KR20190061552A - Press forming apparatus having multi-divided mold - Google Patents

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KR20190061552A
KR20190061552A KR1020170160055A KR20170160055A KR20190061552A KR 20190061552 A KR20190061552 A KR 20190061552A KR 1020170160055 A KR1020170160055 A KR 1020170160055A KR 20170160055 A KR20170160055 A KR 20170160055A KR 20190061552 A KR20190061552 A KR 20190061552A
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metal
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KR1020170160055A
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홍석관
강정진
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한국생산기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a mold core of the state of fusing a metal 3D printing and a casting method, which comprises: a mold core skin (110) including an outer shell (111) having an opened upper portion open in a state having a bottom portion and a side wall portion extending upwardly from an edge of the bottom portion, a cooling channel shell (113) located inside the outer shell (111), and a mold core skin (110), which is an intermediate molded product, having a support (112) for supporting the cooling channel shell by connecting the outer shell and the cooling channel shell inside the outer shell (111); and an inner metal (120) filled in the mold core skin (110) by a casting method.

Description

금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어 및 그 제작 공법{Press forming apparatus having multi-divided mold}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mold core having a metal 3D printing and a casting method,

본 발명은 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어 및 그 제작 공법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 금속 3D 프린팅 기술을 이용하여 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 갖는 금형 코어 스킨의 내부 공간 상으로 용융 금속을 주입하여 주물로 속을 채워서 하나의 제품인 금형 코어를 완성하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a mold core in which metal 3D printing and a casting method are fused, and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a technique for filling molten metal into an inner space of a mold core skin having an outer shell and a cooling channel shell by using a metal 3D printing technique to fill a cavity of a casting mold to complete a mold core .

일반적으로 플라스틱 사출성형을 실시하는 과정에서 금속 3D 프린팅을 사용하여 제작된 냉각 채널을 사용하는 경우에 기존의 기계 가공된 냉각 채널을 사용한 경우에 비해 품질을 향상할 수 있게 된다.Generally, in the case of using the cooling channel manufactured by using the metal 3D printing in the process of plastic injection molding, the quality can be improved as compared with the case where the conventional machined cooling channel is used.

금속 3D 프린팅에 있어서, 현재 3D 냉각채널이 포함된 금형코어를 제작할 수 있는 방법은 3D 프린팅이 거의 유일한 방법이다.In metal 3D printing, 3D printing is the only way to produce a mold core that currently includes a 3D cooling channel.

한편, 3D 프린팅을 실시하는데 있어서 가공 시간과 소재 비용이 크다는 문제점이 있다. On the other hand, there is a problem that the processing time and material cost are large in performing 3D printing.

현실적으로, 3D 냉각채널의 우수한 기능에도 불구하고 현장 적용율은 매우 낮은 실정인데. 가장 주된 이유는 소재 가격이 기존 금형강의 10배가 넘는 부담이 있다.In reality, despite the excellent performance of the 3D cooling channel, the field application rate is very low. The main reason is that the price of materials is more than 10 times that of existing molds.

또한, 금형소재단가의 경우에는 SK3 < STD61 < NAK80 < STAVAX 의 순으로 점점 가격이 상승하는 것 뿐만 아니라 상기 STAVAX 보다 3D 프린터 금속파우더의 가격이 10배 이상 비싸다는 문제점이 있다.In addition, in the case of the mold material price, SK3 < STD61 < NAK80 < STAVAX gradually increases in price, and the price of 3D printer metal powder is more than 10 times higher than STAVAX.

상기의 현실적 문제점 때문에 종래 기술에서의 비용 절감 방법은 분할 접합 방식을 채용하는 경향이 있다.Due to the above-described practical problems, the cost saving method in the prior art tends to adopt a split bonding method.

3D 프린팅을 이용하여 금형을 제작하는 방안을 제시하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-0980092호 및 공개특허 제10-2015-0108497호를 참조할 수 있다. 상기 문헌들은 각각 대면형 냉각 채널이 3D 프린팅 방법인 레이저 소결 처리기법(SLS)을 이용하여 제작된다는 점 및 냉각 채널을 구비하는 냉각부가 3차원 입체 프린터를 이용하여 제조된다는 내용을 개시하지만, 여전히 제작 시간, 소요 비용 및 냉각 효율과 관련되어 종래 기법으로 생산된 금형과 비교한 문제점을 해소하는 데에는 한계가 있다.As a conventional document which suggests a method of manufacturing a mold using 3D printing, reference is made to Registration No. 10-0980092 and Publication No. 10-2015-0108497. The above documents disclose that each of the facing cooling channels is manufactured using a laser printing process (SLS), which is a 3D printing method, and that the cooling unit with cooling channels is manufactured using a three-dimensional stereoscopic printer, There is a limitation in solving the problems compared with the molds produced by the conventional technique in relation to time, cost and cooling efficiency.

(특허문헌 1) KR10-0980092 B(Patent Document 1) KR10-0980092 B

(특허문헌 2) KR10-2015-0108497 A(Patent Document 2) KR10-2015-0108497 A

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 금속 3D 프린팅 기술을 이용하여 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 갖는 금형 코어 스킨의 내부 공간 상으로 용융 금속을 주입하여 주물로 속을 채워서 하나의 제품인 금형 코어를 완성하는 방안을 제공하는 것이 목적이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a mold core skin having an outer shell and a cooling channel shell by using molten metal 3D printing technology, The goal is to provide a way to complete the core.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따른 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어는 바닥과 상기 바닥의 가장자리로부터 상부 방향으로 연장되는 측벽부를 구비한 상태에서 상부가 개방되는 외부 껍질(111), 상기 외부 껍질(111)의 내부에 위치하는 냉각 채널 껍질(113) 및 상기 외부 껍질(111)의 내부에서 상기 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 연결하여 냉각 채널 껍질을 지지하는 지지대(1112)를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨(110); 및 상기 금형 코어 스킨(110) 내에 주조 방식으로 채워진 내부 금속(120);을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a mold core in which metal 3D printing and a casting method are fused. The mold core includes a bottom and a sidewall extending upward from an edge of the bottom, A cooling channel shell 113 located inside the outer shell 111 and a cooling channel shell 113 connecting the outer shell and the cooling channel shell inside the outer shell 111, A mold core skin 110 as an intermediate molded product having a support 1112; And an inner metal (120) filled in the mold core skin (110) in a casting manner.

상기 외부 껍질(111)의 내벽면에 형성된 상태에서 상기 외부 껍질(111)과 내부 금속(120) 간의 결합력을 향상하게 하는 다수의 돌기부(130);를 더 포함한다.And a plurality of protrusions 130 for enhancing the bonding force between the outer shell 111 and the inner metal 120 in a state where the outer shell 111 is formed on the inner wall surface of the outer shell 111.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따른 금형 코어의 제작 방법은, 외부 껍질, 냉각 채널 껍질 및 지지대를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨을 3D 프린터를 이용하여 1차적으로 제조하는 3D 프린팅 단계; 및 상기 3D 프린팅 단계를 통해 제조된 상기 금형 코어 스킨의 내부 공간으로 2차적으로 용융 금속을 주입하는 주조 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mold core, the mold core skin being an intermediate molded product having an outer shell, a cooling channel shell, and a support, 3D printing step; And a casting step of injecting molten metal into the inner space of the mold core skin manufactured through the 3D printing step.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어는 금속 3D 프린팅 기술을 이용하여 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 갖는 금형 코어 스킨의 내부 공간 상으로 용융 금속을 주입하여 주물로 속을 채워서 하나의 제품인 금형 코어를 완성한다.The mold core in which the metal 3D printing and the casting method are fused with the molten metal is injected into the inner space of the mold core skin having the outer shell and the cooling channel shell using the metal 3D printing technique Fill the mold with casting to complete the mold core of one product.

즉, 본 발명은 바닥과 상기 바닥으로부터 연장되는 측벽부를 구비한 상태에서상 상부가 개방되는 외부 껍질, 상기 외부 껍질의 내부에 위치하는 냉각 채널 껍질 및 상기 외부 껍질의 내부에서 상기 외부 껍질과 상기 냉각 채널 껍질을 연결하여 상기 냉각 채널 껍질을 지지하는 지지대를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨을 3D 프린터를 이용하여 제조하는 3D 프린팅 단계를 1차적으로 수행하고, 2차적으로는 상기 3D 프린팅 단계를 통해 제조된 상기 금형 코어 스킨의 내부 공간으로 용융 금속을 주입하는 주조 단계를 통해 금형 코어를 완성하는 과정을 제공한다.That is, the present invention relates to an outer shell having a bottom and a side wall extending from the bottom, wherein the upper shell is open, a cooling channel shell located inside the outer shell, and a cooling channel shell located inside the outer shell, A 3D printing step of fabricating a mold core skin, which is an intermediate molded product having a channel supporting the channel bark and supporting the cooling channel bark, using a 3D printer, is firstly performed, and secondly, the 3D printing step And a mold core is completed through a casting step of injecting molten metal into the inner space of the manufactured core core skin.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 갖는 금형 코어 스킨의 개념도이다.
도 2는 도 1의 금형 코어 스킨 상에 용융 금속을 공급하여 주조함으로써 금형 코어를 제작하는 과정을 보이는 도면이다.
도 3은 금형 코어를 플라스틱 사출 금형 상에 결합하는 과정을 보이는 도면이다.1 is a conceptual view of a mold core skin having an outer shell and a cooling channel shell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a process of manufacturing a mold core by supplying molten metal onto the mold core skin of FIG. 1 and casting the molten metal.
3 is a view showing a process of coupling a mold core onto a plastic injection mold.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어 및 그 제작 공법을 설명한다.Hereinafter, a mold core in which metal 3D printing and a casting method are fused according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

본 발명에 따른 금형 코어(100)는 바닥과 상기 바닥의 가장자리로부터 상부 방향으로 연장되는 측벽부를 구비한 상태에서 상부가 개방되는 외부 껍질(111), 상기 외부 껍질(111)의 내부에 위치하는 냉각 채널 껍질(113) 및 상기 외부 껍질(111)의 내부에서 상기 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 연결하여 냉각 채널 껍질을 지지하는 지지대(1112)를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨(110), 상기 금형 코어 스킨(110) 내에 주조 방식으로 채워진 내부 금속(120) 및 외부 껍질(111)의 내벽면에 형성된 상태에서 상기 외부 껍질(111)과 내부 금속(120) 간의 결합력을 향상하게 하는 다수의 돌기부(130)를 포함한다.The mold core 100 according to the present invention includes an outer shell 111 having an open top and a side wall portion extending upwardly from the bottom edge of the bottom, And a support base (1112) for supporting the cooling channel shell by connecting the outer shell and the cooling channel shell in the channel shell (113) and inside the outer shell (111). The mold core skin A plurality of protrusions for enhancing the bonding force between the outer shell 111 and the inner metal 120 in a state in which the inner shell 120 and the outer shell 111 are formed on the inner wall surface of the core skin 110, 130).

외부 껍질(111)은 일예로서 전체적으로는 중공의 육면체 형상일 수 있다. 즉, 소정 두께를 갖는 사각 플레이트 형상의 바닥과 상기 바닥의 상면 가장자리 상에서 연장되는 측벽부로 이루어진 구조로서 플라스틱 사출 금형에 형성된 금형 코어 삽입홈에 분리 가능하게 결합된다.The outer shell 111 may be in the form of a hollow hexahedral as a whole, for example. In other words, it is detachably coupled to a mold core insertion groove formed in a plastic injection mold having a structure of a square plate bottom having a predetermined thickness and a side wall portion extending on the top edge of the bottom.

냉각 채널 껍질(113)은 그 내부를 통해 냉각수가 유동하는 채널 기능을 하는 파이프 형태의 구조체이다.The cooling channel shell 113 is a pipe-like structure that functions as a channel through which the cooling water flows.

지지대(1112)는 냉각 채널 껍질(113)을 외부 껍질(111) 내부에서 안정적으로 위치하게 하는 기능을 하는 것으로서, 외부 껍질(111)의 바닥 또는 측벽부에서 상기 냉각 채널 껍질(113)의 외주면을 연결한다. 하나의 냉각 채널 껍질(113)에서 복수의 지지대가 외부 껍질(111)로 이어지는 구조일 수 있다. 구체적으로는, 지지대는 냉각 채널 껍질(113)의 외주면을 따른 복수의 지점에서 외부 껍질(111)의 내면으로 이어지는 형태일 수 있는데, 제1 지지대는 냉각 채널 껍질(113)의 최하단에서 수직으로 연장되어 바닥에 수직으로 이어지고, 제2 지지대는 냉각 채널 껍질(113)의 우측 하부 경사단에서 연장되어 외부 껍질의 모서리부에 이어지고, 제3 지지대는 냉각 채널 껍질(113)의 최우측단에서 수평으로 연장되어 측벽부에 수직으로 이어지며, 제4 지지대는 냉각 채널 껍질(113)의 우측 상부 경사단에서 연장되어 측벽부에 경사지게 이어진다.The support base 1112 functions to stably position the cooling channel shell 113 inside the outer shell 111 and has an outer peripheral surface of the cooling channel shell 113 at the bottom or side wall portion of the outer shell 111 Connect. And a plurality of supports in one cooling channel shell 113 may extend to the outer shell 111. [ Specifically, the support may be in the form of leading to the inner surface of the outer shell 111 at a plurality of points along the outer circumferential surface of the cooling channel shell 113, wherein the first support extends vertically at the lowermost end of the cooling channel shell 113 And the second support extends from the lower right inclined end of the cooling channel shell 113 to the corner of the outer shell and the third support extends horizontally from the rightmost end of the cooling channel shell 113 And the fourth support extends from the right upper inclined end of the cooling channel shell 113 and extends obliquely to the side wall portion.

한편, 냉각 채널 껍질(113)은 외부 껍질(111)에서 대칭적으로 복수개가 배치될 수 있는데, 한쌍의 냉각 채널 껍질(113)의 외주면 사이에는 제5 지지대가 배치된다.On the other hand, a plurality of cooling channel shells 113 may be symmetrically arranged in the outer shell 111, and a fifth support block is disposed between the outer circumferential surfaces of the pair of cooling channel shells 113.

다수의 돌기부(130)는 외부 껍질(111)의 내벽면을 따라서 바닥 및 측벽부 상에 돌출 형성되는 돌기체 형상이다. 돌기부(130)는 외부 껍질(111)의 내벽면에서 소정 거리로 연장되는 돌기 몸체 및 상기 돌기 몸체의 끝단에 형성되는 돌기 헤드로 이루어진다.The plurality of protrusions 130 are formed in a protruding shape on the bottom and sidewall portions along the inner wall surface of the outer shell 111. The protrusion 130 includes a protrusion body extending a predetermined distance from the inner wall surface of the outer shell 111 and a protrusion head formed at an end of the protrusion body.

본 발명은 상기 외부 껍질, 냉각 채널 껍질 및 지지대를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨을 3D 프린터를 이용하여 제조하는 3D 프린팅 단계를 1차적으로 수행하고, 2차적으로는 상기 3D 프린팅 단계를 통해 제조된 상기 금형 코어 스킨의 내부 공간으로 용융 금속을 주입하는 주조 단계를 통해 금형 코어를 완성하는 과정을 제공한다.In the present invention, a 3D printing step of manufacturing a mold core skin, which is an intermediate molded product having the outer shell, the cooling channel shell, and a support, is first performed using a 3D printer, and secondly, And the molten metal is injected into the inner space of the mold core skin to complete the mold core.

도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 좌측에서는 1차적으로 3D 프린터를 이용하여 금형 코어 스킨을 제작하고, 다음으로 우측의 도면과 같이 금형 코어 스킨의 내부 공간으로 용융 금속을 주입하는 주조 과정을 거치게 한다.As can be seen in FIG. 2, the mold core skin is first manufactured using a 3D printer on the left side, and then a molten metal is injected into the inner space of the mold core skin as shown in the right side .

상기 3D 프린팅 단계에서 외부 껍질의 내벽면에는 다수의 돌기부가 추가로 형성될 수 있으며, 상기 돌기부에 의해 주조 단계에서 주입되어 채워지는 금속과의 결합력이 향상된다.In the 3D printing step, a plurality of protrusions may be additionally formed on the inner wall surface of the outer shell, and the bonding force between the protrusions and the metal injected and filled in the casting step is improved.

이하, 도 3을 참조하면, 좌측의 도면에서는 금형 코어 스킨 상에 주조 과정을 통해 형성된 금형 코어를 준비한다. Referring to FIG. 3, a mold core formed through a casting process on the mold core skin is prepared in the left drawing.

다음으로는, 우측 도면과 같이 상기 금형 코어(100)를 플라스틱 사출 금형(10) 상에 끼워 넣어 결합한다.Next, as shown in the right drawing, the mold core 100 is fitted on the plastic injection mold 10 and engaged.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 금속 3D 프린팅과 주조 방식을 융합한 상태의 금형 코어는 금속 3D 프린팅 기술을 이용하여 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 갖는 금형 코어 스킨의 내부 공간 상으로 용융 금속을 주입하여 주물로 속을 채워서 하나의 제품인 금형 코어를 완성한다.The mold core in which the metal 3D printing and the casting method are fused with the molten metal is injected into the inner space of the mold core skin having the outer shell and the cooling channel shell using the metal 3D printing technique Fill the mold with casting to complete the mold core of one product.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (3)

바닥과 상기 바닥의 가장자리로부터 상부 방향으로 연장되는 측벽부를 구비한 상태에서 상부가 개방되는 외부 껍질(111), 상기 외부 껍질(111)의 내부에 위치하는 냉각 채널 껍질(113) 및 상기 외부 껍질(111)의 내부에서 상기 외부 껍질과 냉각 채널 껍질을 연결하여 냉각 채널 껍질을 지지하는 지지대(1112)를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨(110); 및
상기 금형 코어 스킨(110) 내에 주조 방식으로 채워진 내부 금속(120);을 포함하는,
금형 코어.
A cooling channel shell 113 positioned inside the outer shell 111 and an outer shell 111 disposed inside the outer shell 111. The outer shell 111 has a bottom and a sidewall extending upward from an edge of the bottom, 111); a support core (1112) for supporting the cooling channel shell by connecting the outer shell to the cooling channel shell; And
And an inner metal (120) filled in the mold core skin (110) in a casting manner.
Mold core.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 껍질(111)의 내벽면에 형성된 상태에서 상기 외부 껍질(111)과 내부 금속(120) 간의 결합력을 향상하게 하는 다수의 돌기부(130);를 더 포함하는,
금형 코어.
The method according to claim 1,
And a plurality of protrusions (130) for enhancing a bonding force between the outer shell (111) and the inner metal (120) in a state of being formed on an inner wall surface of the outer shell (111)
Mold core.
제 1 항에 있어서,
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 금형 코어를 제작하는 방법에 있어서,
외부 껍질, 냉각 채널 껍질 및 지지대를 구비하는 중간 성형품인 금형 코어 스킨을 3D 프린터를 이용하여 1차적으로 제조하는 3D 프린팅 단계; 및
상기 3D 프린팅 단계를 통해 제조된 상기 금형 코어 스킨의 내부 공간으로 2차적으로 용융 금속을 주입하는 주조 단계;를 포함하는,
금형 코어 제작 방법.The method according to claim 1,
A method for manufacturing a mold core according to claim 1 or 2,
A 3D printing step of primarily making a mold core skin, which is an intermediate molded product having an outer shell, a cooling channel shell and a support, using a 3D printer; And
And a casting step of injecting molten metal into the inner space of the mold core skin manufactured through the 3D printing step.
How to make a mold core.
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