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KR102448898B1 - 예비적 직물 성형품을 고화 및 오버몰딩 하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

예비적 직물 성형품을 고화 및 오버몰딩 하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR102448898B1
KR102448898B1 KR1020197013784A KR20197013784A KR102448898B1 KR 102448898 B1 KR102448898 B1 KR 102448898B1 KR 1020197013784 A KR1020197013784 A KR 1020197013784A KR 20197013784 A KR20197013784 A KR 20197013784A KR 102448898 B1 KR102448898 B1 KR 102448898B1
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록툴
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Abstract

본 발명은 복합 부품(450)을 열성형하고 상기 복합 부품(450)의 일면의 형상을 사출 오버몰딩하기 위한 장치에 관한 것으로서, 한 쌍의 성형 다이(411, 412) 및 이들 사이에 폐쇄된 공동을 형성하는 펀치(120)를 포함하는 주형으로서, 상기 성형 다이는 이송 장치(100) 상에 장착되고,
a. 성형 다이에 블랭크를 싣고/내리기 위한 하역 스테이션;
b. 주형을 닫고 펀치와 성형 다이 사이에 사출하는 주형 폐쇄 및 사출 스테이션;
성형 다이는 성형 표면을 가열하기 위한 인덕터의 네트워크와 유체의 순환에 의해 상기 성형 표면을 냉각하기 위한 냉각 네트워크를 포함하며, 상기 하역 스테이션은 상기 성형 다이의 성형 표면에 마주하는 방사 소자를 배치하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

예비적 직물 성형품을 고화 및 오버몰딩 하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 예비적 직물 성형품을 고화(consolidating)하고, 고화된 부품에 오버몰딩(overmoulding)을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 쉘(shell)의 전체 형상에서 장섬유 또는 연속섬유로 강화된 복합재료로 만들어진 부품의 제조에 적합하며, 상기 부품은 리브, 그루브, 고정 웰, 위치설정 또는 조립요소를 포함하는 오버몰딩된 기술 면(technical face)을 포함하며 상기 목록은 제한적이거나 철저하지 않다.
이러한 부품은 예를 들어 텔레비전 스크린과 같은 전자장비의 한 부분을 위한 커버로 대표되지만, 본 발명은 자동차, 항공 분야 또는 수하물 분야와 같은 다른 분야에도 동일하게 적용 가능하다. 장섬유 또는 연속섬유 예비적 직물 성형품의 사용은 단섬유로 강화된 사출 폴리머를 사용하는 종래기술의 해결법과 비교하여 부품의 중량을 감소시킴과 동시에 기계적 강도를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
이를 위해, 종래기술에 따르면, 층상 연속섬유 열가소성 복합재료로 구성된 예비 고화된 블랭크(blank)는 그것을 구성하는 플라이(plies)의 층간 미끄러짐을 허용하기에 충분한 높은 온도로 예열된다. 상기 블랭크는 성형 다이(shaping die) 상에 놓여지고, 주형(mould)이 닫힐 때 이 다이의 형상으로 열성형된다. 상기 성형된 블랭크의 재고화 후 또는 이와 동시에 기술 면이 이 동일한 주형에서 사출 오버몰딩된 다음, 냉각 후 부품이 탈형된다.
이러한 제조 사이클은 블랭크와 주형 둘 다에서 몇 번의 가열 및 냉각 사이클로 이어진다. 따라서 열성형을 수행하기 위해, 블랭크는 폴리머 매트릭스의 융점에 가깝거나 그보다 더 높은 온도로 상승되어, 그것을 구성하는 플라이의 층간 미끄러짐을 허용하는 반면, 성형 다이 및 주형은 일반적으로 상기 폴리머 매트릭스의 고화 온도 또는 유리 전이 온도에 가깝거나 그보다 약간 높은 온도로 예열 된다. 성형된 블랭크의 고화 및 이후의 사출은 상기 블랭크의 고화에 적합한 온도이지만 사출 및 주형의 세부 전체를 충진하기에 충분히 높은 온도로 주형을 냉각해야 하며, 그 다음 주형이 개방되기 전에 부품은 탈형에 적합한 온도로 냉각될 필요가 있다. 그런 다음 사이클을 반복하기 위해 상기 주형을 재가열해야 한다. 가열-냉각 사이클의 지속 시간은 부품을 생산하는데 걸리는 시간을 정의한다. 예를 들어, 주형을 통과하는 유체의 순환 또는 전기 저항을 통해 주형의 간접 가열에 의해 구현되는 경우, 이들은 본 발명에 따른 부품에 대해 요구되는 생산 속도와 비교하여 오래 걸린다. 종래 기술에 따르면, 블랭크의 가열은 적외선으로 방사하는 방사 패널을 이용하여 주형 외부에서 수행되며, 상기 블랭크는 일단 비고화되고 열성형될 준비가 되면 응집력을 잃고 다루기 어려워진다.
특히 유럽특허 제1894442호에 기술된 유도 가열 기술은 열성형 또는 사출용 주형을 빠르게 가열 및 냉각되도록 하며, 실제로 가열된 주형의 체적을 제한함으로써, 주형의 성형 표면(moulding surfaces) 상의 온도 및 이 온도의 균일성 모두를 미세하게 제어하는 것을 가능하게 한다. 이 기술적 해결법은 주형, 특히 사출 또는 열성형 주형의 온도를 제어할 수 있지만 블랭크를 예열할 수는 없다.
유럽특허 제2861399호는 상기 성형 표면에 대향 배치된 고온으로 상승시킨 방사 소자를 사용하여 주형의 표면을 가열하기 위한 또 다른 기술적 해결법을 설명한다. 이 기술적 해결법 자체로는 방사 소자가 표면에서 멀어지고 주형이 닫히면 성형 공동(moulding cavity)의 온도를 제어할 수 없다.
본 발명은 오버몰딩을 포함하는 열성형된 복합 부품을 높은 생산 속도로 제조하기 위해 종래 기술의 단점을 극복하고자 하며, 이를 위해 복합 부품을 열성형하고 상기 복합 부품의 일면의 형상을 사출 오버몰딩하기 위한 장치에 관한 것이다.
한 쌍의 성형 다이 및 이들 사이에 폐쇄된 공동(cavity)을 형성하는 펀치를 포함하는 주형으로서, 상기 성형 다이는 이송 장치 상에 장착되고,
a. 성형 다이에 블랭크를 싣고/내리기 위한 하역(loading/unloading) 스테이션;
b. 주형을 닫고 펀치와 성형 다이 사이에 사출하는 주형 폐쇄 및 사출 스테이션;
성형 다이는 성형 표면을 가열하기 위한 인덕터의 네트워크와 유체의 순환에 의해 상기 성형 표면을 냉각하기 위한 냉각 네트워크를 포함하며, 상기 하역 스테이션은 상기 성형 다이의 성형 표면에 마주하는 방사 소자를 배치하기 위한 장치를 포함한다.
따라서, 상기 장치는 사출을 수행하기 위해 주형이 닫히기 전에 블랭크가 성형 다이 상에서 직접 예열되도록 한다. 블랭크는 성형 다이에 놓이게 되면 예열되기 때문에, 특히 로봇에 의해 적재되는 동안 취급하기 쉽다.
본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 실현 가능한 임의의 조합으로 고려되어야 하는, 이하에 개시된 실시예 및 대체 형태에 따라 유리하게 구현된다.
바람직하게는, 상기 방사 소자는 유도 가열 스크린이다. 따라서, 상기 스크린, 예를 들어 흑연 스크린은 고온으로 빠르게 상승하여 블랭크 및 성형 다이를 신속하게 가열할 수 있다.
바람직하게는, 상기 성형 다이의 인덕터 네트워크와 상기 방사 소자의 가열을 수행하는 네트워크에 동일한 단일 발생기에 의해 고주파 전류가 공급되고, 그로 인해 설치 전력 및 설치 비용이 절감된다.
하나의 특정 실시예에 따르면, 상기 장치는 단일 고주파 발생기를 사용하여 상기 성형 다이의 인덕터 네트워크와 방사 소자의 가열을 수행하는 네트워크에 교대로 전력을 공급하는 스위치를 포함한다. 상기 스위치는 단일 발생기에 의해 고주파 전류가 공급되는 상기 이송 장치의 스테이션을 쉽고 자동으로 변경할 수 있다.
특히 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명을 형성하는 장치는 각각 펀치와 쌍을 이루는 2개의 성형 다이를 포함하고, 각각은 성형 표면을 가열 및 냉각하기 위한 인덕터 네트워크 및 냉각회로를 포함하며, 이들 다이는 하나가 사출 스테이션에 있을 때 다른 하나는 하역 스테이션에 있는 방식으로 이송 장치 상에 장착된다.
바람직하게는, 상기 방사 소자를 가열하는 유도 가열 회로 또는 상기 성형 다이의 인덕터 네트워크를 포함하는 회로는 축전기 유닛(capacitors unit) 또는 평활 코일(smoothing coil)을 포함한다. 이러한 수단은 설사 이들 회로가 다른 전기적 특성을 갖더라도 어떤 회로에 전원이 공급되든 각 회로의 임피던스 정합과 고주파 발생기의 시동 및 최적의 작동을 보장할 수 있다.
본 발명은 또한, 오버몰딩을 포함하는 성형된 복합 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 장치를 구현하며, 다음과 같이 구성된 단계를 포함한다:
ⅰ. 상기 하역 스테이션에서 상기 성형 다이 중 하나 상에 복합 블랭크(composite blank)를 배치하는 단계;
ⅱ. 상기 블랭크의 열성형에 적합한 온도 T1까지 상기 다이 및 이와 접촉하는 블랭크를 예열하는 단계;
ⅲ. 상기 다이를 상기 열성형 및 사출 스테이션으로 이송하는 단계;
ⅳ. 상기 블랭크의 열성형을 수행하도록 상기 온도 T1을 유지하면서 상기 다이 상에 상기 주형을 닫는 단계;
ⅴ. 상기 블랭크의 고화 및 사출에 적합한 온도 T2로 상기 다이를 냉각하는 단계;
ⅵ. 오버몰딩된 부품을 사출하는 단계;
ⅶ. 성형 공동을 탈형 온도까지 냉각하는 단계;
ⅷ. 상기 주형을 개방하는 단계;
ⅸ. 상기 다이를 상기 하역 스테이션으로 이송하는 단계;
ⅹ. 부품을 탈형하고 단계 ⅰ)부터 반복하되, 상기 단계 ⅰ) 및 ⅹ)는 상기 단계 ⅳ) 내지 ⅵ)가 제2 다이 상에서 수행되는 것과 동시에 제1 다이 상에서 수행되고, 상기 단계 ⅱ)는 상기 단계 ⅶ) 및 ⅷ)가 제2 다이 상에서 수행되는 것과 동시에 제1 다이에서 수행된다.
따라서 작업이 병렬로 수행되고 생산 속도가 증가한다. 상기 다이 중 하나가 하역 스테이션에 도착하면 냉각 상태라고 하며, 즉 그 온도는 최대 탈형 온도이다. 그러면 수동 조작이든 로봇 중개를 이용한 것이든 블랭크 그 자체를 주위 온도에 가까운 온도에서 조작하고 그것을 상기 다이 상에 배치하는 것이 용이해진다.
바람직하게는, 단계 ⅱ)는 방사 소자에 의해 상기 블랭크 및 상기 성형 다이를 가열하는 것을 포함한다.
스위치를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 구현하는 일 실시예에 따르면, 상기 스위치는 단계 ⅱ) 동안 상기 방사 소자의 가열 수단 및 단계 ⅳ) 내지 ⅵ) 동안 상기 제2 성형 다이의 인덕터 네트워크를 향해 고주파 전류의 공급을 지시한다.
삭제
본 발명은 도 1 내지 도 5를 참조하여 어떠한 방식으로도 제한되지 않는 바람직한 실시예에 따라 이하에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 요지를 형성하는 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 커버가 없는 스위치의 일 실시예의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 요지를 형성하는 장치의 사출 스테이션에서 고주파 발생기로 성형 다이의 인덕터 네트워크의 전기적 연결을 위한 커버가 없는 제어 연결부(controlled connection)의 일 실시예를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 2개의 성형 다이를 포함하는 본 발명의 요지를 형성하는 장치의 일 실시예를 도시한 단면 개략도이다.
도 5는 본 발명의 요지를 형성하는 방법의 일 실시예에 따른 본 발명의 요지를 형성하는 장치의 전형적인 일 실시예의 타이밍도이다.
삭제
도 1에서, 단 하나의 성형 다이를 포함하는 실시예에서 본 발명의 요지를 형성하는 장치의 일 실시예에 따르면, 상기 장치는 적어도 1/4 회전(90°)에 걸쳐 회전하는 회전 원형 이송 장치(100)를 포함한다. 다이(110)는 상기 이송 장치(100) 상에 장착되고, 이 도면에서 상기 다이와 쌍을 이루고 작동 실린더(121)에 의해 수직 이동이 발생하는 펀치(120)를 대면하는 사출 스테이션에 위치한다. 상기 펀치(120)의 수직 이동은 펀치(120)와 다이(110)에 의해 형성된 주형의 폐쇄 및 개방을 가능하게 하며, 그 성형 표면은 주형이 폐쇄될 때 부품이 포함된 폐쇄된 공동을 획정한다. 원형 이송 테이블이 1/4 회전될 때, 상기 다이(110)는 방사 스크린과 이 방사 스크린의 가열을 허용하는 수단을 포함하는 예열 장치(130) 아래의 하역 스테이션에 위치된다. 비제한적인 예로서, 방사 스크린은 흑연 패널로 구성된다. 상기 장치는 전력선(150)에 의해 고주파 전류 발생기(190)에 연결된다. 예로서, 상기 발생기는 의도된 용도에 따라 약 10∼수백 kW의 전력에 대해 10kHz∼200kHz의 주파수로 전류를 발생시킨다. 스위치(160)는 성형 다이(110)가 사출 스테이션에 있을 때 성형 다이(110)에 또는 하역 스테이션에 있을 때 예열 장치(130)에 상기 단일 발생기(190)가 고주파 전류를 공급하는데 사용될 수 있게 한다. 이 실시예에 따르면, 상기 사출 스테이션은 상기 다이의 인덕터 네트워크에 전기적으로 전력을 공급하기 위해 상기 성형 다이(110)와 관련된 수단과 협력하는 제어 연결부(170)를 더 포함한다.
도 2에서, 일 실시예에 따르면, 스위치(160)는 한쪽이 고주파 발생기에 연결되고 다른 한쪽이 2개의 도체 유닛, 예를 들면 구리로 만들어진 슬라이더(260)에 연결된 고주파 전류 입력부(150)를 포함한다. 이 실시예에 따르면, 슬라이더(260)는 두 쌍의 수신 접점(261, 263) 사이에서 스테핑 전기 모터(265)에 의해 제어되는 병진 운동으로 이동할 수 있고, 상기 쌍 중 하나(263)는 방사 패널 유도 가열 회로에 연결되고 다른 하나(261)는 성형 다이의 인덕터 네트워크를 포함하는 유도 회로에 연결된다. 상기 수신 접점(261, 263)은 각각, 예를 들면 구리로 만들어진 2개의 도체 유닛으로 구성된다. 전자 제어 박스(290)는 스테핑 모터(265)를 제어하여 방사 패널과 성형 다이의 인덕터 네트워크 사이의 고주파 공급을 전환한다. 방사 패널 및 성형 다이의 각각의 유도 전기 회로는, 필요하다면, 문헌 EP 2742773 / US-2014-0183718에 기술된 바와 같이, 축전기 유닛 및 평활 코일(모두 도시되지 않음)을 포함하여, 유도 회로의 하나 또는 다른 회로에 전원을 공급할 때 고주파 발생기가 시동되고 최적으로 동작할 수 있게 한다.
도 3에서, 일 실시예에 따르면, 제어 연결부는 이송 장치의 사출 스테이션에 대해 고정되는 고정부(371) 및 성형 다이에 연결된 연결부(372)를 포함한다. 고정부(371)는 성형 다이에 연결된 연결부(372) 상의 한 쌍의 수형 접점(312)과 연결될 수 있는 외부 표면에서 절연된 한 쌍의 암형 접점(311)을 포함한다. 이 실시예에 따르면, 상기 암형 접점(311)을 이동시킴으로써 연결이 이루어지며, 이러한 이동은 복동식 공압 작동 실린더(375)에 의해 달성된다. 압축공기 순환수단(320)은 접점(311)의 냉각을 가능하게 한다.
도 4에서, 일 실시예에 따르면, 본 발명의 요지를 형성하는 장치는 이송 테이블(100) 상에 배치된 2개의 성형 다이(411, 412)를 포함한다. 상기 이송 테이블(100)은 90° 또는 180°의 일부 회전을 수행함으로써 제1 다이(411) 및 제2 다이(412)를 하역 스테이션과 사출 스테이션 사이에서 교대로 이동시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 본 발명의 요지를 형성하는 장치는 스윙 사이클에 따라 이들 2개의 부품에 대해 수행되는 작업을 병렬로 수행함으로써 2개의 부품의 생산을 가능하게 한다. 각각의 성형 다이(411, 412)는 유체의 순환을 위한 냉각 덕트(414)와 상기 다이에 형성된 공동 내에서 연장되는 인덕터(413)의 네트워크를 포함한다. 성형 다이의 실시예 및 그 대체 형태는 특히 유럽특허 제1894442호에 기술되어 있다. 사출 스테이션에 위치된 펀치(120)는 성형 다이 중 하나와 접촉할 때 폐쇄된 공동을 형성하고, 이 폐쇄된 공동은 다이의 성형 표면과 펀치의 성형 표면 사이에 구성된다. 펀치의 성형 표면은 오버몰딩에 의해 제조된 부품 상에 생성된 모양(reliefs)에 대응하는 형상(422)을 포함한다. 이를 위해, 상기 펀치는 펀치의 성형 표면과 성형 다이의 성형 표면 사이에 포함된 폐쇄된 공동 내로 플라스틱을 주입하는 수단(421)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 펀치는 또한 유체의 순환을 위한 냉각 덕트(423)를 포함한다. 하역 스테이션은 방사 소자 가열장치(130)를 포함한다. 이 가열 장치는 예를 들어, 턴(432) 내부에 배치된 흑연 패널(431)을 포함하며, 이 턴은 스위치(160)를 통해 고주파 발생기(190)에 연결된다. 상기 턴(432)에 고주파 전류가 인가되면, 흑연 패널(431)은 유도에 의해 가열되고 고온, 예를 들어 1000℃로 빠르게 상승된다. 흑연의 높은 방사율 계수는 흑연을 가열하는데 사용되는 에너지의 상당 부분이 방사에 의해 전달될 수 있음을 의미한다. 유도 가열은 방사 패널의 신속한 가열을 가능하게 하여, 상기 패널을 고온에서 일정하게 유지할 필요성을 피하고, 따라서 산화에 의한 열화를 제한한다. 방사 소자 가열장치(130)에 의해 생성된 열방사(435)는 부품을 제조하는데 사용되는 층상 복합 블랭크(450)가 하역 스테이션의 다이(412) 상의 정위치에 있는 동안 그 열성형에 적합한 온도 T1까지 상승되는 것을 가능하게 하나, 상기 다이(412)의 성형 표면이 그 위에 블랭크의 배치 전 또는 배치 중에 예열되는 것도 가능하게 한다. 상기 블랭크(450)는 변형 실시예에 따라 작업자 또는 로봇에 의해 다이(412) 상에 차갑게 놓여진다.
예시적인 실시예에 따르면, 블랭크는 완전히 고화되거나 부분적으로 고화된 열가소성 매트릭스 내의 섬유 플라이의 층(stratification)이며, 이 경우 열성형 작업은 스탬핑에 대응하거나, 또는 블랭크는 비고화된 플라이의 층으로 형성된다. 그리고, 이 경우 열성형 작업은 형상의 고화에 가까워 열가소성 폴리머로 사전 함침된(pre-impregnated) 플라이는 비록 층이 고화되지 않아도 비교적 단단하다.
블랭크의 열성형에 적합한 가열 온도 T1은 블랭크를 형성하는 복합재의 다이를 포함하는 폴리머의 연화를 관찰하기에 충분히 높은 온도이며, 강화재의 성질에 따라 섬유 플라이의 층간 미끄러짐을 허용하기에 충분한 온도이다. 블랭크 및 다이를 형성하는 폴리머의 성질에 따라 이 온도는 유리 전이 온도와 폴리머의 용융 온도 사이에 있다. 온도는 특히 블랭크의 성질에 따른 테스트에 의해 결정된다.
바람직하게는, 다이의 성형 표면은 코팅, 예를 들어 흑색 크롬 도금 또는 탄화규소(SiC) 기반의 도금을 포함하여, 적외선 방사의 흡수 및 방사에 의한 가열의 개선을 가능하게 한다. 고온계(미도시)는 블랭크 또는 다이의 성형 표면의 온도를 이들이 방사에 의해 가열되는 동안 측정하는 것을 가능하게 한다. 변형예에 따르면 다이의 표면은 블랭크를 증착하기 전에 방사 패널(431)에 의해 적절한 온도까지 예열된다. 스위치(160)는 고주파 발생기(190)에 의해 생성된 전원 전류가 제어 연결부(170)를 통해 사출 스테이션에 위치된 성형 다이(411)의 인덕터(413)의 네트워크로 유도되는 것을 가능하게 한다.
도 5에서, 본 발명을 요지를 형성하는 방법의 예시적인 일 실시예에 따르면, 일부 제조 단계(510-512)는 하역 스테이션에서 수행되고, 다른 제조 단계(520-524)는 열성형/사출 스테이션에서 수행된다. 따라서, 생산 속도를 높이기 위해 단계가 병렬로 수행된다. 하역 스테이션에서 시작하여, 탈형 단계(510)에서 이전에 열성형되고 오버몰딩된 부품이 성형 다이로부터 제거되고 다이가 세척된다. 적재 단계(511) 동안 복합 블랭크가 다이 상에 배치된다. 예열 단계(512) 동안 블랭크 및 성형 다이는 방사에 의해 열성형 온도까지 상승된다. 이 단계(512) 동안 방사 수단 가열 장치에 고주파 전류가 공급된다. 이송 테이블의 회전(513)을 통해, 예열된 다이와 블랭크는 열성형 및 사출 스테이션으로 운반된다. 동시에, 다른 다이에서 열성형 및 오버몰딩된 부품은 하역 스테이션으로 운반된다. 주형 폐쇄 단계(520) 동안 블랭크는 열성형된다. 성형 다이의 인덕터의 네트워크는 이송 단계의 끝에서 고주파 발생기에 연결된다. 온도 유지 단계(521) 동안, 상기 다이는 이와 같이 형성된 블랭크의 플라이의 균일한 함침(impregnation)을 보장하기 위해 적어도 열성형 온도와 동일한 온도로 유지된다. 이 단계는 층의 플라이 사이의 계면을 통한 폴리머의 분자 사슬의 발달에서 연장되는 층의 후속 고화와, 의도된 적용과 함께 허용 가능한 수준으로 다공성의 감소를 목적으로 한다.
이 온도 유지 단계 동안 방사 수단은 더 이상 발생기에 의해 전력을 공급받지 않는다. 냉각 단계(522) 동안, 열성형된 블랭크는 그 폴리머 매트릭스의 유리 전이 온도보다 낮지만 오버몰딩을 허용하기에 충분히 높은 온도로 냉각된다. 사출 단계(523) 동안 오버몰딩이 수행된다. 이 단계 동안, 성형 다이의 인덕터의 네트워크는 더 이상 전력이 공급되지 않으며, 이는 방사 가열 수단에 전력이 공급되도록 한다. 냉각 단계(524) 동안, 성형 다이와 펀치로 형성된 주형은 유체의 순환에 의해 냉각되고, 이어서 이송 테이블이 추가적인 회전(513)을 수행하기 전에 주형이 개방되어, 성형 다이 상의 완성된 부품을 하역 스테이션으로 운반한다. 따라서, 단 하나의 고주파 발생기만이 사용되더라도 제조 작업은 두 부품 모두에서 병렬로 수행된다.
다이 및 방사 수단 모두에 유도 가열을 사용함으로써, 탈형 온도와 열성형 온도 사이의 넓은 온도 범위에 걸쳐 신속한 가열/냉각 사이클이 가능하게 되고, 2개의 이송 스테이션에서 지체없이 이들 스테이션에서 수행되는 작업에 적합한 온도에서 공구, 블랭크 및 부품을 갖는 것이 가능해진다.
본 발명의 장치 및 방법은 섬유의 성질, 복합 다이의 성질 및 오버몰딩을 위해 주입된 폴리머의 성질과 관련하여 매우 다양한 열가소성 조성물에 적합하다. 블랭크의 예열, 온도 유지, 사출 및 탈형을 위한 온도는 사용되는 재료에 따라 기존 데이터 또는 테스트를 이용하여 결정된다. 다양한 단계 동안 이러한 온도에 도달하고, 대응하는 수단의 구성, 특히 다이 내의 인덕터 수, 설치된 유도 전력 및 냉각 덕트 내의 유체 유량은 예를 들면 가열 및 냉각 사이클의 디지털 시뮬레이션에 의해 얻어진다.
상기 설명 및 실시예는 본 발명이 의도한 목적을 달성하며, 즉 2개의 열성형 및 오버몰딩된 부품의 제조 작업을 병렬로 수행하여 생산 속도를 거의 두 배로 하며, 이와 동시에 하나의 단일 고주파 전류 발생기를 사용하여 설치 전력을 제한한다.

Claims (9)

  1. 열가소성 매트릭스 내의 섬유 플라이(plies)의 층(stratification)을 포함하는 복합 부품을 열성형하고, 폴리머의 사출에 의해 상기 복합 부품의 일면의 형상을 오버몰딩(overmoulding)하기 위한 장치로서,
    주형은 한 쌍의 성형 다이(110, 411, 412)와 펀치(120)로 구성되고,
    상기 주형이 폐쇄될 때, 상기 성형 다이의 성형 표면과 상기 펀치의 성형 표면 사이에 상기 복합 부품을 포함하는 폐쇄된 공동을 형성하며,
    상기 펀치의 상기 성형 표면은 상기 오버몰딩된 부품 상에 생성된 모양에 대응하는 형상(422)을 포함하며,
    상기 성형 다이는 이송 장치(100) 상에 장착되고,
    상기 성형 다이(110, 411, 412)에 열가소성 매트릭스 내의 섬유 플라이의 층을 포함하는 블랭크(blank)(450)를 싣고/내리기 위한 하역(loading/unloading) 스테이션;
    상기 성형 다이를 향하여 상기 펀치(120)를 이동시키는 작동 실린더(121)를 포함하고, 상기 펀치(120)의 이동은 상기 펀치(120)와 상기 성형 다이(110)에 의해 형성된 상기 주형의 폐쇄 및 개방을 허용하며, 상기 복합 부품을 포함하는 폐쇄된 공동을 획정하는 성형 표면을 포함하여, 상기 주형을 폐쇄하고 상기 펀치(120)와 상기 성형 다이(110, 411, 412) 사이에 상기 폴리머를 사출하기 위한 사출 스테이션; 및
    고주파 발생기(190)를 포함하며;
    상기 성형 다이는 상기 성형 표면을 가열하기 위한 인덕터(413)의 네트워크와 유체의 순환에 의해 상기 성형 표면을 냉각하기 위한 냉각 네트워크(414)를 포함하고,
    상기 하역 스테이션은 상기 성형 다이의 상기 성형 표면에 마주하는 방사 패널(431)을 배치하기 위한 장치를 포함하며,
    상기 성형 다이의 상기 인덕터(413)의 네트워크와 상기 방사 패널(431)의 가열을 수행하는 인덕터(432)의 네트워크는 하나의 동일한 상기 고주파 발생기(190)에 의해 고주파 전류가 공급되고,
    단일 상기 고주파 발생기(190)에 의해 상기 성형 다이의 상기 인덕터(413)의 네트워크와 상기 방사 패널(431)의 가열을 수행하는 상기 인덕터(432)의 네트워크에 교대로 전력을 공급하는 스위치(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품 열성형 장치.
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  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방사 패널(431)을 가열하는 유도 가열 회로 또는 상기 성형 다이의 상기 인덕터(413)의 네트워크를 포함하는 회로는 축전기 유닛 또는 평활 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 부품 열성형 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각 펀치(120)와 쌍을 이루는 제1 및 제2 성형 다이(411, 412)를 포함하고, 상기 성형 다이 각각은 성형 표면을 가열 및 냉각하기 위한 인덕터(413)의 네트워크와 냉각 회로(414)를 포함하고, 상기 제1 성형 다이(411)가 사출 스테이션에 있을 때 상기 제2 성형 다이(412)가 하역 스테이션에 있도록 상기 제1 및 제2 성형 다이가 이송 장치(100) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 부품 열성형 장치.
  7. 제 6 항에 따른 장치를 구현하는 오버몰딩을 포함하는 성형된 복합 부품을 제조하는 방법으로서,
    ⅰ. 상기 하역 스테이션에서 차가운 상기 제1 성형 다이(411) 상에 열가소성 매트릭스 내의 섬유 플라이의 층을 포함하는 블랭크(450) 배치하는 단계(511);
    ⅱ. 상기 블랭크의 열성형에 적합한 온도 T1까지 상기 제1 성형 다이(411) 및 이와 접촉하는 블랭크(450)를 예열하는 단계(512);
    ⅲ. 상기 제1 성형 다이(411)를 상기 사출 스테이션으로 이송하는 단계(513);
    ⅳ. 상기 블랭크의 열성형을 수행하도록 상기 온도 T1을 유지하면서 상기 제1 성형 다이를 향하여 상기 펀치를 이동시켜 상기 주형을 폐쇄하는 단계(520);
    ⅴ. 상기 블랭크의 고화 및 사출에 적합한 온도 T2로 상기 제1 성형 다이를 냉각하는 단계(522);
    ⅵ. 상기 블랭크 상에 상기 펀치의 성형 표면의 형상에 대응하는 모양을 오버몰딩하기 위해 상기 펀치와 상기 제1 성형 다이의 성형 표면 사이에 형성된 성형 공동에 상기 폴리머를 사출하는 단계(523);
    ⅶ. 상기 펀치와 상기 제1 성형 다이의 성형 표면 사이에 형성된 상기 성형 공동을 탈형 온도까지 냉각하는 단계(524);
    ⅷ. 상기 제1 성형 다이로부터 상기 펀치를 이동시켜 상기 주형을 개방하는 단계;
    ⅸ. 상기 단계 ⅷ) 이후에 상기 제1 성형 다이를 상기 하역 스테이션으로 이송하는 단계(513); 및
    ⅹ. 상기 제1 성형 다이로부터 오버몰딩된 복합 부품을 탈형(510)하고, 단계 ⅰ) 부터 반복하는 단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 단계 ⅰ) 및 ⅹ)는 상기 단계 ⅳ) 내지 ⅵ)가 상기 제2 성형 다이 상에서 수행되는 것과 동시에 상기 제1 성형 다이 상에서 수행되고, 상기 단계 ⅱ)는 상기 단계 ⅶ) 및 ⅷ)가 상기 제2 성형 다이 상에서 수행되는 것과 동시에 상기 제1 성형 다이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 열성형 복합 부품 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단계 ⅱ)는 상기 방사 패널(431)에 의해 상기 블랭크 및 상기 제1 성형 다이를 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열성형 복합 부품 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 스위치(160)는 상기 단계 ⅱ) 동안 상기 방사 패널(431)의 가열 수단 및 상기 단계 ⅳ) 내지 ⅵ) 동안 상기 제2 성형 다이의 인덕터(413)의 네트워크를 향해 고주파 전류의 공급을 지시하는 것을 특징으로 하는 열성형 복합 부품 제조 방법.
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