KR20210109269A - Mold temperature control system to minimize defect rate - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a mold temperature control system to minimize a defect rate. An object is to provide a mold temperature control system with a low defect rate due to rapid heat exchange, short molding cycle, low energy consumption, and precise temperature control. The mold temperature control system of the present invention for achieving the above object forms a closed loop passing through the inside of an auxiliary tank that relieves back pressure by circulating water flowing in from a mold and separates air from the circulating water, a circulation pump, a heater, and the mold and forms another closed loop that branches from a line connected from the mold to the auxiliary tank and is connected to the auxiliary tank through a cooler. When heating the mold, hot water circulates through a closed loop that follows in the order of the auxiliary tank, the circulation pump, the heater, an expansion high-pressure hose, and the mold, and when cooling the mold, cold water circulates through a closed loop that follows in the order of the cooler, the auxiliary tank, the circulation pump, the (non-operating) heater, the expansion high-pressure hose, and the mold.

Description

불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템{Mold temperature control system to minimize defect rate}Mold temperature control system to minimize defect rate

본 발명은 불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 금형 내부에 형성된 유체 통로에 온수 또는 냉수를 공급하여 신속하게 열을 공급 또는 제거함으로써 금형온도를 제어하는 불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a mold temperature control system for minimizing the defect rate, and more particularly, by supplying hot or cold water to a fluid passage formed inside the mold to quickly supply or remove heat, thereby controlling the mold temperature for minimizing the defect rate. It is about the control system.

일반적으로, 금형을 사용하여 플라스틱 제품을 성형하는 경우, 작업 초기에는 금형온도가 너무 낮아 불량의 원인이 되고, 금형온도가 적정 온도로 상승한 후에는 금형에 주입되는 용융 플라스틱에 의하여 온도가 상승하는 만큼 냉각시켜 적정 온도로 유지시켜 주어야 하므로 성형주기가 길어져 생산성이 낮아진다. 따라서, 금형 내부에 유체 통로를 만들어 온수 또는 냉수를 흐르게 함으로써 금형온도를 적정 온도 범위 내에서 제어하는 시스템이 개발되어 사용되고 있다.In general, in the case of molding a plastic product using a mold, the mold temperature is too low at the beginning of work, causing defects, and after the mold temperature rises to an appropriate temperature, the temperature rises by the molten plastic injected into the mold. Since it must be cooled and maintained at an appropriate temperature, the molding cycle is prolonged and productivity is lowered. Accordingly, a system for controlling the mold temperature within an appropriate temperature range by making a fluid passage inside the mold to flow hot or cold water has been developed and used.

일본공개특허 소63-128911호에는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각기(11), 펌프(12), 히터(14), 온도계(21) 및 콘트롤러(30)로 이루어지는 금형온도 제어 시스템이 개시되어 있는데 온도계로 금형온도를 측정하여 온도가 낮을 때는 온수가 흐르게 하고, 온도가 높을 때는 냉수가 흐르게 함으로써 금형온도를 제어한다. 즉, 금형을 냉각시키고자 할 때에는 히터(14)의 작동을 멈추고 냉각기(11)을 작동시켜 물을 순환시키고, 금형을 가열하고자 할 때에는 냉각기(11)의 작동을 멈추고 히터(14)를 작동시켜 물을 순환시키는데 온도계(21)에 의해 측정되는 금형온도에 따라 콘트롤러(30)로 솔레노이드 밸브들을 여닫음으로써 물의 순환을 제어하는 것이다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-128911 discloses a mold temperature control system comprising a cooler 11, a pump 12, a heater 14, a thermometer 21, and a controller 30, as shown in FIG. The mold temperature is controlled by measuring the mold temperature with a thermometer and allowing hot water to flow when the temperature is low and cold water to flow when the temperature is high. That is, to cool the mold, stop the operation of the heater 14 and operate the cooler 11 to circulate water, and to heat the mold, stop the operation of the cooler 11 and operate the heater 14 To circulate water, the water circulation is controlled by opening and closing solenoid valves with the controller 30 according to the mold temperature measured by the thermometer 21 .

미국특허 4,902,454호에는 히터, 냉각기, 펌프, 온도계 및 컴퓨터(콘트롤러)로 이루어지는 금형온도 제어 시스템이 개시되어 있는데 본질적인 구성은 일본공개 특허 소63-128911호에 기재된 발명과 동일하다. 다만, 물이 히터와 냉각기 중 하나를 거치거나 바이패스하도록 되어있어 금형을 냉각시킬 때는 작동되지 않는 히터라도 히터를 거치지 않아도 되는 것이 특징이다.U.S. Patent No. 4,902,454 discloses a mold temperature control system comprising a heater, a cooler, a pump, a thermometer, and a computer (controller), and the essential configuration is the same as the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-128911. However, water passes through or bypasses one of the heater and the cooler, so when cooling the mold, the heater does not need to go through the heater even if it does not work.

그러나, 상기 발명들은 모두 열교환 속도가 느려 성형주기(cycle time)가 길고, 온수나 냉수 사용량이 많아 에너지 소비량이 많다는 단점이 있다.However, all of the above inventions have disadvantages in that the heat exchange rate is slow, the molding cycle time is long, and the amount of energy consumption is high because the amount of hot or cold water used is large.

본 발명의 목적은 열교환이 신속히 이루어져 성형주기(cycle time)가 짧고, 에너지 사용량이 적으며 정밀한 온도제어가 가능하여 불량률이 낮은 금형온도 제어 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mold temperature control system with a low defect rate because heat exchange is quickly achieved, a molding cycle time is short, energy consumption is small, and precise temperature control is possible.

본 발명의 발명자는 기존의 금형온도 제어 시스템에서 열교환 속도가 낮은 것은 금형에서 흘러나가는 물에 배압(back pressure)이 걸려 물의 흐름이 완만하고, 관로 내에서 버블이 형성되기 때문이라 가정을 하고 열교환 속도를 높이고자 연구를 한 결과, 본 발명을 완성하였다.The inventor of the present invention assumes that the reason why the heat exchange rate is low in the existing mold temperature control system is because back pressure is applied to the water flowing out of the mold, so that the water flow is gentle and bubbles are formed in the pipeline. As a result of research to increase the , the present invention was completed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템은 금형에서 유입되는 순환수에 의한 배압을 완화하고 순환수 중에서 공기를 분리해내는 보조탱크와, 순환펌프와, 히터와, 금형의 내부를 통과하는 폐루프를 형성하고, 금형에서 보조탱크로 연결되는 라인에서 분기되어 냉각기를 거쳐 상기 보조탱크로 연결되는 또 하나의 폐루프를 형성하여, 금형을 가열할 때에는 온수가 보조탱크, 순환펌프, 히터, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하고, 금형을 냉각시킬 때에는 냉수가 냉각기, 보조탱크, 순환펌프, (작동되지 않는) 히터, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하는 것을 특징으로 한다.The mold temperature control system for minimizing the defect rate of the present invention for achieving the above object is an auxiliary tank that relieves back pressure by circulating water flowing from the mold and separates air from the circulating water, a circulation pump, a heater, and a mold forming a closed loop passing through the inside of the mold, branching from the line connected from the mold to the auxiliary tank, forming another closed loop connected to the auxiliary tank through the cooler, The closed loop circulates in the order of the circulation pump, heater, expansion high-pressure hose, and mold, and when cooling the mold, cold water flows in the order of the cooler, auxiliary tank, circulation pump, (not working) heater, expansion high-pressure hose, and mold. It is characterized in that it circulates the following closed loop.

상기 시스템은 콘트롤러에 의하여 자동으로 제어될 수 있는데 금형 내부에 설치된 온도센서에 의하여 측정되는 금형 온도 데이터가 콘트롤러에 입력되고, 입력된 온도 데이터에 의하여 콘트롤러가 온수를 순환시키거나, 냉수를 순환시키거나, 물의 순환을 멈추는 방법에 의한다.The system can be automatically controlled by a controller, and mold temperature data measured by a temperature sensor installed inside the mold is input to the controller, and the controller circulates hot water or cold water according to the input temperature data. , by stopping the water circulation.

공지기술(일본공개특허 소63-128911호, 미국특허 4,902,454호)과 비교할 때, 본 발명의 가장 특징있는 차이점은 팽창고무호스와 보조탱크이다.Compared with the known technology (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-128911, US Patent No. 4,902,454), the most characteristic difference of the present invention is an expansion rubber hose and an auxiliary tank.

팽창고무호스는 압력이 걸리면 부풀어 금형 내로 물이 난류(turbulence)상태로 유입되도록 하고, 보조탱크는 상부에 수증기와 공기로 이루어지는 기상공간이 형성되어 금형에서 유입되는 물에 배압이 걸리는 것을 방지함과 동시에 관로 내에서 형성되는 버블을 분리해내는 역할을 하여 팽창고무호스와 함께 물과 금형 간의 열교환 속도를 높이는 역할을 한다.The expansion rubber hose swells when pressure is applied so that water flows into the mold in a turbulence state. At the same time, it plays a role in separating the bubbles formed in the pipe and increases the speed of heat exchange between water and the mold together with the expansion rubber hose.

상기 구성에서 히터를 바이패스하는 관로를 설치하여 금형을 냉각할 때에는 물이 히터를 통과하지 않고 냉각기, 보조탱크, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하도록 할 수도 있다. 다만, 이 때는 후술하는 가압펌프가 순환펌프의 역할을 한다.When cooling the mold by installing a pipe that bypasses the heater in the above configuration, the water may not pass through the heater and circulate in a closed loop leading to the cooler, the auxiliary tank, the expansion high-pressure hose, and the mold. However, in this case, a pressure pump to be described later plays the role of a circulation pump.

이렇게 하면 금형을 냉각시키고자 할 때, 적은 양이지만 히터 내부에 남아있는 물이 금형으로 유입되지 않게 되므로보다 신속하게 금형을 냉각시킬 수 있고, 시스템 전체의 열효율도 높아진다.In this way, when you want to cool the mold, a small amount of water remaining inside the heater does not flow into the mold, so the mold can be cooled more quickly and the thermal efficiency of the entire system is increased.

보조탱크에는 수위감지센서가 설치되어 있는데 수위감지센서는 상부에 통기구가 형성된 차단벽에 둘러싸는 것이 바람직하다. 차단벽이 없으면 금형에서 유입되는 물에 의하여 수위가 잘못 측정될 염려가 있다.A water level sensor is installed in the auxiliary tank, and it is preferable to surround the water level sensor with a blocking wall having a ventilation hole on the top. If there is no barrier, there is a risk that the water level may be measured incorrectly by the water flowing in from the mold.

그리고, 보조탱크 앞에 별도의 가압펌프를 둘 수 있다. 보조탱크의 압력을 높이면 순환되는 물의 온도를 높일 수 있을뿐만 아니라 증발을 억제할 수 있다.In addition, a separate pressurization pump may be placed in front of the auxiliary tank. By increasing the pressure in the auxiliary tank, not only can the temperature of the circulating water be increased, but also evaporation can be suppressed.

본 발명에 의한 불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템을 사용하면 전기사용량, 생산주기, 생산량, 불량률이 현격히 낮아진다. 이에 따라 제품의 단가가 낮아지게 되며 특히, 불량률이 낮은 것은 본 발명에 의하면 온도관리가 정확히 이루어질 수 있음을 의미한다.When the mold temperature control system for minimizing the defect rate according to the present invention is used, electricity consumption, production cycle, production, and defect rate are significantly lowered. Accordingly, the unit price of the product is lowered, and in particular, the low defect rate means that temperature control can be performed accurately according to the present invention.

도 1은 종래의 금형온도 제어 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 상부 금형과 하부 금형을 통과하는 순환루트가 각각 1개씩인 본 발명의 일실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명을 구성하는 보조탱크의 단면도이다.
도 4는 사출성형시 금형 내부의 서로 다른 위치에서 측정한 온도로부터 계산한 금형의 표면온도이다1 shows a conventional mold temperature control system.
Figure 2 shows an embodiment of the present invention in which each circulation route passing through the upper mold and the lower mold is one.
3 is a cross-sectional view of an auxiliary tank constituting the present invention.
4 is the surface temperature of the mold calculated from the temperatures measured at different positions inside the mold during injection molding.

이하, 본 발명의 구성을 도 2 내지 도 4를 사용하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

도 2는 상부 금형과 하부 금형을 통과하는 순환루트가 1개씩인 본 발명의 일실시예를 도시한 것이고, 도 3은 보조탱크의 구조를 도시한 것이며, 도 4는 금형의 표면 온도를 시간의 함수로 도시한 것이다.Figure 2 shows an embodiment of the present invention in which there is one circulation route passing through the upper mold and the lower mold, Figure 3 shows the structure of the auxiliary tank, and Figure 4 shows the surface temperature of the mold in time. shown as a function.

일반적으로, 성형 작업을 시작하려면 금형을 적정한 온도까지 예열해야 하는데 히터(14)를 가동하면서 물을 순환펌프(12b)로 순환시키면 물이 보조탱크(13), 순환펌프(12b), 히터(14), 팽창고무호스(15), 금형(20)으로 이어지는 순환루트를 따라 순환하면서 금형(20)이 가열된다. 이 때, 솔레노이드 밸브 S1, S2, S3, S4는 닫는다. 다만, S2와 S4는 열어도 무방하고 닫아도 무방한데, 연 상태에서 가압펌프 12a를 가동하면 순환루트 내의 압력을 높일 수 있어 순환되는 물의 온도를 높일 수도 있고 증발량도 줄일 수 있다. S5와 S6은 공기배출 밸브로 보조탱크의 수위가 낮아지면 상부공간의 공기 및 스팀을 배출시킨다. 빈 금형에 온수를 순환시키는 초기예열단계에서의 금형온도는 도 4에서 보는 바와 같이 직선적으로 상승한다.In general, in order to start the molding operation, the mold must be preheated to an appropriate temperature. When the heater 14 is operated and water is circulated to the circulation pump 12b, the water is transferred to the auxiliary tank 13, the circulation pump 12b, and the heater 14. ), the expanded rubber hose 15, and the mold 20 are heated while circulating along the circulation route leading to the mold 20. At this time, the solenoid valves S1, S2, S3, and S4 are closed. However, S2 and S4 may be opened or closed. If the pressurization pump 12a is operated in the open state, the pressure in the circulation route can be increased, thereby increasing the temperature of the circulating water and reducing the evaporation amount. S5 and S6 are air discharge valves to discharge air and steam in the upper space when the water level in the auxiliary tank is lowered. As shown in FIG. 4 , the mold temperature in the initial preheating stage of circulating hot water to the empty mold increases linearly.

금형온도가 금형온도 관리점(도 4에서는 50℃)까지 상승하면 성형작업을 시작하는데 용융 플라스틱이 금형 내에 주입되면 금형온도가 상승하게 되므로 냉각수 를 냉각기(11), 보조탱크(13), 펌프(12b), (작동이 중지된) 히터(14), 팽창고무호스(15), 금형(20) 및 냉각기(11)로 이어지는 폐루프를 따라 순환시킨다. 냉각수는 히터(14)를 통과시키지 않고 바이패스시킬 수도 있는데(도 2에서 점선으로 표시됨) 이 경우, 금형을 가열할 때 히터에 남아있던 온수가 순환되지 않게 되므로 열효율이 조금 좋아지게 된다.When the mold temperature rises to the mold temperature control point (50℃ in Fig. 4), the molding operation starts. When the molten plastic is injected into the mold, the mold temperature rises. 12b), circulate along a closed loop leading to (stopped) heater 14 , inflatable hose 15 , mold 20 and cooler 11 . The cooling water may be bypassed without passing through the heater 14 (indicated by a dotted line in FIG. 2 ). In this case, since the hot water remaining in the heater is not circulated when heating the mold, the thermal efficiency is slightly improved.

냉각수는 계속해서 순환시킬 수도 있고, 금형이 과냉각되는 것을 방지하기 위하여 순환과 멈춤을 반복할(단속적으로 순환시킬) 수도 있다.The coolant may be circulated continuously or cycled and stopped repeatedly (intermittently cycled) to prevent overcooling of the mold.

이를테면, 냉각수를 사출시점부터 제품취출점까지 순환시키고 제품취출점부터 다음 사출시점까지 순환을 중지하는 것을 반복하는 경우, 금형온도는 도 4와 같이 변화된다. 이하, 도 4의 온도곡선을 구간별로 보다 상세히 살펴본다.For example, if the cooling water is circulated from the injection point to the product ejection point and the circulation is stopped from the product ejection point to the next injection point, the mold temperature is changed as shown in FIG. 4 . Hereinafter, the temperature curve of FIG. 4 will be described in more detail for each section.

사출을 시작하면서 동시에 냉각수를 순환시키기 시작하는데 용융 플라스틱이 주입되는 동안(A 구간) 금형온도는 급격히 상승하였다가 사출이 완료되면 서서히 낮아지게 된다(B-A 구간). 금형온도가 계속 낮아져 제품취출 온도(플라스틱의 연화점 이하)에 도달하면 냉각수의 순환을 멈추고 성형된 제품을 꺼내는데 제품을 꺼내고 나면 금형 내의 관로에 남아있는 냉각수와 대기에 의하여 급격히 온도가 떨어지게 된다. 이 때 냉각수의 순환을 중지하는 것은 전술한 바와 같이 금형이 과냉각되는 것을 피하기 위함이다. 금형온도가 다시 금형온도 관리점인 50℃까지 떨어지면 또 다른 사출공정을 시작하는데 한 싸이클의 생산시간은 C로 표시된다.At the same time as the injection starts, the cooling water starts to circulate, and while the molten plastic is injected (section A), the mold temperature rises rapidly, and then gradually decreases when the injection is completed (section B-A). When the mold temperature continues to drop and reaches the product take-out temperature (below the softening point of plastic), the cooling water circulation is stopped and the molded product is taken out. At this time, stopping the circulation of the coolant is to avoid overcooling the mold as described above. When the mold temperature drops back to the mold temperature control point of 50℃, another injection process is started, and the production time of one cycle is indicated by C.

금형온도 관리점이 매우 높고 주변 온도가 매우 낮으면 냉각수를 통하여 냉각하지 않아도 금형이 과냉각되는 경우가 있는데 이 경우에는 온수를 단속적으로 순환시켜 떨어진 온도만큼 보상하는 방법에 의하여 금형온도를 관리하고, 반대의 경우에는 냉수만을 순환시켜 금형온도를 관리한다.If the mold temperature control point is very high and the ambient temperature is very low, the mold may be overcooled without cooling through cooling water. In this case, only cold water is circulated to control the mold temperature.

<실시예 및 비교예><Examples and Comparative Examples>

본 발명의 불량률 최소화를 위한 금형온도 제어 시스템과 종래 방식의 금형온도 제어 시스템을 사용하여 ABS 수지로 세탁기 커버를 생산하였다. 금형 무게는 모두 1ton이었으며 각각의 전기 사용량, 생산주기, 생산량, 불량률은 다음 [표 1]에 기재하였다.A washing machine cover was produced with ABS resin using the mold temperature control system for minimizing the defect rate of the present invention and the conventional mold temperature control system. All molds weighed 1 ton, and each electricity consumption, production cycle, production, and defect rate are listed in [Table 1] below.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

11: 냉각기 12a: 가압펌프
12b: 순환펌프 13: 보조탱크
14: 히터 15: 팽창고무호스
20: 금형 21: 온도계
30: 콘트롤러 131: 통기구
132: 차단벽11: cooler 12a: pressurized pump
12b: circulation pump 13: auxiliary tank
14: heater 15: expansion rubber hose
20: mold 21: thermometer
30: controller 131: vent
132: barrier

Claims (5)

금형에서 유입되는 순환수에 의한 배압을 완화하고 순환수 중에서 공기를 분리해내는 보조탱크와, 순환펌프와, 히터와, 금형의 내부를 통과하는 폐루프를 형성하고, 금형에서 보조탱크로 연결되는 라인에서 분기되어 냉각기를 거쳐 상기 보조탱크로 연결되는 또 하나의 폐루프를 형성하여, 금형을 가열할 때에는 온수가 보조탱크, 순환펌프, 히터, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하고, 금형을 냉각시킬 때에는 냉수가 냉각기, 보조탱크, 순환펌프, (작동되지 않는) 히터, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하는 것을 특징으로 하는 금형온도 제어 시스템.An auxiliary tank that relieves back pressure by circulating water flowing in from the mold and separates air from the circulating water, a circulation pump, a heater, and a closed loop passing through the inside of the mold are formed, and the mold is connected to the auxiliary tank. By forming another closed loop that is branched from the line and connected to the auxiliary tank through the cooler, when heating the mold, hot water circulates through a closed loop in the order of the auxiliary tank, the circulation pump, the heater, the expansion high-pressure hose, and the mold. and, when cooling the mold, cold water circulates in a closed loop that is followed in the order of the cooler, auxiliary tank, circulation pump, (non-operating) heater, expansion high-pressure hose, and mold. 제1항에 있어서, 금형 내부에 설치된 온도센서에 의하여 측정되는 금형온도 데이터가 콘트롤러에 입력되고, 입력된 온도 데이터에 의하여 콘트롤러가 온수를 순환시키거나, 냉수를 순환시키거나, 물의 순환을 멈춤으로써 금형온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 금형온도 제어 시스템.According to claim 1, wherein mold temperature data measured by a temperature sensor installed inside the mold is input to the controller, and the controller circulates hot water, circulates cold water, or stops the circulation of water according to the input temperature data. A mold temperature control system, characterized in that the mold temperature is controlled. 제1항 또는 제2항에 있어서, 히터를 바이패스하는 관로가 설치되어 금형을 냉각할 때에는 물이 히터를 통과하지 않고 냉각기, 가압펌프, 보조탱크, 팽창고압호스, 금형의 순으로 이어지는 폐루프를 순환하는 것을 특징으로 하는 금형온도 제어 시스템.The closed loop of claim 1 or 2, wherein when a pipe bypassing the heater is installed to cool the mold, water does not pass through the heater but continues in the order of the cooler, the pressure pump, the auxiliary tank, the expansion high-pressure hose, and the mold. A mold temperature control system, characterized in that it circulates. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조탱크에 상부에 통기구가 형성된 차단벽에 둘러싸여 있는 수위감지센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 금형온도 제어 시스템.[3] The mold temperature control system according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary tank is provided with a water level sensor surrounded by a blocking wall having a ventilation hole formed thereon. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조탱크 앞에 보조탱크의 압력을 높이기 위한 고압펌프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 금형온도 제어 시스템.
The mold temperature control system according to claim 1 or 2, wherein a high-pressure pump for increasing the pressure of the auxiliary tank is installed in front of the auxiliary tank.
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