위와 발포된 제품의 끝단부에서 발포 셀의 크기가 상이하게 나타나, 첨부한 도 5의 (c) 사진과 같이 셀 사이즈의 불균일 및 제품 물성의 불균일함이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 수지 흐름시 저항 현상으로 인하여 첨부한 도 5의 (b) 사진과 같이 제품 자체의 미성형 문제가 발생하고, 수지흐름과 금형온도 설정이 최적화되지 못하는 등의 이유로 제품 내부의 기포가 제품 표면까지 빠져나와 첨부한 도 5의 (a) 사진과 같이 가스 자국 등이 표면에 생성되는 외관 저하 문제가 있었다.
또한, 사출금형의 캐비티 체적이 정해진 상태이므로, 한정된 캐비티 공간내에서 제품의 발포율이 10% 미만이 되는 등 한계 발포율에 따른 경량화 제한을 극복하지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 초미세발포(Mucell)와 역배압공법(counter pressure)과 코어 백(core back)공법을 복합한 다중 발포 사출 공법을 이용하여 기존의 초미세발포 공법의 문제점인 사출 성형품 표면의 가스 자국에 의한 외관불량을 개선하고, 초미세발포 공법의 10% 이내 유효한계 발포율을 30%까지 증대시켜 부품 경량화를 극대화할 수 있도록 한 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 실린더의 내부에 회전 가능하게 배열된 스크류와, 실린더 내부에 플라스틱 재료를 공급하기 위하여 실린더의 상단에 장착되는 호퍼와, 실린더의 외주부에 설치되어 실린더내에 공급된 플라스틱 재료를 용융시키는 히터와, 실린더내에 초임계 유체를(CO2 또는 N2)를 공급하는 초임계 유체 공급/제어 장치와, 실린더의 끝단 노즐부에 연결 배치되어 가스가 포함된 용융 플라스틱이 채워지는 캐비티가 형성된 사출금형을 포함하되, 상기 사출금형의 고정금형과 이동금형에 의하여 형성되는 캐비티내에 일정 압력을 인가할 수 있는 외부 압력제어기를 고정금형 또는 이동금형 측에 설치하고, 이동금형에 플라스틱 수지가 캐비티에 만충전되는 것을 감지하는 온도센서 및 압력센서를 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 사출금형의 고정금형에 대하여 이동금형이 이동하여 캐비티를 형성하며 결합되는 단계와; 외부 압력제어기에서 캐비티내에 압력매체인 기체를 공급하여, 사출금형의 캐비티 내압이 35bar 이상으로 유지되도록 하는 역배압 공급 단계와; 초임계 유체를(CO2 또는 N2)이 혼련된 플라스틱 용융 수지가 사출금형의 캐비티내로 공급되는 단계와; 플라스틱 용융 수지가 만충진되면서 이동금형의 끝단부에 장착된 온도센서 및 압력센서에서 플라스틱 용융 수지의 흐름압 또는 온도를 감지하면, 외부 압력제어기에 의하여 캐비티내의 압력이 대기압까지 낮추어지는 감압 제어가 이루어지는 단계와; 상기 캐비티내의 압력이 대기압까지 저하되는 동시에 사출금형의 이동금형을 미세 형개시키는 코어 백 단계와; 사출 성형된 최종 제품을 냉각하여 취출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 초미세발포공정에 역배압공법과 코어 백 공법을 복합한 다중 발포 사출 공법을 이용하여 가니쉬 제품을 사출 성형함으로써, 기존의 초미세발포 공법만 진행하던 것과 달리, 사출 성형품 표면의 가스 자국에 의한 외관불량을 방지할 수 있고, 초미세발포 공법의 10% 이내 유효한계 발포율을 최대 30%까지 증대시켜 부품 경량화를 극대화할 수 있으며, 가니쉬 이외에 내외장 부품에도 다중 발포 사출공법을 적용하여 경량화 및 이를 통한 연비향상 등을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 방법을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 방법에 따라 제조된 제품과, 일반 사출 및 초미세 발포 방법에 의하여 제조된 제품의 단면 구조를 설명하는 비교도,
도 4는 종래의 사이드 가니쉬 제조를 위한 초미세 발포 장치를 나타내는 개략도,
도 5는 종래의 사이드 가니쉬 제품의 문제점을 설명하는 사진.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 초미세발포 공법 중 사출기 실린더 내에 초임계 유체(질소가스)와 용융된 수지가 혼련된 상태에서 사출기 실린더의 노즐 끝단을 통해 금형으로 수지가 충진될 때 압력변화에 의해 발포가 되는 원리를 역이용한 점에 주안점이 있다.
즉, 본 발명은 사출금형내 압력을 초임계 유체(N2)가 발포되지 않는 상태를 그대로 유지할 수 있는 35bar 이상으로 가압하여, 초임계 유체가 혼련된 용융 플라스틱 수지가 사출금형의 캐비티내에 충진되더라도 발포가 일어나지 않게 하고, 연이어 사출금형의 캐비티내에 플라스틱 수지의 충진이 완료될 때 일제히 사출금형의 캐비티내 압력을 대기압으로 낮추어 플라스틱 수지가 만충진된 상태에서 발포가 진행되도록 한 역배압공법(Counter pressure) 공법을 적용한 점에 특징이 있다.
이를 위해, 본 발명의 가니쉬 제조 장치는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더(10)의 내부에 회전 가능하게 배열된 스크류(12)와, 실린더 내부에 플라스틱 재료를 공급하기 위하여 실린더(10)의 상단에 장착되는 호퍼(14)와, 실린더(10)의 외주부에 설치되어 실린더(10)내에 공급된 플라스틱 재료를 용융시키는 히터(16)와, 초임계 유체를(N2)를 공급하는 초임계 유체 공급/제어 장치(32)와, 실린더(10)의 끝단 노즐부에 연결 배치되어 가스가 포함된 용융 플라스틱이 채워지는 캐비티(18)가 형성된 사출금형(20)을 포함하되, 사출금형(20)의 고정금형(22)과 이동금형(24)에 의하여 형성되는 캐비티(18)내에 일정 압력을 인가할 수 있는 외부 압력제어기(26, 예를 들어, 가스부스터)를 설치하고, 이동금형(24)에 온도센서 및 압력센서(28)를 장착한다.
상기 외부 압력제어기(26)는 이동금형(22)에 캐비티(18)까지 관통 형성된 공기유로(30)에 압력 제공 가능하게 연결되고, 또한 사출기 제어반(34)과 전기적 신호 교환 가능하게 연결되어 캐비티(18)내의 압력을 가압 또는 감압 제어하게 된다.
이때, 상기 외부 압력제어기(26)에 의해 공급되는 압력매체로는 여러가지 기체를 사용할 수 있고, 예를 들어 질소 또는 대기중 공기를 이용할 수 있다.
아울러, 상기 역배압공법을 효과적으로 구현하기 위하여 사출금형(20)의 고정금형(22)과 이동금형(24)이 접하는 파팅라인 외곽에 연질고무로 된 실링(미도시됨)이 부착된다.
한편, 본 발명에 따른 가니쉬 제품 발포 과정 중, 초임계 유체에 의한 플라스틱 수지내 발포압이 15~17bar임을 감안하여, 발포 발생 진행과 동시에 금형을 제품설계 두께 만큼 미세 형개하는 코어 백(core back) 공정을 거치게 함으로써, 수축 및 뒤틀림없이 가니쉬 제품의 추가 발포가 이루어지게 된다.
즉, 가니쉬 제품의 기본 설계 두께 대비 30% 정도 작은 제품 두께로 금형을 제작하고, 수지 충진이 완료된 후, 금형을 미세 형개시키되, 제품 두께의 30%만큼 미세형개를 하면, 초임계유체에 의한 발포압에 의해 제품의 불균일한 수축이나 변형없이, 최종적으로 기본 설계된 두께와 일치되는 가니쉬 제품을 제조할 수 있다.
여기서, 본 발명의 가니쉬 제조 방법을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실린더 끝단의 사출 노즐 부분과 연결되는 사출금형(20)의 고정금형(22)에 대하여 이동금형(24)이 이동하여 캐비티(18)를 형성하면서 금형 형체가 완료된 후, 호퍼(14)를 통하여 플라스틱 재료를 투입하면 스크류(12)에 의하여 플라스틱 재료가 이송되면서 히터(16)의 가열과 스크류 마찰열에 의하여 용융되고, 초임계 유체를(N2)를 공급하는 초임계 유체 공급/제어 장치(32)에 의해 공급된 초임계 유체와 혼련되어 진다.
이때, 금형 형체(금형 결합)가 완료되었다는 신호가 사출기 제어반(34)으로부터 외부 압력제어기(26)에 전달되면, 외부 압력제어기(26)에서 공기유로(30)를 통해 캐비티(18)내로 압력매체인 기체(질소 또는 공기)를 공급하여, 사출금형(10)의 캐비티(18) 내압이 35bar 이상으로 3~5초내 유지되도록 하는 역배압(counter pressure)공정이 진행된다.
연이어, 캐비티(18)내의 압력이 35bar의 압력으로 유지되는 신호가 외부 압력제어기(26)에서 사출기 제어반(34)으로 전송되면, 사출기 제어반에서 스크류(12)를 회전 구동시키는 제어를 하게 되고, 계속해서 스크류(12)의 회전에 의하여 초임계유체가 혼련된 용융 플라스틱 및 발포용 가스가 혼합된 용액이 사출금형(20)의 캐비티(18)내로 공급된다.
이때 충진되는 용융 플라스틱 수지는 상기 공기유로(30)로 빠져나가지 않도록 하기 위해 상기 공기유로(30)와 수지가 만나는 곳의 공기유로(30) 높이는 1~3/100mm로 제한하여 설치하였다. 이렇게 함으로써 압력매체는 공기유로(30)를 통해 자유롭게 충진 및 배출이 가능하나, 용융된 수지는 캐비티 밖으로 유출이 제한되어 원하는 형상으로 사출성형이 가능하다.
이어서, 캐비티(18)내에 발포용 가스가 혼합된 플라스틱 수지가 다 채워져 이동금형(24)에 장착된 온도센서 및 압력센서(28), 즉 충진된 수지가 최종적으로 닿는 이동금형(24)의 끝단부에 장착된 온도센서 및 압력센서(28)에서 수지의 흐름압 또는 온도를 감지하게 되면, 그 감지신호를 수신한 외부 압력제어기(26)는 캐비티(18)내의 압력을 감압하여 대기압까지 낮추어주는 제어를 하게 된다.
따라서, 캐비티(18)내의 압력이 대기압까지 저하되는 동시에 사출금형(10)의 이동금형(24)을 미세 형개시킨다.
보다 상세하게는, 초임계 유체에 의한 플라스틱 수지내 발포압이 15~17bar임을 감안하여, 캐비티(18)내의 압력이 대기압까지 저하되면서 플라스틱 수지의 발포가 시작됨과 동시에 이동금형(24)을 제품의 설계 두께 만큼 미세 형개하는 코어 백(core back) 공정이 진행되도록 함으로써, 수축 및 뒤틀림없이 가니쉬 제품의 추가 발포가 이루어져, 결국 제품의 발포율을 10% 이상 약 30%까지 증가시켜 제품의 경량화를 극대화시킬 수 있게 된다.
이후, 제품의 냉각공정을 거쳐 제품 취출을 하게 된다.
이와 같이, 초미세 발포 공정을 진행함과 더불어 역배압 공정(counter pressure)과 코어 백(core back) 공정을 함께 진행하는 다중발포공법을 이용함으로써, 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 기존의 일반사출 및 초미세 발포 공법에 의한 방법과 비교하여, 역배압 공정에 의하여 제품의 기공 크기가 균일하게 형성되는 동시에 외관 불량을 개선할 수 있고, 코어 백 공정에 의하여 발포율을 최대 30%까지 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 모든 공정은 1 사이클(cycle)내에서 순차적으로 진행되어 일반 사출공정 및 초미세발포공정과 유사한 사이클 타임(cycle time)을 갖게 되므로, 공정 시간이 늘어나지 않는 잇점도 있다.
10 : 실린더
12 : 스크류
14 : 호퍼
16 : 히터
18 : 캐비티
20 : 사출금형
22 : 고정금형
24 : 이동금형
26 : 외부 압력제어기
28 : 온도센서 및 압력센서
30 : 공기유로
32 : 가스 공급기
34 : 사출기 제어반

Claims (5)

  1. 실린더(10)의 내부에 회전 가능하게 배열된 스크류(12)와, 실린더 내부에 플라스틱 재료를 공급하기 위하여 실린더(10)의 상단에 장착되는 호퍼(14)와, 실린더(10)의 외주부에 설치되어 실린더(10)내에 공급된 플라스틱 재료를 용융시키는 히터(16)와, 실린더(10)내에 초임계 유체를(N2)를 공급하는 초임계 유체 공급/제어 장치(32)와, 실린더(10)의 끝단 노즐부에 연결 배치되어 가스가 포함된 용융 플라스틱이 채워지는 캐비티(18)가 형성된 사출금형(20)을 포함하되,
    상기 사출금형(20)의 고정금형(22)과 이동금형(24)에 의하여 형성되는 캐비티(18)내에 일정 압력을 인가할 수 있는 외부 압력제어기(26)를 고정금형(22)쪽에 설치하고, 이동금형(24)에 플라스틱 수지가 캐비티(18)에 만충전되는 것을 감지하는 온도센서 및 압력센서(28)를 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 압력제어기(26)는 이동금형(24)에 캐비티(18)까지 관통 형성된 공기유로(30)에 압력 제공 가능하게 연결되고, 사출기 제어반(34)과 전기적 신호 교환 가능하게 연결되어, 캐비티(18)내의 압력을 가압 또는 감압 제어하도록 채택된 것임을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 사출금형(20)의 고정금형(22)과 이동금형(24)이 접하는 파팅라인 외곽에 연질고무로 된 실링이 부착된 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 장치.
  4. 사출금형(20)의 고정금형(22)에 대하여 이동금형(24)이 이동하여 캐비티(18)를 형성하며 결합되는 단계와;
    외부 압력제어기(26)에서 캐비티(18)내에 압력매체인 기체를 공급하여, 사출금형(10)의 캐비티(18) 내압이 35bar 이상으로 유지되도록 하는 역배압 공급 단계와;
    플라스틱 용융 수지 및 발포용 가스가 혼합된 용액이 사출금형(20)의 캐비티(18)내로 공급되는 단계와;
    플라스틱 용융 수지가 만충진되면서 이동금형(24)의 끝단부에 장착된 온도센서 및 압력센서(28)에서 플라스틱 용융 수지의 흐름압 또는 온도를 감지하면, 외부 압력제어기(26)에 의하여 캐비티(18)내의 압력이 대기압까지 낮추어지는 감압 제어가 이루어지는 단계와;
    상기 캐비티(18)내의 압력이 대기압까지 저하되는 동시에 사출금형(10)의 이동금형(24)을 미세 형개시키는 코어 백 단계와;
    사출 성형된 최종 제품을 냉각하여 취출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 코어 백 단계시, 이동금형(24)이 제품의 설계 두께 만큼 미세 형개되는 것을 특징으로 하는 다중 발포 사출공법을 이용한 자동차용 사이드 가니쉬 제조 방법.
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