[사출금형 성형 기술 실무(8)] DOE를 활용한 엣지 게이트 최적화-Molding window
[사출금형 성형 기술 실무(8)] DOE를 활용한 엣지 게이트 최적화-유동 해석
[사출금형 성형 기술 실무(8)] DOE를 활용한 엣지 게이트 최적화-해석 결과
이번 연재는 컴퓨터 해석을 기반으로 하는 사출금형 설계의 핵심 기술인 유동시스템 설계를 중심으로 사례를 들어 설명하고, 요소 기술의 특성들을 분석하여 설계자들에게 관련 기술 정보를 제공하고자 한다. 사출성형 기술은 유체 성질에 관한 이론적 배경을 근거로 사출성형의 다양한 파라미터의 특성을 분석하여 성형기술자에게 유익한 정보를 제공할 것이다.
DOE를 활용한 엣지 게이트 최적화
◈ Molding window
그림 1은 Molding window work flow이다. Molding window 기능은 또 다른 사출이 가능한 영역을 자동으로 제시해 주는 기능이다.
그림 1. Molding window work flow
이 방법을 사용하여 지난 회의 그림 3, 4의 해석 과정 지식을 공유하고 최적화를 풀어 가게 될 것이다. 우선 몰드플로우 Pre-process 창에서 아래와 같이 molding window condition을 입력하면 성형 가능 영역을 확인할 수 있다.
Molding window 해석은 매우 신속하게 결과를 볼 수 있으며, 성형을 안정적으로 할 수 있는 안정적인 영역(Pre-ferred), 성형 가능한 영역(Feasible), 성형 불가능한 영역(Not Feasible) 으로 쉽게 확인할 수 있다.
Molding window에서 확인할 수 있는 내용은 다음과 같다.
- 제품의 충진이 가능한 낮은 압력에서 해석하고자 할 때 성형 가능한 압력은 얼마일까?
- 게이트 위치와 개수는 몇 개가 적당할 것인가?
- 제품을 성형할 수 있는 사출 시간 범위는 얼마인가?
- 어떠한 수지가 가장 성형하기 좋은가?
- 제품의 두께 방향에 대한 성형성은 어떻게 될까?
- 냉각 시간은 얼마나 주어져야 할까?
그림 2는 Molding window를 통하여 얻은 성형 정보이며 표 1은 molding window 해석 결과값으로 유동해석 최소한의 기본 정보를 제시해 준다.
그림 2. Molding window 해석 결과
표 1. Molding window 결과값
그림 3은 molding window 해석으로 얻은 결과값이며, CTQ값을 추적할 수 있는 시발점이기도 하다.
그림 3. 유동해석 Process settings과 시출 시간
사출압력의 입력값은 0.687초였으나, 해석 결과 0.9857초로 밀리는 현상이 나타났다. 왠지 성형시 유동저항을 상당히 받고 있는 느낌이다. 용융수지가 캐비티 내부로 충진될 때 수지의 유동 선단의 온도를 관찰하면 우선 온도 차이가 340℃~266℃이다. 두께가 0.5mm 이하의 초슬림형 제품을 성형하기 위해서는 온도 차이는 5℃ 이내 정도면 무난하지만, 위의 온도는 약 74℃가 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.
상대적으로 형체결력과 사출압력이 급상승하는 요인이기도 하다. 형체결력은 152.7ton, 사출압력은 최대 280Mpa로 권장값인 150ton과 280Mpa를 초과하고 있다. 과잉 충전에도 불구하고 성형품의 두께 편차는 -1.344~-2.991%로 불균일 할뿐만 아니라, 과잉 충진으로 금형이 벌어지는 형상까지 발생하고 있다. 이런 변형은 도광판의 휘도를 현저히 떨어뜨리는 이유 중에 하나가 되며, 재현성 있는 제품을 생산하기가 어렵다.
이 성형 조건으로는 CTQ값을 결코 얻을 수 없다는 결론을 쉽게 낼 수 있다. 대부분 성형해석 전문가들은 이 상황에서 최적 성형 조건을 찾기 위해 수많은 변수들에 대한 차이를 두고 수십 개의 해석 모델을 돌리면서 나름대로 근사적인 최적의 값이라고 판단한 것을 가지고 해석 결과를 제시하고 있다.
그림 4. 두께 편차와 용융수지 온도
지금부터가 중요하다. 그 동안 어떤 기준을 가지고 최적의 값을 제시했던 해석 결과들이 아니라, 막연하게 최적이라고 판단하는 수준으로 제시했던 종래의 방법을 탈피하여 과학적인 방법으로 구체적으로 계량화된 최적 성형 조건의 값을 찾는 방법을 제시하고자 한다.
박균명 공학박사 금형기술사
