KR101823084B1 - 변형보정 사출성형 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가지되 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상이 추가적으로 반영된 캐비티(cavity)를 가지는 것을 특징으로 하는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

변형보정 사출성형 장치 및 방법{Apparatus and Method for Injection Molding Compensating for Deformation}

본 발명은 변형보정 금형, 변형보정 사출성형 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가지되 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상이 추가적으로 반영된 캐비티(cavity)를 가지는 것을 특징으로 하는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차 내장재, 가전기기나 모바일기기의 부품 등으로 사출성형 제품이 많이 사용되고 있다. 도 1의 (a)에는 사출성형으로 제조되는 도어스커프의 실시예가 나타나 있는데, 도어스커프란 자동차를 타고 내리는 도어의 문틈 하부에 장착되는 자동차 내장재로, 도 1의 (b)에 나타난 바와 같이 LED 전구 등 다른 부품들과 결합되어 자동차의 시각적 효과를 증대시키는 인테리어로서의 역할을 수행하는 한다.

도 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 종래 사출성형을 통해 도어스커프를 제조할 경우 냉각과정에서 두께가 상대적으로 얇은 양단부(2)가 휘어져 올라가 두께가 상대적으로 두꺼운 중앙부(1)가 아래로 처지는 변형이 발생하는 것이 문제점으로 지적되고 있다. 이와 같은 변형은 냉각이 진행될 때 성형물의 부분별 냉각속도의 차이 등에 의해 발생하는 것이다. 도 3은 440×47×4.7㎜의 크기로 실제 양산된 도어스커프의 모습을 촬영한 사진인데, 양단부가 휘어져 올라가 중앙부의 처짐이 약 12㎜ 발생한 것을 확인할 수 있다. 이러한 변형이 발생된 도어스커프가 자동차의 제조공정에 투입되면 조립 불량 등의 문제가 발생하게 된다.

이와 같이 성형과정에서 발생하는 휨, 비틀림 등과 같은 변형은 사출성형 제품의 품질을 저하시키는 요인이 되며, 광학부품이나 정밀기능부품에 플라스틱 사출성형이 가지는 높은 생산성을 활용하는 데에 있어 장애요소로 작용한다. 따라서 변형 문제의 해결은 사출성형 제품의 품질 개선을 위해 매우 중요한 과제이다. 한편, 이와 더불어 사출성형 과정에서 발생하는 표면의 웰드라인(weld line), 흐름자국(flow mark), 표면얼룩 등과 같은 외관불량의 개선도 사출성형 제품의 품질 향상을 위해 요구되는 과제이다.

이러한 과제의 해결을 위해 다양한 선행기술들이 선보이고 있으나 기존의 사출 금형의 틀 안에서 수지, 사출 조건의 개선만으로는 한계가 있었으며, 생산성과 품질 간의 적당한 타협점을 찾아 제품의 생산이 이루어지고 있는 실정이다.

등록특허 제0644920호 "사출 성형기용 금형장치", 2006. 11. 10. 등록특허 제1157511호 "성형용 금형 및 이를 갖는 성형 시스템", 2012. 06. 21.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은, 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가지되 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상이 추가적으로 반영된 캐비티(cavity)를 가지는 것을 특징으로 하는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 성형물의 변형으로 인한 품질문제를 최소화하여 주는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 성형물의 웰드라인 등의 외관품질을 개선시켜 주는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 차량용 도어스커프와 같은 길이부재의 사출성형에 적합한 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한, 본 발명의 목적들은 청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 성형물을 성형하기 위한 금형에 있어서, 상기 금형은 상기 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가진 캐비티(cavity)를 가지며, 상기 캐비티는 상기 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 상기 캐비티는 상기 성형물의 두꺼운 부분을 형성하는 제1캐비티와 상기 성형물의 두꺼운 부분 이외의 부분을 형성하는 제2캐비티를 포함하고, 상기 제2캐비티는 상기 제1캐비티와 연속적으로 형성되며 상기 제1캐비티를 상측으로 볼록하게 돌출시키는 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 상기 제2캐비티는 상기 제1캐비티를 중심으로 양측에 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 상기 제1캐비티 및 상기 제2캐비티는 동일한 곡률을 가지며 굴곡진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 사출성형기에 적용되는 것으로, 상부고정판과 상기 상부고정판에 수용되는 상부코어를 포함하는 상부금형과; 하부이동판과 상시 하부이동판에 수용되는 하부코어를 포함하는 하부금형을 포함하고, 상기 상부금형과 상기 하부금형이 형폐 시 상기 상부코어와 상기 하부코어에 의해 상기 캐비티가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 상기 상부금형은, 상기 상부고정판 중 상기 상부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 상부코어를 가열하는 가열수단과; 상기 상부고정판 중 상기 상부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 상부코어를 냉각하는 냉각수단; 을 더 포함하고, 상기 하부금형은, 상기 하부이동판 중 상기 하부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 하부코어를 가열하는 가열수단과; 상기 하부이동판 중 상기 하부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 하부코어를 냉각하는 냉각수단; 을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 금형은, 상기 가열수단은 가열매체가 공급되는 가열관이고, 상기 냉각수단은 냉각매체가 공급되는 냉각관인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 사출성형 장치는, 상기 변형보정 금형; 및 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열되도록 상기 가열수단을 가동하고, 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열되고 성형재료가 상기 캐비티에 주입된 경우 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 냉각되도록 상기 냉각수단을 가동하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 사출성형 장치는, 상기 제어부는 냉각 시 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 사출성형 방법은, 상기 변형보정 금형을 이용한 변형보정 사출성형 방법으로, 형개 상태에서 상기 상부코어 및 상기 하부코어를 각각 설정된 온도까지 가열하는 가열단계와; 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열된 경우 형폐가 이루어지도록 상기 하부금형을 이동시키고 상기 캐비티에 성형재료를 충진시키는 사출단계와; 상기 성형재료의 충진 상태에서 상기 상부코어 및 상기 하부코어를 각각 설정된 온도까지 냉각하는 냉각단계와; 상기 하부금형을 이동시켜 형개 상태를 만들고 상기 캐비티에서 성형품을 취출하는 취출단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 변형보정 사출성형 방법은, 상기 냉각단계는 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가지되 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상이 추가적으로 반영된 캐비티(cavity)를 가지는 것을 특징으로 하는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은 성형물의 변형으로 인한 품질문제를 최소화하여 주는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 성형물의 웰드라인 등의 외관품질을 개선시켜 주는 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법의 제공이라는 효과를 가진다.

본 발명에 의하면 차량용 도어스커프와 같은 길이부재의 사출성형에 적합한 변형보정 금형과 이를 이용한 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 도어스커프의 실시예 및 사용예의 사시도.
도 2는 사출성형에서의 도어스커프의 변형문제를 나타낸 모식도.
도 3은 사출성형 결과 변형이 발생한 도어스커프를 촬영한 사진.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형보정 금형의 사시도.
도 5는 도 4의 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형보정 금형의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 방법의 순서도.
도 8은 캐비티에 포함된 반대 형상의 시험예에 따른 변형 측정 결과.
도 9는 도 8의 시험예의 검증을 위한 추가 시험 시험예.
도 10은 도 9의 시험예에 따른 변형 측정 결과.
도 11은 보압 120bar, 보압시간 9초, 상측의 냉각온도 65℃, 하측의 냉각온도 35℃로하여 사출성형된 도어스커프를 촬영한 사진.
도 12는 보압 120bar, 보압시간 9초, 상측의 냉각온도 30℃, 하측의 냉각온도 130℃로 하여 사출성형된 도어스커프를 촬영한 사진.

이하에서는 본 발명에 따른 변형보정 금형, 변형보정 사출성형 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형보정 금형의 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형보정 금형의 단면도가 도시되어 있다. 도 4 내지 6에 나타난 변형보정 금형들은 발명의 배경이 되는 기술에서 살펴본 도어스커프의 성형을 위한 것들인데, 이들을 참조하면서, 본 발명에 따른 변형보정 금형에 관하여 상세하게 설명한다.

도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 변형보정 금형은, 사출성형기에 적용되는 것으로, 상부금형(100)과 하부금형(200)을 포함하며, 상기 상부금형(100)과 상기 하부금형(200)의 형폐 시 상부코어(120)와 하부코어(220)에 의해 일정 공간으로 형성되는 캐비티(cavity, 10)의 형상에 그 특징이 있다.

상기 상부금형(100)은 통상적으로 전체적으로 직방체 형상을 가지며, 강도가 매우 높고 고온에도 충분히 견딜 수 있는 금속으로 형성되어 있고, 상기 하부금형(200)과 맞물려 접촉한 후 상기 캐비티(10)를 형성한다. 상기 상부금형(100)은 상기 사출성형기에 고정되는 고정금형인데, 상기 하부금형(200)이 상하로 가동하여 형개 상태 및 형폐 상태를 만들게 된다. 상기 상부금형(100)은 상부고정판(110)과 상기 상부고정판(110)에 수용되는 상부코어(120), 상부고정대(130) 및 성형재료가 주입되는 주입부(140)를 포함하고 있다.

상기 상부고정판(110)은 상기 상부금형(100)의 외관을 형성하며, 하면에는 상기 상부코어(120)를 수용할 수 있는 함몰부를 포함하고 있으며, 상기 상부코어(120)의 가열을 위해 상기 함몰부 주위에 배치된 가열수단(30)과 상기 상부코어(120)의 냉각을 위해 상기 함몰부 주위에 배치된 냉각수단(40)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 가열수단(30) 및 냉각수단(40)은 상기 상부코어(120)의 효율적 가열과 냉각을 위해 상기 함몰부 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하며, 상기 가열수단(30)은 수증기, 온수, 전열 등과 가열매체가 공급되는 가열관으로 이루어지고, 상기 냉각수단(40)은 냉각수와 같은 냉각매체가 공급되는 냉각관으로 이루어질 수 있다.

상기 상부코어(120)는 상기 상부고정판(110)의 중앙 하면에 형성된 함몰부에 수용되는 금속형틀로서 성형물의 성형을 위한 음각부위를 포함하고 있다. 이와 같이 상기 상부코어(120)가 음각부로 형성되면 상기 하부코어(220)는 양각부를 가지게 된다. 상기 상부코어(120)와 상기 하부코어(220)의 음양은 반대로 될 수도 있다.

상기 상부고정대(130)는 상기 상부금형(100)을 상기 사출성형기에 고정하기 위한 부분이다. 상기 상부고정대(130)는 상기 사출성형기와의 체결을 위한 체결수단을 구비하여야 한다.

상기 주입부(140)는 상기 사출성형기로부터 성형재료인 융용수지가 주입되는 부분으로서, 용융수지가 주입되는 입구인 스프루, 상시 스프루로 유입된 용융수지가 흐르는 통로인 런너 및 상기 런너에서 상기 캐비티(10)로 용융수지가 흘러가면서 거치는 좁은 통로인 게이트 등을 포함하여 구성된다.

상기 하부금형(200)은 통상적으로 전체적으로 직방체 형상을 가지며, 강도가 매우 높고 고온에도 충분히 견딜 수 있는 금속으로 형성되어 있고, 상기 상부금형(100)과 맞물려 접촉한 후 상기 캐비티(10)를 형성한다. 상기 하부금형(200)은 상하로 이동하며 상기 상부금형(100)과의 형개 상태 및 형폐 상태를 만들게 된다. 상기 하부금형(100)은 하부이동판(210)과 상기 하부이동판(210)에 수용되는 하부코어(220), 하부고정대(230) 및 취출부(240)를 포함하고 있다.

상기 하부이동판(210)은 상면에 상기 하부코어(120)를 수용할 수 있는 함몰부를 포함하고 있으며, 상기 하부코어(220)의 가열을 위해 상기 함몰부 주위에 배치된 가열수단(30)과 상기 하부코어(220)의 냉각을 위해 상기 함몰부 주위에 배치된 냉각수단(40)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 가열수단(30) 및 냉각수단(40)은 상기 하부코어(220)의 효율적 가열과 냉각을 위해 상기 함몰부 표면에 가깝게 배치되는 것이 바람직하며, 상기 가열수단(30)은 수증기, 온수, 전열 등과 가열매체가 공급되는 가열관으로 이루어지고, 상기 냉각수단(40)은 냉각수와 같은 냉각매체가 공급되는 냉각관으로 이루어질 수 있다.

상기 하부코어(120)는 상기 하부이동판(210)의 중앙 하면에 형성된 함몰부에 수용되는 금속형틀로서 성형물의 성형을 위한 양각부위를 포함하고 있다. 이와 같이 상기 하부코어(220)가 양각부로 형성되면 상기 상부코어(120)는 음각부를 가지게 된다. 전술한 바와 같이, 상기 하부코어(220)와 상기 상부코어(120)의 음양은 반대로 될 수도 있다.

상기 하부고정대(230)는 상기 하부금형(200)을 상기 상부금형(100)과 형개 또는 형폐 시키기 위해 이동시켜주는 이동모듈에 고정하기 위한 부분이다. 상기 하부고정대(230)는 상기 이동모듈과의 체결을 위한 체결수단을 구비하여야 한다.

상기 취출부(240)는 성형이 완료되어 형개가 이루어진 경우 성형물을 상기 캐비티(10)에서 취출하기 위한 구성으로서 통상의 사출성형 금형에 적용되는 구성들과 동일하다. 구체적으로, 상기 성형물을 취출하기 위한 이젝트핀(241) 상기 이젝트핀(241)을 거동시키는 이젝트플레이트(243), 상기 상부고정대(230)와 상기 하부이동판(210) 사이에 상기 이젝트플레이트(243)의 거동을 위한 공간을 확보하여 주는 스페이서블록(245) 등을 포함하고 있다.

본 발명은 상기 상부금형(100)과 상기 하부금형(200)이 맞물려 형폐 상태가 될 경우 그 안에 형성되는 성형재료가 투입되어 성형물의 성형이 이루어지는 성형공간인 캐비티(10)의 형상에 특징을 가지는데, 상기 캐비티(10)는 상기 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 캐비티(10)가 가지는 반대 형상은 냉각이 진행되며 성형물의 부분별 냉각온도의 차이 등으로 인해 발생하는 변형을 역으로 반영한 것으로 성형과정에서의 변형에 대한 사전 보정 형상이라고 할 수 있다. 즉, 상기 반대 형상은 성형 시 휘어짐과 같은 변형이 발생할 것을 예상하여 그와 같은 변형의 결과 성형물이 본래 의도한 형상을 가질 수 있도록 예상되는 변형의 방향과 정도를 역으로 상기 캐비티(10)에 미리 반영한 형상을 의미한다. 상기 반대 형상은 성형물과 성형재료 등에 따라 달라질 수 있으며, 시험을 통해 도출될 수 있다.

도 5의 실시예를 참조하면, 성형물이 상기 도어스커프인 경우에 있어서, 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이, 상기 상부금형(100)과 상기 하부금형(200)이 서로 분리되어 형개된 상태에서 상기 하부금형(200)이 이동하여 도 5의 (b)와 같은 형폐 상태가 이루어지면, 상기 상부코어(120)와 상기 하부코어(220)에 의하여 도 5의 (c)에 나타난 것과 같은 형상의 캐비티(10)가 형성된다.

도어스커프는 자동차 도어의 문틈 하부에 장착되는 자동차 내장재로서 판형 길이부재인데, 발명의 배경이 되는 기술에서 살펴본 바와 같이 종래 사출성형을 통해 도어스커프를 제조할 경우 두께가 상대적으로 얇은 양단부가 휘어져 올라가 두께가 상대적으로 두꺼운 중앙부가 아래로 처지는 변형이 발생하게 된다.

본 발명은 성형 시 변형 자체가 일어나지 않도록 하는 것은 어렵다는 사실을 전제로 상기 캐비티(10)에 상기 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상을 부가하여 변형문제를 해결하고 있는데, 도 5의 (c)에 나타난 캐비티(10)는 성형물의 두꺼운 부분을 형성하는 제1캐비티(11)와 상기 성형물의 두꺼운 부분 이외의 부분을 형성하는 제2캐비티(12)를 포함하고, 상기 제2캐비티(12)는 상기 제1캐비티와 연속적으로 형성되며 상기 제1캐비티(11)를 상측으로 볼록하게 돌출시키는 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2캐비티(12)는 상기 제1캐비티(11)를 중심으로 양측에 대칭적으로 형성되어 있으며, 상기 제1캐비티(11) 및 상기 제2캐비티(12)는 동일한 곡률로 휘어져 상측으로 볼록한 곡면을 가지고 있다. 도 5의 (c)에서 수평면을 기준으로 중앙부가 도출된 높이가 R로 표시되어 있는데, 성형물인 도어스커프의 사이즈 및 형상이 사전에 정해져 있으므로 상기 R이 정해지면 상기 캐비티(10)의 곡률도 정해지게 된다.

도 5의 (c)와 같은 캐비티(10)에서 성형이 이루어진 도어스커프는 상대적으로 두꺼운 중앙부가 볼록하고 상대적으로 얇은 양단부가 아래로 처진 형태를 가지고 있는데, 상기 캐비티(10) 내에서 성형이 이루어질 때 상기 양단부가 상부로 올라가면서 상기 중앙부가 처지는 변형이 발생하게 되고, 상기 변형의 결과 본래 의도했던 도어스커프의 형상을 가지게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 장치를 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 장치는, 상기 변형보정 금형과 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 변형보정 금형은 위에서 설명한 바와 같이 형폐 시 형성되는 캐비티(10)가 성형과정에서 발생하는 변형을 상쇄하여 주는 반대 형상을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 상부코어(120) 및 상기 하부코어(220)가 각각 설정된 온도까지 가열되도록 상기 가열수단(30)을 가동하고, 상기 상부코어(120) 및 상기 하부코어(220)가 각각 설정된 온도까지 가열되고 성형재료가 상기 캐비티(10)에 주입된 경우 상기 상부코어(120) 및 상기 하부코어(220)가 각각 설정된 온도까지 냉각되도록 상기 냉각수단(40)을 가동하는 역할을 수행한다. 상기 제어부는 상기 변형보정 금형과 연결된 사출성형기의 제어모듈로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 제어부는 형폐 시 상기 하부코어(220)의 냉각온도가 상기 상부코어(120)의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되도록 제어할 수 있는데, 이와 관련한 내용은 후술할 검증 시험에서 살펴본다.

도 7에는 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 방법의 순서도가 도시되어 있다. 이하에서는 이를 참조하면서 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 방법에 관하여 상세하게 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 변형보정 사출성형 방법은, 상기 변형보정 금형을 이용한 변형보정 사출성형 방법으로, 가열단계(S10), 사출단계(S20), 냉각단계(S30) 및 취출단계(S40)를 포함하여 수행된다.

상기 가열단계(S10)는 형개 상태에서 상기 상부코어(110) 및 상기 하부코어(210)를 설정된 온도까지 가열하는 단계이다. 본 단계를 통해 용융수지가 상기 캐비티(10)에 충진되기 전에 충분한 가열이 이루어질 수 있게 되며, 금형 내 유동성과 전사성이 향상되게 된다. 구체적인 설정 온도는 성형재료 및 성형물에 따라 달라질 수 있다.

상기 사출단계(S20)는 상기 상부코어(110) 및 상기 하부코어(210)가 설정된 온도까지 가열된 경우 형폐가 이루어지도록 상기 하부금형(200)을 이동시키고 상기 캐비티(10)에 성형재료를 충진시키는 단계이다. 본 단계는 상기 상부코어(110) 및 상기 하부코어(210)의 가열이 충분히 이루어진 상태에서 진행되므로 성형이 원활하게 이루어지게 된다.

상기 냉각단계(S30)는 상기 성형재료의 충진 상태에서 상기 상부코어(110) 및 상기 하부코어(210)를 설정된 온도까지 냉각하는 단계이다. 본 단계를 통해 급격하게 금형의 온도를 낮추어 줌으로써 변형 없이 빠르게 성형이 완료될 수 있게 된다. 본 단계는 상기 하부코어(210)의 냉각온도가 상기 상부코어(110)의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되는 상태에서 수행되는 것이 바람직한데, 이와 관련한 내용은 후술한다.

상기 취출단계(S40)는 상기 하부금형(200)을 이동시켜 형개 상태를 만들고 상기 캐비티(10)에서 성형품을 취출하는 단계이다. 본 단계를 통해 사출성형이 마무리되게 된다. 본 단계에서 외부로 취출된 성형품은 상기 캐비티(10)가 변형을 상쇄하여 주는 반대 형상을 가지고 있으므로 변형의 결과 본래 제품의 형상과 사이즈를 만족하게 된다.

본 발명에 따른 변형보정 사출성형 방법에 의하면, 상기 변형보정 금형에 의해 변형의 문제가 해소되게 되며, 사출 생산성의 손실 없이 즉, 사출 사이클 타임의 증가에 따른 생산성 저하없이 급가열, 급냉각 사이클을 구현할 수 있게 된다. 상기 가열단계(S10)를 통해 용융수지의 충진 전에 상기 상부코어(110) 및 상기 하부코어(210)의 가열이 미리 이루어지고, 상기 냉각단계(S30)를 통해서는 효율적인 급냉각이 이루어지기 때문이다. 이와 같은 변형보정 사출성형 방법은 본 발명에 따른 변형보정 금형 및 이를 포함하는 변형보정 사출성형 장치에 의해서 구현될 수 있다.

이하에서는 440×47의 크기를 가지되 중앙부분은 두께 4.7㎜, 나머지 부분은 두께 2.5㎜의 사이즈를 가지는 도어스커프의 사출성형과 관련하여 본 발명의 실시예에 따른 변형보정 금형, 변형보정 사출성형 장치 및 방법의 검증을 위한 시험 결과를 살펴본다.

도 8에는 440×47의 크기를 가지되 중앙부분은 두께 4.7㎜, 나머지 부분은 두께 2.5㎜의 사이즈를 가지는 도어스커프를 상측의 냉각온도를 100℃ 하측의 냉각온도를 130℃로 하고, 런너에서 캐비티로 유동수지가 유입되는 게이트는 중앙부에 팬게이트(40㎜)를 적용하여 사출성형하여 변형을 측정한 결과들이 나타나 있다.

TEST 1은 제품의 사이즈 및 형상에 대응되는 캐비티가 형성되도록 한 경우로서 상기 캐비티가 반대 형상을 전혀 포함하고 있지 않은 캐비티에서 성형된 도어스커프의 변형 측정 시험예이고, TEST 2는 제품의 사이즈 및 형상에 대응되는 음의 형상에 중앙부를 기준으로 양단부가 3㎜ 하방향으로 처지도록 일정한 곡률로 휘어진 반대형상을 부가한 캐비티에서 성형된 도어스커프의 변형 측정 시험예이며, TEST 3은 제품의 사이즈 및 형상에 대응되는 음의 형상에 중앙부를 기준으로 양단부가 5㎜ 하방향으로 처지도록 일정한 곡률로 휘어진 반대형상을 부가한 캐비티에서 성형된 도어스커프의 변형 측정 시험예이다.

이들의 측정 결과를 살펴보면, TEST 1의 경우 도어스커프의 설계 사이즈와 비교하여 중앙부가 3.1㎜ 처지는 변형이 발생하는 것으로 나타났고, TEST 2의 경우 도어스커프의 설계 사이즈와 비교하여 중앙부가 0.2㎜ 볼록하게 나타났으며, TEST 3의 경우 도어스커프의 설계 사이즈와 비교하여 중앙부가 1.5㎜ 처지는 변형이 발생하는 것으로 나타났다.

구체적으로 TEST 2의 경우 성형 후 중앙부가 2.8㎜ 처지는 변형이 발생하였는데, 캐비티에 반대 형상이 포함된 결과 중앙부가 도어스커프의 설계 사이즈와 비교하여 3㎜ 볼록하게 역가공되어 성형되었으므로 변형의 결과 중앙부가 0.2㎜ 볼록하게 나타나게 된 것이고, TEST 3의 경우 성형 후 중앙부가 6.5㎜ 처지는 변형이 발생하였는데, 캐비티에 반대 형상이 포함된 결과 중앙부가 도어스커프의 설계 사이즈와 비교하여 5㎜ 볼록하게 역가공되어 성형되었으므로 변형의 결과 중앙부가 1.5㎜ 처지게 된 것이다.

이를 살펴보면, 도 8의 시험예들과 같이 440×47의 크기를 가지되 중앙부분은 두께 4.7㎜, 나머지 부분은 두께 2.5㎜의 사이즈를 가지는 도어스커프를 상측의 냉각온도를 100℃ 하측의 냉각온도를 130℃로 하고, 런너에서 캐비티로 유동수지가 유입되는 게이트는 중앙부에 팬게이트(40㎜)를 적용하여 사출성형하는 경우에 있어서는 양측단에 비해 중앙부가 3㎜ 볼록한 형태로 나타나도록 곡률을 가해준 반대 형상을 가지는 캐비티를 이용하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다. 즉, 도 8의 시험예에서 상기 도어스커프의 성형을 위한 캐비티에 적합한 반대 형상은 양측단에 비해 중앙부가 3㎜ 볼록한 형태로 나타나도록 곡률을 가해주는 형태가 된다.

도 9에는 도 8의 시험예의 검증을 위한 추가 시험 시험예가 나타나 있다. 도 9에서 '만곡점'으로 표현된 부분은 처짐 현상이 발생한 중앙부를 의미하며, '보정R'로 표현된 부분은 반대 형상을 의미한다. 도 7의 시험예들은 도 6의 시험예에서와 마찬가지로 모두 중앙부분이 양단부에 비해 볼록한 형태를 가지도록 곡률을 가해 준 반대 형상을 가진 캐비티를 이용한 것으로, 하측의 냉각온도는 130℃로 고정하고, 상측의 냉각온도를 100~110℃ 범위에서 변경하되 런너에서 캐비티로 유동수지가 유입되는 게이트는 3개를 구비시킨 것이다.

도 10을 보면 도 9의 시험예에 따른 변형 측정 결과를 확인할 수 있는데, 중앙부가 양단에 비하여 각각 2.4㎜, 2.6㎜, 2.8㎜ 및 3.0㎜ 볼록하게 나타나도록 일정한 곡률을 가해 준 반대형상(각각 2.4㎜, 2.6㎜, 2.8㎜ 및 3.0㎜ 역가공으로 표기)을 가지는 캐비티에서 성형된 제품 중 변형의 결과 제품의 설계 사이즈를 만족하게 되는 경우들이 존재함을 확인할 수 있다. 또한, 상측의 냉각온도의 변화의 변동을 고려하였을 때는 2.6㎜ 역가공 즉, 중앙부가 양단에 비하여 2.6㎜ 볼록하게 나타나도록 일정한 곡률을 가해 준 반대형상을 가진 캐비티가 양호한 결과를 도출하고 있다는 사실도 확인할 수 있다. 즉, 이와 같은 경우 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 가장 적합한 반대 형상은 중앙부가 양측단에 비하여 2.6㎜ 볼록하게 일정한 곡률이 가해진 형상이 된다.

아래의 표 1에는 440×47의 크기를 가지되 중앙부분은 두께 4.7㎜, 나머지 부분은 두께 2.5㎜의 사이즈를 가지는 도어스커프를 사출성형하되, 런너에서 캐비티로 유동수지가 유입되는 게이트는 중앙부에 팬게이트(40㎜)를 적용하고, 중앙부가 양측단에 비해 2.6㎜ 볼록하게 나타나도록 일정한 곡률을 가해 준 반대형상을 가진 캐비티를 사용하여, 상측의 냉각온도, 하측의 냉각온도 및 보압을 다양하게 변동시키며 사출성형한 시험예들의 변형량을 측정한 결과가 나타나 있다. 여기서의 변형량도 도 6 내지 8과 관련하여 설명한 바와 같이, 변형의 결과 최종적으로 발생하게 된 본래 제품의 설계 사이즈 및 형성과의 차이를 의미한다.

보압 (Bar)	보압시간 (Sec)	냉각온도(℃)		변형량 (㎜)
		상측	하측
120	9	70	70	0.0
90	9	35	75	-0.1
120	9	35	75	-0.1
70	9	65	35	0.0
90	9	65	35	-0.1
120	9	65	35	-0.1
90	9	35	60	-0.1
120	9	35	60	0.0

표 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 변형보정 금형 즉, 변형을 상쇄하여 주는 반대 형상을 가지는 캐비티가 포함된 금형을 사용할 경우 성형과정에서 제품의 변형을 상쇄하여 품질을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 다만, 도 11에는 표 1에서 보압 120bar, 보압시간 9초, 상측의 냉각온도 65℃, 하측의 냉각온도 35℃로 하여 사출성형된 시험예를 촬영한 사진이 나타나 있는데, 이를 비롯하여 표 1의 시험예들의 경우 웰드라인을 최소화하지 못하여 외관 품질 면에서 다소 문제가 나타났다.

아래의 표 2에는 표 1의 시험예와 동일한 캐비티를 사용하되 표 1의 시험예들과 비교하여 하측의 냉각온도를 상측의 냉각온도보다 높이면서 그 차이를 60℃ 및 100℃로 설정하여 사출성형한 시험예들의 변형량이 나타나 있다.

보압 (Bar)	보압시간 (Sec)	냉각온도(℃)		변형량 (㎜)
		상측	하측
90	9	30	130	0.0
120	9	30	130	0.0
120	9	54	114	0.0

표 2를 살펴보면, 표 1에서와 마찬가지로 본 발명에 따른 변형보정 금형을 사용할 경우 제품의 변형을 상쇄하여 변형으로 인한 품질저하를 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 12에는 표 2에서 보압 120bar, 보압시간 9초, 상측의 냉각온도 30℃, 하측의 냉각온도 130℃로 하여 사출성형된 시험예를 촬영한 사진이 나타나 있는데, 이를 비롯하여 표 2의 시험예들의 경우 웰드라인도 최소화하여 외관품질도 향상시켜 주는 것으로 나타났다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 캐비티 11: 제1캐비티 12: 제2캐비티
100: 상부금형
110: 상부고정판 120: 상부코어
130: 상부고정대 140: 주입부
200: 하부금형
210: 하부이동판 220: 하부코어
230: 하부고정대 240: 취출부

Claims (11)

1. 성형물의 사출성형을 위한 것으로,
   상부고정판, 상기 상부고정판에 수용되는 상부코어, 상기 상부고정판 중 상기 상부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 상부코어를 가열하는 가열수단 및 상기 상부고정판 중 상기 상부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 상부코어를 냉각하는 냉각수단을 포함하는 상부금형과,
   하부이동판, 상기 하부이동판에 수용되는 하부코어, 상기 하부이동판 중 상기 하부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 하부코어를 가열하는 가열수단 및 상기 하부이동판 중 상기 하부코어와 인접한 부분에 배치되어 상기 하부코어를 냉각하는 냉각수단을 포함하는 하부금형을 포함하고,
   상기 상부금형과 상기 하부금형이 형폐 시 상기 상부코어와 상기 하부코어에 의해 상기 성형물의 형상에 상보적인 음의 형상을 가진 캐비티(cavity)를 형성하되, 상기 캐비티는 상기 성형물의 변형을 상쇄할 수 있는 반대 형상을 가지며, 상기 성형물의 두꺼운 부분을 형성하는 제1캐비티와 상기 성형물의 두꺼운 부분 이외의 부분을 형성하는 제2캐비티를 포함하고, 상기 제2캐비티는 상기 제1캐비티와 연속적으로 형성되며 상기 제1캐비티를 상측으로 볼록하게 돌출시키는 방향으로 굴곡되는 변형보정 금형; 및
   상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열되도록 상기 가열수단을 가동하고, 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열되고 성형재료가 상기 캐비티에 주입된 경우 상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 냉각되도록 상기 냉각수단을 가동하는 제어부; 를 포함하며,
   상기 제어부는 냉각 시 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2캐비티는 상기 제1캐비티를 중심으로 양측에 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1캐비티 및 상기 제2캐비티는 동일한 곡률을 가지며 굴곡진 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 가열수단은 가열매체가 공급되는 가열관이고,
   상기 냉각수단은 냉각매체가 공급되는 냉각관인 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 장치.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 냉각 시 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 장치.
   
10. 제1항, 제3항, 제4항, 제7항 및 제9항 중 어느 한 항의 변형보정 사출성형 장치를 이용한 변형보정 사출성형 방법으로,
    형개 상태에서 상기 상부코어 및 상기 하부코어를 각각 설정된 온도까지 가열하는 가열단계와;
    상기 상부코어 및 상기 하부코어가 각각 설정된 온도까지 가열된 경우 형폐가 이루어지도록 상기 하부금형을 이동시키고 상기 캐비티에 성형재료를 충진시키는 사출단계와;
    상기 성형재료의 충진 상태에서 상기 상부코어 및 상기 하부코어를 각각 설정된 온도까지 냉각하되 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 높게 유지되는 상태에서 수행하는 냉각단계와;
    상기 하부금형을 이동시켜 형개 상태를 만들고 상기 캐비티에서 성형품을 취출하는 취출단계; 를 포함하는 변형보정 사출성형 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각단계는 상기 하부코어의 냉각온도가 상기 상부코어의 냉각온도에 비해 60 내지 100℃ 높게 유지되는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 변형보정 사출성형 방법.
    

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