KR20240033957A - 주입식 인발성형용 금형 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주입식 인발성형용 금형 장치에 관한 것으로, 섬유 구조물이 통과하는 제1 통로를 포함하고 주입 수지(injection resin)를 통해 상기 섬유 구조물을 함침시키는 수지 함침 금형, 상기 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 상기 제1 통로와 연결되는 제2 통로를 포함하고 상기 수지 함침 금형과 일체로 결합되는 경화 금형, 및 상기 수지 함침 금형의 내부에 고정되고 상기 제1 통로 및 제2 통로에 배치되며 성형품의 중공을 형성하는 적어도 하나의 맨드릴을 포함한다. 따라서, 맨드릴의 처짐이나 흔들림에 의해 성형 품질의 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있으며 복수의 중공 구조의 성형품을 제작할 수 있다.
Description
본 발명은 주입식 인발성형을 위한 금형 구조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맨드릴의 처짐이나 흔들림에 의한 성형 품질의 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 주입식 인발성형용 금형 장치에 관한 것이다.
최근 CFRP(탄소섬유 강화 복합재) 소재의 개발이 가속화되면서 기존에 적용되던 우주, 항공기 부품 및 스포츠 용품 등의 고가 제품뿐만 아니라 대량생산이 요구되는 차체 부품에도 사용량이 증가하고 있다. 따라서, 대량생산을 만족시키는 CFRP 제품의 제조공법에 관한 연구들이 다양하게 수행되고 있다.
한편, 섬유강화 복합재료 성형 공정 중 인발(pultrusion) 공정은 연속상의 섬유 보강재에 열경화성이나 열가소성 수지를 함침시킨 후 몰드 내에서 경화 또는 응고시켜 성형품을 연속적으로 생산할 수 있는 공정으로서, 보강재의 배향을 특정한 방향으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 보강재에 장력을 주어진 상태에서 함침 수지가 경화 또는 응고되므로 다른 성형 공정에 의한 제품보다 기계적 특성이 우수하여 섬유강화 복합재료의 성형공정으로 관심이 집중되고 있다.
인발 공정은 수지 함침 과정, 예열 과정, 가열된 금형(mold)에서의 경화 과정, 당김 및 절단 과정으로 나누어진다. 기존의 수치 함침 과정에서는 수지조(bath)가 개방된 상태에서 수지 투입 및 함침이 이루어졌지만 최근에는 수지 함침조가 비개방된 상태에서 수지 주입 및 함침이 이루어지고 있다.
한편, 종래의 인발성형용 금형은 다수의 로빙 크릴(Creel)로부터 공급되는 탄소섬유 등의 섬유 보강재를 성형 제품의 단면 형상으로 정렬하고 수지를 주입하여 섬유 보강재에 수지를 함침시킨 후 수지가 함침된 섬유 보강재를 경화하는 구조로 이루어진다. 이때, 성형 제품의 내경과 동일한 외경의 성형면 부위를 갖는 맨드릴이 금형에 배치되고 섬유 보강재가 맨드릴이 배치되는 금형을 통과하면서 서로 접합되어 성형품의 모양을 잡아주게 된다.
도 1a 및 1b는 종래 주입식 인발성형용 금형의 맨드릴 배치 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 1a 및 1b에 나타낸 바와 같이, 종래 주입식 인발성형용 금형(10)은 내부에 맨드릴(20)이 배치된다. 맨드릴(20)은 금형(10)의 섬유 보강재가 투입되는 입구 전방에서 금형(10)의 내부를 향해 배치된다. 이때, 맨드릴(20)은 금형(10)의 내부에 배치 상태가 유지되도록 고정부(30)를 통해 고정 지지된다. 맨드릴(20)은 성형품의 중공의 개수에 따라 적어도 하나 이상이 배치된다. 예컨대, 성형품의 중공의 개수가 3개인 경우 맨드릴(20) 또한 3개가 배치된다.
하지만, 맨드릴 고정부(30)에서 금형(10) 입구까지의 길이가 대략 1.5m에서 3m 정도로 길게 배치되어 자중으로 인한 맨드릴(20)의 처짐이나 상하좌우 흔들림이 발생할 수 있다. 특히, 1개의 중공 관의 구조에서 중공이 여러 개로 늘어나는 형태의 제품을 제작할 경우에 성형 시 멘드릴의 처짐 등으로 인한 두께 편차가 발생하여 품질이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예는 맨드릴의 처짐이나 흔들림에 의한 성형 품질의 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 금형에 맨드릴을 직접 체결하여 고정함으로써 맨드릴의 길이를 축소시켜 자중으로 인한 처짐 및 흔들림 발생을 방지할 수 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 금형의 일측에서 금형 내로 섬유 구조물이 투입되는 구조를 통해 금형 내에 맨드릴의 체결부분을 우회하여 섬유 구조물이 금형 내로 투입될 수 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 주입식 인발성형용 금형 장치는 섬유 구조물이 통과하는 제1 통로를 포함하고 주입 수지(injection resin)를 통해 상기 섬유 구조물을 함침시키는 수지 함침 금형, 상기 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 상기 제1 통로와 연결되는 제2 통로를 포함하고 상기 수지 함침 금형과 일체로 결합되는 경화 금형, 및 상기 수지 함침 금형의 내부에 고정되고 상기 제1 통로 및 제2 통로에 배치되며 성형품의 중공을 형성하는 적어도 하나의 맨드릴을 포함한다.
실시예들 중에서, 주입식 인발성형용 금형 장치는 상기 수지 함침 금형에서 상기 섬유 구조물의 투입구 측에 또는 상기 맨드릴의 단부 외측에는 상기 맨드릴을 상기 수지 함침 금형에 고정 체결을 위한 맨드릴 고정면이 형성될 수 있다.
상기 맨드릴 고정면은 상기 수지 함침 금형의 내면 일측으로부터 상기 제1 통로를 향해 돌출 형성되고 상기 맨드릴을 상기 일측에 고정 체결할 수 있다.
상기 맨드릴 고정면은 상기 수지 함침 금형에서 상측 금형의 하면으로부터 상기 제1 통로를 향해 하향 돌출되거나 하측 금형의 상면으로부터 상기 제1 통로를 향해 상향 돌출되어 형성되고 볼트나 용접으로 상기 맨드릴을 상기 상측 금형에 일체로 체결할 수 있다.
상기 수지 함침 금형은 상기 맨드릴의 고정에 의해 상기 섬유 구조물 투입구의 폐쇄된 일측을 우회하여 상기 섬유 구조물이 다른 일측으로 투입되도록 상기 제1 통로와 연통되는 적어도 하나의 우회 투입구를 형성할 수 있다.
상기 우회 투입구는 상기 섬유 구조물 투입구의 상측이 폐쇄된 경우에 상기 수지 함침 금형에서 상측 금형의 상면에서 하면을 향해 관통되어 상기 제1 통로와 연결되도록 형성되고, 상기 섬유 구조물 투입구의 하측이 폐쇄된 경우에 상기 수지 함침 금형에서 하측 금형의 하면에서 상면을 향해 관통되어 상기 제1 통로와 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 우회 투입구는 상기 섬유 구조물의 이송 방향을 향해 경사지게 형성될 수 있다.
상기 수지 함침 금형은 하측에 위치하는 하측 금형 및 상측에 위치하는 상측 금형을 포함하고, 상기 상측 금형 및 하측 금형 사이에 상기 제1 통로를 형성하며 상기 제1 통로의 통로 단면적 보다 큰 통로 단면적을 지닌 적어도 하나의 금형 천이 구간을 포함하고, 상기 금형 천이 구간에서 상기 섬유 구조물의 상부, 하부 및 중앙에서 수지를 주입하는 복수의 수지 주입홀들을 포함할 수 있다.
상기 수지 함침 금형은 상기 섬유 구조물이 도입된 이후의 특정 지점에서 형성되는 제1 금형 천이 구간 및 상기 경화 금형으로 도입되기 이전의 특정 지점에서 형성되는 제2 금형 천이 구간을 포함하고, 상기 제1 금형 천이 구간 및 제2 금형 천이 구간은 서로 상이한 구간 단면적을 지니며 상기 제1 통로와 연결될 수 있다.
상기 맨드릴은 상기 금형 천이 구간에서 단면적이 감소된 맨드릴 천이 구간을 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치는 금형에 맨드릴을 직접 체결하여 고정함으로써 맨드릴의 길이를 축소시켜 자중으로 인한 처짐 및 흔들림 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치는 금형의 일측에서 금형 내로 섬유 구조물이 투입되는 구조를 통해 금형 내에 맨드릴의 체결부분을 우회하여 섬유 구조물이 금형 내로 투입될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치는 맨드릴의 처짐이나 흔들림에 의한 성형 품질의 편차를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1a-1b는 종래 주입식 인발성형용 금형의 맨드릴 배치 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 도 2에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 5는 도 4에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치에서 수지 함침 금형 구조의 다양한 실시예들을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 3은 도 2에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이다.
도 5는 도 4에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치에서 수지 함침 금형 구조의 다양한 실시예들을 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이고, 도 3은 도 2에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 섬유 구조물 인발성형을 위한 폐쇄형 주입 수지함침 박스형 구조로 이루어진다.
주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 수지 함침 금형(110)과 경화 금형(130)으로 구성될 수 있다. 수지 함침 금형(110)과 경화 금형(130)은 각각 독립된 금형(mold) 제작될 수 있고 나사 등의 결합부재를 통해 일체로 결합될 수 있다. 수지 함침 금형(110)은 일측에 섬유 구조물 투입구(110a)가 형성되고 반대측에 경화 금형(130)이 결합된다. 섬유 구조물 투입구(110a)는 섬유 구조물을 수신하고 로케이팅하기 위한 개구들을 포함한다. 경화 금형(130)은 일측에 수지 함침 금형(110)이 결합되고 반대측에 성형된 섬유 구조물 배출구(130a)가 형성된다.
수지 함침 금형(110)은 섬유 구조물을 공급받아 수지를 함침시키고 수지가 함침된 섬유 구조물을 설정된 형태로 성형하는 구조로 구현될 수 있다. 수지 함침 금형(110)은 하측에 위치하는 하측 금형(111a)과 하측 금형(111a)의 상측에 위치하는 상측 금형(111b)을 포함한다. 수지 함침 금형(110)은 하측 금형(111a)과 상측 금형(111b) 사이에 섬유 구조물이 통과할 수 있는 제1 통로(113)를 형성한다. 제1 통로(113)는 수지 함침 금형(110)의 내부를 관통하여 형성될 수 있다.
수지 함침 금형(110)은 제1 통로(113) 상에 적어도 하나 이상의 금형 천이 구간(115)을 형성한다. 금형 천이 구간(115)은 수지 함침 금형(110)에서 제1 통로(113)의 섬유 구조물 이송 구간에 형성된다. 여기에서, 금형 천이 구간(115)은 제1 통로(113)의 통로 단면적 보다 큰 통로 단면적을 지니며 수지 함침 금형(110)에 적어도 하나 이상 형성된다. 금형 천이 구간(115)은 수지 함침 금형(110)에서 제1 통로(113)를 기준으로 양측에 위치하는 하측 금형(111a) 및 상측 금형(111b)에 형성된다. 금형 천이 구간(115)은 수지 함침 금형(110)에서 섬유 구조물이 이송되는 제1 통로(113)를 통한 수지의 주입 및 유동을 원활하게 하고 섬유 구조물에 대한 수지의 함침성을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에서, 금형 천이 구간(115)은 섬유 구조물이 도입된 이후의 특정 지점에서 형성되는 제1 금형 천이 구간(115a)과 경화 금형(130)으로 도입되기 이전의 특정 지점에서 형성되는 제2 금형 천이 구간(115b)으로 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 금형 천이 구간(115a,115b)은 서로 상이한 구간 단면적을 지니며 제1 통로(113)와 연결된다. 예를 들면, 제1 금형 천이 구간(115a)은 제2 금형 천이 구간(115b)의 구간 단면적 보다 큰 구간 단면적을 지닌다. 제1 및 제2 금형 천이 구간(115a,115b)은 하측 금형(111a)의 상면에서 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 하향 경사진 제1 경사면(117a)과, 제1 경사면(117a) 보다 작은 경사 각도로서 제1 경사면(117a)에 상향 경사지게 연결된 제2 경사면(117b)을 형성한다. 또한, 제1 및 제2 금형 천이 구간(115a,115b)은 상측 금형(111b)의 하면에서 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 상향 경사진 제3 경사면(117c)과, 제3 경사면(117c) 보다 작은 경사 각도로서 제3 경사면(117c)에 하향 경사지게 연결된 제4 경사면(117d)을 형성한다. 여기에서 경사면들(117a~117d)이 연결되는 부위에는 각이 없도록 라운드 면처리될 수 있다.
경화 금형(130)은 수지 함침 금형(110)으로 투입되면서 수지가 함침된 섬유 구조물을 설정한 형상으로 성형하면서 그 섬유 구조물을 히팅 경화시키기 위한 것이다. 경화 금형(130)은 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 수지 함침 금형(110)의 제1 통로(113)와 연결되는 제2 통로(131)를 형성할 수 있다. 경화 금형(130)은 성형된 섬유 구조물을 가열하기 위한 가열수단을 포함하여 성형된 섬유 구조물을 경화시킬 수 있으며, 최종적으로 성형품을 생산할 수 있다.
주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 금형 내부에 맨드릴(150)이 배치될 수 있다. 맨드릴(150)은 수지 함침 금형(110)의 제1 통로(113) 및 경화 금형(130)의 제2 통로(131)를 따라 이송되는 섬유 구조물을 가이드 하면서 성형품의 중공을 형성하기 위한 것이다. 맨드릴(150)은 대략 사각 단면 형상의 로드 형태로 구비되며 제1 통로(113) 및 제2 통로(131)에 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 배치된다. 제1 및 제2 통로(113,131)에 맨드릴(150)을 배치함에 따라, 제1 및 제2 통로(113,131)는 맨드릴(150)의 외 표면에 의해 성형품의 단면에 대응되는 섬유 구조물 이송 구간으로서의 캐비티를 형성한다.
일 실시예에서, 맨드릴(150)은 수지 함침 금형(110)의 금형 천이 구간(115)에서 단면적이 감소된 맨드릴 천이 구간(151)이 형성된다. 맨드릴 천이 구간(151)은 수지 함침 금형(110)에서 제1 금형 천이 구간(115a)에 배치된다. 이러한 맨드릴 천이 구간(151)은 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 맨드릴(150)의 단면적이 점차 작아지며 증가하는 천이 구간 면이 맨드릴(150)의 상하 면에 형성된다.
맨드릴(150)은 수지 함침 금형(110)의 내부에 체결되고 제1 및 제2 통로(113,131)에 배치 상태가 유지될 수 있다. 이를 위해, 수지 함침 금형(110)의 투입구(110a) 측에는 맨드릴(150)을 고정하는 고정면(170)이 형성될 수 있다. 여기에서, 맨드릴 고정면(170)은 수지 함침 금형(110)의 투입구(110a) 측에서 상측 금형(111b)의 하면으로부터 하향 돌출되어 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고 하측 금형(111a)의 상면으로부터 하향 돌출되어 형성되게 할 수도 있다. 또한, 맨드릴 고정면(170)은 수지 함침 금형(110) 대신 맨드릴(150)의 단부 외측에 살붙임 형태로 형성할 수도 있다. 맨드릴(150)은 상측 금형(111b)에 형성된 맨드릴 고정면(170)에 볼트나 용접 등을 통해 상측 금형(111b)과 일체로 체결될 수 있으며, 이때 체결 방식은 특정되지 않는다. 이에 따라, 수지 함침 금형(110)의 투입구(110a) 상측부가 폐쇄되어 섬유 구조물이 수지 함침 금형(110)의 하측 및 좌우측으로 투입되게 된다. 수지 함침 금형(110)은 상측 금형(111b)의 상부에 우회 투입구(190)가 형성되어 폐쇄된 상측으로 투입될 섬유 구조물을 우회 투입구(190)를 통해 투입시킬 수 있다.
우회 투입구(190)는 상측 금형(111b)의 상면에서 하면을 향해 관통되어 제1 통로(113)와 연결되게 형성된다. 우회 투입구(190)는 섬유 구조물의 이송 방향을 향해 경사지게 형성되어 수지 함침 금형(110)의 상부에서 투입되는 섬유 구조물의 원활한 투입을 유도할 수 있다. 여기에서, 우회 투입구(190)는 45도에서 90도 사이의 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 우회 투입구(190)는 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
수지 함침 금형(110)에는 복수의 수지 주입홀들(210)이 형성될 수 있다. 복수의 수지 주입홀들(210)은 제1 통로(113)로 수지를 주입하기 위한 것으로, 제1 금속 천이 구간(115a)에서 또는 제1 및 제2 금속 천이 구간(115a,115b)에서 섬유 구조물의 상부, 하부 및 중앙에서 수지를 주입할 수 있다. 또한, 수지 함침 금형(110)에는 주입되는 수지가 경화되지 않도록 온도를 일정하게 유지시키기 위한 가열수단을 포함할 수 있다. 여기에서, 가열수단은 저온 가열한 기름과 물을 순환시켜 일정하게 온도를 유지하여 수지의 점도를 낮출 수 있는 온유홀(230) 형태로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 수지 함침 금형(110) 및 경화 금형(130)의 온도를 일정하게 유지하도록 복수의 온도 센서홀(250)을 구비할 수 있다. 여기에서, 수지 함침 금형(110)은 수지가 경화되지 않을 정도의 온도로 유지되고, 경화 금형(130)은 수지가 함침된 복수의 섬유 구조물을 경화시키기 위해 일정한 온도로 유지된다.
이하에서, 이러한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치(100)의 작용을 설명한다.
주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 투입구(110a) 및 우회 투입구(190)를 통해 섬유 구조물을 수신한다. 수신되는 섬유 구조물은 수지 함침 금형(110)의 제1 통로(113)를 따라 이송하게 되는데, 제1 통로(113)에서 맨드릴(150)을 중심 측에 두고 이송된다. 여기서, 맨드릴(150)은 수지 함침 금형(110)의 내부에 고정되어 제1 통로(113) 상에 처짐이나 흔들림 없이 안정적으로 배치된다.
이러한 과정에, 주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 복수의 수지 주입홀들(210)을 통해 제1 통로(113)의 금속 천이 구간(115)에 대해 상하부 및 중앙에서 수지를 주입한다. 복수의 수지 주입홀들(210)은 섬유 구조물의 흐름 방향에 대해 상하 및 중앙에 위치된다. 주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 수지 함침 금형(110)의 제1 통로(113) 상에 금형 천이 구간(115)을 형성하고 금형 천이 구간(115)에서 주입 수지를 통해 섬유 구조물을 함침한다. 수지 함침 금형(110)은 통로 단면적이 증가하는 금형 천이 구간(115)을 통해 함침영역을 형성하여 제1 통로(113)를 따라 이송되는 섬유 구조물을 주입 수지에 충분히 함침시켜 섬유 구조물의 함침성을 향상시킬 수 있다. 수지 함침 금형(110)은 적어도 하나의 금형 천이 구간(115)을 통해 수치 함침 과정에서 섬유 구조물을 함침 및 재-함침할 수 있다. 이로써, 제1 통로(113)를 따라 유동되는 수지의 뭉침, 섬유 구조물의 함침 불량 및 표면 기포 발생을 방지하고 섬유 구조물에 주입 수지가 충분히 함침 및 균일하게 도포될 수 있어 섬유 구조물의 성형품에 대한 양호한 품질을 확보할 수 있다.
주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 수지 함침 금형(110)에서 이송되는 수지가 함침된 섬유 구조물을 경화 금형(130)의 제2 통로(131)로 이송시킨다. 이때, 섬유 구조물은 제2 통로에서 맨드릴(150)을 중심 측에 두고 이송된다. 이 과정에서 섬유 구조물을 가열된 경화 금형(130)을 통과시켜 경화하여 평평하거나 중공의 원하는 형상의 성형품을 생산한다.
주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 금형 내에 맨드릴(150)이 일체로 결합된 상태로 배치됨에 따라 맨드릴(150)을 중심 측에 두고 두께편차 없이 일정하게 섬유 구조물이 이송될 수 있다. 이에 따라, 성형품의 생산 품질을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 측단면도이고, 도 5은 도 4에 있는 주입식 인발성형용 금형 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 주입식 인발성형용 금형 장치(300)는 도 2 및 도 3에 나타낸 주입식 인발성형용 금형 장치(100)와 동일하게 구성되되 도 2 및 도 3에 나타낸 우회 투입구(190)를 복수개로 확장 구성할 수 있다.
주입식 인발성형용 금형 장치(300)는 수지 함침 금형(310)과 경화 금형(330)으로 구성될 수 있다. 수지 함침 금형(310)과 경화 금형(330)은 각각 독립된 금형(mold) 제작될 수 있고 나사 등의 결합부재를 통해 일체로 결합될 수 있다. 수지 함침 금형(310)은 일측에 섬유 구조물 투입구(310a)가 형성되고 반대측에 경화 금형(330)이 결합된다. 섬유 구조물 투입구(310a)는 섬유 구조물을 수신하고 로케이팅하기 위한 개구들을 포함한다. 경화 금형(330)은 일측에 수지 함침 금형(310)이 결합되고 반대측에 성형된 섬유 구조물 배출구(330a)가 형성된다.
수지 함침 금형(310)은 하측 금형(311a)과 상측 금형(311b)으로 구성되고, 이들 사이에 투입구(310a)를 통해 투입되는 섬유 구조물이 통과할 수 있는 제1 통로(313)가 형성된다.
경화 금형(330)은 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 수지 함침 금형(310)의 제1 통로(313)와 연결되는 제2 통로(331)가 형성된다. 즉, 제1 통로(313)와 제2 통로(331)는 서로 연통된다.
주입식 인발성형용 금형 장치(300)는 내부에 맨드릴(350)이 배치된다. 맨드릴(350)은 수지 함침 금형(310)의 제1 통로(313) 및 경화 금형(330)의 제2 통로(331)를 따라 이송되는 섬유 구조물을 가이드 하면서 성형품의 중공을 형성한다. 맨드릴(350)은 제1 통로(313) 및 제2 통로(331)에 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 배치된다. 금형 내부에 배치되는 맨드릴의 개수에 따라 성형품의 중공의 개수가 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 맨드릴(350)은 수지 함침 금형(310)의 내부에 체결되고 제1 및 제2 통로(313,331)에 배치 상태가 유지될 수 있다. 이를 위해, 수지 함침 금형(310)의 투입구(310a)에 맨드릴(350)을 고정하는 고정면(370)이 형성될 수 있다. 여기에서, 맨드릴 고정면(370)은 수지 함침 금형(310)의 투입구(310a)에서 상측 금형(311b)의 하면으로부터 하향 돌출되어 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고 하측 금형(311a)의 상면으로부터 하향 돌출되어 형성되게 할 수도 있다. 맨드릴(350)은 상측 금형(311b)에 형성된 맨드릴 고정면(370)에 볼트 등을 통해 상측 금형(311b)과 일체로 체결될 수 있다. 맨드릴(350)은 수지 함침 금형(310) 내에 직접 체결됨에 따라 자중에 의해 처짐이나 흔들림이 생기지 않게 되어 두께 편차 없이 중공이 여러 개인 제품에 대해 섬유 구조물을 인발성형할 수 있다.
한편, 맨드릴(350)이 수지 함침 금형(310) 내에서 직접적으로 체결됨에 따라 수지 함침 금형(310)의 투입구(310a) 상측부가 폐쇄되어 섬유 구조물이 수지 함침 금형(310)의 하측 및 좌우측으로 투입되게 된다. 수지 함침 금형(310)은 상측 금형(311b)의 상부에 적어도 복수의 우회 투입구(390)가 형성되어 폐쇄된 상측으로 투입될 섬유 구조물을 복수의 우회 투입구(390)를 통해 투입시킬 수 있다.
맨드릴(350)이 수지 함침 금형(310)의 하측 금형(311a)에 체결될 경우에는 수지 함침 금형(310)의 투입구(310a) 하측부가 폐쇄되어 섬유 구조물이 수지 함침 금형(310)의 상측 및 좌우측으로 투입되게 된다. 이때, 복수의 우회 투입구(390)는 하측 금형(311a)의 하부에 형성될 수 있다.
복수의 우회 투입구(390)는 상측 금형(311b)의 상면에서 하면을 향해 관통되어 제1 통로(313)와 연결되게 형성된다. 복수의 우회 투입구(390)는 섬유 구조물의 이송 방향을 향해 경사지게 형성되어 수지 함침 금형(310)의 상부에서 투입되는 섬유 구조물의 원활한 투입을 유도할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 우회 투입구(390)는 45도에서 90도 사이의 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 여기에서, 복수의 우회 투입구(390)는 3개가 일렬로 형성될 수 있으며, 우회 투입구(390)의 개수는 다양하게 변형 가능하다.
수지 함침 금형(310)에는 복수의 수지 주입홀들(410)이 형성될 수 있다. 복수의 수지 주입홀들(410)은 제1 통로(313)로 수지를 주입하기 위한 것으로, 수지 함침 금형(310)의 하측 금형(311a) 및 상측 금형(311b)을 관통하여 섬유 구조물의 상부 및 하부로 수지를 주입할 수 있고, 투입구(310a)를 통해 섬유 구조물의 중앙에서 수지를 주입할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치에서 수지 함침 금형 구조의 다양한 실시예들을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 주입식 인발성형용 금형 장치(100)는 수지 함침 금형(110)의 섬유 구조물 투입구(110a) 부분에 맨드릴(150)을 볼트나 용접 등을 체결수단을 통해 일체로 체결하여 맨드릴(150)을 수지 함침 금형(110) 내에 배치한다. 수지 함침 금형(110)에는 맨드릴(150)이 금형 내에 체결됨에 따라 투입구(110a)의 일측이 폐쇄됨에 따라 섬유 구조물이 우회하여 폐쇄된 일측으로 투입되도록 우회 투입구가 형성된다.
수지 함침 금형(110)은 하측 금형(111a)과 상측 금형(111b)으로 분리 가능하게 체결된다. 수지 함침 금형(110)은 (a)와 같이 상측 및 하측 금형에 각각 이격되게 2개의 수지 주입홀을 형성하여 섬유 구조물이 통과하는 통로 상에 상하 양방향에서 수지를 주입하는 구조로 구현될 수 있다. 수지 함침 금형(110)은 (b)와 같이 상측 및 하측 금형에 각각 1개의 수지 주입홀을 형성할 수도 있다. 수지 함침 금형(110)은 (c)와 같이 상측 및 하측 금형에 각각 이격되게 2개의 수지 주입홀을 형성하되 수지 주입홀과 일직선상에 대응되게 금속 천이 구간 및 맨드릴 천이 구간을 형성하여 2중의 함침 영역을 형성할 수도 있다. 수지 함침 금형(110)은 (d)와 같이 상측 및 하측 금형에 각각 1개의 수지 주입홀을 형성하되 2개의 금속 천이 구간 및 맨드릴 천이 구간을 형성하여 2중의 함침 영역을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른 주입식 인발성형용 금형 장치는 수지 함침 금형과 경화 금형을 분리 가능하게 일체로 결합하여 단일 금형 조립체로 구성함에 따른 투자비 절감을 도모하며 금형 내부의 세척이 용이할 수 있고, 맨드릴을 수지 함침 금형의 내부에 고정 체결시켜 금형 내부에 배치되는 맨드릴의 길이를 축소하고 처짐이나 흔들림을 방지하여 두께편차 없는 복수개 중공 구조의 성형품을 생산할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100,300: 주입식 인발성형용 금형 장치
110,310: 수지 함침 금형 130,330: 경화 금형
110a,310a: 투입구 130a,330a: 배출구
111a,311a: 하측 금형 111b,311b: 상측 금형
113,313: 제1 통로 131,331: 제2 통로
115: 금속 천이 구간
115a: 제1 금속 천이 구간 115b: 제2 금속 천이 구간
117a,117b,117c,117d: 경사면
150,350: 맨드릴 151: 맨드릴 천이 구간
170,370: 고정면 190,390: 우회 투입구
210,410: 복수의 수지 주입홀들 230: 온유홀
250: 온도 센서홀
110,310: 수지 함침 금형 130,330: 경화 금형
110a,310a: 투입구 130a,330a: 배출구
111a,311a: 하측 금형 111b,311b: 상측 금형
113,313: 제1 통로 131,331: 제2 통로
115: 금속 천이 구간
115a: 제1 금속 천이 구간 115b: 제2 금속 천이 구간
117a,117b,117c,117d: 경사면
150,350: 맨드릴 151: 맨드릴 천이 구간
170,370: 고정면 190,390: 우회 투입구
210,410: 복수의 수지 주입홀들 230: 온유홀
250: 온도 센서홀
Claims (10)
- 섬유 구조물이 통과하는 제1 통로를 포함하고 주입 수지(injection resin)를 통해 상기 섬유 구조물을 함침시키는 수지 함침 금형;
상기 섬유 구조물의 이송 방향을 따라 상기 제1 통로와 연결되는 제2 통로를 포함하고 상기 수지 함침 금형과 일체로 결합되는 경화 금형; 및
상기 수지 함침 금형의 내부에 고정되고 상기 제1 통로 및 제2 통로에 배치되며 성형품의 중공을 형성하는 적어도 하나의 맨드릴을 포함하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수지 함침 금형에서 상기 섬유 구조물의 투입구 측에 또는 상기 맨드릴의 단부 외측에는 상기 맨드릴을 상기 수지 함침 금형에 고정 체결을 위한 맨드릴 고정면이 형성되는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 맨드릴 고정면은
상기 수지 함침 금형의 내면 일측으로부터 상기 제1 통로를 향해 돌출 형성되고 상기 맨드릴을 상기 일측에 고정 체결하는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 맨드릴 고정면은
상기 수지 함침 금형에서 상측 금형의 하면으로부터 상기 제1 통로를 향해 하향 돌출되거나 하측 금형의 상면으로부터 상기 제1 통로를 향해 상향 돌출되어 형성되고 볼트나 용접으로 상기 맨드릴을 상기 상측 금형에 일체로 체결하는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 수지 함침 금형은
상기 맨드릴의 고정에 의해 상기 섬유 구조물 투입구의 폐쇄된 일측을 우회하여 상기 섬유 구조물이 다른 일측으로 투입되도록 상기 제1 통로와 연통되는 적어도 하나의 우회 투입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 우회 투입구는
상기 섬유 구조물 투입구의 상측이 폐쇄된 경우에 상기 수지 함침 금형에서 상측 금형의 상면에서 하면을 향해 관통되어 상기 제1 통로와 연결되도록 형성되고,
상기 섬유 구조물 투입구의 하측이 폐쇄된 경우에 상기 수지 함침 금형에서 하측 금형의 하면에서 상면을 향해 관통되어 상기 제1 통로와 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 우회 투입구는
상기 섬유 구조물의 이송 방향을 향해 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 수지 함침 금형은
하측에 위치하는 하측 금형 및 상측에 위치하는 상측 금형을 포함하고,
상기 상측 금형 및 하측 금형 사이에 상기 제1 통로를 형성하며 상기 제1 통로의 통로 단면적 보다 큰 통로 단면적을 지닌 적어도 하나의 금형 천이 구간을 포함하고,
상기 금형 천이 구간에서 상기 섬유 구조물의 상부, 하부 및 중앙에서 수지를 주입하는 복수의 수지 주입홀들을 포함하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 수지 함침 금형은
상기 섬유 구조물이 도입된 이후의 특정 지점에서 형성되는 제1 금형 천이 구간 및 상기 경화 금형으로 도입되기 이전의 특정 지점에서 형성되는 제2 금형 천이 구간을 포함하고,
상기 제1 금형 천이 구간 및 제2 금형 천이 구간은 서로 상이한 구간 단면적을 지니며 상기 제1 통로와 연결되는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 맨드릴은
상기 금형 천이 구간에서 단면적이 감소된 맨드릴 천이 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입식 인발성형용 금형 장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100880805B1 (ko) | 2008-02-28 | 2009-01-30 | 한국생산기술연구원 | 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 |
| KR20170117538A (ko) | 2015-02-13 | 2017-10-23 | 헥셀 컴포지츠 리미티드 | 인발성형 장치 |
-
2022
- 2022-09-06 KR KR1020220112920A patent/KR20240033957A/ko unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100880805B1 (ko) | 2008-02-28 | 2009-01-30 | 한국생산기술연구원 | 섬유강화복합소재의 비개방형 인젝션 인발성형장치 |
| KR20170117538A (ko) | 2015-02-13 | 2017-10-23 | 헥셀 컴포지츠 리미티드 | 인발성형 장치 |
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