KR20180000439A

KR20180000439A - 고온성형을 위한 세라믹 금형 시스템

Info

Publication number: KR20180000439A
Application number: KR1020160078401A
Authority: KR
Inventors: 이용민
Original assignee: 낙우산업(주)
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-01-03
Also published as: KR101865287B1

Abstract

본 발명에 따른 항공기 노즐 페어링 금형 시스템은, 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방된 금속 재의 케이스 바디(100); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 케이스 바디(100)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 케이스 바디(100)의 내부에 안착되는 내화성을 가진 내화 바디(200); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 내화 바디(200)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 내화 바디(200)의 내부에 안착되는 단열성을 가진 단열 바디(300); 상기 단열 바디(300)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 단열바디(300)의 내부에 안착되고, 상면에 성형하고자 하는 제품의 외주면 중 하면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 하부 성형틀(410); 상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착되고, 하부 성형틀(410)의 상면과 접하는 하면에 제품의 외주면 중 상면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 상부 성형틀(420);을 포함하여 구성되고, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하여, 가열봉(510)의 가열에 의해 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)에 고온을 전달하는 것을 특징으로 한다.

Description

항공기 노즐 페어링 금형 시스템{MOLD SYSTEM FOR THE NOZZLE FAIRING OF AEROSPACE}

본 발명은 금형 시스템에 대한 것으로써, 구체적으로, 고온의 승온이 필요한 항공기 노즐 페어링 금형으로, 내화벽돌 및 단열벽돌의 이중열 차폐구조와 단열벽돌 내부의 금형을 탄소봉으로 가열하여 고온으로의 승온을 급속도로 신속히 진행할 수 있는 항공기 노즐 페어링 금형 시스템에 관한 것이다.

항공기의 추력을 발생시키는 항공기 엔진의 노즐부위에는 항공기의 동체를 보호하고, 추력을 조절하도록 노즐 페어링이 장착된다.

이러한 노즐 페어링은 상당한 고열을 견뎌야 하므로 이를 제작 시에도 매우 높은 고열의 전기로에서 승압 및 가열하여 티타늄 소재의 모재판을 압착하여 제작한다.

일반적으로 알려있는 사출 성형장치는, 일정한 형상으로 형성된 금형의 베이스 내부로 용융된 성형재를 사출하여 채우고, 이를 냉각하여 굳히는 것에 의해 금형의 베이스에 장착되는 금형틀의 형상과 동일한 형상의 제품을 성형하게 되는 것이다.

이때, 금형틀의 표면의 온도가 적절하지 않은 경우에는, 성형물의 변형이나 표면결함 등이 발생하게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기 금형의 온도를 제어하기 위하여 용융물의 주입단계와 응고단계에 따라 금형을 가열 및 냉각하여야 하는데 이러한 가열 -> 냉각 -> 가열로 이어지는 반복되는 사이클이 빠르게 이루어지지 않는 경우에는 성형물제작에 있어서 제작시간이 늘어나 생산성이 떨어지게 되며, 상기 금형의 가열 및 냉각을 금형 전체에 대해서 진행하는 경우에는 불필요한 부분의 가열 및 냉각이 수반됨에 따라 에너지 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있는 것이다.

한편, 최근에는 상기와같은 문제점을 개선하여, 하부 금형과 맞물리는 캐비티 금형이 가열금형판으로부터 수냉 금형판이 이동될 수 있도록 구성하여, 가열금형판과 코아 금형이 맞물려 형성된 캐비티로 성형재가 주입되어 사출 성형이 이루어 지더라도 고온의 가열금형판으로부터 저온의 수냉금형판으로 열전달이 이루어지는 열손실이 발생되지 않으므로, 캐비티를 형성하는 각 금형의 일면을 고온으로 유지할 수 있어 사출물의 표면을 매끄럽게 제작할 수 있고, 나아가 원하는 시점에 냉각이 이루어지도록 하여 보다 다양한 제작공정을 구현할 수 있도록한 금형장치가 대한민국 공개특허 제 10-2007-0110991호에 알려져 있다.

그 기술적인 구성은 도 1에 도시한 바와같이, 가열금형판(10)에 대해 접촉 및 이동 가능하게 냉각홀(22)이 형성된 수냉금형판(20)이 설치되는 캐비티 금형과, 이와 이동수단(40)을 통해 맞물려 캐비티를 형성하는 코어 금형(30)으로 이루어지며, 상기 가열금형판(10)과 수냉금형판(20)의 분리면에 전자석(52)과 영구자석(54)이 설치되어, 상기 가열금형판(10)에 대해 상기 수냉금형판(20)이 접촉 및 이동 되도록 하고, 상기 가열금형판(10)은 그 중심에 상기 수냉금형판(20)이 삽입될 수 있도록 홈이 형성된 컵 형상으로 형성되면서, 그 하단 내측에 가열 수단인 전기히터(12)가 내부에 매설되는 구성으로 이루어진다.

따라서, 외부 신호에 의해 전자석(52)에 전류를 공급함에 따라 상기 가열금형판(10)으로부터 상기 수냉금형판(20)을 분리시키고, 상기 전기히터(12)에 전류가 공급되도록 하여 상기 가열금형판(20)을 가열시킨 다음, 상기 이동수단(40)을 작동시켜 상기 코아 금형(30)을 상기 캐비티 금형에 접촉시키게 되며, 이때 상기 가열금형판(10)과 수냉금형판(20)이 서로 분리된 상태를 유지하기 때문에 상기 가열금형판(10)으로 부터 상기 수냉금형판(20)으로 열전달이 이루어지는 것을 방지하고, 그 결과 열효율을 보다 높일 수 있으며, 또한 상기 전자석(52)과 영구자석(54) 사이에 인력을 발생시켜 상기 수냉금형판(20)이 상기 가열금형판(10)에 접촉되도록 하고, 상기 냉각수 채널(22)을 통하여 냉각수가 공급되면서 상기 수냉금형판(20), 가열금형판(10) 및 사출물이 냉각되도록 하고, 상기 이동수단(40)에 의해 상기 캐비티 금형으로부터 상기 코어 금형(30)이 분리되어 사출물이 인출되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 금형장치는, 가열금형판(10) 내부에 설치되는 전기히터(12)를 통해 가열금형판(20)이 가열되어, 승강하는 코아 금형(30)이 접촉하여 사출이 이루어진 후, 재차 수냉금형판(20)이 상기 가열금형판(10)에 접촉되고, 상기 냉각수 채널(22)을 통하여 냉각수가 공급되면서 상기 수냉금형판(20), 가열금형판(10) 및 사출물이 냉각되도록 함으로써, 별도의 수냉금형판(20) 설치에 따른 구조가 복잡해지고, 급속으로 냉각 및 가열이 극히 어렵게 됨은 물론, 이에따라 가열금형판의 가열효과를 저하되는 문제점이 있는 것이다.

이에 더하여, 상기 가열금형판은 항상 일정한 온도로 예열이 불가능하게 되어, 성형 가공물의 성형시 신속하게 금형판을 가열하기 어렵게 되며, 이에따라 사출 성형시 열손실을 현저하게 발생하게 되는등 많은 문제점이 있었던 것이다.

KR 10-2007-0070461 A

KR 10-1342049 B1

JP 2002113752 A

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 내화벽돌 및 단열벽돌의 이중열 차폐구조와 단열벽돌 내부의 금형을 탄소봉으로 가열하여 고온으로의 승온을 급속도로 신속히 진행하도록 하여 제조 효율을 높일 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항공기 노즐 페어링 금형 시스템은, 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방된 금속 재의 케이스 바디(100); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 케이스 바디(100)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 케이스 바디(100)의 내부에 안착되는 내화성을 가진 내화 바디(200); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 내화 바디(200)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 내화 바디(200)의 내부에 안착되는 단열성을 가진 단열 바디(300); 상기 단열 바디(300)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 단열바디(300)의 내부에 안착되고, 상면에 성형하고자 하는 제품의 외주면 중 하면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 하부 성형틀(410); 상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착되고, 하부 성형틀(410)의 상면과 접하는 하면에 제품의 외주면 중 상면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 상부 성형틀(420);을 포함하여 구성되고, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하여, 가열봉(510)의 가열에 의해 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)에 고온을 전달하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)의 다단 차폐 구조와, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하여, 가열봉(510)의 가열에 의해 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)에 신속한 승온을 시킬 수 있는 장점이 있으며, 따라서, 극 고온이 요구되는 항공기 노즐 페어링의 제작 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 기존 금형 장치의 구성도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 노즐 페어링 금형 시스템의 전체 구성도 및 조립도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 노즐 페어링 금형 시스템의 단면도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 항공기 상하부 성형틀의 결합 예시도이다;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2 및 도3을 참고하면, 본 발명에 따른 항공기 노즐 페어링 금형 시스템은, 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방된 금속 재의 케이스 바디(100); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 케이스 바디(100)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 케이스 바디(100)의 내부에 안착되는 내화성을 가진 내화 바디(200); 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 내화 바디(200)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 내화 바디(200)의 내부에 안착되는 단열성을 가진 단열 바디(300); 상기 단열 바디(300)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 단열바디(300)의 내부에 안착되고, 상면에 성형하고자 하는 제품의 외주면 중 하면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 하부 성형틀(410); 상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착되고, 하부 성형틀(410)의 상면과 접하는 하면에 제품의 외주면 중 상면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 상부 성형틀(420);을 포함하여 구성되고, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하여, 가열봉(510)의 가열에 의해 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)에 고온을 전달하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 도 2에서 보는 바와 같이, 사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방된 금속 재의 케이스 바디(100)는 최외곽에 위치하며, 이러한 케이스 바디(100)의 경우 SUS재질로 구성하는 것이 바람직하며, 도 2에서 보는 것과 같이, 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)의 외주면과 일치하는 홀을 형성한 덮개를 구성하여 최종 조립 시, 밀폐구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 이러한 상기 케이스 바디(100)의 내부에 안착되는 내화성을 가진 내화 바디(200)의 경우, 내화성을 가진 내화벽돌의 조립체로써, 마그네시아 클링커, 카본, 액상 및 고상 페놀수지로 구성되는 마그네시아-카본질 내화물의 조성에, 마그네시아와 카본을 100중량%로 하였을 때 외삽으로 금속 Fe 분말 0.1 ~ 10중량%를 함유하고, 내화도는 1,500℃2, 000℃인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 상기 내화 바디(200) 내부의 초고온을 견딜 수 있도록 하는 것이며, 상기 단열성을 가진 단열 바디(300)로부터 전달되는 고온을 차단할 수 있도록 하기 위함이다.

따라서, 이러한, 상기 내화 바디(200)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 내화 바디(200)의 내부에 안착되는 단열성을 가진 단열 바디(300)의 경우도, 단열성을 가진 단열벽돌의 조립체로써, 다공성으로 규조토를 주 성분으로 하고, 내화도 850~1100℃이며, 부피비중은 0.45~0.075, 압축강도 15~28㎏/㎠, 열 전도율(350℃)은 0.12~0.18㎉/mㆍhrㆍdeg인 것을 사용 하는 것이 바람직 하고, 추가적으로, 단열벽돌의 외면에, 산화철(Fe₂O₃ 또는 FeO), 산화크롬(Cr₂O₃), 산화망간, 산화티타늄, 코발트 중 적어도 1종이 2∼100중량%이고, 나머지가 산화알루미늄,산화규소, 산화지르코니아, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨, 탄화규소, 탄소 중 적어도 1종이 98중량% 이하로 이루어지는 흑화피막층을 형성하도록 하여 단열성을 상승시키는 것이 바람직하다.

이러한, 내화 바디(200)와, 단열 바디(300)가 벽돌 조립체의 구성을 하도록 하여, 일부분이 파손되더라도, 파손된 부분만을 부분 보수 가능하도록 하는 효과가 있으며, 물론 조립체의 형태가 아닌, 단일 형상으로의 구현도 가능하다.

다음으로, 도 3을 참고하면, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하게 되는데, 구체적으로, 상기 가열홀(500)의 경우, 케이스 바디(100) 및 내화 바디(200)의 측면을 관통하고, 상기 단열 바디(300)의 측면하단으로 관통하여 상기 가열봉(510)이 상기 단열 바디(300)의 하면으로 삽입되도록 하여, 상기 단열 바디(300) 상면에 안착되는 상기 하부 성형틀(410)에 열을 전달하도록 하는데, 이러한, 상기 가열봉(510)은, 전기로 가열되는 전기 가열봉으로써, 탄소 가열봉을 사용함으로써, 급속 가열이 가능하도록 하고, 이러한 급속 가열 시, 상기 단열 바디(300), 내화 바디(200)의 이중 차폐 구조로 열을 외부로 누출하지 않고, 상기 하부 성형틀(410)에 전달하도록 함으로써, 에너지 효율을 극대화 하도록 한다.

또한, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420)은, 알루미나 또는 세라믹 소재로써 고온 고압을 견딜 수 있는 소래를 선택하는 것이 바람직하며, 금속-세라믹 복합재의 사용이 가능하다.

다음으로, 도 4를 참고하면, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420)은, 상기 상부 성형틀(420)이 상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착된 후, 고정을 위한 체결 잠금부(430)를 더 포함하도록 하는데, 구체적으로, 상기 체결 잠금부(430)는, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420) 중 하나의 양측면에 체결돌기(431)를 하나이상 형성하고, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420) 중 다른하나의 양측면에 상기 체결돌기(431)와 대응되는 체결고리(432)를 형성하여 상기 체결고리(432)가 상기 체결돌기(431)에 걸림으로써 잠금되는 구조를 채택하는 것이 가능하고, 이외의, 돌기 및 홈의 체결을 이용한 결합 구조나, 그 밖의 체결을 위한 구조형태를 취하는 것이 가능하다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 : 가열금형판
12 : 전기히터
20 : 수냉금형판
22 : 냉각수 채널
30 : 코아 금형
40 : 이동수단
52 : 전자석
54 : 영구자석
100 : 케이스 바디
200 : 내화 바디
300 : 단열 바디
410, 420 : 하부 및 상부 성형틀
430 : 체결 잠금부
431 : 체결돌기
432 : 체결고리
500 : 가열홀
510 : 가열봉

Claims

사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방된 금속 재의 케이스 바디(100);
사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 케이스 바디(100)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 케이스 바디(100)의 내부에 안착되는 내화성을 가진 내화 바디(200);
사각 또는 다각 박스 형태로 상면이 개방되며, 상기 내화 바디(200)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 내화 바디(200)의 내부에 안착되는 단열성을 가진 단열 바디(300);
상기 단열 바디(300)의 내면과 일치하는 외면을 가져 상기 단열바디(300)의 내부에 안착되고, 상면에 성형하고자 하는 제품의 외주면 중 하면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 하부 성형틀(410);
상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착되고, 하부 성형틀(410)의 상면과 접하는 하면에 제품의 외주면 중 상면의 형상과 일치하는 홈을 형성하는 상부 성형틀(420);을 포함하여 구성되고, 상기 케이스 바디(100), 내화 바디(200), 단열 바디(300)를 관통하는 가열홀(500) 및 상기 가열홀(500)에 삽입되는 가열봉(510)을 더 포함하여, 가열봉(510)의 가열에 의해 상기 하부 성형틀(410) 및 상부 성형틀(420)에 고온을 전달하는 것을 특징으로 하는 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 내화 바디(200)는, 내화성을 가진 내화벽돌의 조립체로써, 내화도는 1,500℃2, 000℃인 것을 특징으로 하는 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 단열 바디(300)는, 단열성을 가진 단열벽돌의 조립체인 것을 특징으로 하는 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열홀(500)은, 상기 케이스 바디(100) 및 내화 바디(200)의 측면을 관통하고, 상기 단열 바디(300)의 측면하단으로 관통하여 상기 가열봉(510)이 상기 단열 바디(300)의 하면으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열봉(510)은, 전기로 가열되는 전기 가열봉으로써, 탄소 가열봉인 것을 특징으로 하는, 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420)은, 상기 상부 성형틀(420)이 상기 하부 성형틀(410)의 상면에 안착된 후, 고정을 위한 체결 잠금부(430)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 체결 잠금부(430)는, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420) 중 하나의 양측면에 체결돌기(431)를 하나이상 형성하고, 상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420) 중 다른하나의 양측면에 상기 체결돌기(431)와 대응되는 체결고리(432)를 형성하여 상기 체결고리(432)가 상기 체결돌기(431)에 걸림으로써 잠금되는 것을 특징으로 하는, 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 및 상부 성형틀(410, 420)은, 알루미나 또는 세라믹 소재인 것을 특징으로 하는, 항공기 노즐 페어링 금형 시스템.