KR20160116611A - 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 저온에서 용융되는 금속 소재로 이루어진 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성한 후, 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어를 용융 배출시킴으로써 다양한 형상의 중공형 성형품이 간편하고 용이하게 성형되는 동시에 인서트 코어의 제거로 중공형 성형품 무게를 줄일 수 있으며, 용융된 저온 용융금속을 재활용하여 반복적으로 다양한 형상의 인서트 코어를 제작할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있고, 복합재료의 성형에 효과적으로 적용될 수 있으며, 특히 자전거 카본 프레임 성형이 적용되어 성형작업의 효율 증대와 제조비용 절감을 도모할 수 있는 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 저온 용융금속 소재를 설정형상으로 성형하여 인서트 코어를 형성하는 저온 용융금속 인서트 코어 형성단계와; 상기 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성하는 중공형 성형품 형성단계와; 상기 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 상기 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어가 용융 배출되도록 하는 인서트 코어 용융단계를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법{Material forming method by insert core composed of metal with low melting point}

본 발명은 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 저온에서 용융되는 금속 소재로 이루어진 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성한 후, 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어를 용융 배출시킴으로써 다양한 형상의 중공형 성형품이 간편하고 용이하게 성형되는 동시에 인서트 코어의 제거로 중공형 성형품 무게를 줄일 수 있으며, 용융된 저온 용융금속을 재활용하여 반복적으로 다양한 형상의 인서트 코어를 제작할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있고, 복합재료의 성형에 효과적으로 적용될 수 있으며, 특히 자전거 카본 프레임 성형이 적용되어 성형작업의 효율 증대와 제조비용 절감을 도모할 수 있는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에 관한 것이다.

자전거 프레임은 일반적으로 다수 조각의 금속 소재가 용접 등으로 접합되어 일체 성형되는 과정을 거쳐 제작된다. 그러나 자전거 프레임으로 스틸 소재가 사용될 경우 중량이 커지는 단점이 있어 최근에는 탄소섬유 소재로 이루어진 자전거 프레임의 사용이 늘어나고 있는 추세이다. 이와 같은 자전거 카본 프레임은 중량을 줄이면서도 강성이 우수한 특징이 있다. 여기서 자전거 카본 프레임을 이루는 탄소섬유는 제작 과정에서 산소, 수소, 질소 등의 분자가 빠져나가 중량이 감소되는 것으로, 금속보다 가벼우면서 탄성과 강도가 뛰어난 특징이 있으나, 단독으로 사용되지 못하고 열경화성수지인 에폭시 수지와 같은 기질과 함께 복합재료 소재로 사용되고 있다. 자전거 카본 프레임과 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1434649호 "카본섬유시트를 이용한 일체형 자전거프레임의 성형금형 및 그 성형금형을 이용한 자전거프레임의 제조방법" 등이 안출되어 있다.

한편 자전거 프레임은 내부가 빈 중공형으로 성형되는데, 종래에는 합성수지 소재의 인서트 코어를 구비하여 인서트 코어를 내부에 둔 상태로 자전거 프레임을 제조하였다. 그러나 자전거 프레임 내부에 위치한 인서트 코어를 빼낼 수 없으므로, 제조 완료 후에도 자전거 프레임 내부에 인서트 코어가 계속 남아있게 되어 자전거 프레임의 무게들 늘어나고, 자전거 프레임을 제조할 때마도 인서트 코어를 추가적으로 계속 제작해야 하는 문제점이 있었다.

(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1434649호 "카본섬유시트를 이용한 일체형 자전거프레임의 성형금형 및 그 성형금형을 이용한 자전거프레임의 제조방법"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 저온 용융금속 인서트 코어의 인서트에 의한 중공형 성형품 성형 후, 해당 저온 용융금속의 용융점 이상 온도로 중공형 성형품을 가열하여 저온 용융금속 인서트 코어를 용융 배출시키는 구성의 제공으로 중공형 성형품 성형이 간편하고 용이해지는 동시에 인서트 코어의 제거로 중공형 성형품의 무게가 줄어드고, 용융된 저온 용융금속의 재활용으로 인서트 코어를 반복 제작할 수 있어 제조비용이 절감되는 새로운 형태의 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 복합재료의 성형에 효과적으로 적용될 수 있으며, 자전거 카본 프레임 성형이 적용되어 성형작업의 효율 증대와 제조비용 절감을 도모할 수 있는 새로운 형태의 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 저온 용융금속 소재를 설정형상으로 성형하여 인서트 코어를 형성하는 저온 용융금속 인서트 코어 형성단계와; 상기 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성하는 중공형 성형품 형성단계와; 상기 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 상기 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어가 용융 배출되도록 하는 인서트 코어 용융단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에서 상기 중공형 성형품은 둘 이상의 이종(異種) 소재로 이루어지는 복합재료 성형품일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에서 상기 중공형 성형품은 탄소섬유 성형품이되, 상기 중공형 성형품 형성단계는 상기 인서트 코어의 외부면을 탄소섬유로 감싸는 탄소섬유 랩핑단계와; 금형에 인서트 코어를 감싼 탄소섬유를 장착시키고, 압력을 가하여 탄소섬유가 설정형상을 이루도록 하는 탄소섬유 성형단계와; 금형 내부로 열경화성 반응 수지를 투입하여 설정형상을 이루는 탄소섬유에 열경화성 반응 수지가 함침되도록 하는 수지 함침단계를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에서 상기 탄소섬유 랩핑단계는 탄소섬유 시트가 상기 인서트 코어의 외부면을 감싸도록 하는 것일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에서 상기 수지 함침단계는 진공압 상태의 금형 내부로 상기 열경화성 반응 수지를 투입하게 되는 것일 수 있다.

본 발명에 의한 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에 의하면, 저온에서 용융되는 금속 소재로 이루어진 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성한 후, 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어를 용융 배출시키므로, 다양한 형상의 중공형 성형품이 간편하고 용이하게 성형되는 동시에 인서트 코어의 제거로 중공형 성형품 무게를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의한 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법에 의하면, 용융된 저온 용융금속을 재활용하여 반복적으로 다양한 형상의 인서트 코어를 제작할 수 있어 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 복합재료의 성형에 효과적으로 적용될 수 있으며, 특히 자전거 카본 프레임 성형이 적용되어 성형작업의 효율 증대와 제조비용 절감을 도모할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 보여주기 위한 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법의 중공형 성형품 형성단계를 보여주기 위한 블록도;
도 3은 저온 용융금속 재활용을 위한 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 보여주기 위한 블록도;
도 4는 자전거 카본 프레임 성형에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어 형성단계를 보여주기 위한 도면;
도 5의 (a)와 (b)는 자전거 카본 프레임 성형에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 중공형 성형품 형성단계의 탄소섬유 랩핑단계를 보여주기 위한 도면;
도 6은 자전거 카본 프레임 성형에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 중공형 성형품 형성단계의 수지 함침단계를 보여주기 위한 도면;
도 7은 자전거 카본 프레임 성형에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 인서트 코어 용융단계를 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 자온 용융금속, 인서트 코어, 탄소섬유, 탄소섬유 시트, 열경화성 반응 수지, 에폭시 수지, 자전거 프레임, 자전거 카본 프레임 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 도 1에서와 같이 저온 용융금속 인서트 코어 형성단계, 중공형 성형품 형성단계, 인서트 코어 용융단계를 거쳐 수행된다.

저온 용융금속 인서트 코어 형성단계는 저온 용융금속 소재를 설정형상으로 성형하여 인서트 코어(10)를 형성하는 단계이다. 이와 같은 인서트 코어(10)는 중공형으로 이루어질 수도 있고, 중실형으로 이루어질 수도 있다. 이를 위하여 인서트 코어(10)는 주조 가공, 단조 가공 등에 의해 성형될 수 있다. 인서트 코어(10)를 이루는 저온 용융금속으로는 47℃의 용융점을 갖는 금속, 70℃의 용융점을 갖는 금속, 150℃의 용융점을 갖는 금속이 사용될 수 있다.

중공형 성형품 형성단계는 인서트 코어(10)가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품(30)을 형성하는 단계이다. 이와 같은 중공형 성형품(30)은 둘 이상의 이종(異種) 소재로 이루어지는 복합재료 성형품일 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 중공형 성형품 형성단계는 중공형 성형품(30)으로 탄소섬유 성형품을 형성하게 되는데, 이와 같은 탄소섬유 성형품에는 자전거 카본 프레임이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

탄소섬유 성형품으로 된 중공형 성형품(30)을 형성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 중공형 성형품 형성단계는 도 2에서와 같이 탄소섬유 랩핑단계, 탄소섬유 성형단계, 수지 함침단계를 거쳐 수행된다.

탄소섬유 랩핑단계는 도 4에서와 같이 저온 용융금속으로부터 형성된 인서트 코어(10)의 외부면을 도 5의 (a)와 (b)에서와 같이 탄소섬유로 감싸는 단계이다. 이와 같은 탄소섬유 랩핑단계는 도 5의 (a)에서와 같이 인서트 코어(10) 외부면을 탄소섬유(20a)로 권취시키는 방식으로 수행될 수도 있고, 도 5의 (b)에서와 같이 인서트 코어(10) 외부면을 탄소섬유 시트(20b)가 감싸는 방식으로 수행될 수도 있다.

탄소섬유 성형단계는 상형(1a)과 하형(1b)으로 이루어진 금형(1)에 인서트 코어(10)를 감싼 탄소섬유(20a)(20b)를 장착시키고, 압력을 가하여 탄소섬유(20a)(20b)가 설정형상을 이루는 중공형 성형품(30)을 형성하도록 하는 단계이다.

수지 함침단계는 도 6에서와 같이 열경화성 반응 수지 투입구(2)을 통해 금형(1) 내부로 에폭시 수지와 같은 열경화성 반응 수지를 투입하여 설정형상을 이루는 탄소섬유(20a)(20b)에 열경화성 반응 수지가 함침되도록 하는 단계이다. 이와 같은 수지 함침단계는 진공압 상태의 금형(1) 내부로 열경화성 반응 수지를 투입하여 수지 함침 효율이 증대되도록 한다.

인서트 코어 용융단계는 인서트 코어(10)를 이루는 도 7에서와 같이 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 중공형 성형품(30)을 가열하여 중공형 성형품(30) 내부의 인서트 코어(10)가 용융 배출되도록 하는 단계이다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 도 3에서와 같이 저온 용융금속 수거단계를 통해 인서트 코어 용융단계에서 용융 배출되는 저온 용융금속을 수거한 다음, 수거된 저온 용융금속을 재활용하여 인서트 코어를 형성시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 저온 용융금속 인서트 코어(10)의 인서트에 의한 중공형 성형품(30) 성형 후, 해당 저온 용융금속의 용융점 이상 온도로 중공형 성형품(30)을 가열하여 저온 용융금속 인서트 코어(10)를 용융 배출시키므로, 중공형 성형품(30)의 성형이 간편하고 용이해지는 동시에 인서트 코어(10)의 제거로 중공형 성형품(30)의 무게가 줄어드고, 용융된 저온 용융금속의 재활용으로 인서트 코어(10)를 반복 제작할 수 있어 제조비용이 절감되는 특징이 있다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법은 복합재료의 성형에 효과적으로 적용될 수 있으며, 자전거 카본 프레임 성형이 적용되어 성형작업의 효율 증대와 제조비용 절감을 도모할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 금형 1a : 상형
1b : 하형 2 : 열경화성 반응 수지 투입구
10 : 인서트 코어 20a : 탄소섬유
20b : 탄소섬유 시트 30 : 중공형 성형품

Claims (5)

1. 저온 용융금속 소재를 설정형상으로 성형하여 인서트 코어를 형성하는 저온 용융금속 인서트 코어 형성단계와;
   상기 인서트 코어가 인서트된 상태로 설정형상의 중공형 성형품을 형성하는 중공형 성형품 형성단계와;
   상기 인서트 코어를 이루는 저온 용융금속 소재의 용융점 이상의 온도로 상기 중공형 성형품을 가열하여 중공형 성형품 내부의 인서트 코어가 용융 배출되도록 하는 인서트 코어 용융단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 중공형 성형품 형성단계에서 형성되는 중공형 성형품은 둘 이상의 이종(異種) 소재로 이루어지는 복합재료 성형품인 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 중공형 성형품은 탄소섬유 성형품이되,
   상기 중공형 성형품 형성단계는 상기 인서트 코어의 외부면을 탄소섬유로 감싸는 탄소섬유 랩핑단계와;
   금형에 인서트 코어를 감싼 탄소섬유를 장착시키고, 압력을 가하여 탄소섬유가 설정형상을 이루도록 하는 탄소섬유 성형단계와;
   금형 내부로 열경화성 반응 수지를 투입하여 설정형상을 이루는 탄소섬유에 열경화성 반응 수지가 함침되도록 하는 수지 함침단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 탄소섬유 랩핑단계는 탄소섬유 시트가 상기 인서트 코어의 외부면을 감싸도록 하는 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 수지 함침단계는 진공압 상태의 금형 내부로 상기 열경화성 반응 수지를 투입하게 되는 것을 특징으로 하는 저온 용융금속 인서트 코어에 의한 소재 성형방법.

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