KR20170011287A - 확산접합을 이용한 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법 - Google Patents

확산접합을 이용한 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전달 효율 및 축열량이 우수한 3개의 이종재질을 이용하여 금형(코어)를 제작함으로서, 성형공정시간 단축 및 생산원가를 줄여 에너지를 절약할 수 있음에 따라, 에코 및 청정기술로 적합한 금형제작방법에 관한 것이다.

Description

급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법{MANUFACTURING METHOD OF RAPID HEATING AND RAPID COOLING MOLD}
본 발명은 열전달 효율이 높고 축열량이 큰 이종재질 3가지 소재를 사용하여, Cycle time 단축 및 생산원가를 낮추고, 에너지를 절약할 수 있는 급속가열 및 급속냉각 코어(금형) 제작방법을 제공하는데 있다.
급속가열 및 급속냉각 사출성형은 고광택 등 다양한 사출성형 등 활용된다. 고광택 사출성형은 플라스틱 사출시 몰드를 미리 일정한 온도로 예열한 후 플라스틱 수지 원료를 주입하여 사출하고 몰드에서 사출제품을 꺼내기 전에 미리 냉각시키는 성형방법이다.
보다 상세하게는, 제품형상부인 몰드의 표면온도를 플라스틱원료의 열변형온도 이상으로 상승시킨 후 원료를 충진하고, 보압 공정 종료 후 몰드의 온도를 급속도로 내려 수지를 냉각성형 함으로써, 사출제품의 외관에 웰드라인이 형성되는 것을 방지하고 전사도를 향상시켜 고광택을 구현한 신공법이다.
상기와 같이 금형을 급속가열하고 급속냉각시켜주기 위한 방안들이 개발되어 사용되고 있는 실정이며, 이러한 방안 중 대표적인 것을 살펴보면 다음과 같다.
첫 번째는 금형을 구성하는 상,하부 금형을 개방한 상태에서 금형의 외부에서 프로판가스를 점화시켜 금형표면을 가열하여 금형의 온도를 급속하게 상승시킨후, 금형을 결합한 후 수지를 주입시켜 성형한다. 그리고, 금형의 냉각은 금형의 외부에 냉각회로를 설치하여 신속하게 냉각시키도록 구성하고 있으나, 짧은 사이클을 필요로 하는 사출성형의 특성상 프로판가스와 금형을 연계하여 제어하기 위한 별도의 콘트롤러와 더불어 프로판가스를 제어하기 위한 부수적인 수단을 필요로 하는 단점을 가진다.
두 번째는 금형을 냉각을 위하여 사용되는 냉각회로를 이용하여 금형의 가열과 냉각을 동시에 수행하도록 하는 구조이다. 이 경우에는 급속가열시에는 고온 고압상태의 온수 또는 증기를 순환시켜 금형을 가열하고, 냉각시에는 냉각수를 순환시켜 신속하게 냉각시키도록 하는 시스템이다. 상기와 같은 시스템에서는 하나의 라인을 이용하여 온수와 냉수를 함께 순환시켜야 하기 때문에 제어를 위한 별도의 시스템을 필요로 하는 것은 물론 고온 고압상태의 온수 또는 증기를 생산 공급 및 순환시키기 위한 많은 부대설비를 필요로 함으로서 효과에 비하여 설치비용 등이 과다하게 소요되는 단점을 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3가지 종류의 이종소재를 이용하여 코어(금형)를 제작함으로써, 성형 사이클 타임(Cycle Time) 및 생산원가를 낮출 수 있고, 더불어 에너지를 절약할 수 있어 에코(Eco) 및 청정기술(Clean technology) 기술에 적합한 급속가열 및 급속냉각 코어(금형) 제작방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 사전설정된 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 각각 이루어진, 3종의 이종소재를 준비하는 단계(S100); 상기 제 1소재(10)의 일면에 제 1접합면(A)을 가공하는 단계(S200); 상기 제 2소재(20)의 일면에 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 대응되는 형상으로 제 2접합면(B)을 가공하는 단계(S300); 상기 제 1, 2접합면(A, B)을 상호간 대응시켜, 제 1, 2소재(10, 20)를 접합시키는 단계(S400); 상기 제 2소재(20)의 타면에 제 3접합면(C)을 가공하는 단계(S500); 상기 제 3소재(30)의 일면에 제 3접합면(C)과 대응되는 형상의 제 4접합면(D)을 가공하는 단계(S600); 상기 제 3, 4접합면(C, D)을 상호간 대응시켜, 제 2, 3소재(20, 30)를 접합시키는 단계(S700); 상기 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 이루어진 코어(100) 일면에 성형부(E)를 가공하여 제작완료하는 단계(S800); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 금형제작시, 열전달 효율이 높고 축열량이 큰 이종재질을 사용함으로서, 성형 사이클 타임 및 생산원가를 낮출 수 있고, 에너지 절약의 효과가 있다.
또한, 본 발명은 에코 및 청정기술 기술에 적합한 금형제작기술을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 코어 제작방법을 나타낸 일실시예의 공정 순서도.
도 2는 본 발명에 따라 제작된 코어의 전반을 나타낸 일실시예의 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4 및 도 5는 상, 하부 코어 및 히터부의 배치를 나타낸 일실시예의 도면.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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 한다.
본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면, 사전설정된 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 각각 이루어진, 3종의 이종소재를 준비하는 단계(S100); 상기 제 1소재(10)의 일면에 제 1접합면(A)을 가공하는 단계(S200); 상기 제 2소재(20)의 일면에 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 대응되는 형상으로 제 2접합면(B)을 가공하는 단계(S300); 상기 제 1, 2접합면(A, B)을 상호간 대응시켜, 제 1, 2소재(10, 20)를 접합시키는 단계(S400); 상기 제 2소재(20)의 타면에 제 3접합면(C)을 가공하는 단계(S500); 상기 제 3소재(30)의 일면에 제 3접합면(C)과 대응되는 형상의 제 4접합면(D)을 가공하는 단계(S600); 상기 제 3, 4접합면(C, D)을 상호간 대응시켜, 제 2, 3소재(20, 30)를 접합시키는 단계(S700); 상기 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 이루어진 코어(100) 일면에 성형부(E)를 가공하여 제작완료하는 단계(S800); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S600단계에서는 상기 제 4접합면(D) 가공시, 냉각수 수로 및 히터 매립부가 동시 가공되어, 히터부가 매립될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다
또한, 상기 S800단계는 상기 제 3소재(30)의 타면인 코어(100)의 뒷면을 가공하는 단계(S810); 상기 제 1소재(10)의 타면인 코어(100)의 상면에, 사전설정된 제품형상에 맞는 성형부(E)를 가공하는 단계(S820); 상기 코어(100)의 제작이 완료되는 단계(S830); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S800단계 이후에는 상기 코어(100)의 외주연에는 세라믹 소재를 이용한 단열판(60)이 설치되어, 코어(100)의 열손실 및 외부의 열전달을 차단할 수 있도록 하는 단계(S900); 가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1소재(10)는 성형부(E)를 가공하기 위한 금형용 강재가 사용되고, 상기 제 2소재(20)는 열전도율이 높고 축열량이 높은 합금소재가 사용되며, 상기 제 3소재(30)는 제 1소재(10)보다 상대적으로 저렴한 기계구조용 강재가 사용되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법을 상세히 설명하도록 한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법은 하기와 같은 S100 ~ S900단계의 제작방법 순서를 포함한다.
1. 사전설정된 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 각각 이루어진, 3종의 이종소재를 준비하는 단계(S100): 코어(금형, Core)(100)제작을 위해, 3종류의 이종(異種)소재를 준비하는 단계로서, 설명의 편의를 위하여 제 1소재(10), 제 2소재(20), 제 3소재(30)가 명명한다,
상기 제 1소재(10)의 경우, 성형부(E)를 가공하기 위한 금형용 강재가 사용되고, 제 2소재(20)의 경우에는 열전도율이 높고 축열량이 우수한 합금소재가 사용되며(본 발명에서는 그 예로 동합금 소재가 사용된다.), 제 3소재(30)로는 제 1소재(10)와 마찬가지로 동일한 금형용 강재가 사용되어도 무방하나, 제품 형상을 위한 성형부(E)를 가공하는 부분이 아니므로, 제 1소재(10)보다 상대적으로 저렴한 가격의 일반적인 기계구조용 강재가 사용될 수 있음이다.
2. 상기 제 1소재(10)의 일면에 제 1접합면(A)을 가공하는 단계(S200): 제 1소재(10)의 경우, 후술될 단계에서 제품 형상을 위한 성형부(E)를 가공하기 위한 부분으로, 우선적으로, 성형부(E)를 가공하기 위한 면이 아닌 반대면에, 후술될 제 2소재(20)와 접합될 제 1접합면(A)을 가공하는 단계이다.
이렇게 제 1소재(10)의 일면에 가공되는 제 1접합면(A)은 반대면인 성형면에 근접하여 가공되는 것으로, 성형부(E)에 최대한 근접하여 강도를 유지하면서, 가열 및 냉각 효율을 극대화하기 위해 제품의 형상을 Offset하여 제 1접합면(A)을 가공한다.
3. 상기 제 2소재(20)의 일면에 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 대응되는 형상으로 제 2접합면(B)을 가공하는 단계(S300): 전술된 S200단계에서 이루어진 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 대응되도록, 제 2소재(20)의 일면에 제 2접합면(B)을 가공하는 단계이다.
즉, 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 제 2소재(20)의 제 2접합면(B)이 상호간 대응(대칭)되는 형상으로 가공되어야 함은 당연하다.
4. 상기 제 1, 2접합면(A, B)을 상호간 대응시켜, 제 1, 2소재(10, 20)를 접합시키는 단계(S400): 상기 S300까지의 단계를 통해 가공된 제 1, 2소재(10, 20)를 접합시키는 단계로써, 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 제 2소재(20)의 제 2접합면(B)을 맞대어 두 소재(이종소재)를 접합하는 것이다.
이때 접합방법으로는 확산접합(Diffuser Bonding), 브레이징(Brazing)이 사용될 수 있되, 본 발명에서는 일실시예로 확산접합이 사용되었으며, 이와같은 S400단계에서 제 1, 2소재(10, 20)의 접합이후에는 접합면의 검사가 이루어져야 함은 당연할 것이다.
5. 상기 제 2소재(20)의 타면에 제 3접합면(C)을 가공하는 단계(S500): S300단계에 제 2소재(20)는 제 1소재(10)와 접합을 위해 일면에 제 2접합면(B)이 가공되었는데, S500단계에서는 제 1소재(10)가 접합되어 있는 이러한 제 2소재(20)의 타면에 후술될 제 3소재(30)를 접합하기 위한 제 3접합면(C)을 가공하는 단계이다.
이때 가공되는 제 2소재(20)의 제 3접합면(C) 가공형상은 제 2소재(20) 자체에 필요한 강도 및 두께를 사전설정된 정도까지 확보한 상태에서, 제 2소재(20)의 일면측 접합(1차 접합)시 가공한 면의 Offset 형상으로 제 3접합면(C)을 가공하는 것이다.
6. 상기 제 3소재(30)의 일면에 제 3접합면(C)과 대응되는 형상의 제 4접합면(D)을 가공하는 단계(S600): 제 3소재(30)의 일면을 가공하는 단계로써, 전술된 S500단계에서 가공된 제 2소재(20) 타면의 제 3접합면(C)과 대응되는 형상으로, 제 3소재(30)의 일면에 제 4접합면(D)이 가공되는 것이다.
더불어, 이러한 제 3소재(30)의 제 4접합면(D) 가공시에는, 냉각수 수로 및 히터 매립부(별도의 관이 설치된느 것으로서, 급속가열시에는 히터부로 사용되고, 급속냉각시에는 냉각수 수로로 사용되는 것이다.)가 동시 가공되어, 히터부(관)가 매립될 수 있도록 한다.
7. 상기 제 3, 4접합면(C, D)을 상호간 대응시켜, 제 2, 3소재(20, 30)를 접합시키는 단계(S700): 전술된 제 500단계의 제 2소재(20)의 제 3접합면(C)과 S600단계의 제 4접합면(D)을 맞대어 접합가공을 진행하는 것이다.
이로써, 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)의 상호간 접합으로 코어(100)가 제작이 되는 것이며, 전술된 S600단계에서처럼 이러한 코어(100)를 가열하기 위한 히터부를 매립 후 접합을 진행해야 함은 당연하다.
물론, 이러한 S700단계에서의 접합단계 또한, S400단계시의 제 1, 2소재(10, 20) 접합때와 마찬가지로, 접합방법으로는 확산접합(Diffuser Bonding), 브레이징(Brazing)이 사용될 수 있되, 본 발명에서는 일실시예로 확산접합이 사용되었으며, 이와같은 S700단계에서 제 2, 3소재(20, 30) 접합이후에도 접합면의 검사가 이루어져야 함은 당연할 것이다.
8. 상기 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 이루어진 코어(100)를 2차에 걸쳐 가공하여 제작완료하는 단계(S800): 전술된 바와 같이 S700단계의 공정을 통해 이루어진 코어(100)를 가공하는 단계이다.
이러한 S800단계는 상기 제 3소재(30)의 타면인 코어(100)의 뒷면을 가공(가공범위: 코어(100) 뒷면, 선가공, Wire가공, Tap가공)하는 단계(S810)와, 상기 제 1소재(10)의 타면인 코어(100)의 상면(코어(100)의 전면부)에, 사전설정된 제품형상에 맞는 성형부(E)를 가공하는 단계(S820)와, 상기 코어(100)의 제작이 완료되는 단계(S830)로 이루어진다.
9. 상기 코어(100)의 외주연에는 세라믹 소재를 이용한 단열판(60)이 설치되어, 코어(100)의 열손실 및 외부의 열전달을 차단할 수 있도록 하는 단계(S900): S800단계까지 거친 코어(100)의 외곽에 단열판(60)(Insulator Plate)을 조립하여, 코어(100)의 열손실 및 외부의 열전달을 차단하기 위한 것으로, 사용자의 실시예에 따라 다양한 단열판(60)이 사용될 수 있지만, 본 발명에서는 압축강도가 높고 열 전달효율이 낮은 세라믹(Ceramic)소재가 사용된다.
더불어, 상기의 S100 ~ S900단계의 순서에 의해 완성 조립된 코어 이외 나머지 부품류 및 플레이트(Plate)의 구조 및 가공법은 일반적이며 통상적인 금형제작법과 동일하다.
또한, 본 발명에서는 도 1에서 상, 하부 코어(200, 300) 중, 금형의 절반만을 제작한 것으로, 상기와 같은 S100 ~ S900단계의 순서를 통해, 상호간 대응되는 2개의 금형을 조합해 하부코어(300)를 완성하고, 또 다른 금형 2개를 조합해 상부코어(200)를 완성한 다음, 이러한 상, 하부코어(200, 300) 사이 통로(Runner)에서 제품(P, Product)이 제작되어질 수 있도록 하는 것임은 당연하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 제 1소재 20: 제 2소재
30: 제 3소재 40: 냉각수 수로 및 히터 매립부
50: 히터부 60: 단열판
100: 코어 200: 상부코어
300: 하부코어
A: 제 1접합면 B: 제 2접합면
C: 제 3접합면 D: 제 4접합면
E: 성형부 P: 제품

Claims (5)

  1. 사전설정된 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 각각 이루어진, 3종의 이종소재를 준비하는 단계(S100);
    상기 제 1소재(10)의 일면에 제 1접합면(A)을 가공하는 단계(S200);
    상기 제 2소재(20)의 일면에 제 1소재(10)의 제 1접합면(A)과 대응되는 형상으로 제 2접합면(B)을 가공하는 단계(S300);
    상기 제 1, 2접합면(A, B)을 상호간 대응시켜, 제 1, 2소재(10, 20)를 접합시키는 단계(S400);
    상기 제 2소재(20)의 타면에 제 3접합면(C)을 가공하는 단계(S500);
    상기 제 3소재(30)의 일면에 제 3접합면(C)과 대응되는 형상의 제 4접합면(D)을 가공하는 단계(S600);
    상기 제 3, 4접합면(C, D)을 상호간 대응시켜, 제 2, 3소재(20, 30)를 접합시키는 단계(S700);
    상기 제 1, 2, 3소재(10, 20, 30)로 이루어진 코어(100) 일면에 성형부(E)를 가공하여 제작완료하는 단계(S800);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 S600단계에서는
    상기 제 4접합면(D) 가공시, 냉각수 수로 및 히터 매립부가 동시 가공되어, 히터부가 매립될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 S800단계는
    상기 제 3소재(30)의 타면인 코어(100)의 뒷면을 가공하는 단계(S810);
    상기 제 1소재(10)의 타면인 코어(100)의 상면에, 사전설정된 제품형상에 맞는 성형부(E)를 가공하는 단계(S820);
    상기 코어(100)의 제작이 완료되는 단계(S830);
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 S800단계 이후에는
    상기 코어(100)의 외주연에는 세라믹 소재를 이용한 단열판(60)이 설치되어, 코어(100)의 열손실 및 외부의 열전달을 차단할 수 있도록 하는 단계(S900);
    가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1소재(10)는 성형부(E)를 가공하기 위한 금형용 강재가 사용되고,
    상기 제 2소재(20)는 열전도율이 높고 축열량이 높은 합금소재가 사용되며,
    상기 제 3소재(30)는 제 1소재(10)보다 상대적으로 저렴한 기계구조용 강재가 사용되는 것을 특징으로 하는 급속가열 및 급속냉각 코어 제작방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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