KR20150089214A - 차량용 스포일러를 제조하는 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 스포일러 제조하는 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출공정을 이용한 차량용 스포일러를 제조하는 금형에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 차량용 스포일러를 제조하는 금형은 상부 금형; 상기 상부 금형에 대응되는 하부 금형을 포함하며, 상기 상부 금형은 적어도 두 개의 앵귤러 핀과 적어도 두 개의 상기 앵귤러 핀 사이에 형성되며, 용융된 플라스틱이 주입되는 주입구가 포함하며, 상기 하부 금형은 상기 앵귤러 핀이 인입되는 앵귤러 핀 인입통공을 포함한다.

Description

차량용 스포일러를 제조하는 금형{Molding structure of spoiler for vehicle}

본 발명은 차량용 스포일러 제조하는 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출공정을 이용한 차량용 스포일러를 제조하는 금형에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 스포일러는 차량이 고속으로 주행할 때 형성되는 기류에 의하여 차체가 뜨는 현상(양력)을 억제하고 바퀴와 지면 사이의 접지력을 증가시킴으로써 엔진 동력전달의 손실에 의한 조향력 및 제동력의 약화를 감소시켜 차량의 고속 주행시 안정성을 도모하는 동시에, 고속 주행하는 차량 후미에 공기 저항에 의해 발생하는 저항력(항력)을 줄이도록 후방측으로 유선형을 그려 공기 저항을 최소화할 수 있도록 공기의 흐름을 유선형으로 유도하여 차량의 주행속도를 향상하고 연료를 절감하기 위한 장치이다.

이러한 차량용 스포일러는 차량의 종류에 따라 다양한 형태로 사용되는데, 스포일러는 기계적으로 높은 정도의 강도는 요구되지 않고 전체 성형성이 중요시되는 관계로 소재 절감과 경량화를 가능하게 하도록 다양한 성형방법으로 제조된다.

이러한 제조방법 중에 열가소성 재료를 압출 또는 사출에 의해 튜브상으로 예비 성형하여 패리슨(Parison)을 형성하고 상기 패리슨을 금형에 넣고 패리슨 내부에 공기(열풍)를 불어 넣음으로써 부풀린 후 냉각, 고화시켜 제품의 내부가 중공인 구조를 만드는 블로우 성형(Blow molding)이 널리 사용되고 있다.

상술한 중공성형은 생산비용이 저렴하고 성형된 제품 내의 스트레스가 낮기 때문에 스포일러의 성형에 널리 사용된다.

한국등록특허 제0798655호(발명의 명칭: 차량용 스포일러 및 그 제조방법)는 캐비티를 형성하는 상부금형과 하부금형 사이에 패리슨을 투입하는 단계;

상기 패리슨에 열풍을 공급하여 상기 캐비티 형상으로 1차성형하는 단계; 상기 1차성형 후에 헤드부재를 상승시켜 지지부를 2차성형하는 단계; 상기 2차성형하는 단계 후에 열풍을 이용하여 상기 지지부를 재성형하는 단계; 상기 지지부를 재성형하는 단계 후에 냉풍을 이용하여 상기 지지부를 냉각하는 단계를 포함하여 구성하되; 상기 지지부를 재성형하는 열풍과 상기 지지부를 냉각하는 냉풍은 상기 헤드부재를 통하여 상기 지지부로 공급됨을 특징으로 하는 차량용 스포일러의 제조방법을 제안하고 있다.

한국공개특허 제2004-0097835호(발명의 명칭: 차량용 스포일러 제조방법 및 그 금형)는 캐비티를 형성하는 상부금형과 하부금형 사이에 패리슨을 투입하는 단계; 상기 패리슨에 열풍을 공급하여 상기 캐비티 형상으로 1차성형하는 단계; 상기 1차성형 후에 헤드부재를 상승시켜 지지부를 2차성형하는 단계; 상기 2차성형하는 단계 후에 열풍을 이용하여 상기 지지부를 재성형하는 단계; 상기 지지부를 재성형하는 단계 후에 냉풍을 이용하여 상기 지지부를 냉각하는 단계를 포함하여 구성하되; 상기 지지부를 재성형하는 열풍과 상기 지지부를 냉각하는 냉풍은 상기 헤드부재를 통하여 상기 지지부로 공급됨을 특징으로 하는 차량용 스포일러의 제조방법을 제안하고 있다.

하지만, 종래 블로워 공법에 의해 제조된 스포일러는 표면 연마를 위한 별도의 샌딩 공정을 수행하여야 한다는 단점을 가지고 있으며, 샌딩 공정은 전체 공정에서 50% 이상을 차지하므로, 스포일러를 제작하는 시간 및 제조 비용이 상승한다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 별도의 표면 연마를 위한 샌딩 공정을 수행하지 않는 스포일러 제조 방법 및 스포일러를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 제작 시간 및 비용을 절감시킬 수 있는 스포일러 제조 방법을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 차량용 스포일러를 제조하는 금형은 상부 금형; 상기 상부 금형에 대응되는 하부 금형을 포함하며, 상기 상부 금형은 적어도 두 개의 앵귤러 핀과 적어도 두 개의 상기 앵귤러 핀 사이에 형성되며, 용융된 플라스틱이 주입되는 주입구가 포함하며, 상기 하부 금형은 상기 앵귤러 핀이 인입되는 앵귤러 핀 인입통공을 포함한다.

본 발명에 따른 차량용 스포일러 제작 방법은 기존 블로워 공법 대신 사출 공법을 적용함으로써 공정 종료 후 제작된 스포일러에 대한 표면 연마를 위한 별도의 샌딩 공정을 수행하지 않는 장점을 갖는다.

이로 인해 본 발명에 의해 제작된 차량용 스포일러는 제작 시간 및 제작 단가가 절감되는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러를 제작하기 위한 금형을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 금형을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 금형을 도시한 다른 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 하트런너의 구조를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 히트런너가 적용된 금형을 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 기존 블로워 공법을 이용한 스포일러 제작 방식 대신 사출 공법을 이용한 스포일러 제작 방안을 제안한다. 이와 같이 블로워 공법을 이용한 스포일러 제작 방식 대신 사출 공법을 이용한 스포일러 제작 방식을 적용함으로써 별도의 표면 연마를 위한 별도의 샌딩 공정을 수행할 필요가 없다는 장점을 가지고 있다.

이를 위해 본 발명은 사출 성형을 위한 금형 구조를 제안한다. 특히 본 발명은 스포일러를 하나의 사출 공정을 거쳐 제작하는 것이 아니라 두 개의 공정을 거쳐 제작한다. 즉, 스포일러의 상부와 하부를 각각 따로 제작한 이후 열 융착이나 레이저 융착을 이용하여 상부와 하부를 융착한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러를 제작하기 위한 금형을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하 도 1을 이용하여 스포일러 제작을 위한 금형에 대해 알아보기로 한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명은 스포일러를 일체로 제작하는 것이 아니라 적어도 두 개로 구분해서 제작한다.

즉, 스포일러의 상부와 하부를 각각 제작한 융착 공정을 통해 하나로 제작한다. 도 1을 살펴보면, 좌측의 금형은 스포일러의 상단을 제작하는 금형이며, 우측의 금형은 스포일러의 하단을 제작하는 금형이다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 금형을 도시하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명은 금형의 중앙 부분에 용융된 플라스틱을 주입하기 위한 주입구를 형성한다.

이와 같이 금형의 일측 종단이 아니라 중앙 부분에 용융된 플라스틱을 주입하기 위한 주입구를 형성하는 경우 동일한 전단 응력(Shear stress) 금형 내에 형성된다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 금형을 도시한 다른 도면이다. 특히 도 3은 내부 언더컷 처리를 위한 슬라이드 코어를 적용하며, 슬라이드 코어의 작동을 위한 앵귤러 핀의 최적 각도를 산출한다. 본 발명과 관련하여 앵귤러 핀의 최적 각도는 슬라이드 코어의 크기 및 금형의 크기를 등을 고려하여 설정된다.

또한, 앵귤러 핀은 금형의 상부 및 하부에 각각 하나씩 형성되며, 두 개의 앵귤러 핀의 중앙에는 용융된 플라스틱을 주입하기 위한 주입구를 형성한다. 앵귤러 핀이 형성된 금형에 대응되는 금형에는 앵귤러 핀이 인입되는 앵귤러 핀 인입통공이 형성된다. 앵귤러 핀 인입통공의 개수 및 형상은 앵귤러 핀의 형상 및 개수에 따라 달라진다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 스포일러 제작을 위한 하트런너의 구조를 도시하고 있다.

일반적으로 사출성형기의 작동은 두 부분으로 나누어진 금형을 장착한 형반이 두 개가 있으며, 한쪽은 고정이며 다른 한 부분이 열리고 닫힌다. 즉 금형을 닫고 여는 것을 형개폐라 한다. 닫겨진 금형 내로 용융된 플라스틱 원재료를 사출기 실린더와 스크류를 통하여 투입하는 것을 사출이라하며, 사출성형기 실린더 내에서 스크류가 회전하면서 플라스틱 원재료를 전단력인 마찰과 열로 녹이면서 다음 사출을 위한 원하는 양의 녹은 원재료를 준비하는 것을 계량이라 한다.

사출된 원재료는 금형 내로 투입되어서 일정의 모양을 가지는 사출제품이 성형되며, 소정의 냉각 시간을 소모한 후에 형개되고 이후에 금형 내에 있는 제품을 떼어내는 작업을 에젝팅이라 한다. 즉 사출성형기의 일반적 동작 순서는 형폐, 사출, 계량, 형개, 에젝팅의 순서로 반복하면서 양산 제품을 생산한다.

대부분의 불필요한 가스는 원재료를 녹이는 계량과정과 계량과정 이후 용융된 상태에서 사출성형기의 실린더 및 금형 내의 하트런너 등에서 지속적으로 열이 가해지면서 발생이 된다.

본 발명은 사출 성형기 실린더의 출구부인 노즐부나 금형 내의 노즐부를 제작함에 있어 사출성형기의 계량동작이 끝난 후에 사출 실린더 외부에 있는 가열장치 또는 금형 내의 히트런너 등에서 용융된 원재료에 가해지는 열이 스모그성 가스를 발생시키며 본 가스 제거 필요성이 사출성형품 생산에 중요한 요인으로 작용하고 있다. 즉 실린더 외부로부터 내부로 가해지는 열이나 금형 내의 히트런너에서도 용융상태의 원재료는 계속적으로 열가열을 받게 된다. 이때에도 열에 의하여 30%~40% 가량 스모그성 가스가 발생이 된다. 그래서 본 발명에 따른 사출 불량률을 줄일 수 있는 사출 성형기의 가스배출 노즐기는 사출기실린더의 전방면 또는 금형 내부에 부분적으로 장착되는 노즐부를 구성하였다.

사출성형기에서 사출기의 실린더 및 스크류는 기능적으로 크게 3등분 되어 있다. 원재료가 투입되는 실린더 입구부로부터 공급부분, 압축부분, 멜팅부분으로 나누어진다. 공급부분은 사출성형기 실린더 및 스크류 내로 원재료를 원활히 공급하는 곳이며 사출기 스크류는 홈을 깊게 하여 원재료를 다음의 압축부분으로 잘 공급되게 한다.

압축부분은 공급부분과 멜팅부분의 중간에 위치하며 스크류 홈의 깊이를 서서히 줄여 공급되는 원재료가 사출성형기의 스크류가 회전하는 계량동작 중에 전단력(마찰력)과 열에 의하여 고체인 원재료를 용융상태인 반액체 상태로 만든다. 이 압축부분에서 불필요한 가스가 약 60~70% 정도가 발생이 된다.

열풍식 건조기를 시작으로 최근에는 제습, 진공, 냉간 등 고성능의 다양한 건조기들이 개발되어 시판되면서 원 재료내에 수분함유랑을 0.005% 까지 줄일 수가 있어서 압축부분에서의 전단력(마찰력)에 의한 가스발생 요인을 대폭 줄일 수가 있음은 사실이다.

본 발명은 사출성형기의 용융된 원료속에 남아 있는 가스를 배출하도록 포핏부와 와류링부 및 가스빼기링부를 구성한 특징이 있다. 포핏부 외부에 가스빼기링부를 구성하고 미세한 가스배출 통로를 가공하여서 용융 원료는 통과하지 못하고 가스성분인 공기만을 배출토록 구성한 특징이 있다.

도 4에는 사출성형기 실린더의 끝부분인 노즐 전방에 장착하여 용융된 원료가 지속적인 열가열에 의하여 발생되는 가스를 배출시키기 위하여 노즐부(110), 실린더부(120), 노즐팁부(130), 조립나사부(170), 가스빼기링부(160), 와류링부(150) 및 가스배출구(180)의 조립구성도를 나타내었다. 조립나사부(170)는 사출기의 실린더와 조립되는 곳이며 부품 및 기술적인 설명은 하기에 서술한다.

도 4에서 가스빼기링부(160)는 1개 이상이 노즐부(110)의 내부에 장착되며 노즐팁부(130)의 나사에 의하여 강하게 압착되어 조립된다. 압착되는 힘으로 인해 제2링간지지부(167)들과 가스빼기링부(160)의 뒷면이 서로 닿게되며, 제1링간지지부(166) 사이의 제1가스통로부(162)를 통하여 원재료 통과부(161)에 있는 가스가 외부로 배출되도록 한다.

노즐팁부(130)를 공구를 사용하여 강하게 조이면 제2링간지지부(167)는 일정부분 눌리는 현상이 발생된다. 눌리는 부분이 미세하다 해도 제1가스통로부(162)는 수 미크론의 매우 작은 틈새이므로 큰 영향을 미치게 된다.

즉 압착에 의하여서 제1가스통로부(162)에 볼록한 현상을 발생시켜서 가스배출 효과를 저하시키는 결과를 만든다. 이를 최소한으로 방지하기 위해서 제1,제2변형방지홈(163, 164)을 두었다.

또 제1,제2링간지지부(166, 167)의 높이를 달리하여, 즉 제1링간지지부(166)의 높이 보다 약간 높게 제2링간지지부(167)를 구성한다. 상세하게는, 노즐팁부(130)를 강하게 압착하면 제1링간지지부(166)의 높이를 낮게 하였으므로 우선은 제2링간지지부(167)와 가스빼기링부(160)의 후면이 닿는다.

강한 힘으로 조임을 하므로 제1링간지지부(166) 및 제1가스통로부(162)는 볼록한 현상을 나타내려고 할 것이다.

이때 제1,제2변형방지홈(163, 164)에 의하여 볼록한 현상은 줄어들게 되며, 처음에는 제2링간지지부(167)와 가스빼기링부(160)의 후면이 닿지만 강한 힘으로 더 쪼임을 하면 최종적으로는 제1링간지지부(166)에 닿게 된다.

즉 제1링간지지부(166)와 제1가스통로부(162)의 높이 차이가 가스 배출을 위한 틈새가 되는 것이다.

수치를 예를 들어서 설명하면, 제2링간지지부(167)의 높이를 기준면인 0이라하고, 제1가스통로부(162))를 기준면인 제2링간지지부(167) 보다 0.02mm 낮게 가공한다. 또 제1링간지지부(166)를 기준면보다 0.01mm 낮게 하되 강하게 조임을 하여 압착되어서 눌리는 양이 0.01mm라 가정한다.

노즐팁부(130)를 토르크렌치를 사용하여서 강한힘으로 돌리면 우선 제2링간지지부(167)와 가스빼기링부(160)의 후면이 닿을 것이다. 닿는 순간 제1가스통로부(162)의 틈새는 0.02mm가 될 것이다. 이후 강하게 조여 0.01mm를 압착하면 제1링간지지대(166)가 가스빼기링부(160)의 후면에 닿게 될 것이다. 이때 토르크렌치에 전달되는 힘은 가중되어서 멈추게 되며 제1가스통로부(162)의 틈새는 0.01mm를 유지하게 된다.

본 방법으로 가공을 함으로써 제1가스통로부(162)의 틈새는 힘에 의한 변형을 없애고 당업자가 원하는 만큼 정확하게 치수를 남길 수가 있어서 가스 배출에 효과적이다.

제1,제2변형방지홈(163, 164)은 제1가스통로부(162)의 미세한 틈새 변형을 방지함과 아울러 가스의 이동경로가 된다.

가스빼기링부(160)의 외주 양면에 모따기와 같이 가공하여서 제2가스통로부(165)를 구성한다. 제2가스통로부(165)는 제1가스통로부(162) 및 제1,2변형방지홈(163, 164)을 빠져나온 가스가 각각의 링 간을 자유롭게 이동이 되도록 한다.

가스빼기링부(160)의 원형의 외주면에 길이방향으로 다수의 직선 가공을 하여서 제3가스통로부(미도시)를 구성한다. 가스빼기링부(160)의 제1가스통로부(162)을 통하여 나온 가스는 제2가스통로부(165) 및 제3가스통로부를 통하여 각각 가스빼기링부(160)간의 외주면을 타고 이동이 자유롭게 되다가 도 4에 도시된 바와 같이, 가스배출구(180)를 만나면 자연스럽게 가스는 외부로 배출된다.

가스빼기링부(160)의 원재료 통과부(161)에 원재료 및 발생된 가스가 함께 통과하다가 제1가스통로부(162)를 만나게 되면 가스는 제1가스통로부(162)를 빠져나오게 된다. 제1가스통로부(162)의 미세한 틈새면은 원재료에 따라 다르며, 보통 원재료는 통과하지 못하나 가스는 통과하도록 0.005mm에서 0.03mm 내에서 구성된다.

제1가스통로부(162)를 나온 가스는 제2가스통로부(165) 및 제3가스통로부에 의하여 가스빼기링부(160)의 외주면을 타고 이동이 자유롭게 되도록 구성되며 노즐부(110)의 외부로 배출시키기 위한 준비를 하게 된다.

노즐부(110)에서 와류링부(150)는 가스빼기링부(160)와 아울러 중요한 요소로서, 와류링부(150)의 입구부(151) 내로 들어온 원재료가 와류곡면부(152)를 타고 내측 방향으로 원형으로 뒤집어 지면서 원재료 내부의 가스를 더욱 끓게 하여 가스 배출을 유도하게 된다.

와류곡면부(152)를 만들어 주기 위해서는 입구부(151)보다 출구부(153)를 좁게 함이 특징이다. 와류곡면부(152)의 곡면은 보통 최대의 와류 값을 가지도록 하나 속도가 빠른 기계나 초대형의 기계는 거의 직선 가공이나 곡면을 완화하여서 원재료가 탄화되는 현상을 방지하거나 압력이 상승되는 것을 줄여 준다.

다시 도 4a로 돌아가서, 사출기실린더의 전 방면 또는 금형 내에 장착되는 노즐부(110)의 가스배출시스템에서, 노즐부(110) 내부에 와류링부(150)를 가장 내측으로 삽입하고 이후에 가스빼기링부(160)를 와류링부(150)의 일측면과 닿도록 삽입하여 구성된다. 와류링부(150)는 1개이나 가스빼기링부(160)는 길이 방향으로 삽입되므로 1개 이상으로 구성된다. 이후에 노즐팁부(130)를 나사 형태로 체결하여 완성된다. 다른 방법으로는 와류링부(150)를 노즐부(110) 자체에 가공하는 것도 가능하다.

가스빼기링부(160)의 외부로 나온 가스는 노즐 외부에서 내부로 수개 이상 가공된 가스배출구(180)를 통하여 최종적으로 외부로 배출된다. 가스배출구(180)로 나온 가스를 자연 상태로 배출도 가능하나 이후에 진공펌프나 공압식 이젝터를 사용하여 강제배출도 가능하다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 히트런너가 적용된 금형을 도시하고 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (4)

1. 차량용 스포일러를 제조하는 금형에 있어서,
   상부 금형;
   상기 상부 금형에 대응되는 하부 금형을 포함하며,
   상기 상부 금형은 적어도 두 개의 앵귤러 핀과 적어도 두 개의 상기 앵귤러 핀 사이에 형성되며, 용융된 플라스틱이 주입되는 주입구가 포함하며,
   상기 하부 금형은 상기 앵귤러 핀이 인입되는 앵귤러 핀 인입통공을 포함함을 특징으로 하는 차량용 스포일러 제조 금형.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 주입구는 상기 상부 금형의 중앙에 형성됨을 특징으로 하는 차량용 스포일러 제조 금형.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 금형은 하트런너를 포함하며,
   상기 하트런너는 상기 용융된 플라스틱에 의해 발생되는 가스를 외부로 배출되도록 유도함을 특징으로 하는 차량용 스포일러 제조 금형.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 앵귤러 핀의 각도는,
   상기 금형의 크기, 슬라이드 코어에 따라 달라짐을 특징으로 하는 차량용 스포일러 제조 금형.

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