[논문]사출성형 해석을 통한 Weldline 및 Flow mark 개선사례

이영창

doi:10.7736/kspe.2013.30.12.1295

사출성형 해석을 통한 Weldline 및 Flow mark 개선사례
The Improvement of Weldline and Flow mark Defection by using Injection Molding Analysis 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.12, 2013년, pp.1295 - 1301

이영창 (영진전문대학)

Abstract ▼ AI-Helper

The cause of flow mark defect is known as non-uniform temperature of mold surface when the flow front meets the cold cavity. The exact definition and classification of Flow mark is not clear because the mechanism of flow mark is not figured out till now. Any injection molding analysis software can not predict the flow mark phenomena. To solve weldline and flow mark defects, the gate thickness is reduced to increase the melt front velocity and the melt front velocity of the flow mark area is increased from 82.3mm/s to 104.7mm/s. In addition, the bulk temperature of the flow mark area is increased from $178.3^{\circ}C$to $215.2^{\circ}C$ by adding a cold slug well. The flow mark phenomena can be greatly reduced by increasing the flow front velocity and elevating the bulk temperature.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

하지만, Moldflow를 포함하여 현재까지 개발되어 있는 모든 사출성형 해석 소프트웨어에서는 해석 결과로 Flow mark를 직접 보여 주지 않아 Flow mark를 확인 할 수 있는 방법이 없다. 따라서 유동 패턴 및 사출 후 금형 내 온도 분포 파악을 통한 Flow mark의 간접 예측 방법을 이용하여 현업에서 발생하고 있는 문제를 해결하고자 한다.
본 연구에서는 사출현장에서 발생하는 Flow mark의 해결을 위해 주먹구구식 방법으로 접근 하던 기존의 방식을 배제하고 프랑스에서 개발된 사출성형 해석 소프트웨어인 SIMPOE-Mold⁷를 활용하고자 한다. 하지만, Moldflow를 포함하여 현재까지 개발되어 있는 모든 사출성형 해석 소프트웨어에서는 해석 결과로 Flow mark를 직접 보여 주지 않아 Flow mark를 확인 할 수 있는 방법이 없다.
사출 속도를 빠르게 함으로써 Flow mark의 발생 가능성을 많이 감소시켰지만 추가적으로 Cold slug well을 설치함으로써 문제를 완전히 해결하고자 한다. Fig.

제안 방법

기존 모델의 경우 게이트 두께를 0.5mm로 유지하였으며 사출속도를 높이기 위해 개선 모델의경우 게이트 두께를 0.3mm로 줄여 사출성형 해석을 수행하였다.

대상 데이터

5mm 더 두꺼운 형상을 하고 있다. 3차원 고체 요소 개수는 150만개를 사용하였으며 두께 방향으로 최소 5개 층을 구성하였다. 사용 수지는 PC/ABS C2950을 사용하였으며 사출 조건은 금형온도 80℃에 사출온도 280℃, 사출시간은 3초로 설정하였다.
3차원 고체 요소 개수는 150만개를 사용하였으며 두께 방향으로 최소 5개 층을 구성하였다. 사용 수지는 PC/ABS C2950을 사용하였으며 사출 조건은 금형온도 80℃에 사출온도 280℃, 사출시간은 3초로 설정하였다.
3에 나타내었다. 제품의 사이즈는 250x250mm이고 본체의 두께에 비해 바깥쪽 테두리 부분이 0.5mm 더 두꺼운 형상을 하고 있다. 3차원 고체 요소 개수는 150만개를 사용하였으며 두께 방향으로 최소 5개 층을 구성하였다.

성능/효과

여러 가지 원인 중에 이 경우는 1) b)인 사출속도가 낮아서 점도가 높은 상태로 충전시 충전중에 온도가 저하하여 발생하는 것으로 파악 되었으며 두번째 원인으로는 2) b)인 Cold slug well의 크기가 적거나 없는 경우여서 Sprue 끝이나 주 Runner에서 Sub-runner로 분기한 곳에 Cold slug well이 없거나 작은 경우 수지 온도가 낮은 재료가 충전되기 때문에 발생한다고 파악 되었다.
a) 제품의 살 두께에 비해 외곽 테두리 부근이 더 두꺼움으로써 외곽쪽의 유동속도가 빨라 좌측 상단에 Weldline이 발생하였다.
b) 우측 상단에는 유동속도 저하 및 유동 선단 온도 강하에 따라 Flow mark가 발생하였다.
간격이 넓을 경우 속도가 빠른 것을 의미하고 간격이 촘촘할 경우 속도가 정체되는 것을 나타낸다. 결과에서 보듯이 기존 조건으로 사출성형을 했을 경우 MFA가 최대로 되는 대각선 부근에서 MFV 가 최소로 되어 간격이 촘촘해지는 것을 볼 수 있으며 이 결과를 바탕으로 사출속도가 낮아 점도가 높은 상태로 충전중에 온도가 저하하여 우측 상단인 A영역에서 Flow mark가 발생하는 것을 예측할수 있다.
6(b)에 나타나 있다. 결과에서 확인 가능 하듯이 기존 조건 결과에 비해 MFA가 최대가 되는 대각선 지점에서도 간격이 일정하게 유지되고 있어 Flow mark가 발생하는 A영역에서 MFV가 급격히 저하 되지 않고 있음을 알 수 있다. 이 결과를 바탕 으로 Flow mark 현상이 상당히 개선 될 수 있음을 예측할 수 있다.
7% 개선하여 Flow mark의 발생 가능성을 상당히 감소시켰다. 결론적으로 Cold slug well을 추가하여 금형을 수정하였을 뿐만 아니라 변경된 사출조건으로 생산하여 문제점을 완전히 개선하였다.
결론적으로 이 제품은 좌측 상단에 유동선단의 만남에 의한 Weldline과 우측 상단에 유동 선단속도(Melt Front Velocity, MFV)의 저하에 의한 Flow mark가 발생하는 복합적인 불량 현상을 보여주고 있다.
2% 빨라졌다. 다음으로, Cold slug well을 설치하면 Cold slug well 부위의 고화층이 단열층으로 작용하면서 Runner 의 유효 직경을 적절하게 보장하여주기 때문에 Bulk temperature를 기존 조건의 178.3℃에서 215.2℃로 20.7% 개선하여 Flow mark의 발생 가능성을 상당히 감소시켰다. 결론적으로 Cold slug well을 추가하여 금형을 수정하였을 뿐만 아니라 변경된 사출조건으로 생산하여 문제점을 완전히 개선하였다.
본 연구는 Weldline과 Flow mark가 복합적으로 발생한 문제를 해결하기 위해 먼저 게이트의 직경을 줄여 사출속도를 빠르게 가져감으로써 Flow mark가 발생하는 지점에서의 유동 선단 속도가 82.3mm/s에서 104.7mm/s로 27.2% 빨라졌다. 다음으로, Cold slug well을 설치하면 Cold slug well 부위의 고화층이 단열층으로 작용하면서 Runner 의 유효 직경을 적절하게 보장하여주기 때문에 Bulk temperature를 기존 조건의 178.
결과에서 확인 가능 하듯이 기존 조건 결과에 비해 MFA가 최대가 되는 대각선 지점에서도 간격이 일정하게 유지되고 있어 Flow mark가 발생하는 A영역에서 MFV가 급격히 저하 되지 않고 있음을 알 수 있다. 이 결과를 바탕 으로 Flow mark 현상이 상당히 개선 될 수 있음을 예측할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사출성형은 어디에서 중요한 역할을 수행하고 있는가?	사출성형은 생산비용의 절감, 제품 디자인의 제약성 극복과 대량생산 측면에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한 플라스틱 성형에 대한 응용기술이 전기, 전자 산업과 자동차 산업에 널리 보급되면서 그 중요성은 매우 강조되고 있다.
	사출성형 해석 소프트웨어란?	사출성형 해석 소프트웨어는 짧은 시간에 저비용으로 여러 설계 및 재료와 공정 조건의 조합을 시험할 수 있는 시스템이다. 설계의 오류 및 부적절한 공정 조건의 설정을 실제 금형을 가공하고 시제품을 생산하기 전에 미리 방지할 수 있으므로 공정 변수들이 성형품의 품질, 비용과 성능에 미치는 영향에 관한 정보를 설계 초기 단계에서 제공해 준다.
	사출성형 해석 소프트웨어의 장점은?	사출성형 해석 소프트웨어는 짧은 시간에 저비용으로 여러 설계 및 재료와 공정 조건의 조합을 시험할 수 있는 시스템이다. 설계의 오류 및 부적절한 공정 조건의 설정을 실제 금형을 가공하고 시제품을 생산하기 전에 미리 방지할 수 있으므로 공정 변수들이 성형품의 품질, 비용과 성능에 미치는 영향에 관한 정보를 설계 초기 단계에서 제공해 준다.

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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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