[논문]금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동특성 해석

엄혜주; 박근

문제 정의

본 연구에서는 고주파 유도가열시 금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동해석을 수행하고자 한다. 이를 위해 고주파 유도가열을 적용한 마이크로 사출성형의 전산 모사를 수행하였으며, 전자기장 해석, 열전달 해석 및 사출성형 해석을 연계한 통합적 유한요소 해석을 적용하였다.
본 연구에서는 성형이 어려운 두께가 얇은 원형 컵의 사출성형을 해석하였다. 사출 성형품의 두께는 0.
이상으로 본 연구에서는 금형 온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동 특성 해석을 수행하였다. 이를 위해 전자기장해석, 열전달해석 및 사출성형해석을 연계한 통합적 유한요소 해석을 적용하여 고주파 유도가열을 적용한 마이크로 사출성형의 전산모사를 수행하였다.

가설 설정

4 에 높이에 따른 고화도 분포를 도시하였는데, 이때 고화도는 액체 상태를 0, 고체상태를 1 로 정의하여 유체의 상태변화 정도를 나타낸 수치이다. 본 해석의 경우 0.67 이상의 고화도의 유체는 흐르지 않는다고 설정하였다. 수지온도에 비해 상대적으로 낮은 금형 온도에 의해 유동부내의 수지 온도가 전반적으로 낮아졌다.

제안 방법

금형 온도분포를 고려한 마이크로 사출성형의 유동특성을 고찰하기 위해 유도가열 해석으로부터 얻어진 금형온도 분포를 사출성형 해석에 적용하였다. 해석은 FLOW-3D®를 사용하였으며, 해석시간 단축을 위해 2 차원 축대칭으로 모델을 단순화하였다.
또한 금형 온도에 따른 유동특성을 분석하기 위해 각각 100, 200, 300A 의 인가전류를 적용한 경우를 추가적으로 해석하였으며 Fig. 5 에 동일한 조건의 실험 결과와 함께 도시하였다. 인가 전류가 증가할수록 금형 표면의 온도가 높아지며 이로 인해 충진율이 증가하는 것을 알 수 있다.
해석은 FLOW-3D®를 사용하였으며, 해석시간 단축을 위해 2 차원 축대칭으로 모델을 단순화하였다. 또한 금형온도 분포의 표현을 위해 금형을 코어와 캐비티로 나누고, 금형코어는 높이에 따라 여러 등분하여 모델링 한 후 이를 STL 파일로 불러들여 각 구성요소를 만든 후에 온도분포를 각 구간별로 나눠 평균치를 구하고 이를 각 구성요소의 초기온도로 설정하였다. Fig.
사출성형해석 수행시 제품의 충진높이에 따른 유동특성을 비교하기 위해 바닥면으로부터 15, 25, 35, 45mm 의 높이(Fig. 1 참조)에서의 유동특성을 분석하였다. Fig.
본 연구에서는 고주파 유도가열시 금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동해석을 수행하고자 한다. 이를 위해 고주파 유도가열을 적용한 마이크로 사출성형의 전산 모사를 수행하였으며, 전자기장 해석, 열전달 해석 및 사출성형 해석을 연계한 통합적 유한요소 해석을 적용하였다.
이상으로 본 연구에서는 금형 온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동 특성 해석을 수행하였다. 이를 위해 전자기장해석, 열전달해석 및 사출성형해석을 연계한 통합적 유한요소 해석을 적용하여 고주파 유도가열을 적용한 마이크로 사출성형의 전산모사를 수행하였다. 해석 결과를 통해 유동부 위치에 따른 수지 특성을 고찰하였고, 이를 통해 마이크로 사출성형의 유동특성을 예측할 수 있었다.

대상 데이터

이때 캐비티의 온도는 50℃이며, 코어는 400A 의 전류를 인가한 경우로 가열 후 고주파 유도가열과정으로 인한 시간을 감안하여 1 초 냉각시의 온도분포를 사용하였으며 이는 약 50~140℃로 나타났다. 수지는 제일모직 ABS SR320 을 사용하였으며, 사출온도는 230℃로 설정하였다.

데이터처리

유도가열 과정을 전산 모사하기 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS™10.0 을 사용하여 전자기장 해석과 열전달 해석의 연성해석을 수행하였다.

이론/모형

0 을 사용하여 전자기장 해석과 열전달 해석의 연성해석을 수행하였다. 특히 피가열체의 투자율, 비저항율, 열전도도 등의 주요 물성이 온도에 의존적인 점을 감안하여 순차적 연계 해법(Coupled field analysis)을 사용하였다. 또한 연성해석의 결과로 얻어진 피가열체의 온도 분포는 사출성형 해석시 금형의 초기온도로 주어진다.
해석은 FLOW-3D®를 사용하였으며, 해석시간 단축을 위해 2 차원 축대칭으로 모델을 단순화하였다.

성능/효과

이 방식은 피가열체에 단시간 에너지를 인가할 수 있으므로 급속 가열이 가능하고 피가열체의 표면만을 집중적으로 가열함으로써 급속히 냉각할 수 있다는 장점이 있다. 결과적으로 사출성형에 적용시 냉각시간을 크게 늘리지 않고 성형성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
특히 피가열체의 투자율, 비저항율, 열전도도 등의 주요 물성이 온도에 의존적인 점을 감안하여 순차적 연계 해법(Coupled field analysis)을 사용하였다. 또한 연성해석의 결과로 얻어진 피가열체의 온도 분포는 사출성형 해석시 금형의 초기온도로 주어진다.
해석 결과를 통해 유동부 위치에 따른 수지 특성을 고찰하였고, 이를 통해 마이크로 사출성형의 유동특성을 예측할 수 있었다. 또한 인가전류에 의해 변화된 금형 온도 분포에 따른 마이크로 사출성형 해석을 통해 금형 온도가 증가함에 따라 유동 특성이 향상되어 난성형 제품의 성형성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 실험결과와의 비교를 통해 해석 결과의 신뢰성을 검증하였다. 상기 연구결과는 향후 초박육 사출성형, 초미세 사출성형 등의 고부가 가치 기술에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
이러한 유동특성은 실험결과와 일치하였으며 약간의 오차가 발생하였는데 이는 금형 초기온도 대입 시 온도분포를 구간별로 나눠 평균값을 대입하는 등 해석 조건의 단순화에 의한 것으로 판단된다. 위와 같은 결과를 통해 통합적 연계 해석의 신뢰도를 검증할 수 있었으며, 금형 온도가 증가함에 따라 유동 특성이 향상됨을 확인 할 수 있었다.
한편 코어측 수지는 D 지점을 제외한 대부분의 지점에서 고화온도(101℃) 이상의 온도를 유지하며 유동이 진행됨을 알 수 있었고, 충진 높이가 증가할수록 점차 온도가 낮아지다가 제품의 말단 부분인 D 지점에 이르러 비로소 응고됨을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 충진 과정중의 유동의 특성을 분석할 수 있었으며 유도가열을 적용한 코어측 수지가 미 적용된 캐비티측 수지에 비해 유동특성이 향상됨을 알 수 있어 고주파 유도가열의 효과를 확인할 수 있었다.
특히 유도가열의 영향을 받지 않는 캐비티측 수지는 약 66~84℃의 온도로 높이에 상관없이 모두 응고되었다. 한편 코어측 수지는 D 지점을 제외한 대부분의 지점에서 고화온도(101℃) 이상의 온도를 유지하며 유동이 진행됨을 알 수 있었고, 충진 높이가 증가할수록 점차 온도가 낮아지다가 제품의 말단 부분인 D 지점에 이르러 비로소 응고됨을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 충진 과정중의 유동의 특성을 분석할 수 있었으며 유도가열을 적용한 코어측 수지가 미 적용된 캐비티측 수지에 비해 유동특성이 향상됨을 알 수 있어 고주파 유도가열의 효과를 확인할 수 있었다.
이를 위해 전자기장해석, 열전달해석 및 사출성형해석을 연계한 통합적 유한요소 해석을 적용하여 고주파 유도가열을 적용한 마이크로 사출성형의 전산모사를 수행하였다. 해석 결과를 통해 유동부 위치에 따른 수지 특성을 고찰하였고, 이를 통해 마이크로 사출성형의 유동특성을 예측할 수 있었다. 또한 인가전류에 의해 변화된 금형 온도 분포에 따른 마이크로 사출성형 해석을 통해 금형 온도가 증가함에 따라 유동 특성이 향상되어 난성형 제품의 성형성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 실험결과와의 비교를 통해 해석 결과의 신뢰성을 검증하였다.

후속연구

또한 인가전류에 의해 변화된 금형 온도 분포에 따른 마이크로 사출성형 해석을 통해 금형 온도가 증가함에 따라 유동 특성이 향상되어 난성형 제품의 성형성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 실험결과와의 비교를 통해 해석 결과의 신뢰성을 검증하였다. 상기 연구결과는 향후 초박육 사출성형, 초미세 사출성형 등의 고부가 가치 기술에 활용이 가능할 것으로 기대된다.

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

금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동특성 해석
Flow Analysis of Micro-Injection Molding considering Mold Temperature 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동특성 해석 Flow Analysis of Micro-Injection Molding considering Mold Temperature 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

금형온도에 따른 마이크로 사출성형의 유동특성 해석
Flow Analysis of Micro-Injection Molding considering Mold Temperature 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper