[논문]컴퓨터 해석을 통한 사출압축성형의 성형특성에 관한 연구

천용호; 안형광; 류민영

doi:10.7473/ec.2012.47.4.341

컴퓨터 해석을 통한 사출압축성형의 성형특성에 관한 연구
A Study on the Molding Characteristics of Injection Compression Molding Through Computer Simulation 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.47 no.4, 2012년, pp.341 - 346

천용호 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 안형광 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 류민영 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
AI-Helper

사출성형은 고분자성형법 중에서 가장 광범위하게 활용되고 있다. 사출성형은 전형적인 사출성형 외에 가스사출, 물사출, 그리고 사출압축성형 등과 같이 특수한 사출성형방법들이 쓰인다. 사출압축성형은 사출과 압축공정이 합쳐진 것으로 균일한 물성 및 성형의 정밀도를 향상시키기 위하여 사용된다. 또한 사출압축은 잔류응력을 줄이는데도 효과적으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 성형품의 형상에 따라 다양하게 나타나는 사출압축성형의 특성에 대해서 컴퓨터 해석을 통해 분석하였다. 성형품에 벽이 있는 제품은 벽의 두께가 압축의 방향과 직각이므로 압축효과가 작게 나타났다. 사출압축성형을 일반사출성형과 비교하였을 때 수축의 균일성 및 수축량 또는 성형수축률이 작게 나타나서 정밀성형에 유리하게 나타났다. 실험계획법을 통해 실제로 제작되고 있는 렌즈에 대해서 최적 사출압축조건을 구하고 이의 결과를 사출성형의 결과와 비교분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Injection molding is one of the widely used polymer processing operations. It is being used for not only conventional injection molding but gas injection molding, water injection molding, and injection compression molding. Injection compression molding involves injection and compression operation, and it gives uniform physical property and high dimensional quality of product. In this study, injection compression characteristics for various product shapes have been investigated by computer simulation. Product containing side wall showed not much effective in injection compression molding since wall thickness direction was perpendicular to the compression direction. Uniform and low shrinkage was observed in injection compression molding comparing conventional injection molding. Subsequently injection compression molding can be used for molding precise product. Optimal injection compression molding condition was obtained using design of experiment for plastic lens and the results were compared with conventional injection molding.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

위의 조건에 따라 3D-Timon과 Moldflow 두 성형해석 프로그램을 사용하여 해석하였다. 3D-Timon은 최대 수축량 (mm)을, Moldflow는 최대 부피수축률 (%)을 기준으로 최적의 성형 조건을 찾고자 하였다. Figure 5는 3D-Timon에 대한 해석결과이다.
렌즈 1은 평판인 렌즈이고, 렌즈 2는 삼각형으로 프리즘 형상의 렌즈이다. 따라서 그 형상에 따른 압축 효과에 차이가 있으리라 예상하고 각 렌즈의 최적사출압축 조건을 찾는 목적으로 성형해석을 수행하였다.
본 연구에서는 사출압축성형에 관한 성형특성을 파악하고그 효과를 분석하였다. 사출압축성형은 사출단계에서는 압력에 의해 수지가 금형에 충전되고 그 후 압축의 힘에 의해 수지가 최종적으로 충전이 완료되는데 제품의 형상에 따라 압축효과가 다르다.
본 연구에서는 컴퓨터 해석을 통한 일반적인 사출성형과 사출압축성형품의 성형 특성을 관찰하였다.

제안 방법

사출압축성형은 사출단계에서는 압력에 의해 수지가 금형에 충전되고 그 후 압축의 힘에 의해 수지가 최종적으로 충전이 완료되는데 제품의 형상에 따라 압축효과가 다르다. 따라서 사출압축성형품의 형상을 몇 가지로 분류하여 컴퓨터해석을 통해 형상에 따른 압축효과를 분석하였다. 이러한 연구결과는 사출압축성형의 형상설계에 활용될 수 있으며 형상에 따라 사출압축의 효과를 판단할 수 있을 것으로 기대된다.
렌즈 2의 경우 Moldflow를 이용한 사출압축성형 해석에서 Mid-plane을 이용한 해석이 어려워 3D-Timon만을 이용하여성형해석을 수행하였다. 조건은 렌즈 1과 마찬가지로 주요 인자 세 가지를 선정하여 라틴방격법을 이용한 실험 계획을 Table 4와 같이 작성하였다.
사출성형과 사출압축성형 시, 캐비티 내의 압력 차이를 비교하기 위해 형상 3에 대해서 사출성형과 사출압축성형 해석을 수행하였다. 그 결과 Figure 3(a)의 사출성형 해석결과에서는 최대압력이 64.
수지와 사출량을 고려하여 사출기, 금형온도, 냉각시간의 조건은 고정하여 해석을 실시하였다. 압축거리, 압축속도, 압축대기시간은 다섯 가지 수준으로 구분하고 라틴방격법을 이용하여 Table 3과 같이 렌즈 1의 해석을 위한 실험계획표를 작성하였다.
실제로 현장에서 성형되고 있는 렌즈 제품에 대하여 일반사출과 사출압축성형을 비교 분석하였다. Figure 4와 같은 두 종류의 렌즈를 선정하였다.
수지와 사출량을 고려하여 사출기, 금형온도, 냉각시간의 조건은 고정하여 해석을 실시하였다. 압축거리, 압축속도, 압축대기시간은 다섯 가지 수준으로 구분하고 라틴방격법을 이용하여 Table 3과 같이 렌즈 1의 해석을 위한 실험계획표를 작성하였다.¹³
해석 결과 중 사출압축성형품의 품질을 평가하기 위해 형상별 수축률을 관찰하였다. 제품 내 위치 별로 부피 수축률이 적고 또한 제품내 수축률의 편차가 작을수록 균일한 압축 효과를 받아 치수정밀도가 좋고 균일한 밀도를 갖는 형상이라 할 수 있다.

대상 데이터

사출 압축성형 해석은 Moldflow를 이용하여 실시하였다. 다섯 가지 형상의 두께는 2 mm이고, 사출량은 PC를 기준으로 54 g으로 동일하게 설정하였다.
Figure 4와 같은 두 종류의 렌즈를 선정하였다. 렌즈 1은 평판인 렌즈이고, 렌즈 2는 삼각형으로 프리즘 형상의 렌즈이다. 따라서 그 형상에 따른 압축 효과에 차이가 있으리라 예상하고 각 렌즈의 최적사출압축 조건을 찾는 목적으로 성형해석을 수행하였다.

데이터처리

위의 조건에 따라 3D-Timon과 Moldflow 두 성형해석 프로그램을 사용하여 해석하였다. 3D-Timon은 최대 수축량 (mm)을, Moldflow는 최대 부피수축률 (%)을 기준으로 최적의 성형 조건을 찾고자 하였다.

이론/모형

사출 압축성형 해석은 Moldflow를 이용하여 실시하였다. 다섯 가지 형상의 두께는 2 mm이고, 사출량은 PC를 기준으로 54 g으로 동일하게 설정하였다.

성능/효과

사출성형과 사출압축성형 시, 캐비티 내의 압력 차이를 비교하기 위해 형상 3에 대해서 사출성형과 사출압축성형 해석을 수행하였다. 그 결과 Figure 3(a)의 사출성형 해석결과에서는 최대압력이 64.48 MPa로 나타났고 전반적으로 압력분포가 불균일하게 형성되었다. 반면 그림 3(b)의 사출압축성형에서는 최대압력이 54.
48 MPa로 나타났고 전반적으로 압력분포가 불균일하게 형성되었다. 반면 그림 3(b)의 사출압축성형에서는 최대압력이 54.54 MPa로 나타났고 압력분포가 균일하게 나타났다. 다른 네 가지의 형상들도 형상 3과 마찬가지로 사출 압축성형에서 압력이 더 낮고 보다 균일하게 나타났다.
Figure 5는 3D-Timon에 대한 해석결과이다. 3D-Timon 해석 결과 압축거리는 0.2 mm, 압축속도는1 mm/s, 압축대기 시간은 5 sec에서 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
사출압축성형 시 제품의 수축량이 일반사출에 비하여 작으므로 정교한 제품의 성형이 가능할 것으로 판단되었다. 사출 압축의 성형조건 즉, 압축거리, 압축속도, 압축대기시간 등의 변화에 따른 수축을 비교한 결과 압축거리는 작을수록, 압축 속도는 빠를수록, 압축대기 시간은 짧을수록 수축이 감소함을 알 수 있었다.
사출압축성형 시 제품의 수축량이 일반사출에 비하여 작으므로 정교한 제품의 성형이 가능할 것으로 판단되었다. 사출 압축의 성형조건 즉, 압축거리, 압축속도, 압축대기시간 등의 변화에 따른 수축을 비교한 결과 압축거리는 작을수록, 압축 속도는 빠를수록, 압축대기 시간은 짧을수록 수축이 감소함을 알 수 있었다.
또한 일반사출성형과 비교하면 최대 수축량이 일반사출성형의 1/4 수준임을 알 수 있다 (Figure 9). 이러한 결과로 보아 사출압축성형은 사출성형에 비해 물성이 균일하고 치수정밀도가 높은 제품을 성형하기에 매우 유리하다고 판단된다.
사출압축성형에서는 제품의 형상에 따라 압축의 효과가 다르기 때문에 사출압축성형의 효과도 다르게 나타났다. 제품의 형상 중 평탄한 제품에서 가장 압축의 효과가 컸고, 벽면이 있는 제품의 벽면에서는 압축의 효과가 작게 나타났다.

후속연구

본 연구에서 도출된 사출압축성형의 특징은 균일한 물성과 정밀한 치수를 요구하는 다양한 사출압축 성형품설계와 최적 성형조건 설정에 활용 될 것으로 판단된다.
따라서 사출압축성형품의 형상을 몇 가지로 분류하여 컴퓨터해석을 통해 형상에 따른 압축효과를 분석하였다. 이러한 연구결과는 사출압축성형의 형상설계에 활용될 수 있으며 형상에 따라 사출압축의 효과를 판단할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사출성형 공정의 과정은?	사출성형 공정은 일반적으로 형폐, 사출, 보압, 냉각, 형개 및 취출의 과정으로 이루어져 있다. 반면 사출압축성형 공정은 금형을 완전히 닫지 않고 갭을 형성한 다음에 사출을 하고난 후 압축과정을 통하여 갭을 닫고, 냉각, 형개 및 취출 과정이 이루어진다.
	사출압축성형 공정은 어떻게 이루어 지는가?	사출성형 공정은 일반적으로 형폐, 사출, 보압, 냉각, 형개 및 취출의 과정으로 이루어져 있다. 반면 사출압축성형 공정은 금형을 완전히 닫지 않고 갭을 형성한 다음에 사출을 하고난 후 압축과정을 통하여 갭을 닫고, 냉각, 형개 및 취출 과정이 이루어진다. 사출압축성형은 금형이 어느 정도 열린 상태에서 수지가 충전되기 때문에 캐비티 내의 가스 배출이 용이하고 저압사출이 가능한 장점을 가지고 있다.
	사출성형공정의 종류는?	사출성형공정은 제품의 형상과 요구특성에 따라 다양하게 변형된 공정이 활용되고 있다. 일반적인 사출성형 (CIM, Conventional Injection Molding) 외에 가스사출성형 (GIM, Gas Injection Molding), 물사출성형 (WIM, Water Injection Molding), 사출압축성형 (ICM, Injection Compression Molding) 등이 있다.1 이러한 여러 사출성형 공정은 각각의 특성을 가지고 있고 제품의 형상이나 품질의 정도에 따라 선택하여 사용하게 된다.

참고문헌 (13)

H.-Y. Kim and M.-Y. Lyu, "Introduction to Polymer Shaping Processes and Their Principles", Poly. Sci. Technol., 20, 157 (2009).
S. Y. Yang and M. Z. Ke, "Influence of processing on quality of injection-compression-molded disks", Poly. Eng. Sci., 35, 1206 (1995).

상세보기
D. E. Smith, D. A. Tortorelli, and C. L. Tucker, "Analysis and sensitivity analysis for polymer injection and compression molding", Computer Methods Appl. Mech. Eng., 167, 325 (1998).

상세보기
H.-S. Lee and A. I. Isayev, "Numerical simulation of flow-induced birefringence : Comparison of injection and injection/ compression molding", Int. J. Precision Eng. Manuf., 8, 66 (2007).
C.-H. Wu and Y.-L. Su, "Optimization of wedge- shaped parts for injection molding and injection compression molding", Int. Commun. Heat Mass Transfer, 30, 215 (2003).

상세보기
S. Y. Yang and M. Z. Ke, "Experimental study on the effects of adding compression to injection molding process", Adv. Polym. Technol., 14, 15 (1995).

상세보기
Y. B. Young, "On the Residual Stress and Shrinkage in Injection Compression Molding", Int. Polym. Proc., 18, 313 (2003).

상세보기
B. Fan and D. O. Kazmer, "Simulation of injection-compression molding for optical media", Polym. Eng. Sci., 43, 596 (2003).

상세보기
G. Klepek, "Moulds for manufacturing optical lenses", Kunstst. German Plast., 77, 13 (1987).
R. Y. Chang, W. Y. Chang, Y. H. Yang, W. L. Yang, and D. C. Hsu, "Three-Dimensional Simulation of Injection- Compression Molding of a Compact Disc(736)", Soc. Plast. Eng., 1, 741 (2001).
N. S. Lee, G. B. Sung, and S. I. Kang, "An Optimum design of Replication Process to Improve Birefringence Radial-tilt and Land-Groove Structure in DVD-RAM Substrates", Trans. KSME C, 6, 438 (2001).
C. Fetecau, D. V. Dobrea, and I. Postolache, "Overmolding Injection Molding Simulation of Tensile Test Specimen", Int. J. Modern Manuf. Technol., 2, 2067 (2010).
C. R. Hicks and K. V. Turner Jr, "Fundamental Concepts in the Design of Experiments", 5th edition, Oxford University Press, USA (1999)

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증