[논문]다수 캐비티의 사출성형품에서 충전의 불균형과 성형품 치수 편차의 교찰

강민아; 류민영

다수 캐비티의 사출성형품에서 충전의 불균형과 성형품 치수 편차의 교찰
Investigation of the Filling Unbalance and Dimensional Variations in Multi-Cavity Injection Molded Parts 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.32 no.6, 2008년, pp.501 - 508

강민아 (서울산업대학교 대학원) , 류민영 (서울산업대학교 금형설계학과)

초록
AI-Helper

렌즈나 휴대폰 부품 같은 소형 플라스틱 부품들은 일반적으로 다수 캐비티 사출금형에서 성형된다. 이러한 다수 캐비티 금형에서의 사출성형은 캐비티간의 충전 불균형이 일어날 수 있다. 이러한 충전 불균형 현상은 제품의 치수 및 중량의 편차뿐 아니라 제품의 물리적 특성에도 영향을 미친다. 충전 불균형은 무엇보다도 기하학적으로 균형 잡히지 않은 delivery system의 설계에서 기인된다. 하지만 delivery system이 기하학적으로 균형 있게 설계가 되었다 하더라도 충전 불균형 현상은 여전히 발생된다. 이러한 현상은 런너 단면에서의 온도분포에 기인하며 사출성형 공정 중 사출속도에 크게 영향을 받는 것으로 본 연구에서 파악되었다. 즉 충전 불균형은 부적절한 사출 성형 공정에 의해 발생되며 성형 공정 조건 중 사출속도는 충전에 영향을 주는 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 재료와 사출 속도에 따른 충전 불균형 현상을 실험과 CAE을 통하여 관찰하였다. 사출속도 변화에 따른 충전 불균형 때문에 시편의 치수 및 무게가 불균일함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Small injection molded articles such as lens and mobile product parts are usually molded in multi-cavity mold. The problem occurring in multi-cavity molding is flow unbalance among the cavities. The flow unbalance affects the dimensions and physical properties of molded articles. First of all, the origin of flow unbalance is geometrical unbalance of the delivery system. However, even the geometry of the delivery system is well balanced, cavity unbalance occurs. This comes from the temperature distributions in the cross-section of runner. Temperature distribution depends upon injection speed because heat generation near runner wall is high at high injection speed. Among the operational conditions, injection speed is the most significant process variable affecting the filling unbalances in multi-cavity injection molding. In this study, experimental study of flow unbalance has been conducted for various injection speeds and materials. Also, the filling unbalances were compared with CAE results. The dimensions and weights of multi-cavity molded parts were examined. The results showed that the filling unbalances vary according to the injection speeds and resins. Subsequently, the unbalanced filling and pressure distribution in the multi-cavity affect the dimensions and physical states of molded parts.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 사출속도에 따른 충전이 제품의 변화와 중량에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다.
없는 실정이다. 본 연구에서는 점도 및 물성이 다른 두 가지 수지에 대하여 충전 불균형 현상을 관찰하였다. 그리고 성형조건이런너의 단면에서 온도분포에 어떻게 영향을 주는지 파악하였다.

가설 설정

(6) 캐비티 불균형 발생원인은 런너에서의 온도상승이 재료와 속도에 따라 다르기 때문이다. 이를 극복하기 위해서는 적절한 delivery system 설계가 이루어져야 하고 이에 따른 성형조건이 올바르게 설정되어야 한다.
at speed 150 mm/sec and (b) Zeonex at speed 250 mm/sec.

제안 방법

또한런너에서의 온도분포와 캐비티 불균형과의 관계도 파악하였다. CAE 해석을 수행하여 충전패턴을 예측하고 실험의 결과를 CAE 해석 결과와 비교 분석하였으며 충전 불균형에 의한 캐비티 별 제품의 치수 및 무게변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 점도 및 물성이 다른 두 가지 수지에 대하여 충전 불균형 현상을 관찰하였다. 그리고 성형조건이런너의 단면에서 온도분포에 어떻게 영향을 주는지 파악하였다. 또한런너에서의 온도분포와 캐비티 불균형과의 관계도 파악하였다.
다수 캐비티 사출성형에서 두 재료에 대한 다양한 사출속도에 따른 충전현상을 알이보기 위해 사출성형 실험과 성형해석을 수행하였다. 또한 사출속도에 따른 충전이 제품의 변화와 중량에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다.
그리고 성형조건이런너의 단면에서 온도분포에 어떻게 영향을 주는지 파악하였다. 또한런너에서의 온도분포와 캐비티 불균형과의 관계도 파악하였다. CAE 해석을 수행하여 충전패턴을 예측하고 실험의 결과를 CAE 해석 결과와 비교 분석하였으며 충전 불균형에 의한 캐비티 별 제품의 치수 및 무게변화를 관찰하였다.
활발히 진행되어 왔다. 런너의 기하학적인 형상에 따른 충전 불균형 현상의 연구 및 사출속도 수지온도 금형온도 등 성형조건과 재료에 따른 충전 불균형 현상이 연구되었고 컴퓨터 모사를 통하여 충전 불균형의 예측 및 런너에서 전단열의 형성 및 거동을 보여주었다. 충전 불균형 해결을 위해서 모든 캐비티의 압력이 균형을 이루도록 인위적으로 설계된 런너 시스템의 연구와9 Melt Rotate Technology를 적용한 금형에서 충전 불균형에 영향을 주는 변수와 이를 해결하기 위한 방법 및 런너 내 전단열에 의한 불균일한 흐름을 균일하게 하는 melt flipper가 연구되었다.
사출 성형 실험에서 최초 정상 사출 상태에 이르기까지 약 50 shot 이상을 수행하고 각 조건별 시편을 얻기 위해 약 7 shot, 수지온도 및 금형 온도 변화 시에는 약 30 shot 수행 후 5개의 시편을 얻어 측정하였다. 시편의 수축률과 무게는 평균값을 이용하여 분석히였다
사출속도가 각 캐비티의 충전에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 Table 1 에 나타난 성형조건으로 사출성형 실험을 수행하였다. 폴리카보네이트와 Zeonex는 각각 휴대폰 카메라 모듈의 하우징과 배럴 그리고 렌즈에 사용되는 수지로서, 재료의 금형온도는 실제 양산시 사용되는 온도를 적용하였다.
성형품 길이와 폭 치수를 측정하기 위한 장비로 LITZ사의 PMM866 3차원 측정기를 사용하였고 두께는 Mitutoyo사의 마이크로미터 (0~25 mm)를 사용하였다. 성형품의 무게는 한국 AND사의 GF-200 전자저울(0.001 g 정밀도)을 사용하여 측정하였다 제작된 금형 치수와 성형품의 치수를 고려한 수축률을 구하기 위하여 금형 치수도 측정하였다.
재료에 따른 충전현상 분석. 사출속도가 50 mm/sec로 같을 경우 두 재료의 충전현상은 다르게 나타났다 (Figum 5와 Figum 10).
사출속도에 따른 충전현상. 폴리카보네이트와 Zeonex 두 재료에 대하여 여러 사출속도에서 충전에 미치는 영향을 관찰하였다.
수행하였다. 폴리카보네이트와 Zeonex는 각각 휴대폰 카메라 모듈의 하우징과 배럴 그리고 렌즈에 사용되는 수지로서, 재료의 금형온도는 실제 양산시 사용되는 온도를 적용하였다. 렌즈 성형 시 잔류응력에 의한 복굴절을 줄이기 위해 금형의 온도는 Zeonex의 Ts 보다 높게 설정하였다.
캐비티에서 생성된 3차원 메쉬 형태를 보여주고 있다. 헥사 테트라, 프리즘의 복합메쉬 형태의 3차원 요소로 해석을 하였으며 해석 조건은 사출성형실험의 조건과 동일하게 적용하였다.

대상 데이터

2 mm, 길이는 30 mm이다. 각 캐비티에서 게이트의 크기는 폭 1.2, 두께 0.4 mm, 그리고 랜드 길이는 1.25 mm이다.
및 실험조건. 본 연구에 사용된 사출기는 Sumitomo사출기 (SE50D)이며 형체력은 50 ton, 최대사출압은 2760 kgecm², 최대사출속도는 500 mm/sec, 스크류 지름은 20 mm이다. 수지는 삼양사의 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC) 인 Trirex 3025 GRU30(유리섬유 30 wt% 함유, #=#과 Cyclo Olefin Polymer (COP) 인 Nippon Zeon사의 Zeonex E48R(7^=130 ℃ 을 사용하였다.
성형품의 측정위치는 게이트 근처의 두께와 폭 충전 말단의 두께와 폭, 그리고 길이이다. 성형품 길이와 폭 치수를 측정하기 위한 장비로 LITZ사의 PMM866 3차원 측정기를 사용하였고 두께는 Mitutoyo사의 마이크로미터 (0~25 mm)를 사용하였다. 성형품의 무게는 한국 AND사의 GF-200 전자저울(0.
본 연구에 사용된 사출기는 Sumitomo사출기 (SE50D)이며 형체력은 50 ton, 최대사출압은 2760 kgecm², 최대사출속도는 500 mm/sec, 스크류 지름은 20 mm이다. 수지는 삼양사의 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC) 인 Trirex 3025 GRU30(유리섬유 30 wt% 함유, #=#과 Cyclo Olefin Polymer (COP) 인 Nippon Zeon사의 Zeonex E48R(7^=130 ℃ 을 사용하였다. 각 수지의 건조 조건은 PC는 110 ℃에서 6시간 이상, Zeonex는 90 ℃ 에서 4시간 이상이다.

데이터처리

사출 성형 실험에서 최초 정상 사출 상태에 이르기까지 약 50 shot 이상을 수행하고 각 조건별 시편을 얻기 위해 약 7 shot, 수지온도 및 금형 온도 변화 시에는 약 30 shot 수행 후 5개의 시편을 얻어 측정하였다. 시편의 수축률과 무게는 평균값을 이용하여 분석히였다

이론/모형

해석. 각 캐비티에서의 충전현상을 모사하기 위해 Moldex3D 를 사용하였다. Moldex 3D는 사출성형 해석 전용 프로그램으로서 유한체적 법 (Finite Volume Method, FW) 을 적용하여 2차원 해석뿐 아니라 관성 및 비등온 유동과 같은 실제적인 3차원 해석을 지원한다 사출성형 과정에서 충전, 보압, 냉각 해석 및 사출성형 후 제품의 수축 및 휨 현상도 예측할 수 있으며 각 과정의 마지막에서의 재료의 유동, 온도 압려 전단응력 등을 예측한다.

성능/효과

(1) 폴리카보네이트경우 모든 사출속도에서 안쪽 캐비티가 먼저 채워지는 충전 현상을 보였으며 사출속도가 증가될수록 충전 불균형은 심해졌다.
(2) Zeonex의 경우 사출속도가 작은 경우는 바깥쪽 캐비티가 먼저 채워졌고 속도가 큰 경우는 안쪽 캐비티가 먼저 채워졌다.
(3) 재료에 따른 중전 패턴이 다른 이유는 런너에서 온도분포가 다르게 나타나기 때문이며 속도에 따른 온도상승은 점도가 큰 재료 그리고 열전도도가 큰 재료에서 컸다.
(4) 폴리카보네이트경우 사출속도에 따라 캐비티 간 성형품의 성형수축률과 중량의 분포는 사출시 충전패턴과 일치됨을 보였으나 Zeonex의 경우 캐비티 간 수축률과 중량의 분포는 사출속도에 따른 충전패턴 경향과 다소 차이가 있었다.
(5) CAE 해석으로 각 재료마다 사출속도에 따른 충전 패턴 경향과 온도분포를 예측할 수 있었고 실험과 일치함을 알 수 있었다.
충전현상은 사출 스트로크를 조절하며 미성형 실험을 수행한 것이다. 사출속도를 50, 150, 250 mm/sec로 변경시켜 미성형 실험한 결과 모든 조건에서 충전 불균형이 나타났다. 속도가 작은 50 mm/sec일 때 보다 속도가 큰 250 mm/sec에서 충전 불균형이 컸다.
바깥 부분 캐비티가 중앙 부분 캐비티보다 수축률이 크게 나타남을 알 수 있다. 실험결과와 CAE 해석 결과를 정량적으로 비교분석하기는 어려우나 경향을 보면 대체로 일치함을 알 수 있다.
1, 4, 5, 8의 수축률보다 작게 나타났다. 폴리카보네이트의 사출 속도에 따른 캐비티 간 성형품 중량은 중앙부분 캐비티 2, 3, 6, 7 의 성형품 중량이 바깥부분 캐비티 1, 4, 5, 8의 성형품 중량보다 더크게 나타났다. 이러한 현상은 충전 시 먼저 채워지는 캐비티의 압력이 더 높기 때문에 수축률은 적고 중량은 크게 나타났다고 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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