[논문]Meniscus 곡면 형상을 가지는 Glass lens의 제작공정기술 최적화에 관한연구

강상도; 백승준; 박범수; 이동길; 박순섭

[국내논문] Meniscus 곡면 형상을 가지는 Glass lens의 제작공정기술 최적화에 관한연구
A Study on the Manufacture process technology optimization of Glass lens with the Meniscus shape 원문보기

강상도 ((주) 에이지광학) , 백승준 ((주) 에이지광학) , 박범수 ((주) 에이지광학) , 이동길 (한국생산기술연구원) , 박순섭 (한국생산기술연구원)

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문제 정의

또한 국내 대부분의 생산업체에서의 생산공정이 Progressive type으로 되어있어 이로 인한 낮은 생산성 및 부가가치의 향상을 위한 새로운 공법의 개발이 시급한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 생산성을 향상 시키는 공법인 Batch type의 성형 기술을 이용하여 고 성능의 Meniscus lens를 대량으로 생산 할 수 있는 제작공정의 최적화를 연구하였다.
본 연구는 Meniscus 곡면 형상을 가지는 glass lens의 금형의 최적화를 이용하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 Displacement error로 인한 성형 제품의 정밀도인 Tilt, Center thickness, 렌즈의 형상정밀도가 변화되는 수치를 고려하여 금형을 최적 설계 하였다. Fig.

제안 방법

Batch Press type의 성형기인 TOSHIBA社의 GMP-207HV를 이용하여 성형 Cycle time의 최적화를 위한 가열 시간 및 냉각 시간 단축에 대한 성형 변수 최적화 실험을 행하였다.
Core의 가공 공정은 Filet 반경의 최소 원호 보간을 고려한 훨의 선택 및 가공 데이터 생성을 통한 공구간섭 검증, Core의 1차 가공에 대한 가공 변질 충 제거를 위한 Rough machining, Finish machining의 마모량을 고려한 Re-rough machining, 설계조건의 요구 형상정도(Form accuracy)를 만족시키기 위한 Finish machining, 표면 조도(Surface roughness) 향상을 위해 초경금형 의 연삭 혼(Grinding Tool Mark)을 제거하기 위한 폴리싱(Polishing)의 단계로 수행하였다.
렌즈의 성형 속도는 크게 소재의 가열 및 냉각 시간의 두 부분으로 나눌 수 있다. 가열시간은 성형온도 부근인 소재의 항복점(At)보다 높은 온도와 연화점(Sp) 근처에서 성형하기위해 최대한 빠르게 연화점에 근접한 온도로 가열하였다. 냉각 시간을 단축하면 소재의 굴절률이 감소된다.
렌즈 성형 시 Cycle time의 최소화에 중요한 역할을 히는 금형의 설계 및 시물레이션은 Pro-engineer를 이용하여 최적화 설계 하였다.
렌즈 성형 시 Cycle time의 최소화에 중요한 역할을 히는 금형의 설계 및 시물레이션은 Pro-engineer를 이용하여 최적화 설계 하였다. 이후 제작되어진 성형 용 Core에 Ion gun 및 Unbalanced DC Magnetron Sputter가 조합된 PVD 코팅장비를 이용하여 이형성 박막 코팅을 하여 양산을 위한 WC Core의 성형 수명을 연장하였다.

대상 데이터

렌즈를 성형하기위한 금형 Core는 초정밀 가공기계인 ULG100 CH3을 이용하여 Grinding 가공하였다. 성형 Core의 재질은 초경합금(WC:99%,Co:1%))이고, Grinding 가공에 사용한 가공 휠은 #800, #2500을 사용하였다.

성능/효과

(1) 실험을 통하여 얻은 WC Core의 최적 연삭 조건을 이용하여 Fillet과 Convex의 형상이 복합적인 Core를 경사 축 가공올 이용하여 가공한 결과 형상정밀도 P-V 0.24사m와 표면 거칠기 Ra 0.049μm의 값을 얻을 수 있었다.
(2) 금형 설계 및 해석 program인 Pro-engineer의 Global Structure analysis를 이용하여 금형을 설계하여 금형의 Volume올 1.0292170e+05mm³로 최적화 할 수 있었다.
(3) 최적화 설계된 금형과 성형 변수의 최적화 값을 적용하여 성형한 결과, 기존 8' 30''에서 6' 50''의 Cycle time 향상 효과를 얻을 수 있었다.
80096 이내로 성형 하였다. 따라서 본 실험에서는 이러한 냉각 시간의 최적화와 가열시간의 최적화를 고려하여 성형한 결과 Fig. 7의 Process graph와 Table 3과 같은 Cycle time단축 효과를 얻었다. Fig.

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