선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 이 단계 사출성형해석 기법을 이용하여 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 공정의 공정 조건에 따른 제품의 성형 특성 변화를 정량적으로 분석하였다. 또한 이 결과를 이용하여 제품의 수축 및 변형이 최소화되는 각 성형 단계별 사출성형 공정조건을 도출하고자 한다. 최종적으로 이종 재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 금형을 제작하여, 도출된 사출성형 공정조건으로 사출성형 실험을 수행하여 제안된 공정의 제품 제작성에 대한 고찰을 수행하였다.
- 본 연구에서는 3 차원 사출성형해석을 통한 이종 재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출 성형 공정 조건 선정과 이 조건을 검증하기 위한 이중 사출성형 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구 대상인 이종 재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 금형은 컴퓨터 마우스 제품의 손과 마우스가 접촉하는 부위에는 기존 플라스틱 대신 연질의 플라스틱을 사용하고, 그외 부분은 기존 플라스틱을 사용하여 제품을 제작하는 금형이다. 컴퓨터 마우스의 신체 접촉부위를 연질 플라스틱으로 변경함으로써 마우스 사용시 감성공학적 특성 개선과 장시간 사용에 의한 마우스 사용자 피로감 개선을 도모하고자 하였다.
제안 방법
- 6 mm 로 설계하였다. 2 차 금형의 게이트는 시작과 끝 지름을 각각 3.5 mm 와 0.8 mm 로 설계하였다. 냉각수로는 1 차 금형과 2 차 금형 모두 직선형 냉각수로와 배플 구조의 냉각수로로 설계하였다.
- 3.2 절에서 선정한 1, 2 차 성형공정에 대한 사출시간과 최대 사출압력을 고정한 후, 보압 시간에 따른 1, 2 차 성형품들의 수축/변형 특성을 분석하였다. Fig.
- 8 mm 로 설계하였다. 냉각수로는 1 차 금형과 2 차 금형 모두 직선형 냉각수로와 배플 구조의 냉각수로로 설계하였다. 사출성형 해석에 사용된 재료는 1 차 수지는 ABS 수지이고 2 차 수지는 고무가 가진 탄성과 열가소성 수지가 가진 가공성을 동시에 가지는 저경도 플라스틱인 TPE (thermoplastic elastomer) 수지를 사용하였다.
- 사출성형 해석을 위한 각 단계별 초기 조건은 Table 1 과 같다. 대상 제품의 사출성형에 적합한 사출시간 (ti) 과 최대 사출압력 (Pmax)을 선정하기 위하여, 사출시간과 최대 사출압력에 따른 충진/성형 및 제품 수축/변형 특성 변화를 사출성형해석을 통하여 고찰하였다. 최대 사출압력은 사출성형 실험시 수지를 주입하고 사출기 압력을 유지하는 시간 이력인 사출압력-시간 (P-T) 선도의 최대값이다.
- 둘째, 3 차원 사출성형 해석으로 선정된 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중 사출성형 조건의 적용성을 고찰하기 위하여, 금형을 제작하여 이중 사출성형 시험을 수행하였다. 그 결과 1, 2 차 공정에 대하여 선정된 사출성형 조건을 적용할 경우 제품의 결함이 거의 존재하지 않으며, 위치오차가 적은 양호한 제품을 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 이 단계 사출성형해석 기법을 이용하여 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 공정의 공정 조건에 따른 제품의 성형 특성 변화를 정량적으로 분석하였다. 또한 이 결과를 이용하여 제품의 수축 및 변형이 최소화되는 각 성형 단계별 사출성형 공정조건을 도출하고자 한다.
- 11 과 같이 인덱스 축 (index axis) 를 이용하여 회전시켜 1, 2차 성형을 연속적으로 수행한다. 본 이중 사출성형 실험에서는 1, 2 차 성형공정의 사출시간, 최대 사출압력 및 보압시간은 3.2 절과 3.3 절에서 선정된 조건을 사용하였다.
- 또한 이 값은 금형내 스프루 시작부로 수지를 주입할 때 필요한 최대 압력값이다. 사출성형해석에 적용된 사출시간과 최대 사출압력 범위는 사출압력-시간 선도를 자동조건으로 하여 수행된 초기 사출성형 해석 결과를 이용하여 선정하였다. 1 차와 2 차 성형 모두 1~3 초로 선정하였다.
- 수치해석을 통하여 선정된 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중 사출성형조건의 타당성을 고찰하기 위하여, Fig. 10 과 같은 금형을 제작하여 이중 사출성형 실험을 수행하였다.
- 연구 대상 이중사출성형 금형은 1 차 성형으로 제품의 기본 형상을 성형하고, 금형을 인덱스 축회전으로 회전시킨 후 손과 접촉되는 부위를 2 차 성형하여 최종 제품을 제작한다. Fig.
- 이 결과로부터 1, 2 차 성형 공정의 최적 보압 시간을 각각 5 초 와 10 초로 선정하였다.
- 또한 최대 사출압력의 범위는 1 차 성형의 경우 30~40 MPa 이며 2 차 성형은 10~20 MPa 이다. 이 고찰을 통하여 결정된 사출시간과 최대 사출압력 조건에 대한 적절한 보압시간 (tp)을 산출하기 위하여, 보압시간에 따른 제품 수축 및 변형 특성 변화를 고찰하였다. 이때 1 차와 2 차 성형 공정 해석에 사용된 보압시간의 범위는 1~3 초이다.
- 2 와 같은 오버 몰딩 (overmolding) 해석 기법을 사용하였다. 제품의 냉각에 따른 수축 및 변형 특성 분석을 위하여 1 차 성형공정에 대해서는 일반 사출성형 해석 방법을 사용하였으며, 2 차 성형 공정은 1 차 성형품을 인서트 (insert) 로 가정한 인서트 사출성형 해석기법을 활용하였다.
- 1 을 사용하였다. 제품의 충진 특성, 웰드라인 (weldline)과 기공 (air trap) 형성 위치, 사출 압력과 형체력 선도 분석은 Fig. 2 와 같은 오버 몰딩 (overmolding) 해석 기법을 사용하였다. 제품의 냉각에 따른 수축 및 변형 특성 분석을 위하여 1 차 성형공정에 대해서는 일반 사출성형 해석 방법을 사용하였으며, 2 차 성형 공정은 1 차 성형품을 인서트 (insert) 로 가정한 인서트 사출성형 해석기법을 활용하였다.
- 첫째, 3 차원 사출성형 해석을 통하여 1, 2 차 성형 공정에서의 사출시간, 최대 사출압력 및 보압 시간이 사출성형 및 제품 특성에 미치는 영향을 분석 고찰하였다. 그 결과 1, 2 차 성형 공정 각각에 대한 적절한 사출시간, 최대 사출압력 및 보압 시간을 예측할 수 있다.
- 또한 이 결과를 이용하여 제품의 수축 및 변형이 최소화되는 각 성형 단계별 사출성형 공정조건을 도출하고자 한다. 최종적으로 이종 재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 금형을 제작하여, 도출된 사출성형 공정조건으로 사출성형 실험을 수행하여 제안된 공정의 제품 제작성에 대한 고찰을 수행하였다.
대상 데이터
- 이 결과들로부터 1 차 성형공정에서는 적절한 사출시간과 최대 사출압력을 각각 3 초와 40 MPa로 선정하였다. 또한 2 차 성형공정에서는 적절한 사출시간과 최대 사출압력을 각각 3 초와 20 MPa로 선정하였다.
- 본 연구 대상인 이종 재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중사출성형 금형은 컴퓨터 마우스 제품의 손과 마우스가 접촉하는 부위에는 기존 플라스틱 대신 연질의 플라스틱을 사용하고, 그외 부분은 기존 플라스틱을 사용하여 제품을 제작하는 금형이다. 컴퓨터 마우스의 신체 접촉부위를 연질 플라스틱으로 변경함으로써 마우스 사용시 감성공학적 특성 개선과 장시간 사용에 의한 마우스 사용자 피로감 개선을 도모하고자 하였다.
- 냉각수로는 1 차 금형과 2 차 금형 모두 직선형 냉각수로와 배플 구조의 냉각수로로 설계하였다. 사출성형 해석에 사용된 재료는 1 차 수지는 ABS 수지이고 2 차 수지는 고무가 가진 탄성과 열가소성 수지가 가진 가공성을 동시에 가지는 저경도 플라스틱인 TPE (thermoplastic elastomer) 수지를 사용하였다. 사출성형 해석을 위한 각 단계별 초기 조건은 Table 1 과 같다.
- 이 결과들로부터 1 차 성형공정에서는 적절한 사출시간과 최대 사출압력을 각각 3 초와 40 MPa로 선정하였다. 또한 2 차 성형공정에서는 적절한 사출시간과 최대 사출압력을 각각 3 초와 20 MPa로 선정하였다.
- 이중 사출성형 실험에 사용된 금형의 크기는 800 mm × 550 mm × 6150 mm 이며, Fig. 11 과 같이 인덱스 축 (index axis) 를 이용하여 회전시켜 1, 2차 성형을 연속적으로 수행한다.
이론/모형
- 3 차원 사출성형 해석은 Moldflow MPI 6.1 을 사용하였다. 제품의 충진 특성, 웰드라인 (weldline)과 기공 (air trap) 형성 위치, 사출 압력과 형체력 선도 분석은 Fig.
성능/효과
- 보압 시간에 따른 1 차 성형품들의 변형율 분포 변화를 고찰한 결과, Fig. 9 (a) 와 같이 보압 시간이 10 초에서 5 초로 감소하면서 변형량 분포의 균일성이 높아지고 변형량이 최대인 상단 끝부분의 변형량이 미세하게 감소하는 것을 알 수 있었다. 2 차 성형품의 경우 Fig.
- 2 차 성형품의 경우 Fig. 9 (b) 와 같이 보압 시간 감소에 따라 제품 변형량이 전체적으로 현저히 증가함을 알 수 있었다. 2 차 성형공정에서는 보압 시간이 10 초 일 때 최소의 변형량 분포를 얻을 수 있었다.
- 1, 2 차 성형 공정 모두 사출시간이 길고 최대 사출압력이 커질수록 전체적인 수축율 분포가 감소하는 것을 알 수 있었다. 1 차 성형공정보다 2 차 성형공정에서 사출시간과 사출압력의 증가에 따른 수축율 분포의 균일성이 증가되는 것을 알 수 있었다. 1 차 성형공정에서는 사출시간이 3 초이고 최대 사출압력 40 MPa 일 때 최소의 수축율 분포를 얻을 수 있었다.
- 1 차 성형공정보다 2 차 성형공정에서 사출시간과 사출압력의 증가에 따른 수축율 분포의 균일성이 증가되는 것을 알 수 있었다. 1 차 성형공정에서는 사출시간이 3 초이고 최대 사출압력 40 MPa 일 때 최소의 수축율 분포를 얻을 수 있었다. 이 조건에서의 평균 수축율과 최대 수축율이 각각 2.
- 1 차 성형품의 경우 Fig. 8 과 같이 보압시간 감소에 따라 게이트 부근의 수축율이 현저히 증가함을 알 수 있었다. 그러나 전체적인 수축율 분포의 경우 보압 시간 5~10 초 범위에서 거의 유사함을 알 수 있었다.
- 6 은 1, 2 차 성형공정에서 사출시간과 최대 사출압력이 제품내 수축율 분포에 미치는 영향성을 나타내었다. 1, 2 차 성형 공정 모두 사출시간이 길고 최대 사출압력이 커질수록 전체적인 수축율 분포가 감소하는 것을 알 수 있었다. 1 차 성형공정보다 2 차 성형공정에서 사출시간과 사출압력의 증가에 따른 수축율 분포의 균일성이 증가되는 것을 알 수 있었다.
- 1, 2 차 성형공정들에 대한 형체력 변화를 고찰한 결과, Fig. 5 와 같이 사출시간이 짧아지고 사출 압력이 커질수록 최대 형체력이 증가함을 알 수 있었다. 또한 1 차와 2 차 성형공정에 대하여 최대 형체력이 각각 21.
- 7 에서 1, 2 차 성형 제품 모두 마우스의 상단 끝부분에서 국부적인 변형이 많이 발생하는 것을 알 수 있었다. 2 차 성형 제품의 경우 1 차 성형 제품보다 변형량 크기 및 분포가 사출시간과 최대 사출압력의 변화에 따라 민감 변화함을 알 수 있었다. 또한 사출시간이 길고 최대 사출압력이 커질수록 1, 2 차 성형 제품의 변형량 분포가 균일하고 적게 나타남을 알 수 있었다.
- 57 % 이하임을 알 수 있었다. 2 차 성형 품의 경우 보압 시간이 감소 할수록 수축율이 현저히 증가하며, 전체적으로 불균일 수축율 분포가 커짐을 알 수 있었다.
- 9 (b) 와 같이 보압 시간 감소에 따라 제품 변형량이 전체적으로 현저히 증가함을 알 수 있었다. 2 차 성형공정에서는 보압 시간이 10 초 일 때 최소의 변형량 분포를 얻을 수 있었다. 그러나, Fig.
- 89 % 정도였다. 2 차 성형공정에서는 사출시간과 최대 사출압력이 각각 3 초이고 20 MPa 일 때 가장 균일하고 적은 수축율 분포를 얻을 수 있었다. 또한 이 조건에서의 평균 수축율과 최대 수축율이 각각 3.
- 33 mm 정도였다. 2 차 성형공정에서는 사출시간과 최대 사출압력이 각각 3 초이고 20 MPa 일 때 가장 적고 균일한 변형량 분포를 얻을 수 있었다. 이 조건에서의 최대 변형량은 0.
- 1 tons 이하임을 알 수 있었다. 각 사출성형해석 조건별 제품의 냉각 시간은 1, 2 차 공정에 대하여 각각 약 10~12 초와 14~16 초 정도임을 알 수 있었다. 총 사출성형 소요시간은 1, 2 차 공정에 대하여 각각 약 23.
- 둘째, 3 차원 사출성형 해석으로 선정된 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제작용 이중 사출성형 조건의 적용성을 고찰하기 위하여, 금형을 제작하여 이중 사출성형 시험을 수행하였다. 그 결과 1, 2 차 공정에 대하여 선정된 사출성형 조건을 적용할 경우 제품의 결함이 거의 존재하지 않으며, 위치오차가 적은 양호한 제품을 제작할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제품의 경우 감성공학적 특성이 기존 제품보다 향상될 수 있음을 알 수 있었다.
- 첫째, 3 차원 사출성형 해석을 통하여 1, 2 차 성형 공정에서의 사출시간, 최대 사출압력 및 보압 시간이 사출성형 및 제품 특성에 미치는 영향을 분석 고찰하였다. 그 결과 1, 2 차 성형 공정 각각에 대한 적절한 사출시간, 최대 사출압력 및 보압 시간을 예측할 수 있다.
- 2차 성형 공정의 경우 최대 사출압력이 15MPa 미만일 때 캐비티내 수지의 미충진이 발생함을 알 수 있었다. 그러나 최대 사출압력 15 MPa 이상 일때는 각 공정조건별로 3.3 초 내에 캐비티가 수지에 의하여 완전히 충진됨을 알 수 있었다. 웰드라인의 경우 해석을 수행한 모든 조건에서 제품의 외관을 결정하는 2 차 성형품 외관에는 발생하지 않았다.
- 2 차 성형공정에서는 보압 시간이 10 초 일 때 최소의 변형량 분포를 얻을 수 있었다. 그러나, Fig. 10 과 같이 보압 시간에 따른 2 차 성형품 게이트 부위에서의 온도분포 변화는 거의 없는 것으로 나타나, 보압시간을 결정하는데 제품의 변형량이 중요한 척도임을 알 수 있었다.
- 기존 단일 재료로 구성된 제품과 이종재료로 구성된 제품을 촉감 및 사용자의 피로감과 같은 감성 공학적 특성을 정성적으로 비교한 결과, 이종 재료로 구성된 컴퓨터의 마우스가 감성공학적 측면에서 향상된 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
- 11 의 1, 2 차 성형품을 관찰한 결과 제품의 외관에 웰드라인과 기공들이 존재하지 않음을 알 수 있었다. 또한 1, 2 차 성형품 경계면에 미 접합 영역이 존재하지 않음을 알 수 있었다. Fig.
- 1 차 성형 공정의 경우 모든 공정조건에서 제품의 미충진이 발생하지 않음을 알 수 있었다. 또한 각 공정조건별로 3.5 초 내에 수지가 완전히 금형 내에 충진됨을 알 수 있었다. 2차 성형 공정의 경우 최대 사출압력이 15MPa 미만일 때 캐비티내 수지의 미충진이 발생함을 알 수 있었다.
- 2 차 성형 제품의 경우 1 차 성형 제품보다 변형량 크기 및 분포가 사출시간과 최대 사출압력의 변화에 따라 민감 변화함을 알 수 있었다. 또한 사출시간이 길고 최대 사출압력이 커질수록 1, 2 차 성형 제품의 변형량 분포가 균일하고 적게 나타남을 알 수 있었다.
- 그 결과 1, 2 차 공정에 대하여 선정된 사출성형 조건을 적용할 경우 제품의 결함이 거의 존재하지 않으며, 위치오차가 적은 양호한 제품을 제작할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스 제품의 경우 감성공학적 특성이 기존 제품보다 향상될 수 있음을 알 수 있었다.
- 75 mm 내외로 매우 양호함을 알 수 있었다. 이 결과들로부터 수치해석으로 선정된 이중 사출성형 조건을 적용할 경우 이종재료로 구성된 컴퓨터 마우스를 적절히 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
- 각 사출성형해석 조건별 제품의 냉각 시간은 1, 2 차 공정에 대하여 각각 약 10~12 초와 14~16 초 정도임을 알 수 있었다. 총 사출성형 소요시간은 1, 2 차 공정에 대하여 각각 약 23.0 초와 27.5 초 정도가 소요됨을 알 수 있었다.
후속연구
- 추후, 추가적인 제품의 감성공학적 특성 분석을 통하여 제품의 품질적 특성 향성에 대한 정량적 평가를 수행할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.