KR20140128204A - 프레스 금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레스 금형에 관한 것으로, 특히 복합소재를 이용하여 제품을 성형하고 경화할 때 금형 표면의 온도를 균일하게 하는 프레스 금형에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금형은 성형될 제품에 대응하여 형성된 상면과 이에 맞추어 형성된 저면을 가지는 상부블록, 상부 블록 저면에 접합되도록 형성된 하부 블록 그리고 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 가지며, 유입구와 배출구 각각에 유체 연통되고 상부 블록과 하부 블록의 접합면에 형성된 유로가 구비된 가열채널로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

프레스 금형{Press Mold}
본 발명은 프레스 금형에 관한 것으로, 특히 복합소재를 이용하여 제품을 성형하고 경화할 때 금형 표면의 온도를 균일하게 하는 프레스 금형에 관한 것이다.
최근 유가상승 및 환경규제 강화 등의 사회적 요구와 관련하여 자동차의 경량화에 대한 필요성이 증가하고 있다. 또한 하이브리드 자동차 및 연료자동차 등의 경우 기존 내연기관 자동차에 비해 중량이 약 90~250kg 증가할 것으로 예상되어 차체의 경량화는 매우 중요한 이슈가 되고 있다.
차량의 무게를 경량화시키기 위해서 현재는 고장력 강판을 이용하여 차체 부품을 만들고 있으나 차량의 무게를 현재 대비 10~15% 더 줄이기 위해서는 기존의 방법으로는 한계가 있으므로 새로운 기술의 개발이 요구된다.
탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics, 이하 CFRP)는 차체 부품으로 사용되는 소재인 철강재나 알루미늄에 비해 약 60~80% 가벼운 반면, 인장강도는 철강재료와 동등한 수준이어서 이러한 목적에 부합할 것으로 보인다.
그런데, CFRP 프리프레그는 탄소 섬유에 에폭시(resin)를 함침시킨 직물 소재로 에폭시가 80~130℃에서 성형 및 경화가 진행되기 때문에 CFRP 프리프레그를 이용하여 제품을 성형하기 위해서는 금형의 온도를 80~130℃까지 올릴 필요가 있다.
금형 가열을 위해서는 카트리지 히터나 고온 오일 히터기를 사용한다. 고온 오일 히터기를 사용하여 금형을 가열하는 경우에는 금형 내에 냉각유 또는 냉각수 등의 유체가 순환할 수 있는 가열채널을 배치하는데, 가열채널은 일반적으로 드릴로 홀 가공을 하여 만들기 때문에 직선만이 가능하였다.
따라서, 종래기술에 따른 금형에서는 제품의 형상이 복잡할 경우 가열 채널을 구성하는데 어려움이 있고, 금형 표면의 온도가 균일하지 않아 제품 생산 사이클 타임이 길어지며 제품의 강도가 저하되는 문제가 발생하였다.
공개특허공보 10-2204-0012605호
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 금형의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 유체를 금형 내부에 순환시켜 금형의 온도를 셋팅하는 경우 표면의 온도를 균일하게 함으로써 금형 가열 및 냉각 효율이 향상된 금형을 제공하는 데에 있다.
또한, 제품의 형상에 구애됨이 없이 냉각수 및 냉각유가 흐르는 가열채널을 자유롭게 배치 가능하도록 하여 제품의 형상이 복잡한 경우에도 가열채널의 구성을 용이하게 할 수 있는 금형을 제공하는 데에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 금형은 성형될 제품에 대응하여 형성된 상면과 이에 맞추어 형성된 저면을 가지는 상부블록; 상부 블록 저면에 접합되도록 형성된 하부 블록; 그리고 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 가지며, 유입구와 배출구 각각에 유체 연통되고 상부 블록과 하부 블록의 접합면에 형성된 유로가 구비된 가열채널로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 유입구의 내측에 유입구와 접하여 형성되어 모든 유로가 유체연통되게 하는 챔버를 가질 수도 있다.
배출구의 내측에 배출구와 접하여 형성되어 모든 유로가 유체연통되게 하는 챔버를 가질 수도 있다.
상기의 유로는 단면이 반원형일 수도 있다.
상기의 유로는 둘 이상으로 서로 평행한 것일 수도 있다.
상기의 유로가 둘 이상으로 서로 평행한 경우 서로 등간격으로 배치될 수도 있다.
본 발명에 따르면 고온 오일 히터기 등의 온조기를 사용하여 금형의 온도를 셋팅하는 경우 금형 표면의 온도가 균일하게 됨으로써 금형 가열 및 냉각 효율이 향상되고, 이로 인하여 제품생산 사이클 타임이 줄어들어 생산성이 향상될 뿐만 아니라 제품의 강도가 개선되는 효과가 있다.
또한, 제품의 형상이 복잡한 경우에도 가열채널을 자유롭게 배치할 수 있어 금형 제작이 좀 더 용이하므로 금형 제작 시간을 단축하게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 금형의 가열채널을 보여주는 사시도
도 2는 도1의 A-A'선에 따른 단면도
도 3은 종래기술에 따른 금형의 표면 온도를 나타낸 그림
도 4는 본 발명에 따른 프레스 금형의 구성을 보여주는 사시도
도 5는 도4의 A-A'선에 따른 단면도
도 6은 도4의 B-B'선에 따른 단면도
도 7은 본 발명에 따른 금형의 하부 블록을 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따른 금형의 상부 블록을 나타낸 도면
도 9는 본 발명에 따른 금형의 표면 온도 분포를 나타낸 도면.
본 발명의 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도1은 종래기술에 따른 프레스 금형의 가열채널을 보여주는 사시도이고 도2는 도1의 A-A'선에 따른 단면을 도시한 것이다.
도 1과 도 2를 보면 종래기술에 따른 프레스 금형은 단일체로 유체가 흐르는 가열채널을 드릴로 홀 가공을 하여 형성하기 때문에, 가열채널이 직선 형태로 배치되어 있다.
도 3에 도시된 온도분포를 보면 알 수 있듯이 종래기술에 따른 프레스 금형의 경우에는 입구 쪽에 집중적으로 열이 전달되어 금형 표면의 온도가 전체적으로 균일하지 못 하다.
하기의 실시 예는 본 발명이 프레스 금형의 다이에 적용된 것을 전제로 하여 설명이 되었으나 본 발명은 프레스 금형의 펀치에만 적용되거나 프레스 금형의 다이 및 펀치 모두에 적용될 수도 있다
도 4는 본 발명에 따른 프레스 금형의 전체 구성을 보여주는 사시도이고 도 5는 도4의 A-A'선에 따른 단면도, 도 6은 도4의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도4에 도시된 바와 같이 프레스 금형은 크게 펀치(100)와 다이(200)로 구분되고 펀치(100)와 다이(200) 사이에 성형할 제품(300)을 놓고 이를 펀치로 눌러서 제품을 형성한다.
본 발명에 따른 프레스 금형의 다이는 도5와 도6에 도시된 바와 같이 상부 블록(210), 하부 블록(220) 및 유입구(230), 배출구(240), 유로(250)와 챔버(260)로 이루어진 가열채널로 구성된다.
상부블록(210)의 상면은 소재와 접촉하여 제품을 형성하므로 상부블록(210)의 상면은 성형될 제품의 형상에 맞추어 형성된다.
상부블록(210)의 저면은 상면과 연동하여 형상 가공하는데 실시 예와 같이 상면과 동일한 형상으로 제작하는 것이 바람직하나 금형의 강도나 가공의 난이도 등을 고려하여 일부 구간의 형상이 달라질 수도 있다.
실시 예와 같이 제품의 형상에 맞추어 상부블록(210)과 하부블록(220)이 형성한 경우 유로(250)로부터 상부블록(210)의 상면까지의 거리가 동일하므로 금형이 균일하게 가열 또는 냉각되게 된다.
상부 블록(210)의 재질에 특별히 제한이 있는 것은 아니나 고온에서 CFRP와 같은 복합재료를 성형할 수 있는 정도의 충분한 강도를 가져야 하며, 열전달이 잘 되는 것이면 더욱 좋다.
하부블록(220)은 상부블록(210)의 저면과 접합되게 형성된다. 하부블록(220)의 재질은 상부블록(210)과 동일한 재질로 형성될 수도 있으나 상부블록(210)보다 열전도율이 좋은 다른 재질을 사용하여도 무방하다.
상부블록(210)과 하부블록(220)의 접합은 열융착 등의 용접으로 이루어질 수 있다. 상부블록(210)과 하부블록(220)의 접합의 형태는 도시된 실시 예에서는 상부블록(210)이 하부블록(220)을 감싸는 모습으로 되어 있으나 반대로 하부 블록이 상부블록(210)을 감싸는 모습이나 어느 한 블록이 다른 블록의 한 측면만을 감싸는 형태도 가능하다.
가열채널은 적어도 하나의 유입구(230)와 적어도 하나의 배출구(240)를 가진다.
유입구(230)는 1개인 것이 바람직한데, 유입구(230)가 1개인 경우에는 설치가 간편하고 유입되는 냉각수의 온도 차이가 발생할 가능성이 상대적으로 줄어든다. 도4에서는 유입구(230)와 배출구(240)가 하나인 경우가 도시되었다. 그러나 여러 개의 유입구(230)와 배출구(240)를 갖는 것도 가능하므로 실시 예에 한정되지는 않는다.
또한 도시되지는 않았지만, 다른 실시 예로 여러 개의 유입구(230)와 여러 개의 배출구(240)를 가지며, 동일한 면에 유입구(230)와 배출구(240)를 교대로 배치하는 형태도 가능하다.
유입구(230)와 배출구(240)는 상부 블록(210)과 하부 블록(220)의 접합면에 형성된 유로(250)와 유체 연통되게 형성된다. 따라서 유입구(230)를 통하여 금형 내로 들어온 냉각수 또는 냉각유 등의 유체가 각 유로(250)로 들어가 금형과의 열교환 작용으로 금형을 가열 또는 냉각 시킨 후 배출구(240)를 통하여 금형 외부로 빠져 나간다.
일반적으로 유로(250)는 밀링 가공을 해서 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서는 유로(250)가 하부블록(220)의 상면에 형성되어 있으나 상부블록(210)의 저면에 형성하는 것도 가능하며 하부블록(220) 상면과 상부블록(210)의 저면에 각각 형성하는 것도 가능하다.
유로(250)는 밀링 가공의 특성상 반드시 직선일 필요는 없으며 자유자재로 형성될 수 있고 제품의 형상을 따라 표면으로부터 일정한 깊이 또는 서로 다른 깊이로 형성하는 것도 가능하다.
유로의 단면은 도5에 도시된 바와 같이 유체가 잘 흐를 수 있도록 반원형으로 하는 것이 바람직하다. 단면을 반원형으로 하면 냉각수나 냉각유와 같은 유체가 상대적으로 저항을 덜 받고 흐르게 되므로 순환속도가 빨라져 가열 또는 냉각효율이 향상된다
유로(250)는 둘 이상으로 서로 평행한 것이 좋다. 유로(250)간의 간격은 동일하게 하는 것이 균일한 열전달을 위하여 바람직할 것이지만 반드시 동일하여야 할 필요는 없다.
이상과 같이 유로의 깊이, 형상, 간격, 수량 등은 금형의 열전달이 되는 형태에 따라 자유로이 설계될 수 있다.
도6과 도7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금형에는 유입구(230)의 내측에 유입구(230)와 접하여 모든 유로(250)를 유체 연통되게 하는 챔버(260)가 형성될 수 있다. 유입구(230)의 내측에 챔버(260)가 형성된 경우 금형 내부로 유입된 유체가 먼저 챔버(260)에 채워지고, 이후 챔버(260)에서 각 유로(250)로 나뉘어 흘러 들어가게 되므로 각 유로(250)로 유입되는 유체의 온도차이가 발생하지 않아 가열 또는 냉각이 더욱 균일하게 될 수 있다.
마찬가지로 배출구(240)의 내측에도 챔버(260)가 형성될 수 있는데 그 경우 각 유로(250)로 나뉘어져 흘러 들어온 유체는 챔버(260)를 거쳐 배출구(240)로 빠져 나가게 된다. 이와 같은 냉각유나 냉각수 등의 유체의 흐름이 도6에 도시되어 있다
도 8은 본 발명에 따른 금형을 적용한 금형 표면의 온도 분포를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 금형은 입구 및 출구 쪽에 모두 고루 열이 전달되어 금형의 표면 온도가 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 제품 생산 사이클 타임이 줄어들고 제품의 강도가 고르게 유지될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 펀치 200 : 다이
210 : 상부블록 220 : 하부블록
230 : 유입구 240 : 배출구
250 : 유로 260 : 챔버
300 : 제품

Claims (6)

  1. 성형될 제품에 대응하여 형성된 상면과 이에 연동하여 형성된 저면을 가지는 상부블록;
    상기 상부 블록 저면에 접합되도록 형성된 하부 블록; 및
    적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 가지며, 상기 유입구와 배출구 각각에 유체 연통되고 상기 상부 블록과 하부 블록의 접합면에 형성된 유로가 구비된 가열채널
    로 구성된 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입구의 내측에 유입구와 접하여 형성되어 모든 유로가 유체연통되게 하는 챔버를 가지는 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배출구의 내측에 배출구와 접하여 형성되어 모든 유로가 유체연통되게 하는 챔버를 가지는 것을 특징으로 하는 프레스 금형.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 단면이 반원형인 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 둘 이상으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  6. 제5항에 있어서,
    상기의 유로들은 서로 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
KR1020130090445A 2013-04-26 2013-07-30 프레스 금형 KR20140128204A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102422415B1 (ko) * 2021-02-04 2022-07-19 (주)신화에스티 열간성형 금형

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