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자동차용 안개등 커버의 사출성형 품질 향상을 위한 2 단계 설계 최적화
Two-Stage Design Optimization of an Automotive Fog Blank Cover for Enhancing Its Injection Molding Quality 원문보기 논문타임라인

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.8=no.299, 2010년, pp.1097 - 1103  

박창현 (한양대학교 기계공학과) ,  안희재 (한양대학교 기계공학과) ,  최동훈 (한양대학교 최적설계신기술연구센터) ,  표병기 (브이엠테크)

초록
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사출성형에서 사출압력은 제품의 특성을 결정하는 주요인자이므로 성형품의 품질 향상을 위해 사출압력은 최소화 되어야 한다. 또한 휨 변형과 웰드라인은 사출성형에서의 대표적인 불량요인으로 사출성형품의 품질 향상을 위해 방지되어야 한다. 본 논문에서는 사출성형품의 품질 향상을 위해 설계 절차를 2 단계로 나눈다. 첫 번째 설계에서는 공정조건을 제어하여 사출압력과 휨 변형을 최소화 하기 위해 직교배열표를 이용한 전산실험을 수행하고 이를 이용하여 근사모델을 생성한 후 최적설계를 수행한다. 두 번째 설계에서는 유동경로 개선을 통한 웰드라인의 발생을 방지하기 위해 해석모델의 두께를 변경하고 웰드라인 발생 유무를 평가한다. 이러한 설계절차를 통해 사출압력과 휨 변형을 최소화하면서 웰드라인을 방지하여 본 논문에서 제안한 설계방법의 유효성을 보이고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Injection pressure, an important factor in the filling procedure, should be minimized to enhance injection molding quality. In addition, warping deformation and weld lines, which are representative failures, should be avoided to enhance injection molding quality. To improve injection molding quality...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 사출압력과 휨 변형을 동시에 최소화하는 다중목적함수를 다루고 있다. 이러한 다중목적함수의 경우 목적함수의 중요도에 따라 가중치(weight)를 줄 수 있으며, 이러한 가중치에 의해 효과적인 최적설계 결과를 도출할 수 있다.
  • 첫 번째 목적함수는 충전율 98%에서의 사출압력을 최소화하는 것이다. 사출압력 측정시점을 충전율 98%로 선정한 이유는 경우에 따라 충전율 100%에서 사출압력이 비정상적으로 급격하게 상승할 수 있기 때문에 정상적인 사출압력을 측정하기 위해 완전 충전시점에 근접할 것으로 판단되는 98%를 측정시점으로 선정하였다.

가설 설정

  • 2) 조립성을 고려하여 제품 조립부의 휨 변형은 최소화 되어야 함.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사출성형공정의 장점은 무엇인가 사출성형(injection molding)이란 용융된 가소성 수지를 가압 플런저를 사용하여 사출금형(injection mold) 내부에 압입하는 성형법이다. 사출성형공정은 자동화가 쉽고 생산성이 우수하기 때문에 자동차와 가전, 생필품 등과 같은 다양한 제품의 생산에 이용된다.
사출성형이란 무엇인가 사출성형(injection molding)이란 용융된 가소성 수지를 가압 플런저를 사용하여 사출금형(injection mold) 내부에 압입하는 성형법이다. 사출성형공정은 자동화가 쉽고 생산성이 우수하기 때문에 자동차와 가전, 생필품 등과 같은 다양한 제품의 생산에 이용된다.
사출성형에 필요한 공정조건을 작업자의 경험과 직관에 의존하여 결정할 경우 어떠한 문제가 있는가 과거에는 사출성형에 필요한 공정조건이 작업자의 경험과 직관에 의존하여 주로 결정되었다. 하지만 제품의 특성 저하와 성형불량과 같은 문제를 사전에 예측할 수 없으므로 제품 개발과 생산에 추가적인 비용이 요구되고 이는 곧 제품 생산 원가에 영향을 주게 된다.
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참고문헌 (10)

  1. Choi, W. J., Shin, H. C. and Kwak, S. W., 2000, "Optimization of Processing Conditions in Injection Molding Using Genetic Algorithm," Trans. of the KSME (A), Vol. 24, No. 10, pp. 2543-2551. 

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    특히, 유전알고리즘(Genetic Algorithm; GA), 실험계획법(Design of Experiments; DOE), 공리설계(Axiomatic Design), 순차적근사최적설계(Sequential Approximate Optimization; SAO) 등의 기법을 이용한 다양한 최적설계(design optimization) 연구(1~5)가 이루어졌다.

  2. Park, K., Ahn, J. H. and Choi, S. R., 2002, "Application of Design of Experiments and Numerical Analysis to Optimal Design for Injection Molding processes of Electrical Parts," Trans. of the KSME (A), Vol. 26, No. 7, pp. 1348-1356. 

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    특히, 유전알고리즘(Genetic Algorithm; GA), 실험계획법(Design of Experiments; DOE), 공리설계(Axiomatic Design), 순차적근사최적설계(Sequential Approximate Optimization; SAO) 등의 기법을 이용한 다양한 최적설계(design optimization) 연구(1~5)가 이루어졌다.

  3. Kim, J. H., Lee, J. S. and Cha, S. W., 2003, "The Optimization of Injection Molding System Using Axiomatic Approach," Trans. of the KSME (A), Vol. 27, No. 6, pp. 1020-1027. 

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    특히, 유전알고리즘(Genetic Algorithm; GA), 실험계획법(Design of Experiments; DOE), 공리설계(Axiomatic Design), 순차적근사최적설계(Sequential Approximate Optimization; SAO) 등의 기법을 이용한 다양한 최적설계(design optimization) 연구(1~5)가 이루어졌다.

  4. Park, C. H., Kim, S. Y., Choi, D. H. and Pyo, B. G., 2005, "Design Optimization for Minimizing Warpage in Injection Molding Parts with Numerical Noise," Trans. of the KSME (A), Vol. 29, No. 11, pp. 1445-1454. 

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    특히, 유전알고리즘(Genetic Algorithm; GA), 실험계획법(Design of Experiments; DOE), 공리설계(Axiomatic Design), 순차적근사최적설계(Sequential Approximate Optimization; SAO) 등의 기법을 이용한 다양한 최적설계(design optimization) 연구(1~5)가 이루어졌다.

  5. Choi, D. J. and Park, S. H., 2009, "Optimization of Multi-component Injection Molding Process Based on Core-back System," Trans. of the KSAE, Vol. 17, No. 2, pp. 67-74. 

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    특히, 유전알고리즘(Genetic Algorithm; GA), 실험계획법(Design of Experiments; DOE), 공리설계(Axiomatic Design), 순차적근사최적설계(Sequential Approximate Optimization; SAO) 등의 기법을 이용한 다양한 최적설계(design optimization) 연구(1~5)가 이루어졌다.

  6. Mold Analysis and Plastics Solution-3D Dimension - MAPS-3D User's Manual, 2009, VMTech Co. Ltd. 

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    본 논문에서는 사출성형 해석을 위해 상용 사출성형 해석 프로그램인 MAPS-3D (Mold Analysis and Plastics Solutions-3 Dimension)(6)를 이용하였다.

  7. Process Integration, Automation, and Optimization - PIAnO User's Manual, 2009, FRAMAX Inc. 

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    또한 최적설계를 위해 상용 PIDO (Process Integration and Design Optimization) 툴인 PIAnO (Process Integration, Automation, and Optimization)(7)를 이용하여 MAPS-3D 의 충전해석과 보압해석, 변형해석 절차를 통합하였으며, 해석 및 설계절차를 자동화하였다.

    크리깅 모델을 이용한 최적화 수행을 위해 PIAnO에서 제공하는 순차적 이점대각이차근사최적설계(Sequential Two-point Diagonal Quadratic Approximate Optimization; STDQAO)(7,10)를 사용하였다.

  8. Park, J. S., 1994, "Optimal latin-hypercube designs for computer experiments," J. Statist. Plann. Inference, Vol. 39, pp. 95-111. 

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    먼저 실험계획법 중의 하나인 최적라틴방격추출법(Optimal Latin Hypercube Design; OLHD)(8)을 사용하여 160 개의 실험점(training point)을 생성하였고, 실험점에 따른 전산실험을 수행하였으며, 그 결과로부터 사출압력과 휨 변형에 대한 근사모델인 크리깅(Kriging)(9) 모델을 생성하였다.

  9. Krige, D. G., 1951, "A statistical approach to some basic mine valuation problems on the Witwatersrand," J. of the Chem., Metal. and Mining Soc. of South Africa, Vol. 52, No. 6, pp. 119-139. 

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    먼저 실험계획법 중의 하나인 최적라틴방격추출법(Optimal Latin Hypercube Design; OLHD)(8)을 사용하여 160 개의 실험점(training point)을 생성하였고, 실험점에 따른 전산실험을 수행하였으며, 그 결과로부터 사출압력과 휨 변형에 대한 근사모델인 크리깅(Kriging)(9) 모델을 생성하였다.

  10. Kim, J. R. and Choi, D. H., 2008, "Enhanced twopoint diagonal quadratic approximation methods for design optimization," Comput. Meth. Appl. Mech. Engrg., Vol. 197, pp. 846-856. 

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    크리깅 모델을 이용한 최적화 수행을 위해 PIAnO에서 제공하는 순차적 이점대각이차근사최적설계(Sequential Two-point Diagonal Quadratic Approximate Optimization; STDQAO)(7,10)를 사용하였다.

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