[논문]새로운 3D 멧싱 기법으로 충전 불균형을 예측할수 있는 사출성형 CAE 활용

고승우; 정수정; 서상훈; 정영득

새로운 3D 멧싱 기법으로 충전 불균형을 예측할수 있는 사출성형 CAE 활용
Injection Molding 3D CAE Applications for Estimating Filling Imbalance Using a New Runner system meshing 원문보기

고승우 (부경대학교 기계공학부) , 정수정 (부경대학교 기계공학부) , 서상훈 (부경대학교 기계공학부) , 정영득 (부경대학교 기계공학부)

Nowdays CAE has been used for almost all injection molding designs in order to find the best injection conditions. Almost all CAE use 2-D mesh, but the CAE with 2-D mesh can't indicate such as jetting, flow-mark and filling imbalance in multi cavity mold. In this study, we suggested a new 3D meshing. the method which can indicate the filling imbalance in geometrically balanced runner system with Mold Flow MPI 6.1 and we found out that the calculation times are saved. As a feasibility study, we verified that Melt Flipper, RC Pin etc appeared the balanced filling behaviors. of geometrically balanced runner system and Melt Flipper, filling imbalance was indicated more accurately.

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문제 정의

본 연구는 기하학적으로 균형을 갖춘 양측 분기형러너 시스템에서 생기는 충전 불균형 현상을 사출성형 CAE 상에서 구현할 수 있는 새로운 3D 러너 시스템의 메싱 방식을 제안한 후, 이 방식의 유효성을 검증하기 위한 사례 연구로서 그동안에 특허기술 등으로 발표된 균형 충전용 러너 시스템 장치 3종을 대상으로 그 유효성을 검증하였다.
본 연구는 기하학적으로 균형이 갖춘 러너시스템의 형상에 따른 충전 불균형 현상을 3차원 사출성형 CAE 프로그램인 몰드플로우 MPI 6.1 을 이용하여 구현하는 방법과 해석하는 시간을 최대한 줄일 수 있는 균형메쉬 모델을 제시하고 그것을 이용하여 기존에 연구되서 발표된 균형충전용 기술 및 장치들을 대상으로 충전 불균형이 해소되는것을 사례연구를 동해 밝혀내어, 본 연구에서 제안한 새로운 3D 멧싱 방식의 유효성을 검증하였다. 이러한 연구 결과는 향후 다수 캐비티 금형 설계 및 3D 사출성형해석의 활용력을 제고시키는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

제안 방법

Table. 1은 3D 멧싱에 있어서 기존방식과 새로운방식에 의해 작성된 러너 시스템을 대상으로 하여 해석을 수행한 결과 소요된 해석시간을 비교한 것이다. 새로운 3D 멧싱에 의한 해석수행 시간은 기본방식의약 10% 밖에 소요되지 않았다.
사용하였다. 기본적인 사출성형조건은 Moldflow MPI 프로그램의 추천조건을 사용하였으며, 사출율 (flow rate)을 100 cm%sec로 설정하였다.
본 연구에서 제안하는 개선된 3D 메싱 방식은 Fig. 3 에서 볼 수 있는 것과 같이 5개의 4면체의 메쉬로 구성되는 정육면체 형태의 메쉬를 기본 3D 메쉬요소로취급하는 방식이다. 이러한 메쉬는 각 면마다 메쉬 나눔선이 두 가지 방향의 사선으로 나타나기 때문에 이대로 합성하여 사용할 경우 각 면간의 분할선이 맞지않아 정확한 해석이 되지 않거나 그 값을 신뢰할 수없다
사출성형 CAE 의 발달전에 따라 스프루부터 러너를 거쳐 게이트까지 이르는 러너시스템 부분을 3차원메쉬로 모델링 하여 기존 2차원 메쉬에서는 볼 수 없었던 충전불균형 현상을 볼 수가 잇게 되었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 해당 메쉬 8개를 이용하여 각 면이 모두 동일한 형태를 띄는 정육면체 메쉬를 생성하여 실용상의 기준 메쉬로 삼는다.
시 문제가 발생하게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 다수 캐비티 금형 설계 시 모든 캐비티 에 균형 충전이 가능하도록 러너를 기하학적 균형을 갖추도록 설계한다. 그러나 기하학적 균형을 가진 러너를 이용한 금형에서도 충전 불균형 현상은 실제로 일어나고 있다.

대상 데이터

대상 수지는 미국 GE Plastics 사의 PC (Lexan 144)수지를 사용하였다. 기본적인 사출성형조건은 Moldflow MPI 프로그램의 추천조건을 사용하였으며, 사출율 (flow rate)을 100 cm%sec로 설정하였다.

데이터처리

사출성형해석 프로그램은 Moldflow MPI 6.1 을 사용하였으며, 양측 분기형, 편측분기형 러너 시스템을대상으로 기존방식의 3차원 러너 형상과 개선된 방식의 러너 형상을 작성하여 해석수행한 결과가 충전 불균형 현상의 구현 여부와 그 정확도 및 소요된 해석시간에 대해 비교 해 보았다 .

성능/효과

위 결과는 기존의 3차원 러너 형상의 해석에 성능이 좋은 컴퓨터를 사용하였으며 개선된 3차원 러너 형상의 해석에는 성능이 낮은 컴퓨터를 사용하였으나 개선된 3차원 모델에 의한 해석시간이 매우 짧은 시간에 끝났음을 볼 수 있다. 이와 같이 개선된 3차원 모델은 기존의 3차원 모델과 비교할 때 해석결과의 정확성뿐만 아니라 해석시간의 단축에도 좋은 결과를 보여주고 있다.
이를 본 연구에서 제안한 3D 멧싱으로 모델링한 러너로 해석할 경우 Fig. 9 의 설명 모델과 거의 차이가 없이 Fig. 10 에서 구현됨을 알 수 있다.
이를 본 연구에서 제안한 3D 멧싱으로 모델링한 러너로 해석할 경우 약간의 차이를 보이게 되는데 Fig. 12 해석적 결과의 충전불균형도에 대해서는 이론적 모델과 거의 차이가 없이 나타났다.

후속연구

1 을 이용하여 구현하는 방법과 해석하는 시간을 최대한 줄일 수 있는 균형메쉬 모델을 제시하고 그것을 이용하여 기존에 연구되서 발표된 균형충전용 기술 및 장치들을 대상으로 충전 불균형이 해소되는것을 사례연구를 동해 밝혀내어, 본 연구에서 제안한 새로운 3D 멧싱 방식의 유효성을 검증하였다. 이러한 연구 결과는 향후 다수 캐비티 금형 설계 및 3D 사출성형해석의 활용력을 제고시키는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

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