WO2013141540A1 - 면 냉각 챔버를 이용한 급속 가열 냉각 금형 장치 - Google Patents

면 냉각 챔버를 이용한 급속 가열 냉각 금형 장치 Download PDF

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WO2013141540A1
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mold
cooling
rapid heating
molding
mould
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PCT/KR2013/002177
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Inventor
이승욱
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박주현
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
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    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7312—Construction of heating or cooling fluid flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B29C2045/735—Heating or cooling of the mould heating a mould part and cooling another mould part during moulding

Definitions

  • the present invention relates to a rapid heating cooling mold, and more particularly, by using a surface cooling method to increase the cooling rate and at the same time reduce the volume of the heated mold to reduce the heating time and energy consumed for heating, process time It is related with the rapid heating cooling mold which can shorten.
  • the polymer resin injection mold does not generate weld lines on the surface of the resin when the resin is injected at a high temperature, and after the resin is injected, the mold is cooled to cure the resin. Therefore, the time required for the process cycle is determined by how rapidly heating and cooling takes place.
  • the present invention aims to shorten the process cycle and improve productivity by increasing the cooling rate in a mold apparatus for injection molding a polymer resin into a predetermined form.
  • An object of the present invention is to provide a rapid heating cooling mold which rapidly heats the mold part, can be rapidly cooled by using a surface cooling method, and as a result, can reduce the temperature deviation of the mold part and shorten the process time.
  • Another object of the present invention is to provide a rapid heating cooling mold that can reduce the time and energy required for heating the mold by reducing the volume of the mold to be heated by dividing the mold portion.
  • the present invention provides a mold and a mold including a cavity mold having a cavity surface into which molten injection material is injected, and a core mold having a core surface to be joined to the cavity surface.
  • a heater unit wherein the mold unit is divided into a molding mold with a molding surface and a cooling mold attached to the opposite side of the molding mold, the heater is installed in the molding mold And, between the cooling die or the molding die provides a rapid heating cooling die device characterized in that a single cooling chamber is provided to surround the entire molding surface.
  • an O-ring of an elastic material is provided along the outer circumferential surface of the cooling chamber.
  • the molding mold and the cooling mold is more preferably combined to compress both sides of the O-ring, the molding mold and the cooling mold is not in direct contact.
  • a resin inlet may be provided through the cooling chamber. It is more preferable that the resin inlet is provided inside a protrusion formed to protrude from the molding die or the cooling mold, and an O-ring is provided at a portion where the protrusion and the other mold come into contact with each other.
  • a pulling pin may be provided to penetrate through the cooling chamber, and the pulling pin may be provided inside the protrusion formed to protrude from the molding die or the cooling mold. And it is more preferable to provide an O-ring in the part which the said projection part and another metal mold contact.
  • the cooling is made by the surface cooling method by dividing the injection mold into a molding die and a cooling die, and forming a cooling chamber having a size covering the area of the molded article therebetween. It improves cooling efficiency, cooling speed and reduces temperature variation.
  • the present invention also reduces the size of the mold heated by the heater unit by dividing the mold and insulating the divided mold, thereby reducing the energy and time consumed for heating.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rapid cooling heating mold according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the structure of the rapid heating cooling mold according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the rapid heating cooling die according to the embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing the structure of a rapid heating cooling die according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a rapid heating cooling die according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view showing a cooling mold of the rapid heating cooling mold according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the cooling mold of Figure 6 coupled.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rapid cooling heating mold apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rapid heating cooling mold apparatus includes a cavity mold 120 having a cavity surface 122 into which molten injection material is injected, and a core surface that is joined to the cavity surface 122.
  • a mold part 100 including a core mold 140 having a 142, a heater part 200 installed in the mold part 100 to heat the mold part 100, and the mold part ( Cooling fluid is filled at the time of cooling 100, and cooling chamber 300 serving as a heat insulating layer with the cooling fluid removed when the mold part 100 is heated, and a cooling fluid at the cooling chamber 300.
  • It includes a cooling fluid supply unit 400 for supplying, and a compressor body supply unit 500 for blowing compressed air to remove the cooling fluid remaining in the fluid passage (300).
  • the cooling chamber 300 is formed as a single space, and has a form that covers the entire space where the injection material is injected (that is, the space for forming a molded article).
  • the cooling chamber 300 maintains an empty state at the time of heating to serve as a heat insulating layer that insulates the mold and the cooling mold, so that the amount of heat consumed for heating is not transferred to the lower portion of the cooling chamber, thereby being substantially heated. It has the effect of reducing the size of the mold.
  • the present invention is characterized in that the mold is cooled by the surface cooling method by using the cooling chamber 300.
  • the cooling was performed by forming a plurality of tube-shaped cooling channels, but the surface cooling was not performed due to the arrangement intervals of the tubes, and thus there was a problem in that the temperature variation occurred a lot.
  • cotton cooling can improve the cooling rate and reduce the temperature variation.
  • a method of forming a cooling channel in a mold has been a method of shaping or drilling a bulk metal to realize a closed pipe shape. In this way, it is not possible to form a cooling chamber in the form of a plate, which is formed as a single space and has a whole or larger area.
  • the present invention can form a cooling chamber having a total area of the molded product or an area larger than that on the dividing line of the mold by splitting the mold and then assembling the mold.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the structure of the rapid heating cooling die apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a combined cross-sectional view showing the structure of the rapid heating cooling die apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the rapid heating cooling mold according to the present invention includes a mold part including a cavity mold 120 having a cavity face 122 into which molten injection material is injected, and a core mold having a core face to be joined with the cavity face. And a heater unit installed to penetrate the mold unit in order to heat the mold unit.
  • the illustrated mold corresponds to a cavity mold, but the core mold can be configured in the same manner.
  • the mold part is provided with a molding mold 120a provided with a cavity surface 122 or a core surface (hereinafter, referred to as a molding surface), and cooling attached to an opposite side of the molding surface 122 of the molding mold 120a. It is divided into a mold 120b.
  • the heater unit 220 is disposed in the molding die 120a to be close to the molding surface, and a cooling chamber 300 is formed between the molding mold 122a and the cooling mold 122b.
  • the cooling chamber 300 is divided into a molding mold 120a and a cooling mold 120b, and is formed to have an area covering the entire molding surface 122 directly under the molding surface 122 of the molding mold 120a. do.
  • cooling chamber 300 Since the cooling chamber 300 is maintained empty when the heater unit 220 is operated, most of the heat generated from the heater unit 220 is transferred to the molding mold 120a, and almost as the cooling mold 120b. Not delivered. This is because the cooling chamber 300 performs a function as a heat insulating layer, and the molding mold 120a and the cooling mold 120b do not directly contact each other.
  • the thickness of the entire mold has a thickness to accommodate the heater part and the cooling channel, so that the heat supplied from the heater part is transferred to the mold around the cooling channel.
  • the present invention heats only the molding die 120a, which is a part of the mold, with heat generated from the heater, thereby reducing energy and time consumed by heating.
  • the molding die (120a) is cooled by the surface cooling method by the filled refrigerant. Since the cooling mold 120b is not substantially heated by the heater part, the object to be cooled by the refrigerant is limited to the molding mold 120a. Therefore, the cooling time is shortened.
  • such a structure is to increase the thickness and size of the cooling chamber without increasing the volume of the molding die 120a, which is the object to be heated by the heater unit, and the amount of the refrigerant can be increased, resulting in an improvement in the cooling rate. Bring it.
  • the cooling chamber 300 is connected to the refrigerant inlet 310 and the refrigerant outlet 320.
  • the molding mold 120a and the cooling mold 120b are connected with the O-ring 125 therebetween so as not to directly contact each other. This is to prevent the heat of the molding die 120a from being transferred to the cooling mold 120b at the time of heating and to prevent the leakage of the refrigerant.
  • the O-ring 125 is shown as having a circular cross section, but the cross-sectional shape of the O-ring 125 may be formed in a shape in which the cross-sectional area becomes narrower toward the molding mold 120a from the surface in contact with the cooling mold 120b. have. That is, it is preferable that the area where the O-ring 125 contacts the cooling mold 120b is larger than the area that contacts the molding mold 120a.
  • cooling mold (120b) has a small temperature change, but in the case of the molding mold (120a) is a wide range of temperature change, so that the O-ring 125 can exhibit a stable sealing force at this temperature change.
  • a large area molded article may include a plurality of cooling chambers.
  • a plurality of refrigerant inlets 310 and refrigerant outlets 320 may be connected to one cooling chamber.
  • the molding mold 120a and the cooling mold 120b are connected with the O-ring 125 therebetween, so that the molding mold 120a and the cooling mold 120b do not directly contact each other.
  • the O-ring 125 prevents the refrigerant inside the cooling chamber 300 from flowing out.
  • O-ring 125 is made of an elastic material for this purpose.
  • the O-ring 125 is preferably made of a material excellent in thermal insulation.
  • the heat exchange between the molding mold 120a and the cooling mold 120b is minimized when the heat conduction through the O-ring 125 is minimized. Can be minimized.
  • the divisional formation of the molding mold 120a and the cooling mold 120b may have an effect of reducing the volume of the mold heated by the heater unit 200.
  • the thickness of the mold is greater than the sum of the diameter of the heater unit 200 and the diameter of the cooling channel. Since the heater unit 200 may be disposed at 120a, the thickness of the mold may be determined by considering only the thickness of the heater unit 200, so that the volume of the mold heated by the heater unit 200 may be relatively reduced.
  • the cooling chamber 300 includes a coolant inlet 310 and a coolant outlet 320.
  • the coolant is introduced through the coolant inlet 310, and the coolant is discharged through the coolant outlet 320.
  • the cooling chamber 300 When the heater unit 200 is operated, the cooling chamber 300 is in an empty state, and acts as an adiabatic space between the molding die 120a and the cooling mold 120b.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of a rapid heating cooling die according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an exploded perspective view showing the structure of a rapid heating cooling die according to another embodiment of the present invention.
  • the resin inlet 352 is formed through the cooling chamber 300.
  • a resin inlet is essential, but in the case of using a conventional tubular cooling channel, the tubular cooling channel is formed by avoiding the position where the resin inlet 352 is to be formed.
  • the resin inlet 352 is formed through the cooling chamber 300.
  • the protrusion 350 is formed inside the cooling chamber 300.
  • Protruding portion 350 is formed independently from the molding die (120a) or cooling mold (120b) in the form of an island, the O-ring 355 is inserted in the portion to be connected to prevent mixing of the refrigerant and the resin.
  • the O-ring 355 is provided at the portion where the protrusion 350 and the other mold contact each other to thermally insulate and block the mixing of the resin and the refrigerant.
  • the injection mold may be provided with a pulling pin (not shown) for separating the molded injection product from the mold, and in the case of the pulling pin, the injection mold may be formed inside the protrusion.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a cooling mold of the rapid heating cooling mold according to another embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a state in which the cooling mold of Figure 6 coupled.
  • the cooling mold 120b may be provided with a plurality of protrusions 350.
  • the protrusion 350 is formed to penetrate the cooling chamber 300.
  • the protrusion 350 may be formed in the form of an intermediate middle island of the cooling chamber 300.
  • the protrusion 350 is formed in a circular shape, but may be formed in an elliptical shape, a rectangular shape, a polygonal shape, or the like.
  • the protrusion 350 may be provided with a resin injection hole 352 or a pulling pin 353, and a fastening means 354 may be provided inside the protrusion 350.
  • the cooling chamber 300 is formed in a flat plate shape, and when the size of the cooling chamber 300 is large, the protrusion 350 may be disposed to firmly fasten the cooling mold 120b and the upper mold 120a.
  • the cooling chamber 300 is formed as an empty space. If the size is large, sagging of the upper mold 120a may occur. In this case, by arranging the protrusion part 350 in the middle, and fastening the part, the fastening of the cooling mold 120b and the upper mold 120a can be secured, and the deformation of the upper mold 120a can be prevented.
  • the thickness of the mold was 30mm because the heater and the cooling channel must be embedded in the mold, but in the present invention Since the heater is built in the molding die, the thickness of the molding die can be reduced to about 15mm.
  • a cooling die is attached to the molding die, the heating die is heated to the molding die, and the part to be cooled by the refrigerant is also limited to the molding die, thereby reducing the energy consumed for heating and cooling.
  • the cooling rate and the heating rate can be improved to shorten the cycle time.
  • the injection mold using the conventional tubular cooling channel took more than 100sec cooling time, but when using the surface cooling method of the present invention, the cooling time is reduced to 20 ⁇ 40sec You can.
  • the present invention also has the effect of reducing the energy and time consumed by heating by dividing the mold and insulating the divided mold to reduce the size of the mold heated by the heater.

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Abstract

급속 가열 냉각 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면 냉각 방식을 사용하여 냉각 속도를 증가시켜 공정시간을 단축할 수 있는 급속 가열 냉각 금형에 관하여 개시한다. 본 발명은 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티면을 구비한 캐비티금형과, 상기 캐비티면과 형합되는 코어면을 구비한 코어 금형을 포함하는 금형부와 상기 금형부를 가열하기 위하여 상기 금형부를 관통하도록 설치되는 히터부를 포함하며, 상기 금형부는 성형면이 구비되는 성형금형과, 상기 성형금형의 성형면 반대편에 부착되는 냉각금형으로 분할형성되고, 상기 히터부는 상기 성형금형에 설치되며, 상기 냉각금형 또는 상기 성형금형의 사이에 성형면 전체를 감싸는 단일의 냉각챔버가 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치를 제공한다.

Description

면 냉각 챔버를 이용한 급속 가열 냉각 금형 장치
본 발명은 급속 가열 냉각 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면 냉각 방식을 사용하여 냉각 속도를 증가시킴과 동시에 가열되는 금형의 부피를 축소시켜 가열시간과 가열에 소모되는 에너지를 절감하며, 공정시간을 단축할 수 있는 급속 가열 냉각 금형에 관한 것이다.
고분자 수지 사출 금형은 고온 상태에서 수지가 주입되어야 수지의 표면에 웰드라인이 발생하지 않으며, 수지를 주입한 후에는 금형을 냉각하여 수지를 경화시킨다. 따라서 얼마나 급속하게 가열과 냉각이 이루어지느냐에 의하여 공정 사이클에 소요되는 시간이 결정된다.
본 발명은 고분자 수지를 소정의 형태로 사출성형하기 위한 금형 장치에 있어서 냉각 속도를 증가시킴으로써 공정 사이클을 단축시키고 생산성을 향상시키기 위한 것이다.
관련선행기술로는 본출원인에 의한 대한민국공개특허 제10-2008-0104595호 (공개일자 2008년 12월 3일) '급속 가열 및 급속 냉각 금형 장치 및 그 제어방법' 이 있다.
본 발명의 목적은 금형부를 급속하게 가열하고, 면 냉각 방식을 이용하여 급속하게 냉각할 수 있고 결과적으로 금형부의 온도편차를 감소시키며 공정 시간을 단축할 수 있는 급속 가열 냉각 금형을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 금형부를 분할형성함으로써, 가열되는 금형의 부피를 축소시켜 금형 가열에 소요되는 시간과 에너지를 절감할 수 있는 급속 가열 냉각 금형을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티면을 구비한 캐비티금형과, 상기 캐비티면과 형합되는 코어면을 구비한 코어 금형을 포함하는 금형부와 상기 금형부를 가열하기 위하여 상기 금형부를 관통하도록 설치되는 히터부를 포함하며, 상기 금형부는 성형면이 구비되는 성형금형과, 상기 성형금형의 성형면 반대편에 부착되는 냉각금형으로 분할형성되고, 상기 히터부는 상기 성형금형에 설치되며, 상기 냉각금형 또는 상기 성형금형의 사이에 성형면 전체를 감싸는 단일의 냉각챔버가 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치를 제공한다.
상기 냉각챔버의 외주면을 따라 탄성재질의 오링이 구비되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 성형금형과 상기 냉각금형은 상기 오링의 양면을 압축하며 결합하고, 상기 성형금형과 상기 냉각금형은 직접 접촉하지 않으면 더욱 바람직하다.
또한, 상기 냉각챔버를 관통하여 수지주입구가 구비될 수 있다. 상기 수지주입구는 상기 성형금형 또는 상기 냉각금형에서 돌출형성되는 돌기부 내부에 구비되고, 상기 돌기부와 다른 금형이 접촉하는 부분에 오링을 구비하면 더욱 바람직하다.
또한, 상기 냉각챔버를 관통하여 풀링핀이 구비될 수 있으며, 상기 풀링핀은 상기 성형금형 또는 상기 냉각금형에서 돌출형성되는 돌기부 내부에 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 돌기부와 다른 금형이 접촉하는 부분에 오링을 구비하면 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 면 냉각 방식을 이용한 급속 가열 냉각 금형 장치는, 사출 금형을 성형 금형과 냉각 금형으로 분할하고, 그 사이에 성형품의 면적을 덮는 크기의 냉각 챔버를 형성함으로써 냉각이 면 냉각 방식으로 이루어져 냉각 효율과 냉각 속도를 향상시키며 온도 편차를 감소시키는 효과를 가져온다.
그리고, 본 발명은 금형을 분할 형성하고 분할된 금형을 단열시킴으로써 히터부에 의하여 가열되는 금형의 크기를 축소시켜 가열에 소모되는 에너지와 시간을 단축하는 효과도 가져온다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 가열 금형을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 분리 사시도,
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 결합 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 분리사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 결합 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 냉각금형을 나타낸 사시도,
도 7은 도 6의 냉각금형이 결합된 상태를 나태낸 단면도임.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 급속 냉각 가열 금형 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 급속 가열 냉각 금형 장치는 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티면(122)을 구비한 캐비티금형(120)과, 상기 캐비티면(122)과 형합되는 코어면(142)을 구비한 코어금형(140)을 포함하는 금형부(100)와, 상기 금형부(100)를 가열하기 위하여 상기 금형부(100)에 설치되는 히터부(200)와, 상기 금형부(100)의 냉각시에는 냉각유체가 채워지고, 금형부(100)의 가열시에는 냉각유체가 제거된 상태로 단열층의 역할을 수행하는 냉각챔버(300)와, 상기 냉각챔버(300)에 냉각유체를 공급하기위한 냉각유체공급부(400)와, 상기 유체통로(300)에 잔류하는 냉각유체를 압축공기를 불어 넣어 제거하기 위한 압축기체공급부(500)를 포함한다.
본 발명에 있어서 냉각챔버(300)는 단일 공간으로 형성되며, 사출재료가 주입되는 공간(다시말해 성형품의 형성공간)을 전체를 커버하는 형태를 가진다. 냉각챔버(300)는 가열시에는 비워진 상태를 유지하여 성형금형과 냉각금형을 단열하는 단열층의 역할을 수행하게 됨으로써, 가열에 소모되는 열량이 냉각챔버 하부로는 전달되지 않게되어, 실질적으로 가열되는 금형의 크기를 감소시키는 효과를 가져온다.
본 발명은 이러한 냉각챔버(300)를 이용함으로써 면 냉각 방식으로 금형이 냉각되는 것을 특징으로 한다. 종래의 경우 관(tube) 형상의 냉각채널을 복수개 형성하는 방법으로 냉각을 수행하였으나, 관의 배치 간격으로 인하여 면 냉각이 이루어지지 않아 냉각시 온도 편차가 많이 발생하는 문제점을 가지고 있었다. 반면에 면 냉각방식을 취할 경우 냉각속도를 향상시킬 수 있으며 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
일반적으로 금형에 냉각 채널을 형성하는 방법은, 벌크 금속을 깎아 내거나 천공하여 밀폐된 관로 형상을 구현하는 방식이었다. 이러한 방식으로는 성형품 전체, 또는 그보다 큰 면적을 가지며 단일 공간으로 형성되는 판 형태의 냉각 챔버를 형성할 수는 없다.
본 발명은 금형을 분할형성 한 후, 조립하는 방식을 취함으로써 금형의 분할 선 상에 성형품 전체 면적 또는 그 이상의 면적을 가지는 냉각 챔버를 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형 장치의 구조를 나타낸 분리 사시도이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형 장치의 구조를 나타낸 결합 단면도이다.
본 발명에 따른 급속 가열 냉각 금형은 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티면(122)을 구비한 캐비티금형(120)과, 상기 캐비티면과 형합되는 코어면을 구비한 코어 금형을 포함하는 금형부와 상기 금형부를 가열하기 위하여 상기 금형부를 관통하도록 설치되는 히터부를 포함한다.
도시한 금형은 캐비티 금형에 해당하는 것이나, 코어 금형도 동일한 방식으로 구성할 수 있다.
먼저 도 2를 참조하면, 금형부는 캐비티면(122) 또는 코어면(이하 성형면으로 통칭)이 구비되는 성형금형(120a)과, 성형금형(120a)의 성형면(122) 반대편에 부착되는 냉각금형(120b)으로 분할 형성된다.
히터부(220)는 성형면에 근접하도록 성형금형(120a)에 배치되고, 성형금형(122a)과 냉각금형(122b) 사이에는 냉각챔버(300)가 형성된다. 냉각챔버(300)는 성형금형(120a)과 냉각금형(120b)으로 구획되는 것으로 특히 성형금형(120a)의 성형면(122) 직하부에 성형면(122) 전체를 덮어 감싸는 면적을 가지도록 형성된다.
히터부(220)의 작동시에는 냉각챔버(300)가 비워진 상태를 유지하게 되므로, 히터부(220)에서 발생되는 열은 대부분 성형금형(120a)으로 전달되고, 냉각금형(120b)으로는 거의 전달되지 않는다. 이는 냉각챔버(300)가 단열층으로서 기능을 수행하기 때문이며, 성형금형(120a)과 냉각금형(120b)이 직접 접촉하지 않기 때문이다.
종래에는 단일 금형에 냉각채널과 히터부가 모두 설치되어 있어, 금형 전체의 두께가 히터부와 냉각채널을 수용할 수 있는 두께를 가지고 있었으며, 그로 인해 히터부에서 공급되는 열이 냉각채널 주변의 금형까지 전달되는 구조를 가지고 있었다. 본 발명은 이러한 종래 구조에 비하여 히터부에서 발생되는 열이 금형의 일부인 성형금형(120a)만을 가열하게 되므로, 가열에 소모되는 에너지와 시간을 절감할 수 있다.
한편, 금형의 냉각을 위하여 냉각챔버(300)에 냉매가 채워지게 되면, 성형금형(120a)은 채워진 냉매에 의하여 면 냉각 방식으로 냉각된다. 냉각금형(120b)은 히터부에 의하여 실질적으로 가열이 이루어지지 않으므로, 냉매에 의한 냉각 대상물은 성형금형(120a)에 한정된다. 따라서 냉각시간이 단축되는 효과를 가져온다.
또한, 이러한 구조는 히터부에 의한 가열 대상물인 성형금형(120a)의 부피 증가 없이 냉각챔버의 두께와 크기를 증가시키는 것으로, 냉매의 양을 증가시킬 수 있어 결과적으로 냉각속도를 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.
종래 금형의 경우 냉각챔버의 직경을 크게 할 경우 전체 금형의 두께가 두꺼워져, 히터부에 의하여 가열되는 금형 전체의 부피가 증가하게 되는 역효과를 가지고 있었으나, 본 발명의 경우 가열시간에 영향을 주지 않고 냉각속도만을 증가시킬 수 있다. 또한 냉각챔버(300)에는 냉매유입구(310)과 냉매배출구(320)가 연결된다.
성형금형(120a)과 냉각금형(120b)은 서로 직접 접촉하지 않도록 오링(125)을 사이에 두고 연결된다. 이는 가열시에 성형금형(120a)의 열이 냉각금형(120b)으로 전달되지 않도록 하고, 냉매의 유출을 방지하기 위한 것이다.
도면에서는 오링(125)이 원형의 단면을 가진것으로 도시되어 있으나, 오링(125)의 단면 형상은 냉각금형(120b)에 접하는 면에서 성형금형(120a)측으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태로 형성될 수 있다. 즉 오링(125)이 냉각금형(120b)에 접촉하는 면적이 성형금형(120a)에 접하는 면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
이는 냉각금형(120b)의 경우 온도 변화가 적으나, 성형금형(120a)의 경우 온도 변화 범위가 넓기 때문에, 이러한 온도 변화에서 오링(125)이 안정적인 밀폐력을 발휘할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도시한 실시예의 경우 하나의 냉각 챔버가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 대면적 성형품의 경우 냉각 챔버를 복수개 구비할 수도 있다. 아울러 하나의 냉각챔버에 복수의 냉매유입구(310)과 냉매배출구(320)가 연결될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 성형금형(120a)과 냉각금형(120b)은 오링(125)을 사이에 두고 연결되어, 성형금형(120a)과 냉각금형(120b)이 직접 접촉하지 않는 것을 알 수 있다. 오링(125)은 냉각챔버(300) 내부의 냉매가 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이를 위해 오링(125)은 탄성재질로 이루어진다. 또한, 오링(125)은 단열성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
성형금형(120a)과 냉각금형(120b)은 모두 오링(125)에만 접촉하고 서로 직접 접촉하지는 않으므로, 오링(125)을 통한 열전도를 최소화하면 성형금형(120a)과 냉각금형(120b) 사이의 열교환을 최소화할 수 있다.
가열시에 성형금형(120a)의 열이 냉각금형(120b)으로 전달되면 열이 유출되는 것이므로, 성형금형(120a)의 가열에 더 많은 열량과 시간이 소비된다. 따라서 성형금형(120a)에서 냉각금형(120b)으로 전달되는 열량을 감소시키면 그만큼 효율적이고 급속한 가열이 가능해진다.
또한, 이러한 성형금형(120a)과 냉각금형(120b)의 분할 형성은 히터부(200)에 의하여 가열되는 금형의 부피를 감소시키는 효과를 가져오게 된다. 다시말해 종래와 같이 히터부와 냉각채널을 단일 금형에 형성할 경우 금형의 두께는 히터부(200)의 직경과 냉각채널의 직경의 합보다 커지게 되는데, 본원발명과 같이 분할 형성하게 되면 성형금형(120a)에는 히터부(200)가 배치되면 되므로 히터부(200)의 두께만을 고려하여 금형의 두께를 결정할 수 있으므로 상대적으로 히터부(200)에 의하여 가열되는 금형의 부피를 축소시킬 수 있다.
냉각챔버(300)는 냉매유입구(310)와 냉매유출구(320)가 구비되며, 냉매유입구(310)를 통하여 냉매가 유입되고, 냉매유출구(320)를 통하여 냉매가 배출된다.
히터부(200)의 작동시에는 냉각챔버(300)는 비어있는 상태가 되어, 성형금형(120a)과 냉각금형(120b) 사이에 단열 공간으로 작용한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 결합 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 구조를 나타낸 분리사시도이다.
도시된 실시예는 냉각챔버(300)를 관통하여 수지주입구(352)가 형성된 형태를 나타낸 것이다.
사출 금형에 있어서, 수지주입구가 필수적인데 종래의 관형 냉각채널을 이용할 경우, 수지주입구(352)가 형성될 위치를 피하여 관형 냉각채널을 형성하고 있었다.
본 발명의 경우 냉각챔버(300)가 성형품의 전형 형상을 덮는 형태로 형성되기 때문에, 수지주입구(352)가 냉각챔버(300)를 관통하여 형성된다.
이를 위해서, 냉각챔버(300) 내부에 돌기부(350)가 형성된다. 돌기부(350)는 성형금형(120a) 또는 냉각금형(120b)에서 아일랜드 형태로 독립적으로 형성되며, 연결되는 부분에는 오링(355)이 삽입되어 냉매와 수지의 혼합을 방지한다.
즉, 돌기부(350)와 다른 금형이 접촉하는 부분에 오링(355)을 구비하여, 열적으로 단열함과 동시에 수지와 냉매의 혼합을 차단하는 것이다.
사출 금형에는 수지 주입구 이외에, 성형된 사출물을 금형으로 부터 분리하기 위한 풀링핀(미되시)이 구비되기도 하는데, 풀링핀의 경우에도 독립적으로 형성되는 돌기부 내부에 형성되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 급속 가열 냉각 금형의 냉각금형을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 냉각금형이 결합된 상태를 나태낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 냉각금형(120b)에는 복수개의 돌기부(350)가 구비될 수 있다. 돌기부(350)는 냉각챔버(300)를 관통하는 형태로 형성된다. 또한 돌기부(350)는 냉각챔버(300)의 중간 중간 아일랜드 형태로 형성될 수 있다.
도시한 실시예의 경우 돌기부(350)가 원형으로 형성되어 있으나, 타원형, 직사각형, 다각형 등의 형상으로 형성될 수도 있다.
돌기부(350)의 내부에는 상술한 바와 같이, 수지 주입구(352)나, 풀링핀(353)이 구비될 수 있고, 아울러 돌기부(350)의 내부에 체결수단(354)이 구비될 수도 있다.
냉각챔버(300)는 평판 형상으로 형성되는데, 냉각챔버(300)의 크기가 큰 경우 돌기부(350)를 배치하여 냉각금형(120b)과 상부금형(120a)의 체결을 견고히 할 수 있다. 냉각챔버(300)는 빈 공간으로 형성되는데 그 크기가 큰 경우 상부금형(120a)의 쳐짐이 발생할 수 있다. 이 경우 돌기부(350)를 중간 중간 배치하고, 그 부분을 체결함으로써 냉각금형(120b)과 상부금형(120a)의 체결을 견고히 하고, 상부금형(120a)의 변형을 방지할 수 있다.
5mm 직경의 히터를 사용할 경우, 종래와 같이 관형태의 냉각채널(예를 들면 5mm)을 형성할 경우, 히터와 냉각 채널을 금형에 내장해야 하기 때문에 금형의 두께가 30mm 수준이었으나, 본 발명의 경우 성형금형에 히터가 내장되기 때문에 성형 금형의 두께를 15mm 수준으로 감소시킬 수 있다. 물론 본 발명은 성형 금형에 냉각 금형이 부착되기는 하나, 히터부에 의하여 가열되는 것은 성형금형이고, 또한 냉매에 의하여 냉각되어야 하는 부분도 성형 금형에 한정되기 때문에, 가열과 냉각에 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 냉각 속도와 가열 속도를 향상시켜 사이클 타임을 단축시키는 효과도 가져온다.
예를 들어, 40mm * 200mm 크기의 성형품을 제작할 경우 종래의 관형태의 냉각채널을 사용한 사출 금형은 냉각 시간이 100sec 이상 소요되었으나, 본 발명의 면 냉각 방식을 이용할 경우 냉각 시간이 20~40sec 로 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명은 금형을 분할 형성하고 분할된 금형을 단열시킴으로써 히터부에 의하여 가열되는 금형의 크기를 축소시켜 가열에 소모되는 에너지와 시간을 단축하는 효과도 가져온다.

Claims (10)

  1. 용융된 사출재료가 주입되는 캐비티면을 구비한 캐비티금형과, 상기 캐비티면과 형합되는 코어면을 구비한 코어 금형을 포함하는 금형부와, 상기 금형부를 가열하기 위하여 상기 금형부를 관통하도록 설치되는 히터부를 포함하며,
    상기 금형부는 성형면이 구비되는 성형금형과, 상기 성형금형의 성형면 반대편에 부착되는 냉각금형으로 분할형성되고, 상기 히터부는 상기 성형금형에 설치되며, 상기 냉각금형 또는 상기 성형금형의 사이에 성형면 전체를 감싸도록 배치되어 상기 성형면을 면 냉각방식으로 냉각하는 냉각챔버가 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각챔버의 외주면을 따라 탄성재질의 오링이 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성형금형과 상기 냉각금형은 상기 오링의 양면을 압축하며 결합하고,
    상기 성형금형과 상기 냉각금형은 직접 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각챔버를 관통하는 형태로 형성되는 돌기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 성형금형 또는 상기 냉각금형에 일체로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌기부와 다른 금형이 접촉하는 부분에 오링을 구비하는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부의 내부에 수지주입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부의 내부에 풀링핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌기부의 내부에 체결볼트가 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각챔버가 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 급속 가열 냉각 금형 장치.
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