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문제 정의
- 본 연구에서는 휴대폰 제품의 금형 설계에서 제품 생산까지의 과정을 유기적으로 연결하여 성형품에 발생 될 수 있는 변수들에 대하여 미리 검토하여 최적 설계 데이터를 구현 할 수 있도록 사출 성형 CAE 데이터의 활용 방안에 대하여 연구하고자 한다.
제안 방법
- 웰드라인은 사출속도와 사출 시간 설정의 변경만으로는 그 발생을 방지하기 어렵다. 따라서 두 유로의 경로 개선을 통한 웰드라인의 발생을 방지하기 위해 길이가 긴 유로에 해당하는 부분의 두께를 줄임으로써 유동선단의 속도를 상대적으로 늦춰 유로 A와 B가 만나는 부분에서의 수지 합류각을 증가시켜 기존 모델과 세 가지 두께 변경 모델들에 대한 사출압력을 비교하였다.
- 초기 단계에서는 제품 성형 및 불량 발생단계에 접근이 용이하므로 사출성형해석의 많은 부분이 이 단계에 활용되었으며, 이후 단계에서는 플라스틱 제품 개발 단계에서의 활용을 통해 공정개선을 통한 개발 기간 단축이나 조기 품질 확보 등의 목적을 위해 사용되었다. 이러한 활동 방안을 통해 개발 초기 단계에서부터 최적의 설계 데이터를 도출하였으며, 실제 사출 결과와 해석 결과를 비교 분석하여 얻은 데이터를 신규모델 개발 시 활용하였다.
데이터처리
- 웰드라인이 발생하지 않은 25% 두께 감소율 모델의 해석 결과를 검증하기 위해 실제 금형을 제작하여 시사출을 수행하였고 이를 해석 결과와 비교하였다.
성능/효과
- 그 결과 실험과 해석의 유동 패턴이 유사함을 알 수 있었고, 제품의 관심 부위인 원형 부분에 웰드라인이 발생하지 않음을 확인하였다.
- 또한 웰드라인은 합류각이 가장 큰 25%의 두께 감소율이 적용된 모델에서만 웰드라인이 발생하지 않았다. 따라서 이제품에는 웰드라인 발생을 방지할 수 있는 최상의 두께 감소율이 25%임을 알 수 있다.
- 비교 결과 서로 유사한 압력값을 가지면서 초기 모델에 비해 평균적으로 17%의 압력감소를 보였다.
- 사출성형 CAE는 플라스틱 제품 개발의 모든 단계를 통합하고 분석하고, 각 단계별 동시 진행을 통해 최적 제품설계 및 금형설계, 시사출 반복 및 수정을 줄임으로써 비용 절감, 제품 품질 향상을 이루어 결과적으로는 개발 기간을 단축하는 효과를 얻을 수 있다.
후속연구
- Fig 4에 나타낸 것과 같이 성형 해석 데이터에서 보여주는 모든 불량이 전부 제품에 영향을 미치지 않으며, 웰드라인 뿐만 아니라 성형 해석 시 보여주는 모든 불량에 대해서도 충분히 데이터 베이스화할 수 있으며 이러한 데이터를 근거로 사출 후 제품에 문제를 일으킬 수 있는 요인이 될 것인지를 보다 정확하게 예측할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있을 것이다 즉, 앞으로 개발되어지는 신규 모델에 경우 동일 수지를 사용하고 유사한 형태의 제품군일 경우 축척된 데이터를 활용하여 성형 해석 결과가 보여주는 불량 중 실제 제품 불량으로 나타나는 불량은 어느 것인지를 식별해 낼 수 있다면 분명 제품 개발 기간 단축뿐만 아니라 제품 품질까지 향상시키는 중요한 데이터가 될 것이다.
- 금형 제작 전 사출 성형시 발생될 수 있는 불확실한 요소들에 대한 충분한 검증 및 예측이 이루어져야 불확실한 요소들이 발생되지 못하도록 예방이 가능하게 되며, 발생되었을 경우 이를 제거하고 개선하는데 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있을 것이다. 이에 많은 금형 업체들은 사출 성형시 발생될 수 있는 불확실한 요소들을 해결하기 위해 CAE 프로그램에 대한 활용도는 증가하고 있다.
- 본 연구에서는 특정 제품에 한하여 데이터를 확보하였기에 그 효과는 한정적이라 생각할 수도 있으나 이러한 방법은 다양한 제품군에 충분히 적용할 수 있을 것이라 생각한다. 또한, 신규 제작될 금형의 표면 거칠기를 성형 해석 프로그램에 접목하고, 업체의 사출 환경을 수식으로 입력할 수 있는 성형해석 프로그램을 개발시키는 연구가 이루어 져야 할 것이다. 이러한 데이터들이 해석 프로그램에 반영되어 진다면 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있을 것이고 누구나 손쉽게 정확한 정보를 얻을 수 있을 것이다.
- 무분별한 데이터 속에서 나에게 필요한 데이터를 발췌하여 활용할 수 있는 능력을 키워야하고 그러한 능력을 키우기에 좋은 방법이 될 수도 있을 것이다.
- 본 연구에서는 특정 제품에 한하여 데이터를 확보하였기에 그 효과는 한정적이라 생각할 수도 있으나 이러한 방법은 다양한 제품군에 충분히 적용할 수 있을 것이라 생각한다. 또한, 신규 제작될 금형의 표면 거칠기를 성형 해석 프로그램에 접목하고, 업체의 사출 환경을 수식으로 입력할 수 있는 성형해석 프로그램을 개발시키는 연구가 이루어 져야 할 것이다.
- 또한, 신규 제작될 금형의 표면 거칠기를 성형 해석 프로그램에 접목하고, 업체의 사출 환경을 수식으로 입력할 수 있는 성형해석 프로그램을 개발시키는 연구가 이루어 져야 할 것이다. 이러한 데이터들이 해석 프로그램에 반영되어 진다면 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있을 것이고 누구나 손쉽게 정확한 정보를 얻을 수 있을 것이다.
- 전혀 다른 제품군의 경우 적용이 어려울 수도 있지만 이러한 데이터베이스구축 작업은 절대 게을리 해서는 안 될 것이다. 이러한 작업들을 반복하고 학습하다 보면 형상이 완전히 다른 제품군의 경우도 보다 정확하게 문제점을 도출하고 보다 빠르게 해결 하는데 분명한 도움이 될 것이다.
- 이 때의 실험은 동일한 수지 및 제품군으로 분류하여 온도와 압력, 사출속도 등을 비교한 결과 제품에서 문제가 발생되는 부위와 그렇지 않은 부위의 해석 결과가 매우 유사한 형태로 나타나지고 있었다. 즉, 동일 수지를 사용하고 형태가 유사한 경우 사전 구축된 데이터베이스를 통하여 단순 불량 발생 여부가 아닌 실제 제품에 문제를 발생 시킬 것인지 그렇지 않을 것인지를 판단하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되어 진다. 피할 수 없는 불량의 경우 최소화 할 수 있는 위치로 유도하여 불량의 수준을 낮추는 형태로도 활용되어 질 수 있을 것이라고도 판단되어 진다.
- 프로그램에서 제공하는 데이터(Data)에 대한 이해 능력, 각 제품의 특성에 따른 변수, 많은 경험을 통하여 확보되어진 데이터베이스(Data base) 구축이 함께 이루어져야 급변하는 시장상황 및 산업 환경의 변화에 능동적으로 대처하고 경쟁력을 확보해 나갈 것이다.
- 즉, 동일 수지를 사용하고 형태가 유사한 경우 사전 구축된 데이터베이스를 통하여 단순 불량 발생 여부가 아닌 실제 제품에 문제를 발생 시킬 것인지 그렇지 않을 것인지를 판단하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되어 진다. 피할 수 없는 불량의 경우 최소화 할 수 있는 위치로 유도하여 불량의 수준을 낮추는 형태로도 활용되어 질 수 있을 것이라고도 판단되어 진다.
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