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플라스틱 유동을 고려한 사출성형 충전공정 중 금형의 변형 해석
Numerical Analysis of Mold Deformation Including Plastic Melt Flow During Injection Molding 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.7, 2014년, pp.719 - 725  

정준태 (전남대학교 기계공학부) ,  이봉기 (전남대학교 기계공학부)

초록
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본 연구에서는 사출성형 충전공정 중 금형의 변형을 예측하기 위하여 비뉴턴 유동, 열전달, 구조해석이 함께 고려된 수치해석 연구를 수행하였다. 정밀 사출성형 금형을 설계/제작하기 위해서는 충전공정 중에 발생하는 금형의 변형을 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 이와 같은 금형의 국부적인 변형은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있으나, 용융된 고분자 수지의 유동에 의한 압력이 가장 큰 원인 중의 하나로 여겨지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 2 차원 축대칭 형상의 단순 원형 디스크 제품의 금형을 모델링하고 이에 대한 수치해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 금형 내부의 고분자 수지의 유동 특성과 금형 변형량, 온도 분포에 대한 분석을 수행하였다. 또한 다구치 방법을 기반으로 한 실험계획법을 도입하여 유동 속도, 금형 온도, 고분자 수지의 온도가 금형 변형에 미치는 영향을 파악하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present study, a numerical analysis of an injection molding process was conducted for predicting the mold deformation considering non-Newtonian flow, heat transfer, and structural behavior. The accurate prediction of mold deformation during the filling stage is important to successfully desig...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 사출성형 충전공정 중의 고분자 수지 압력이 금형의 변형에 미치는 영향을 확인하기 위하여 고분자 수지의 유동, 금형 변형, 및 온도 분포에 대한 연계해석을 수행하였다. 이를 통하여 금형 내부에서의 고분자 수지의 유동 및 온도 특성과 금형의 변형 거동을 확인하였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 실험계획법의 하나인 다구치 방법을 이용하여 충전공정에서의 주요 공정변수가 고분자 수지의 유동 압력 및 금형의 변형에 미치는 영향을 분석하였다. 여러 공정변수 중에서 고분자 수지의 온도, 금형 온도 그리고 입구에서의 유동 속도를 주요 변수들로 설정하였고, Table 5와 같은 직교배열표(orthogonal array)를 이용한 망소특성의 S/N비 분석을 통해 각 변수들의 영향력을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 수치해석을 통하여 먼저 사출성형 공정 중 고분자 수지의 유동 특성을 확인해 보았다. Fig.

가설 설정

  • 본 수치해석은 충전공정 중 캐비티의 98% 충전으로 설정된 V/P 전환 시점(V/P switchover)을 정상 상태로 가정하여 수행되었으며, 캐비티의 충전 완료 시간이 1 초가 되는 유동 속도(Uinlet)를 입구에서의 속도 경계조건으로 적용하였다. 본 연구의 사출성형 공정해석은 상용 해석 소프트웨어인 COMSOL Multiphysics 4.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사출성형이란 무엇인가 사출성형(injection molding)은 고분자 수지를 고온에서 용융시켜 금형 내부로 빠르게 주입하고 냉각하여 제품을 생산하는 공정이다. 일반적인 플라스틱 제품에서 마이크로 기어 같은 미세 기계 요소,(1) 광학 렌즈 같은 기능성 제품(2)까지 다양한 산업 분야에서 사출성형 공정이 이용되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
사출성형 공정의 성형품의 품질을 향상하기 위하여 필요한 것은 무엇인가 일반적인 플라스틱 제품에서 마이크로 기어 같은 미세 기계 요소,(1) 광학 렌즈 같은 기능성 제품(2)까지 다양한 산업 분야에서 사출성형 공정이 이용되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 성형품의 품질 향상을 위해서는 사출속도 및 압력, 고분자 수지 온도 및 금형 온도, 보압 압력 등의 주요 공정변수들에 대한 고찰이 필요하다.(3)이와 같은 공정변수 중 사출 속도 및 수지 온도, 금형 온도는 용융된 수지의 유동 특성과 금형 내부의 온도 분포 특성에 영향을 미치는 중요한 변수로 성형품의 치수 정밀도, 기계적 특성에 많은 영향을 미친다.
사출성형 공정은 어디에서 사용되고 있는가 사출성형(injection molding)은 고분자 수지를 고온에서 용융시켜 금형 내부로 빠르게 주입하고 냉각하여 제품을 생산하는 공정이다. 일반적인 플라스틱 제품에서 마이크로 기어 같은 미세 기계 요소,(1) 광학 렌즈 같은 기능성 제품(2)까지 다양한 산업 분야에서 사출성형 공정이 이용되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 성형품의 품질 향상을 위해서는 사출속도 및 압력, 고분자 수지 온도 및 금형 온도, 보압 압력 등의 주요 공정변수들에 대한 고찰이 필요하다.
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참고문헌 (8)

  1. Zhao, J., Mayes, R. H., Chen, G., Xie, H. and Chan, P. S., 2003, "Effects of Process Parameters on the Micro Molding Process," Polym. Eng. Sci., Vol. 43, No. 9, pp. 1542-1554. 

  2. Tsai, K. M., Hsieh, C. Y. and Lo, W. C., 2009, "A Study of the Effects of Process Parameter for Injection Molding on Surface Quality of Optical Lenses," J. Mater. Process. Technol., Vol. 209, No. 7, pp 3469-3477. 

  3. Baek, S. B., Park, K., Youn, C. H. and Ra, S. W., 2010, "Study on Improvement of Dimensional Accuracy of a Precision Plastic Screw Under Various Injection-Molding Conditions," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 34, No. 10, pp. 1549-1554. 

  4. Giacomin, A. J., Hade, A. J., Mix, A. W., Chen, Y. C., Liao, H. C. and Tseng, S. C., 2011, "Core Deflection in Injection Molding," J. Non-Newton. Fluid Mech., Vol. 166, No. 16, pp. 908-914. 

  5. Li, X., Zhao, G., Guan, Y. and Li, H., 2009, "Research on Thermal Stress, Deformation, and Fatigue Lifetime of the Rapid Heating Cycle Injection Mold," Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 45, No. 3-4, pp. 261-275. 

  6. Lee, S. H., Min, B. H. and Kim, B. G., 2002, "Optimizing the Injection Molding Process for Cooling Filter Using Computer Simulation and Taguchi Methods," IE Interfaces, Vol. 15, No. 3, pp. 263-267. 

  7. Yu, L., Koh, C. G., Lee, L. J. and Koelling, K. W., 2002, "Experimental Investigation and Numerical Simulation of Injection Molding with Micro- Features," Polym. Eng. Sci., Vol. 42, No. 5, pp. 871-888. 

  8. Chiang, H. H., Hieber, C. A. and Wang, K. K., 1991, "A Unified Simulation of the Filling and Postfilling Stages in Injection Molding. Part I: Formulation," Polym. Eng. Sci., Vol. 31, No. 2, pp. 116-124. 

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