WO2014123266A1

WO2014123266A1 - 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치

Info

Publication number: WO2014123266A1
Application number: PCT/KR2013/001057
Authority: WO
Inventors: 서정수
Original assignee: (주)현성테크노
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-08-14
Also published as: KR101423302B1

Abstract

본 발명은 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 금형을 이용하여 복잡한 형상과 다양한 깊이를 갖는 차량 패널의 부품성형시, 성형 횟수의 증가로 인해 금형에 축적되는 잠열을 신속하게 제거함으로써 프레스 금형이 일정한 온도가 유지되도록 하고, 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 함은 물론 금형의 파손을 미연에 방지할 수 있도록 하는 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치에 관한 것이다. 본 발명은 하형, 상기 하형의 상면에 안착된 판재을 가압하는 상형으로 이루어진 프레스 금형의 잠열 제거장치에 있어서, 상기 상형의 가압면 방향으로 일측이 인서트되고, 타측이 상형의 외부로 노출되게 설치되며, 그 내부에 작동유체가 충진되는 히트파이프; 상기 히트파이프의 타측에 연결된 상태로 그 히트파이프의 일측에서 이동된 열을 발산하는 방열부; 상기 히트파이프의 외주연을 감싸도록 설치되는 단열재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치

본 발명은 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 금형을 이용하여 복잡한 형상과 다양한 깊이를 갖는 차량 패널의 부품성형시, 성형 횟수의 증가로 인해 금형에 축적되는 잠열을 신속하게 제거함으로써 프레스 금형이 일정한 온도가 유지되도록 하고, 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 함은 물론 금형의 파손을 미연에 방지할 수 있도록 하는 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 바디를 구성하고 있는 패널과 주요부품들은 프레스 금형을 사용하여 소성가공한다. 여기서 소성 가공은 금속의 고유성질인 기계적 특성을 이용하게 된다. 즉 금속은 작용하는 하중에 비례하여 변형이 되며 이때 작용하는 하중이 제거되면 원상태로 복귀되는 탄성 성질이 있으나 작용하는 하중이 허용하중을 초과하여 어느 시점을 넘어서게 되면 영구적인 변형을 일으킨다.

상기와 같이 영구적인 변형을 일으키는 시점을 항복점이라 하며 소성가공은 이와 같은 항복점을 지나도록 하여 재료에 하중을 가하여 소성 변형을 일으키게 하는 방법 중의 하나이다. 대표적인 소성 가공이 바로 프레스 금형을 이용하는 방법으로써 프레스 금형을 이용한다.

프레스 금형은 도 1에 도시된 바와 같이 대개 상부와 하부로 나누어지며 상부의 금형인 상형(1)은 압력을 가하도록 프레스 기계에 연결이 되고 하부의 금형인 하형(5)은 압력을 받을 수 있는 구조로 되어 있다. 또한 프레스 금형은 패널등과 같은 금속판재(3)를 원하는 형상으로 가공하기 위하여 다양한 형태로 가공된다.

상기의 상형(1)과 하형(5)은 상형(1)의 상하왕복운동으로 인하여 면 접촉하게 되며 이때 상형(1)의 크기는 하형(5)의 크기보다 작게 형성되어 상형(1)과 하형(5)이 접촉하게 되면 접촉되는 전 부위에는 일정한 공간이 형성된다. 따라서 하형(5)의 상부면에 금속 판재(3)를 놓고 상형(1)에 압력을 가하면 상기의 공간에 놓여진 금속제의 판재(3)는 가해지는 압력으로 인하여 소성 변형을 일으키게 되고, 이때 하형(5)와 상형(1)의 접촉부 형태와 동일한 모양의 판재(3)가 가공되어진다.

그러나, 상기한 바와 같은 프레스 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 상형(1)과 하형(5)이 연속하여 판재(3)를 성형하는 동안 판재(3) 및 상형과 하형(1,5)에 마찰열이 발생하여 열에너지로 변환되면서 금형에 잠열이 축적되어 금형이 뜨거워지는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같이 프레스 금형 연속 사용 중에 국부적으로 온도 증가된 열이 금형 내부에 잔존하는 문제로 인해 프레스 금형에서의 열적 팽창 작용부위가 서로 달라 마모율이 증가됨은 물론 열팽창 계수가 서로 달라지는 문제로 금형 깨짐과 같은 금형사고 및 제품의 불량이 빈번히 발생하는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 방지하고자 현장에서는 작업 중 상형(1)과 하형(5)을 냉각하기 위하여 프레스 작업을 정지하고 금형이 냉각하여 수축하기를 기다려야만 하는 관계로 인하여 연속적인 성형 작업을 하기가 매우 곤란한 실정이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 프레스 금형에 잠열제거장치를 설치하여 프레스 금형의 연속 사용 중 금형 내부에 잔존하는 잠열을 신속하게 제거할 수 있도록 하고, 프레스 금형의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 하여 금형에 크랙이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 함은 물론 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하형, 상기 하형의 상면에 안착된 판재을 가압하는 상형으로 이루어진 프레스 금형의 잠열 제거장치에 있어서, 상기 상형의 가압면 방향으로 일측이 인서트되고, 타측이 상형의 외부로 노출되게 설치되며, 그 내부에 작동유체가 충진되는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 타측에 연결된 상태로 그 히트파이프의 일측에서 이동된 열을 발산하는 방열부와, 상기 히트파이프의 외주연을 감싸도록 설치되는 단열재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 방열부는 상기 히트파이프의 타측에 접촉가능하게 마련되고, 그 방열부는, 내부가 중공된 상태로 외주연에 외부공기의 유입을 위한 다수의 통공이 형성된 방열구, 상기 방열구의 내측에 설치된 상태로 방열구의 내부 공기를 외부로 방출하는 방출팬, 상기 방열구의 외측에 위치하도록 설치되어 상기 방출팬을 구동하는 구동모터로 구성된다.

또한, 상기 방열부에는 열전소자가 더 포함되어 구성되고, 상기 단열재는 불소수지, 석면, 유리섬유, 코르크 중 어느 하나에 의해 제조된다.

도 1은 종래 상형과 하형으로 이루어진 프레스 금형의 상태를 나타낸 상태도,

도 2는 종래 상형과 하형에 의해 판재가 가공되는 상태를 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치가 상형에 설치된 상태를 나타낸 상태도,

도 4는 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치의 분리 상태를 나타낸 분리 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 방열부의 일 실시예를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 방열부의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 8은 일반적인 히트파이프의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 9는 본 발명에 따른 잠열제거장치가 설치되는 프레스 금형이 최종완성되기까지의 진행 상황을 나타낸 블록도,

도 10은 종래 프레스 금형에 축적되는 열의 분포상태를 나타낸 그래프,

도 11은 본 발명에 따른 잠열제거장치가 설치된 프레스 금형에 축적되는 열의 분포상태를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치를 상세히 설명한다.

이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로써, 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자나 제조자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있을 것이며, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있고, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치가 상형에 설치된 상태를 나타낸 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치를 나타낸 사시도이며,도 5는 본 발명에 따른 프레스 금형의 잠열 제거장치의 분리 상태를 나타낸 분리 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 방열부의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.

상기 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 하형(5), 상기 하형(5)의 상면에 안착된 판재(3)를 가압하는 상형(1)으로 이루어진 프레스 금형의 잠열 제거장치에 있어서, 상기 상형(1)에 설치되는 히트파이프(100), 상기 히트파이프(100)의 열을 발산하는 방열부(200), 상기 히트파이프(100)의 외주연을 감싸도록 설치되는 단열재(300)로 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 잠열 제거장치는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상형(1)의 설치공(10)에 설치되되 히트파이프(100)의 일측이 상기 상형(1)의 가압면 방향으로 인서트되게 설치되고, 그 잠열 제거장치는 별도의 제어부(50)와 연결된다.

이때, 상기 히트파이프(100)의 일측이 상기 상형(1)의 가압면 중 하형(5)방향으로 돌출되는 돌출가압부(20)방향을 향하도록 설치되거나 가압면 중 각을 이루는 부위를 향하도록 설치되는 것이 바람직할 것이다.

상기 히트파이프(100)의 일측이 상형의 가압면 중 각을 이루는 부위를 향하도록 설치하는 것은, 연속적인 성형 작업시 상형의 가압면 중 각을 이루는 부위에 많은 열에너지의 축적이 발생하기 때문에 그 부위의 축적된 열을 신속하게 제거할 수 있도록 하기 위함인 것이다.

그리고, 상기 방열부에서 발산하는 열이 금형에 전도되는 것을 방지하도록 그 방열부는 상형의 외부로 노출되게 설치된다.

또한, 상기 설치공(10)은 상측방향에서 하측방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지는 상광하협의 형상을 갖도록 형성되고, 그 설치공(10)의 형상에 대응하도록 상기 단열재(300)의 외경 또한 상광하협의 형상을 갖도록 형성된다.

여기서, 본 발명에 따른 잠열 제거장치가 상형에 설치되는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 상형 및 하형에 설치될 수 있으며, 하형에만 설치될 수도 있음을 밝혀두는 바이다.

상기 히트파이프(100)는 내부에 작동유체가 충진된 것으로, 상기 상형(1)의 가압면 방향으로 일측이 인서트되고, 타측이 상형의 외부로 노출되게 설치된다.

이때, 상기 히트파이프(100)의 타측이 상형의 외부로 노출되게 설치하는 이유는 히트파이프의 타측에 연결되게 설치되는 상기 방열부(200)가 상형의 외부로 노출되게 설치될 수 있도록 하기 위함인 것이다.

여기서, 히트파이프에 대해 도 8을 참고하여 간략히 살펴보면 이 히트파이프는 내부에 공간이 형성되고, 이 공간에는 작동유체가 가득 채워져 있다. 그래서 이 파이프의 일측(증발부)에 열이 가해지면 이 휘발성 액체는 증발하여 기체로 변하고, 기체로 변한 휘발성 액체는 열에너지를 가지면서 열이 가해진 반대편(응측부)으로 이동한다.

파이프의 반대편으로 이동한 기체는 방열하게 되고, 방열이 되어 온도가 낮아지면 다시 액체로 변한 후, 본래의 위치인 일측으로 돌아오는 구조를 갖는 것이다.

그리고, 상기 방열부(200)는 상기 히트파이프(100)의 타측에 연결된 상태로 그 히트파이프의 일측에서 이동된 열을 발산하는 것으로, 그 방열부(200)는 상기 히트파이프(100)의 타측에 접촉가능하게 마련된다.

여기서, 상기 방열부(200)는 내부가 중공된 상태로 외주연에 외부공기의 유입을 위한 다수의 통공(211)이 형성된 방열구(210), 상기 방열구(210)의 내측에 설치된 상태로 방열구(210)의 내부 공기를 외부로 방출하는 방출팬(230), 상기 방열구(210)의 외측에 위치하도록 설치되어 상기 방출팬(230)을 구동하는 구동모터(250)로 구성된다.

즉, 상기 방열구(210)의 일측 개구부에는 방사상의 설치편(215)이 형성되는데, 그 설치편(215)의 상면에는 구동축이 상기 방열구(210)의 내측을 향하도록 상기 구동모터(250)가 설치되고, 상기 구동모터(250)의 구동축에 상기 방출팬(230)이 결합되는 것이다.

상기와 같은 상태에서 상기 방열구(210)의 통공(211)으로 차가운 외기가 유입되어 상기 히트파이프(100)의 타측이 방열되고, 상기 히트파이프(100)의 방열시 발생하는 더운 공기는 상기 방출팬(230)에 의해 상기 방열구(210)의 일측 개구부를 통해 외측으로 발산된다.

여기서, 상기 방열부(200)의 다른 실시 예로써 도 6에 도시된 바와 같이 상기 방열구(210)의 내측에 열전소자(220)가 설치되는데, 상기 방열구(210)의 통공을 통해 유입된 차가운 공기와 더불어 상기 열전소자(220)에 의해 상기 히트파이프(100)의 타측 방열이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.

한편, 상기 단열재(300)는 상기 히트파이프(100)의 외주연을 감싸도록 설치되어 상기 히트파이프(100)의 일측에서 타측으로 이동되는 열에너지가 상형으로 전도되는 것을 방지한다.

즉, 상기 히트파이프(100)의 외주연이 상기 상형(1)에 접촉되는 경우, 기체로 변한 휘발성 액체의 열에너지가 히트파이프의 일측에서 타측으로 이동되는 과정에서 상형(1) 전체로 열을 분산하는 문제가 발생하게 되므로, 상기 히트파이프(100)의 외주연에 상기 단열재(300)를 설치하여 기체로 변한 휘발성 액체의 열에너지가 상형으로 전도되는 것을 방지하는 것이다.

이때, 상기 단열재(300)의 외경은 상기 상형(1)에 형성된 설치공(10)의 형상에 대응하도록 상광하협의 형상을 이룬다.

또한, 상기 단열재(300)는 길이방향으로 다수개가 분할되게 구성되거나 하나의 구성으로 이루어질 수 있을 것이다.

그리고, 상기 단열재(300)는 불소수지, 석면, 유리섬유, 코르크 중 어느 하나에 의해 제조된다.

한편, 본 발명에 따른 잠열제거장치가 설치되는 금형이 최종완성되기까지의 진행상태를 도 9를 참조하여 간략히 설명하면, 먼저 차량 제조업체로부터 차량 패널의 제조 의뢰(S1)가 들어오면 가 설계(S2)를 진행한다.

이후, 상기 가 설계(S2)를 바탕으로 시뮬레이션(S3)을 수행하고, 그와 동시에 금형에서 발생되는 열 해석(S4)을 함께 수행한다.

상기 열 해석(S4)까지 이루어진 후, 금형의 설계 구조를 완성(S5)하여 금형 가공(S6)을 수행하게 되며, 금형 가공(S6)을 수행하는 과정에서 본 발명에 따른 잠열제거장치를 조립 및 설치(S7)하여 최종금형을 완성(S8)한다.

또한, 도 10은 종래 금형에 축적되는 열의 분포상태를 나타낸 그래프로써, 도 10에 도시된 바와 같이 종래 프레스 금형에서는 연속성형작업의 수행시 금형에 축적되는 열이 안정 범위를 벗어나게 되어 금형에 크랙이 발생하는 문제와 제품의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

이에 반해, 본 발명에 따른 잠열제거장치가 설치된 프레스 금형에서는 도 11에 도시된 바와 같이 프레스 금형을 이용하여 연속적인 작업을 수행시, 금형에 축적되는 열의 분포가 안정 범위내에 형성되어 금형의 온도가 일정하게 유지됨으로 금형의 크랙 방지 및 제품의 품질향상을 기대할 수 있게 된다.

상기와 같은 잠열제거장치가 프레스 금형의 상형에 설치됨으로써 판재의 연속 성형시, 상형에 축척되는 열을 신속하게 제거하면서 상형의 온도를 일정하게 유지할 수 있게 되어 금형의 크랙이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있음은 물론 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정하지 않고, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면 프레스 금형의 내부에 설치된 히트파이프를 포함하는 잠열제거장치에 의해 프레스 금형의 연속 사용 중 금형 내부에 잔존하는 잠열을 신속하게 제거할 수 있음은 물론 프레스 금형의 온도가 일정하게 유지되어 성형작업 중 금형의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 프레스 금형에 의해 제조된 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims

하형, 상기 하형의 상면에 안착된 판재을 가압하는 상형으로 이루어진 프레스 금형의 잠열 제거장치에 있어서,

상기 상형의 가압면 방향으로 일측이 인서트되고, 타측이 상형의 외부로 노출되게 설치되며, 그 내부에 작동유체가 충진되는 히트파이프;

상기 히트파이프의 타측에 연결된 상태로 그 히트파이프의 일측에서 이동된 열을 발산하는 방열부; 및

상기 히트파이프의 외주연을 감싸도록 설치되는 단열재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치.
제1항에 있어서,

상기 방열부는 상기 히트파이프의 타측에 접촉가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 방열부는, 내부가 중공된 상태로 외주연에 외부공기의 유입을 위한 다수의 통공이 형성된 방열구; 상기 방열구의 내측에 설치된 상태로 방열구의 내부 공기를 외부로 방출하는 방출팬; 상기 방열구의 외측에 위치하도록 설치되어 상기 방출팬을 구동하는 구동모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치.
제3항에 있어서,

상기 방열부에는 열전소자가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 패널 제조용
제4항에 있어서,

상기 단열재는 불소수지, 석면, 유리섬유, 코르크 중 어느 하나에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 차량패널 제조용 프레스 금형의 잠열 제거장치.