폴리카보네이트 사출성형에 따른 금형과 사출품에서 표면거칠기의 재현성 예측 Reproducibility Prediction of Surface Roughness in Mold and Injected Parts through Polycarbonate Injection Molding원문보기
In this study, we evaluated the surface roughness of mold and injected parts manufactured by polycarbonate (PC) injection molding. The mold surface was polished to produce six differentiated roughnesses with 12 areas using stones (#800, #1200), sandpapers (#800, #1200), and diamond compounds (#8000,...
In this study, we evaluated the surface roughness of mold and injected parts manufactured by polycarbonate (PC) injection molding. The mold surface was polished to produce six differentiated roughnesses with 12 areas using stones (#800, #1200), sandpapers (#800, #1200), and diamond compounds (#8000, #14000). Injected parts were created using 20mm/s injection speed, 80 bar holding pressure for 5 seconds, and $70^{\circ}C$ cooling water. Injected parts surface roughness (Sa) was measured randomly in 10 of 30 using an interferometer (NewView8000, zygo, USA). In the same way, mold surface was measured randomly 10 times on 12 polished areas. Surface roughness of molds and injected parts were compared, and a regression equation to predict mold surface roughness was proposed for specific injection molding parameters.
In this study, we evaluated the surface roughness of mold and injected parts manufactured by polycarbonate (PC) injection molding. The mold surface was polished to produce six differentiated roughnesses with 12 areas using stones (#800, #1200), sandpapers (#800, #1200), and diamond compounds (#8000, #14000). Injected parts were created using 20mm/s injection speed, 80 bar holding pressure for 5 seconds, and $70^{\circ}C$ cooling water. Injected parts surface roughness (Sa) was measured randomly in 10 of 30 using an interferometer (NewView8000, zygo, USA). In the same way, mold surface was measured randomly 10 times on 12 polished areas. Surface roughness of molds and injected parts were compared, and a regression equation to predict mold surface roughness was proposed for specific injection molding parameters.
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문제 정의
이를 통하여 사출품에 요구되는 표면거칠기를 금형제작시에 예측할 수 있는 선형 회귀방정식을 제안하고자 한다.
제안 방법
게이트위치를 기준으로 상/하로 측정포인트 12곳에 대하여 금형을 랜덤하게 10회 반복 표면거칠기를 측정하였다. 미니텝 17(Minitab Inc.
자동차 램프용 금형표면으로부터 나노스케일의 표면 평균거칠기 재현성에 대한 예측을 위하여 폴리카보네이트 사출성형으로 제작된 사출품의 금형 표면거칠기를 평가, 비교하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
폴리카보네이트 사출성형에서 평가할 수 있는 표면거칠기를 선정하고 폴리싱 작업의 반복성과 사출의 재현성을 고려하여 폴리싱 위치를 선정하였다. 폴리싱 작업 후에 사출성형이 진행되었고, 금형과 사출품의 표면거칠기를 측정하였다. 각각의 측정결과를 ANOVA(Analysis of Variance)[8~9]를 통하여 폴리싱 작업 반복성과 사출 재현성을 평가하 였다.
폴리카보네이트 사출성형에서 평가할 수 있는 표면거칠기를 선정하고 폴리싱 작업의 반복성과 사출의 재현성을 고려하여 폴리싱 위치를 선정하였다. 폴리싱 작업 후에 사출성형이 진행되었고, 금형과 사출품의 표면거칠기를 측정하였다.
대상 데이터
로 이상여부를 판단한다. 30개의 사출품 중 1번째가 개별값의 변화량에서 3σ범위 상한선 (UCL=81.967)밖에 있어 표면거칠기 측정은 이를 제외한 29개에서 램덤으로 10개를 선정하여 평가 하였다. 그리고 개별 이동량은 3σ범위 (LCL=0~UCL=4.
Griffiths[7]는 사출성형시 금형 표면 품질효 과에 대하여 에이비에스(ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리카보네이트를 사용하였다. LED 반사경에 널리 사용되는 엔지니어링 플라스틱이 폴리카보네이트(Polycarbonate, Lexan LS1, Sabic)이므로 3개중에 폴리카보네이트를 선정하였다.
따라서 본 연구에서는 자동차 램프용 소재인 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 사출성형하고, 마이크로에서 나노스케일의 금형표면을 폴리싱으로 제작하였다. 금형과 사출품에 있어서 각각의 표면거칠기를 측정하여 실험계획법으로 비교 평가하였다.
선별된 사출품 12곳에서 표면거칠기를 측정하였다. Table 2와 같이 실험배치를 하여 Table 4과 같은 결과를 얻었다.
코어의 재질은 P20 ESR HH(SF-2000 LQ, SOREL FOGE Co, Canada)를 사용하였으며, 경도는 HrC 34~38이다. 코어의 표면은 평면으로 연마공정을 통하여 마무리 되었고, Fig.
데이터처리
폴리싱 작업 후에 사출성형이 진행되었고, 금형과 사출품의 표면거칠기를 측정하였다. 각각의 측정결과를 ANOVA(Analysis of Variance)[8~9]를 통하여 폴리싱 작업 반복성과 사출 재현성을 평가하 였다. 금형과 사출품의 표면거칠기를 비교하여 사출품의 표면거칠기를 사전에 예측할 수 있는 회귀 방정식을 도출하는 순서로 진행이 되었다.
금형과 사출된 시편의 표면거칠기 각 120개를 미니텝을 활용한 회귀분석을 통하여 식 (1)과 같은 수학적 모델을 도출하였다.
따라서 본 연구에서는 자동차 램프용 소재인 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 사출성형하고, 마이크로에서 나노스케일의 금형표면을 폴리싱으로 제작하였다. 금형과 사출품에 있어서 각각의 표면거칠기를 측정하여 실험계획법으로 비교 평가하였다.
USA)을 이용하여 방향 2수준, 랩핑공정 6개수준으로 Table 2와 같이 실험배치 하였다. 래핑작업의 반복성을 검정할 목적으로 ANOVA(Analysis of Variance)분석 [11~12]을 실시하여 Table 3과 같은 결과를 얻었다. A(Direction), B(Position), A*B 모두 P값이 0.
사출공정에서의 사출압, 사출수지온도, 금형온도 및 보압 압력과 같은 여러 변수를 감안하여 F-검정의 일반적인 기각치인 P값 0.05를 적용하였다. P값이 0.
수학적 회귀 모델이 유효한지 판별하기 위하여 분산분석의 F검정과 결정계수(R2)을 이용하였고, 회귀모델에 관한 ANOVA 분석은 Table 5과 같다.
성능/효과
1. 금형표면 거칠기가 적용되는 랩핑공정이 수작업으로 진행되므로 반복성에 편차가 발생하였고, 사출시 금형표면 재현성이 떨어져 사출성형후 사출품에서는 차이가 발생하지 않았다.
2. 금형 표면 거칠기와 사출품 표면거칠기를 평가, 비교하여 선형 회귀방정식을 도출하였고, 선형 회귀모델을 적용하여 금형표면 거칠기로부터 사출품의 표면거칠기를 95.6%로 예측로할 수 있었다.
4. 본 사출조건은 일반 사출(Conventional injecti -on) 공법으로 사출과정에서의 압력 및 냉각온도의 차이는 사출물의 표면거칠기 재현성에 있어서 별 다른 차이를 보이지 않았다.
후속연구
보압시간은 열변형 온도인 HDT(Heat deflection temperature) 122℃보다 게이트 온도가 떨어지는 시점을 감안하여 5초로 설정하였다. 본 연구는 특정 사출조건에서 시행이 되었으며 표면재현성을 향상을 위한 성형조건의 최적화에 대해서는 본 기초연구를 통하여 향후 진행할 것이다.
금형에서는 표면거칠기에 유의한 인자였으나 사출품에서는 그 영향도가 떨어졌다. 이는 주어진 사출 조건에 한정된 결과로 추후 사출속도와 금형온도, 보압 압력, 보압 유지시간에 대한 최적화[7]를 통하여 사출조건에 따른 재현성 차이점에 대하여 추가 적인 실험이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LED의 광량증대 및 수명유지를 위해 고려해야할 사항은 무엇인가
LED는 반도체 소자로 광량증대 및 수명유지를 위해 열적 영향의 고려가 반드시 필요하다. 이를 위해 방열성능을 향상하는 방법으로, 방열판 형상을 최적화, 열전도가 높은 소재의 사용 그리고 LED에 공급되는 전력 최적화에 관한 연구가 선행되었다[2~3].
LED의 광량증대 및 수명유지를 위해 방열성능을 향상하는 방법은 무엇이 있는가
LED는 반도체 소자로 광량증대 및 수명유지를 위해 열적 영향의 고려가 반드시 필요하다. 이를 위해 방열성능을 향상하는 방법으로, 방열판 형상을 최적화, 열전도가 높은 소재의 사용 그리고 LED에 공급되는 전력 최적화에 관한 연구가 선행되었다[2~3]. 또한 반사율(Reflectivity)을 향상하여 상대적으로 소비전력이 적은 LED로 원하는 광량을 확보할 수 있어 발열량의 감소가 가능하다. 광량 증대를 위하여 Heng Wu[4]는 프리폼 반사경(Freeform reflector)형상 최적화를 통하여 로우빔(Low beam)의 광효율(Optical efficiency)을 80.
최근 자동차 전조등에 LED 전조등이 쓰이는 이유는 무엇인가
최근 자동차 전조등은 할로겐 전조등에서 LED 전조등으로 보편화가 되어가고 있다. LED 전조등은 일반 할로겐램프 전조등이나 High intensity discharge (HID) 전조등에 비해 전력 효율이 높고 수명도 길다. 또한 램프별 색온도(Color temperature)를 보면 할로겐램프는 통상 3000K의 색온도를 지니고 있고 HID 램프는 4600K, 그리고 LED 램프는 6000K이상의 색온도를 지니고 있다. 조도(Illumination) 또한 높아서 최근에는 소형차에서도 LED 전조등을 장착하여 출시하는 추세이다[1].
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