KR20200068948A - 사출금형의 냉각방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사출금형의 냉각방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴퓨터프로그램을 이용하여 제품 표면적에 대해 중심 보로노이 다이어그램(CVD, Centroidal Voronoi Diagram)을 그려 일정 넓이를 가지는 복수의 보로노이 다각형을 그리는 영역분할 단계(S1); 제품 표면적에 대해 복수개로 분할 구획된 보로노이 다각형 영역의 중심점 위치를 추출하는 보로노이 다각형 중심점 추출단계(S2); 추출된 복수의 보로노이 다각형 중심점에 해당되는 위치에 금형의 배면에서 캐비티 내면을 향해 일정 깊이의 냉각홀을 가공하는 냉각홀 가공단계(S3); 가공된 냉각홀에 이산화탄소(CO2) 공급장치에 연결되어 컴퓨터의 설정된 프로그램에 따라 자동으로 이산화탄소(CO2)를 공급받아 냉각홀 내벽을 향해 분사하도록 냉각홀 내측으로 모세관을 설치하는 모세관 설치단계(S4); 모세관이 설치된 사출금형의 캐비티 내부로 사출장치를 통해 용융수지를 주입하는 용융수지 주입단계(S5); 용융수지가 주입된 사출금형을 냉각시키기 위해 설정된 프로그램의 제어를 통해 냉각관에 설치된 모세관으로 이산화탄소(CO2)를 일정시간 공급하여 사출금형내의 용융수지를 냉각시키는 이산화탄소(CO2) 주입/냉각단계(S6);를 통해 사출성형 제품의 금형냉각이 이루어지도록 구성된다.

Description

사출금형의 냉각방법{Cooling method for injection mold}
본 발명은 사출금형의 냉각방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출금형의 냉각효율을 높이기 위해 액상의 이산화탄소를 모세관을 이용하여 냉각홀로 분사하면서 발생하는 단열팽창시 흡열반을을 이용하여 냉각속도를 최대한 단축시켜 제품의 생산효율을 높일 수 있도록 하는 사출금형의 냉각방법에 관한 것이다.
사출 성형은 금형 내에 용융수지를 주입하여 다양한 형상의 성형물을 대량 생산하는 기술로, 생필품을 비롯한 각종 산업용 제품에 이르기까지 널리 사용되고 있는 플라스틱 제품 생산방법 중 하나이다.
이러한 사출성형 공정은 금형내에 용융수지를 충전하는 충전공정과, 용융수지 충전 후 금형 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 보압공정과, 충전된 용융수지를 일정시간 냉각시키는 냉각공정 및 냉각 후 성형된 제품을 꺼내는 이형 공정을 거쳐 제품을 생산하게 된다.
일반적으로 사출성형제품을 생산하는 공정에서 하나의 제품을 생산하는 1싸이클 타임이 1분이라고 가정할 경우, 약 30초 정도가 금형내에서 투입된 용융수지를 냉각시키는 냉각시간으로 소모가 된다.
따라서, 제품생산이 소요되는 싸이클 타임을 줄여 생산성을 향상시키기 위해서는 냉각시간을 단축하는 것이 무엇보다 필요로 한다.
즉, 냉각시간을 단축시킨 만큼 생산성을 향상시키고, 사출장비의 이용 효율성을 높일 수 있기 때문에 사업자의 경제적 수익성을 높이기 위해서는 사출장치의 성능과 더불어 사출제품의 싸이클 타임을 단축하는 것이 매우 중요한 요소가 된다.
종래에 일반적으로 이루어지고 있는 사출금형의 냉각방식은 금형 내부에 다수의 냉각홀을 가공하고, 가공된 냉각홀에 상온(20~25℃)의 냉각수를 흘러보냄으로써 금형 내의 고온상태인 수지를 냉각시킬 수 있도록 하기 때문에 냉각시간을 단축시키는 것이 한계가 있다.
따라서, 종래의 사출금형의 경우 냉각성능을 높이기 위해 금형 내부에 냉각홀을 배치하는 방식이나 설치위치 및 설치갯수 등을 얼마만큼 효율적으로 배치하는 가가 매우 중요한 요소가 되었다.
하지만, 금형내부에 많은 냉각홀 및 냉각 표면적의 증대를 통해 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 하는 다양한 방법들이 안출되고 있지만, 상온의 냉각수를 이용하여 냉각시키는 방법으로 인한 냉각성능 및 냉각효과에는 큰 차이가 없고, 금형 가공비만 올라가는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 냉각수를 이용하는 냉각방식을 채택하는 사출금형의 경우, 냉각수 라인을 수시로 점검, 세척을 수행해야 하고, 사용중 세척수가 누설되는 위험성이 있으며, 세척수를 공급하기 위한 부가적인 세척수 공급장치 등을 갖추어야 하는 불편함이 많았다.
따라서, 본 발명자는 이러한 종래 냉각수를 이용한 사출금형의 냉각방식에 서 발생되었던 많은 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 본 발명을 안출하게 되었다.
- 한국 특허등록 제10-1119344호(등록일: 2012.02.15, 발명의 명칭: 플라스틱 사출금형의 코어 삽입식 냉각장치) - 한국 특허등록 제10-1789318호(등록일: 2017.11.09, 발명의 명칭: 사출금형 냉각라인의 냉각수 공급 및 건조장치) - 한국 특허등록 제10-1920157호(등록일: 2018.11.13, 발명의 명칭: 3차원 냉각코어를 갖는 사출금형장치)
본 발명은 상술한 종래의 냉각수를 이용한 사출금형의 냉각방식에서 발생되었던 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 사출금형의 냉각방식의 단순화를 통해 냉각계통의 유지 및 보수의 불편함을 해소하고, 사출금형의 냉각성능 및 효율의 향상을 통해 사출성형 제품의 생산성을 높일 수 있도록 하는 사출금형의 냉각방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법은 컴퓨터프로그램을 이용하여 제품 표면적에 대해 중심 보로노이 다이어그램(CVD, Centroidal Voronoi Diagram)을 그려 일정 넓이를 가지는 복수의 보로노이 다각형을 그리는 영역분할 단계(S1); 제품 표면적에 대해 복수개로 분할 구획된 보로노이 다각형 영역의 중심점 위치를 추출하는 보로노이 다각형 중심점 추출단계(S2); 추출된 복수의 보로노이 다각형 중심점에 해당되는 위치에 금형의 배면에서 캐비티 내면을 향해 일정 깊이의 냉각홀을 가공하는 냉각홀 가공단계(S3); 가공된 냉각홀에 이산화탄소(CO2) 공급장치에 연결되어 컴퓨터의 설정된 프로그램에 따라 자동으로 이산화탄소(CO2)를 공급받아 냉각홀 내벽을 향해 분사하도록 냉각홀 내측으로 모세관을 설치하는 모세관 설치단계(S4); 모세관이 설치된 사출금형의 캐비티 내부로 사출장치를 통해 용융수지를 주입하는 용융수지 주입단계(S5); 용융수지가 주입된 사출금형을 냉각시키기 위해 설정된 프로그램의 제어를 통해 냉각관에 설치된 모세관으로 이산화탄소(CO2)를 일정시간 공급하여 사출금형내의 용융수지를 냉각시키는 이산화탄소(CO2) 주입/냉각단계(S6);를 통해 사출성형 제품의 금형냉각이 이루어지도록 구성된다.
특히, 상기 사출금형의 냉각방법에는 사출성형 해석프로그램이 설치된 컴퓨터를 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하여 온도센서위치를 설정한 후, 온도센서 설치 위치에 따라 금형의 각부에 복수개의 온도센서를 설치하는 온도센서 설치단계;가 더 포함되고, 상기 이산화탄소(CO2) 주입단계는 금형에 설치된 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도가 설정된 기준값 이상일 경우 이산화탄소(CO2)를 주입하고 설정된 기준값 이하일 경우 이산화탄소(CO2) 주입을 차단하면서 금형 냉각이 이루어지도록 온도정보 입수 및 판단단계를 거쳐 이산화탄소 주입이 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기 이산화탄소(CO2) 주입단계는 금형에 설치된 복수의 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도편차가 5℃ 이상일 경우 이산화탄소(CO2) 주입과 차단을 반복적으로 실행하는 온도정보 입수 및 판단단계를 거쳐 전체 온도센서의 편차가 5℃ 이내에서 냉각이 이루어지도록 구성될 수 있다.
이와 더불어, 상기 온도센서 설치단계는 설정된 메인게이트와, 상기 메인게이트 주변 원주상에 복수그룹으로 배치된 복수개의 서브게이트 사이의 거리 1/2을 반지름으로 하여 각 서브게이트를 기준으로 가상의 원을 그려 그 원안에 들어오는 용융수지의 선단 좌표값(x,y,z)만을 추출하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구하는 2차 다항식의 포물선 그래프 피팅단계; 상기 각 서브그룹의 복수의 서브게이트 좌표값에서 상기 2차 다항식의 포물선 그래프에 이르는 최단거리를 구하여 온도센서 설치위치를 설정하는 온도센서 설치위치 설정단계;를 포함하여 이루어진다.
상술한 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법은 금형에 설치되는 냉각관을 임의로 설치하는 것이 아니고 CVD를 이용하여 제품 표면을 일정 영역으로 구분하고, 그 영역의 중심에 냉각관을 배치하여 제품의 온도 편차를 최소화하면서 금형 내부의 용융수지를 신속하게 냉각시킬 수 있게 되어 사출성형품의 생산성을 높이면서 고품질의 제품을 생산할 수 있도록 한다.
특히, 금형을 냉각시키기 위해 이산화탄소를 분사하여 극저온의 온도로 금형을 냉각시킴으로써 기존보다 월등히 냉각시간을 단축시킬 수 있도록 한다.
또한, 금형 냉각시 분사되는 이산화탄소를 금형에 설치된 온도센서에서 감지된 온도를 토대로 전체 온도편차를 줄이면서 금형 냉각이 이루어지게 되어 사출성형품의 균일한 냉각을 통해 사출성형품의 완성도를 더욱 높일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법에 이용되는 전체 시스템의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법의 플로우차트,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 사출금형의 냉각방법에서 CVD를 그리는 개념도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법에 적용된 온도센서 설치단계를 위한 온도센서 설치위치 설정 개념도,
도 8은 본 발명에 따라 사출금형에 설치되는 냉각관의 설치 단면도이다.
본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법은 사출금형의 정보가 기입력되고 사출성형 유동해석프로그램이 설치된 메인컴퓨터를 이용하여 제품 표면에 대한 CVD( Centroidal Voronoi Diagram)를 설정한 후에 냉각홀의 위치 설정과 모세관을 설치하고, 용융수지의 유동해석을 통해 온도센서의 설치위치를 설정한 후에 이를 금형에 적용하여 모세관을 통한 이산화탄소를 냉각홀에 공급하여 단열팽창하는 이산화탄소의 극저온 냉각을 통해 사출금형의 냉각이 이루어지도록 구성된다.
즉, 본 발명은 컴퓨터프로그램을 이용하여 제품 표면적에 대해 중심 보로노이 다이어그램(CVD, Centroidal Voronoi Diagram)을 그려 일정 넓이를 가지는 복수의 보로노이 다각형을 그리는 영역분할 단계(S1)를 먼저 수행한다,
그 다음에, 제품 표면적에 대해 복수개로 분할 구획된 보로노이 다각형 영역의 중심점 위치를 추출하는 보로노이 다각형 중심점 추출단계(S2)를 수행하고, 추출된 복수의 보로노이 다각형 중심점에 해당되는 위치에 금형의 배면에서 캐비티 내면을 향해 일정 깊이의 냉각홀을 가공하는 냉각홀 가공단계(S3)를 수행한다.
또한, 이산화탄소(CO2) 공급장치에 연결되어 컴퓨터의 설정된 프로그램에 따라 자동으로 이산화탄소(CO2)를 냉각홀에 주입하도록 냉각홀 내측으로 모세관을 설치하는 단계(S4)와, 모세관이 설치된 사출금형의 캐비티 내부로 사출장치를 통해 용융수지를 주입하는 용융수지 주입단계(S5)가 이루어진다.
용융수지가 주입된 사출금형을 냉각시키기 위해 설정된 컴퓨터프로그램의 제어를 통해 냉각홀에 설치된 모세관으로 액상의 이산화탄소(CO2)를 일정시간 공급하여 모세관을 빠져나오는 이산화탄소의 단열팽창시 발생하는 흡열반응으로 사출금형내의 용융수지를 냉각시키는 이산화탄소(CO2) 주입단계(S7)를 거쳐 사출성형품의 냉각이 이루어지도록 구성된다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 실시예에 따른 사출금형의 냉각방법에 대해서 구체적으로 설명한다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 종래 사출성형공정에서 일반적으로 수행되거나 당업자가 공지된 기술을 통해 용이하게 실시할 수 있는 공정이나 예비공정에 대해서는 그 설명을 생략하고 본 발명의 특징부 위주로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법을 수행하기 위한 기본적인 시스템의 구성을 간단한 블럭도로 도시하고 있다.
메인컴퓨터(10)에서는 금형의 기본적인 정보가 입력되어 있으며, 금형에 설치되는 복수개의 온도센서(20)에는 캐비티에 주입된 용융수지의 온도를 감지하여 메인컴퓨터로 전송하게 된다.
또한, 상기 메인컴퓨터(10)에는 용융수지의 유동 해석을 위한 프로그램이 설치되어 메인게이트를 통해 유입되는 용융수지의 유동해석을 수행하고, 제품표면적에 대한 보로노이 다각형을 그려 그 중심점을 설정하고, 이를 통해 온도센서의 설치위치를 설정, 금형의 캐비티 주변으로 온도센서를 설치할 수 있도록 한다.
또한, 상기 메인컴퓨터(10)는 사출장치의 제어를 통해 금형의 캐비티 내부로 용융수지가 공급되도록 하는 용융수지공급을 제어함은 물론 금형에 설치된 온도센서에서 획득한 정보를 토대로 고온의 금형을 냉각시키기 위해 이산화탄소 공급장치의 자동제어를 통해 냉각홀에 설치된 모세관으로 이산화탄소의 공급/차단을 제어하도록 구성된다.
한편, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 사출금형의 냉각방법에 대한 냉각공정이 간단한 플로우차트로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법은 컴퓨터프로그램을 이용하여 제품 표면적에 대해 중심 보로노이 다이어그램(CVD, Centroidal Voronoi Diagram)을 그려 일정 넓이를 가지는 복수의 보로노이 다각형을 그려 제품 표면적에 대하여 일정 갯수의 영역으로 분할하는 작업(S1)을 먼저 수행한다.
그 다음으로, 제품 표면적에 대해 복수개로 분할 구획된 보로노이 다각형 영역의 중심점 위치를 추출하는 보로노이 다각형 중심점 추출단계(S2)를 수행하고, 추출된 복수의 보로노이 다각형 중심점에 해당되는 위치의 금형 배면에 캐비티 내면을 향해 수직으로 일정 깊이의 냉각홀을 가공하는 냉각홀 가공단계(S3)를 수행한다.
상기 냉각홀은 금형의 배면에서 캐비티를 향해 수직방향으로 가공하고, 가공되는 냉각홀은 입구는 넓고 내측은 좁은 형상을 갖는 원뿔형으로 가공하는 것이 바람직하며, 그 선단부는 캐비티와 관통되지 않으면서 캐비티에 최대한 근접되게 가공한다.
이와 같이 가공된 냉각홀에 냉각관 기능을 수행하는 모세관을 설치(S4)한다.
상기 모세관(capillary tube)은 이산화탄소(CO2) 공급장치에 연결되어 컴퓨터의 설정된 프로그램에 따라 자동으로 이산화탄소(CO2)를 공급받아 냉각홀 안쪽에 분사하도록 구성되며, 상기 모세관의 선단부와 냉각홀 내측단 사이에는 소정의 간격이 유지되어 모세관을 빠져나온 이산화탄소가 단열팽창할 수 있는 공간부를 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 모세관은 모세관 현상을 나타낼 수 있는 직경이 아주 미세한 관을 의미하는 것으로, 내경기준 약 5mm이하의 관이 주로 이용된다.
또한, 상기 모세관으로 공급되는 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소(CO2)공급장치(봄베)에서 액상으로 저장, 공급되는 것으로, 모세관을 빠져 나오면서 단열팽창을 하면서 -80℃~ -90℃ 수준을 유지하게 되어 일반 냉각수 대비 100℃ 정도 낮은 온도로 캐비티를 둘러싸는 금형 표면을 급속 냉각시키게 되어 기존의 냉각수공급방식에 비해 50% 이상 냉각시간을 단축시킬 수 있도록 한다.
이와 같이 냉각홀에 모세관을 설치한 사출금형을 사출장치와 연결하여 캐비티 내부로 용융수지를 주입하는 용융수지 주입단계(S5)가 수행되고, 용융수지가 주입된 사출금형을 냉각시키기 위해 설정된 프로그램의 제어를 통해 냉각홀에 설치된 모세관으로 이산화탄소(CO2)를 일정시간 공급하여 사출금형내의 용융수지를 냉각시키는 이산화탄소(CO2) 주입단계(S6)를 통해 사출성형 제품의 냉각이 이루어지도록 구성된다.
특히, 상술한 사출금형의 냉각방법에는 사출성형 해석프로그램이 설치된 컴퓨터를 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하여 온도센서위치가 설치될 위치를 설정한 후, 온도센서 설치 위치에 따라 금형의 각부에 복수개의 온도센서를 설치하는 온도센서 설치단계(S7)가 더 수행된다.
또한, 상기 이산화탄소(CO2) 주입단계(S6)는 금형에 설치된 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도가 설정된 기준값 이상일 경우 이산화탄소(CO2)를 주입하고 설정된 기준값 이하일 경우 이산화탄소(CO2) 주입을 차단하도록 온도정보 입수 및 판단계(S6-1)가 포함되어 금형의 온도에 따라 이산화탄소의 주입과 차단이 이루어지도록 구성된다.
한편, 상기 이산화탄소(CO2) 주입단계(S6)는 프로그램의 설정된 온도의 상한값과 하한값을 기준으로 관리됨과 동시에 상기 온도정보 입수 및 판단단계(S6-1)에서 복수의 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도편차가 5℃ 이상일 경우 이산화탄소(CO2) 주입과 차단을 반복적으로 실행하여 전체 온도센서의 편차가 5℃ 이내가 유지되도록 이산화탄소의 주입/차단이 이루어지도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 온도센서 설치단계(S7)에서 온도센서 설치 위치를 설정하는 방법은 용융수지 유동 해석프로그램이 설치된 메인컴퓨터를 이용하여 설정된 메인게이트와, 상기 메인게이트 주변 원주상에 복수그룹으로 배치된 복수개의 서브게이트 사이의 거리 1/2을 반지름으로 하여 각 서브게이트를 기준으로 가상의 원을 그려 그 원안에 들어오는 용융수지의 선단 좌표값(x,y,z)만을 추출하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구하는 2차 다항식의 포물선 그래프 피팅단계(S7-1)를 수행하고, 상기 각 서브그룹의 복수의 서브게이트 좌표값에서 상기 2차 다항식의 포물선 그래프에 이르는 최단거리를 구하여 온도센서의 설치위치를 설정하는 온도센서 설치위치 설정단계(S7-2)를 거쳐 온도센서가 설치될 위치를 최종 설정한 후에 해당 위치의 금형에 온도센서가 설치되도록 구성된다.
한편, 도 3 내지 도 5에는 상술한 보로노이 다각형 및 다닥형의 중심점을 추출하기 위한 CVD(Centroidal Voronoi Diagram)를 그리는 개념도가 도시되어 있다.
도 3은 CVD를 이용하기 위해 제품표면에 대해 다수개의 다각형 영역을 분할하는 개념을 (a), (b), (c) 순서대로 도시하고 있고, 도 4은 도 3의 과정을 거쳐 다수개의 다각형 영역으로 분할된 보로노이 다각형을 도시한 것이다.
CVD(Centroidal Voronoi Diagram)는 보로노이 다이어그램(Voronoi Diagram)을 이용하여 그 중심점을 찾는 것이다.
즉, 보로노이 다이아그램(Voronoi Diagram)은 도 3의 (a)에 도시된 것처럼 평면위에 여러개의 점(생성점)을 찍어 가장 인접한 두 개의 점을 선택해 두개의 점을 연결하는 선에 수직인 수직이등분선을 그린다(b).
이러한 방법으로 인접하는 선을 연결하고 연결된 선분의 수직이등분선을 게속해서 그려나가면 수직이등분선을 변으로 하는 다각형이 만들어지는 면이 다각형들로 분할된다(c).
이와 같은 방법을 계속해 나가면 도 4에 도시된 바와 같이 다수개로 분할된 다각형을 보로노이 다각형(Voronoi Diagram)이 만들어지게 된다.
한편, 컴퓨터프로그램을 통해 상술한 보로노이 다각형으로 분할된 다수개의 다각형 중심부에 중심점을 표시한 제품 표면적에 대한 CVD(Centroidal Voronoi Diagram)가 도 5에 도시되어 있다.
본 발명에서는 CVD를 이용하여 찾은 다각형의 중심점을 냉각홀의 설치 위치로 정한다.
다수개의 보로노이 다각형에서 그 중심점을 찾는 것은 금형의 기본적인 정보가 입력된 메인컴퓨터를 이용하게 되며, 그 중심점을 찾는데는 아래 [식 1] 및 [식 2]를 이용하게 된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상술한 [식 1] 및 [식 2]를 이용하여 각각의 다각형 중심점을 찾은 후에 그 중심점에 해당되는 위치의 금형 배면에 위치를 표시한 후에 냉각홀을 가공한다.
상기 냉각홀은 금형의 배면에서 캐비티 내부를 향햐 수직방향으로 가공하게되고, 형성된 냉각홀에 모세관을 설치한다(도 8참조).
그리고, 도 6 및 도 7에는 본 발명에 따른 사출금형의 냉각방법에 적용된 온도센서의 설치단계에서 온도센서 설치위치를 설정하는 개념도가 도시되어 있다.
도 6은 사출금형의 캐비티 내부에 투입되는 유동수지의 유동해석프로그램을 통해서 파악된 용융수지의 유동상태를 도시하고 있다.
통상 컴퓨터를 이용하여 사출금형의 유동해석을 수행하는 경우, 설계시 설정된 메인게이트 위치와 서브게이트 위치가 기본적으로 설정된다.
따라서, 설계시 설정된 메인게이트로 용융수지가 최초 유입되는 것으로 해석을 진행하며, 메인게이트(G1)를 통해 사출금형의 캐비티 내부로 투입된 용융수지는 도시된 바와 같이 메인게이트(G1)를 기준으로 방사형으로 퍼져 나가는 등고선 형태로 나타난다.
도 6에서 각각의 동심원을 이루는 등고선은 용융수지의 선단이 동일한 시간대에 도달하는 것을 의미한다.
이와 같이, 복수의 등고선 형태로 유입되는 용융수지의 유동패턴에 따라 중앙부 메인게이트(G1)에서 일정반경 이격되는 등고선에 일정간격으로 복수개의 서브게이트(g1~g4)가 제1서브그룹을 구성하며, 제1서브그룹에서 외측으로 일정반경 이격된 위치의 등고선에 또 다른 복수개의 서브게이트(g5~g8)가 동심원에서 일정 간격 이격되게 제2서브그룹을 구성하게 된다.
도면에서는 제2서브그룹까지만 도시되어 있으며, 캐비티의 크기 및 체적에 따라 더 많은 서브그룹을 순서대로 구성할 수 있다.
설정된 메인게이트(G1)와 복수그룹의 서브게이트(g1~g8) 좌표값을 토대로 해석 프로그램을 이용하여 용융수지의 좌표값(x,y,z)을 구하고, 엑셀(Excel, Micro Soft 社)을 이용 2차 다항식의 포물선 그래프로 피팅하는 과정을 수행한다.
2차 다항식의 포물선 그래프 피팅시 모든 등고선의 좌표값을 이용하게 되면 포물선 그래프의 재현성이 낮아지므로, 중심부 메인게이트(G1)를 기준으로 각 서브게이트와의 거리(D)의 1/2을 반지름(r1)으로 하는 가상의 원(C1,C2…)을 그려서 그 안에 들어오는 용융수지 선단(B1)의 좌표값(x,y,z)을 이용하여 포물선 그래프를 피팅한다.
따라서, 각 서브게이트에서 그려지는 가상의 원(C1…) 안에 들어오는 용융수지 선단(B1)의 좌표값을 이용하여 생성된 2차 다항식의 포물선 그래프와 각 서브게이트(g1~g4)의 좌표값을 알고 있으므로, 2차 다항식의 포물선 그래프상에서 서브게이트(g1~g4)와의 최단거리가 되는 임의의 점을 수식을 이용하여 찾은 다음에 그 위치에 온도센서를 설치한다.
도 7에는 상술한 상기 온도센서(s1~s8)의 설정위치에 따라 온도센서(s1~s8)가 배치되는 구성을 간략하게 도시하고 있다.
2차 다항식의 포물선 그래프상에서 서브게이트(g1~g4)와의 최단거리를 찾을 때 그 직선거리가 300mm 이내인 지점을 찾은 것이 바람직하며, 300mm를 초과하게 되면 각 서브게이트와의 거리가 멀어지게 되어 용융수지 유입시 온도센서의 민감도가 떨어지게 된다.
이와 같이, 캐비티 내에 유입되는 용융수지의 유동해석을 통해 온도센서(s1~s8)의 위치를 결정하여 금형에 적용한 후에 용융수지를 금형 내부로 주입하게 되면, 각각의 온도센서에서 감지된 온도정보가 메인컴퓨터로 전송되어 각 부위의 온도정보를 획득하게 되고, 획득된 온도정보를 토대로 모세관으로 주입되는 이산화탄소공급장치의 이산화탄소 주입시기나 주입횟수의 제어를 통해 사출금형을 신속하게 냉각시킬 수 있도록 한다.
메인컴퓨터에서는 각 온도센서에서 수집되어 전달된 온도정보를 설정된 기준값과 비교하여 기준값 이상으로 파악될 경우 이산화탄소 주입장치 측으로 신호를 보내 이산화탄소 공급을 개시하도록 하고, 기준값 이하로 온도가 떨어질 경우 이산화탄소 주입을 멈출 수 있도록 제어한다.
또한, 각 온도센서에서 감지된 온도정보를 토대로 전체 온도센서에서 감지되는 온도편차가 5℃ 이내의 범위에 들도록 각 영역별로 이산화탄소의 주입을 반복 시행하여 냉각시간을 효율적으로 단축시킬 수 있도록 한다.
도 8에는 본 발명에 따라 사출금형에 설치되는 냉각홀 및 모세관의 설치 단면도를 도시하고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각홀 및 냉각홀에 설치되는 모세관은 금형에 수직으로 가공 및 설치되어 캐비티 내벽으로 이산화탄소를 주입하여 용융수지가 주입된 캐비티 외벽을 냉각시킬 수 있도록 구성된다.
또한, 냉각홀에 설치되는 모세관의 경우 그 선단부가 냉각홀 내측단에서 일정 거리 이격되도록 구성되어 모세관을 빠져 나온 이산환탄소가 단열팽창할 수 있는 공간부를 제공하도록 하여 캐비티 외벽을 냉각시키는데 용이하도록 한다.
10 : 메임컴퓨터 20 : 온도센서
40 : 이산탄소공급장치 45 : 모세관
50 : 사출장치 60 : 금형
65 : 냉각홀
C : 캐비티
G1 : 메인게이트
g1~g8 : 서브게이트
s1~s8 : 온도센서

Claims (4)

  1. 컴퓨터프로그램을 이용하여 제품 표면적에 대해 중심 보로노이 다이어그램(CVD, Centroidal Voronoi Diagram)을 그려 일정 넓이를 가지는 복수의 보로노이 다각형을 그리는 영역분할 단계(S1);
    제품 표면적에 대해 복수개로 분할 구획된 보로노이 다각형 영역의 중심점 위치를 추출하는 보로노이 다각형 중심점 추출단계(S2);
    추출된 복수의 보로노이 다각형 중심점에 해당되는 위치에 금형의 배면에서 캐비티 내면을 향해 일정 깊이의 냉각홀을 가공하는 냉각홀 가공단계(S3);
    가공된 냉각홀에 이산화탄소(CO2) 공급장치에 연결되어 컴퓨터의 설정된 프로그램에 따라 자동으로 이산화탄소(CO2)를 공급받아 냉각홀 내벽을 향해 분사하도록 냉각홀 내측으로 모세관을 설치하는 모세관 설치단계(S4);
    모세관이 설치된 사출금형의 캐비티 내부로 사출장치를 통해 용융수지를 주입하는 용융수지 주입단계(S5);
    용융수지가 주입된 사출금형을 냉각시키기 위해 설정된 프로그램의 제어를 통해 냉각관에 설치된 모세관으로 이산화탄소(CO2)를 일정시간 공급하여 사출금형내의 용융수지를 냉각시키는 이산화탄소(CO2) 주입/냉각단계(S6);를 통해 사출성형 제품의 냉각이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사출금형의 냉각방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    사출성형 해석프로그램이 설치된 컴퓨터를 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하여 온도센서위치를 설정한 후, 온도센서 설치 위치에 따라 금형의 각부에 복수개의 온도센서를 설치하는 온도센서 설치단계(S7);가 더 포함되고,
    상기 이산화탄소(CO2) 주입단계(S6)는,
    금형에 설치된 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도가 설정된 기준값 이상일 경우 이산화탄소(CO2)를 주입하고 설정된 기준값 이하일 경우 이산화탄소(CO2) 주입을 차단하면서 금형 냉각이 이루어지도록 온도정보 입수 및 판단단계(S6-1)를 거쳐 이산화탄소 주입이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사출금형의 냉각방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    사출성형 해석프로그램이 설치된 컴퓨터를 이용하여 융용수지의 유동해석을 수행하여 온도센서위치를 설정한 후, 온도센서 설치위치에 따라 금형의 각부에 복수개의 온도센서를 설치하는 온도센서 설치단계(S7);가 더 포함되고,
    상기 이산화탄소(CO2) 주입단계(S6)는,
    금형에 설치된 복수의 온도센서에서 감지된 캐비티 내부의 온도편차가 5℃ 이상일 경우 이산화탄소(CO2) 주입과 차단을 반복적으로 실행하여 전체 온도센서의 편차가 5℃ 이내에서 냉각이 이루어지도록 온도정보 입수 및 판단단계(S6-1)를 거쳐이산화탄소 주입이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사출금형의 냉각방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 온도센서 설치단계(S7)는,
    설정된 메인게이트와, 상기 메인게이트 주변 원주상에 복수그룹으로 배치된 복수개의 서브게이트 사이의 거리 1/2을 반지름으로 하여 각 서브게이트를 기준으로 가상의 원을 그려 그 원안에 들어오는 용융수지의 선단 좌표값(x,y,z)만을 추출하여 2차 다항식의 포물선 그래프를 구하는 2차 다항식의 포물선 그래프 피팅단계(S7-1);
    상기 각 서브그룹의 복수의 서브게이트 좌표값에서 상기 2차 다항식의 포물선 그래프에 이르는 최단거리를 구하여 온도센서 설치위치를 설정하는 온도센서 설치위치 설정단계(S7-2);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출금형의 냉각방법.
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