고분자플라스틱부품의고품위 친환경외관성형이가능한 인서트 ... · 2011-12-20 · 열전달특성분석기술지원 압력특성및잔류응력분석기술

고분자 플라스틱 부품의 고품위고분자 플라스틱 부품의 고품위고분자 플라스틱 부품의 고품위고분자 플라스틱 부품의 고품위

친환경 외관성형이 가능한친환경 외관성형이 가능한친환경 외관성형이 가능한친환경 외관성형이 가능한

인서트 필름 사출성형 기술지원인서트 필름 사출성형 기술지원인서트 필름 사출성형 기술지원인서트 필름 사출성형 기술지원

2008. 11. 302008. 11. 302008. 11. 302008. 11. 30

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 세 지 솔 로 텍주 세 지 솔 로 텍주 세 지 솔 로 텍주 세 지 솔 로 텍( )( )( )( )

지 식 경 제 부지 식 경 제 부지 식 경 제 부지 식 경 제 부

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제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 고분자 플라스틱 부품의 고품위 친환경 외관성형이 가능한 인서트 필“

름 사출성형 기술지원 지원기간 과제의 기술지원 성과보고”( : 2007. 11.~2008. 10.)

서로 제출합니다.

2008.11.302008.11.302008.11.302008.11.30

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

대표자 나 경 환대표자 나 경 환대표자 나 경 환대표자 나 경 환( )( )( )( ) 인인인인( )( )( )( )

지원기업 주 세지솔로텍지원기업 주 세지솔로텍지원기업 주 세지솔로텍지원기업 주 세지솔로텍: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 최 기 환대표자 최 기 환대표자 최 기 환대표자 최 기 환( )( )( )( ) 인인인인( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 이 성 희이 성 희이 성 희이 성 희

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 고 영 배 지원기관고 영 배 지원기관고 영 배 지원기관고 영 배 지원기관( )( )( )( )

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참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 백 진 지원기관김 백 진 지원기관김 백 진 지원기관김 백 진 지원기관( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 강 효 명 지원기업강 효 명 지원기업강 효 명 지원기업강 효 명 지원기업( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 윤 근 호 지원기업윤 근 호 지원기업윤 근 호 지원기업윤 근 호 지원기업( )( )( )( )

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목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원3-1 (Insert film Injection Molding Process)3-1 (Insert film Injection Molding Process)3-1 (Insert film Injection Molding Process)3-1 (Insert film Injection Molding Process)

인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermoforming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermoforming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermoforming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermoforming Mold)

설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원

인서트 필름 사출 성형 해석 기인서트 필름 사출 성형 해석 기인서트 필름 사출 성형 해석 기인서트 필름 사출 성형 해석 기3-3 (Insert Film Injection Molding Anavsis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anavsis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anavsis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anavsis)

술지원술지원술지원술지원

가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)

나 유한요소모델링나 유한요소모델링나 유한요소모델링나 유한요소모델링) (FE Modeling)) (FE Modeling)) (FE Modeling)) (FE Modeling)

다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석))))

라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향))))

마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석))))

인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원3-4 (Insert Film Injection Mold)3-4 (Insert Film Injection Mold)3-4 (Insert Film Injection Mold)3-4 (Insert Film Injection Mold)

인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석3-53-53-53-5

인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원3-63-63-63-6

인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원3-73-73-73-7

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론4444

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부 록부 록부 록부 록

금형표면 급속가열기술금형표면 급속가열기술금형표면 급속가열기술금형표면 급속가열기술1111

사출성형기술사출성형기술사출성형기술사출성형기술2 Mucell2 Mucell2 Mucell2 Mucell

- 4 -

해외출장보고서 학회해외출장보고서 학회해외출장보고서 학회해외출장보고서 학회3 -4M3 -4M3 -4M3 -4M

국내학술대회발표논문국내학술대회발표논문국내학술대회발표논문국내학술대회발표논문4444

국외학술대회발표논문국외학술대회발표논문국외학술대회발표논문국외학술대회발표논문5555

국내출장일지국내출장일지국내출장일지국내출장일지6666

기술지원업로드내용기술지원업로드내용기술지원업로드내용기술지원업로드내용7777

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제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

자동차산업은 국가 기술경쟁력을 이끌어가는 대표적 기간산업이며 한 나라의,□

경제력과 기술수준을 가늠하는 척도가 될 뿐만 아니라 철강 전기전자 비철금속, , , ,

유리 플라스틱 고무 합성수지 등이 산업과 만여 개의 부품들을 조립 생산하는, , , 2 ,

부품업체들이 연계되어 있어 고용유발 효과가 크고 국내경제에 대한 직접적인 전,

후방 산업 연관효과가 매우 큰 산업이다.

을 이용한 자동차 부품의 성형공법 개요 및 적용 예을 이용한 자동차 부품의 성형공법 개요 및 적용 예을 이용한 자동차 부품의 성형공법 개요 및 적용 예을 이용한 자동차 부품의 성형공법 개요 및 적용 예Fig. 1 Insert FilmFig. 1 Insert FilmFig. 1 Insert FilmFig. 1 Insert Film

자동차용 인서트 필름 성형공법은 자동차 내장 외장 사출제품 표면품질의 고급/□

화를 위해 우드그레인 및 계통으로 장식 적용해 오던 기존의 수(Woodgrain) Metal

압 전사 및 페인트 도장 방식이 아닌 최첨단 필름 엔지니어링으로 개발 된 Dry

Painted Decorative Insert Film*을 진공 성형기에 장착된 진공성형금형을 이용하여

진공 성형이 가능하도록 히터 구간을 통과시킨 휴 진공금형에서 흡착 성형을 한 뒤

성형된 필름 형상 중 필요한 부분만을 프레스 절단 한 후 최종적으로 사(Trimming) ,

출금형에 성형 필름을 금형에 안착 시켜 사출 성형 완제품을 생산하는 공법이다.

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-*

에 미리 원하는 패턴 등plastic sheet (Woodgrain, Metal, Geographic, Organic

의 다양한 패턴 으로 그레뷰어 인쇄를 하여 만든 포일 을) (Gravure) (Foil) ABS, TPO,

등의 에 고온 고압을 가하여 원하는 크기의 롤 및 형태로 생산하는PC Film / Sheet

필름

적용 예 및 필름의 구조적용 예 및 필름의 구조적용 예 및 필름의 구조적용 예 및 필름의 구조Fig. 2 Insert FilmFig. 2 Insert FilmFig. 2 Insert FilmFig. 2 Insert Film

현재 자동차 플라스틱 부품의 미려한 외관품질표현을 위해서는 수압전사 또는□

도장공법이 사용되고 있으나 생산과 환경측면에서 많은 문제점들이 부각되고 있는,

실정이다.

기존 도금 도장 및 수압전사공정기존 도금 도장 및 수압전사공정기존 도금 도장 및 수압전사공정기존 도금 도장 및 수압전사공정Fig. 3 ,Fig. 3 ,Fig. 3 ,Fig. 3 ,

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이러한 단점을 극복하기 위해 인서트 필름공법이 점차적으로 확대 적용되고 있□

으며 계속적으로 연구개발이 진행되고 있다 하지만 현장경험에 의존한 기술 개발, .

로 인해 많은 문제점이 반복되고 있다.

따라서 고분자 플라스틱 부품의 고품위 외관 제조를 위한 인서트 필름 사출성형□

의 정밀사출금형설계 평가 및 성형기술에 대한 전문가의 기술지원이 필요하다, .

현재 기술지원요청기업에서 생산중인 이 성형 공법의 필요성은 기존Insert Film□

수압전사 및 도장 등의 표면 처리 공법보다 월등한 품질로 플라스틱 표면 처리 고

급화 추세에 부응하는 공법으로 이 가능한 최첨단 친환경 공법이며 국내는Recycle

물론이고 전 세계적으로도 고급 에 대한 인테Metallic Color & Woodgrain Pattern

리어 감각 상승과 소비자의 요구가 급증함에 성형 공법의 확대 적용이Insert Film

필요한 추세이다.

가 인서트 필름 성형공법의 장점가 인서트 필름 성형공법의 장점가 인서트 필름 성형공법의 장점가 인서트 필름 성형공법의 장점....

기존의 수압전사 방식에 비하여 품질면에서 월등함 즉 수압전사방식 제품의 경. ,※

우 무늬 패턴이 늘어나서 일그러지고 심할 경우 무늬가 깨어져서 백화현상이 발생,

하거나 색상변화가 심한문제가 있으나 의 경우 이러한 문제를 말끔히 해Insert Film

결할 수 있는 최첨단 고품질의 인서트 필름임/ .

차 도장 공정과 휘발성 유기 화합물의 배출이 없음 이는 전 세계적으로 추진2 .※

하고 있는 환경오염문제 해결에 획기적으로 대처할 수 있는 공법임.

페인트 침전물 에 대한 염려가 없음Paint-Sludge ( ) .※

가 용이하고 시간 소모가 적음Color & Pattern Change .※

광택 유지비가 우수하며 내후성 이 우수함, (Weatherability) .※

기존 에서 나타나는 발생을 제거 할 수 있어 표면이Paint Spray Orange Peel ,※

부드럽고 사출 수지의 노출을 은폐시킬 수 있음.

재활용된 수지의 사출 표면 흔적을 없앨 수 있으며 색의 번짐이나 얼룩이 없어,※

균일한 색상을 얻을 수 있음.

소모가 없어지므로 자체 원가 절감과 아울러 사출 수지의 용제에 대한 저Paint※

항성을 고려하지 않아도 되며 이에 따른 수지 원가 절감도 가능함, .

고 광택에서 저 광택까지 공급 범위가 넓으며 에서 에 이르, Metalic Solid Color※

기 까지 다양한 색상의 적용이 가능함.

기존의 수압 전사 방식보다 사출 완제품의 가격이 경쟁력에서 우위를 점하고 있※

음 국내에서 독점적으로 적용 공급해 오던 수압전사방식 제품가격은 당사의. - /

출현으로 기존가격고수정책을 바꾸어 가격인하를 실시하고 있음Insert Film .

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은 생산 공정이 수압 전사보다 월등하게 줄어들며 자동화가 가능함Paint Film , .※

수압전사 공법은 대부분이 수작업으로 이루어지며 작업자들의 기능숙련도정도에,

따라 품질에서 심각한 차이가 나는 만큼 일정수준품질 유지가 불가능함 또한 공정.

자체가 많은 관계로 거의 대부분 인건비에 의존하다보니 향후 인건비 상승 및 환경

오염부대처리비용 증가 등을 예상하면 과는 경쟁자체가 될 수 없을 것으Insert Film

로 예상하고 있음.

품질 및 상품성 측면에서 쪽이 월등하며 표현도 가능하여 뛰어난 상품Film , 3D※

성을 발휘함 수압전사의 경우 동일한 사람이 작업을 하더라도 품질 차이가 많이.

나는 만큼 품질안정도 편차가 심하며 특히 곡면부에서는 박막의 전사필름이 너3D

무 늘어나서 패턴 표현자체가 표현 불가능한 것도 많이 있음.

은 제품으로 무공해 산업인 만큼 각종 산업 폐수 발생 및Insert Film Recycling※

환경오염 부담의 염려가 없는 환경 친화 제품임 자체가 또는. Insert Film ABS TPO

으로 구성된 탓에 생산전후 제품은 이 가능한 환경보호 제품임Film 100% Recycling .

세계 자동차 업계에서 이미 품질 인증을 받고 여년 이상 적용해 오고BIG 3 20※

있는 제품임 아울러 다가오는 년대에는 한국 일본 아시아 시장을 무대로 주목. 2000 / /

받을 차세대 자동차 내장 외장재 필수품의 하나임/ .

자동차 부품 환경시험에서 전 부문에 걸쳐 미국 의 승Big 3(Fork/GM/Chrysler)※

인을 획득한 제품으로 내열성 시험에서는 도 시간 최대 시간 정도에서도130 -5 ( 20 )

색상 및 형상 변화가 없는 제품임 수압전사의 경우 필름 인쇄를 특수 잉크로 하기.

때문에 고열시험에서 색상 변화 등을 일으킬 수 있으나 사에서는 페인트를 사Avery

용하여 인쇄하는 까닭에 내열 및 내구성이 수압전사 제품에 비해 뛰어남.

특히 자동차 내장 외장 공히 세계적으로 자동차 업계에서 사용인증을 받은 업, /※

체의 제품은 사의 뿐임Avery Dennison Decorative Dry Painted Insert Film

나 지원기업의 현황 및 애로기술나 지원기업의 현황 및 애로기술나 지원기업의 현황 및 애로기술나 지원기업의 현황 및 애로기술....

현재 자동차 플라스틱 부품의 미려한 외관품질표현을 위해서는 수압전사 또는◎

도장공법이 사용되고 있으나 생산과 환경측면에서 많은 문제점들이 부각되고 있는,

실정임.

이러한 단점을 극복하기 위해 인서트 필름공법이 점차적으로 확대 적용되고 있◎

으며 계속적으로 연구개발이 진행되고 있다 하지만 현장경험에 의존한 기술 개발, .

로 인해 많은 문제점이 반복되고 있음.

따라서 고분자 플라스틱 부품의 고품위 외관 제조를 위한 인서트 필름 사출성형◎

의 정밀사출금형설계 평가 및 성형기술에 대한 전문가의 기술지원이 필요함, .

지원요청기업의 경우 인서트 필름 사출성형(IFIM: Insert Film Injection◎

용 금형기술지원Molding)

용 사출금형설계기술지원- IFIM

용 사출성형해석기술지원- IFIM

- 9 -

인서트 필름 정밀 사출성형 을 위한 고분자 성형기술지원(IFIM)◎

캐비티 압력 및 온도측정분석기술지원- IFIM

최적화 사출성형기술지원- IFIM

정밀사출성형시뮬레이션 실무교육지원이 요구되고 있으며 상기의 내용이 애로,◎

기술항목이다.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

본 기술지원 사업에서는◎ 자동차용 내외장 고분자 플라스틱 부품의 고품위 친환자동차용 내외장 고분자 플라스틱 부품의 고품위 친환자동차용 내외장 고분자 플라스틱 부품의 고품위 친환자동차용 내외장 고분자 플라스틱 부품의 고품위 친환

경 외관성형이 가능한 인서트 필름 사출성형경 외관성형이 가능한 인서트 필름 사출성형경 외관성형이 가능한 인서트 필름 사출성형경 외관성형이 가능한 인서트 필름 사출성형(IFIM: Insert Film Injection Molding)(IFIM: Insert Film Injection Molding)(IFIM: Insert Film Injection Molding)(IFIM: Insert Film Injection Molding)

기술지원기술지원기술지원기술지원을 목표로 함 본 기술은 자동차 내장 외장 사출제품 표면품질의 고급화를. /

위해 우드그레인 및 계통으로 장식 적용해 오던 기존의 수압전(Woodgrain) Metal

사 및 페인트 도장 방식이 아닌 최첨단 필름 엔지니어링으로 개발 된 Dry Painted

Decorative Insert Film*을 진공 성형기에 장착된 진공성형금형을 이용하여 진공성

형이 가능하도록 히터 구간을 통과시킨 휴 진공금형에서 흡착 성형을 한 뒤 성형된

필름 형상 중 필요한 부분만을 프레스 절단 한 후 최종적으로 사출금형(Trimming) ,

에 성형 필름을 금형에 안착 시켜 사출 성형 완제품을 생산하는 공법으로 최종 부

품의 품질을 좌우하는 가장 중요한 프로세스는 마지막에 이루어지는 인서트 필름

사출성형공정이다 성공적인 기술지원을 위해 최종목표는 크게. 인서트 필름 사출성인서트 필름 사출성인서트 필름 사출성인서트 필름 사출성

형 용 금형기술지원 인서트 필름 정밀 사출성형 용 금형기술지원 인서트 필름 정밀 사출성형 용 금형기술지원 인서트 필름 정밀 사출성형 용 금형기술지원 인서트 필름 정밀 사출성(IFIM: Insert Film Injection Molding) ,(IFIM: Insert Film Injection Molding) ,(IFIM: Insert Film Injection Molding) ,(IFIM: Insert Film Injection Molding) ,

형 을 위한 고분자 성형기술지원 및 인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실형 을 위한 고분자 성형기술지원 및 인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실형 을 위한 고분자 성형기술지원 및 인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실형 을 위한 고분자 성형기술지원 및 인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실(IFIM) (IFIM)(IFIM) (IFIM)(IFIM) (IFIM)(IFIM) (IFIM)

무교육지원의 세부 목표무교육지원의 세부 목표무교육지원의 세부 목표무교육지원의 세부 목표로 구성하였음.

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

인서트 필름 사출성형 용 금형기술(IFIM: Insert Film Injection Molding)□

용 사출금형설계기술IFIM○

금형설계기술- Delivery system

금형설계기술- Cooling Layout

금형설계기술- Film Support

용 사출공정해석기술IFIM○

고분자 수지변화에 따른 유동특성 분석기술-

사용에 따른 사출성형과정에서의 유동 및 열전달특성분석기술- Insert Film

공정조건의 변화에 따른 압력변화 및 잔류응력변화 특성분석기술-

- 10 -

인서트 필름 정밀 사출성형 을 위한 고분자 성형기술(IFIM)□

캐비티 압력 및 온도측정분석기술IFIM○

캐비티 압력 및 온도센서 설치를 위한 정보기술-

캐비티 압력 및 온도센서측정결과와 성형성과의 상관관계 분석기술-

캐비티 압력 및 온도센서측정결과를 활용한 공정제어방법에 대한 기술-

최적화 사출성형기술IFIM○

최적사출압력 발생을 위한 공정조건 최적화 기술-

균일충전성 확보를 위한 사출성형기술- (flow Balance)

의 접힘방지를 위한 사출 공정 최적화기술- Insert Film

인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실무교육(IFIM)□

의 정밀사출유동해석 교육IFIM○

유동해석을 위한 삼차원 모델링 분석기술 특성파악 및 활용- (neutral format )

유동해석을 위한 삼차원 유한요소 모델링 교육-

유동 냉각 및 변형특성분석을 위한 해석교육- ,

기술지원의 목표 기술지원의 내용 기술지원범위

인서트 필름◎

사출성형(IFIM: Insert Film

용Injection Molding)

금형기술지원

용IFIM○

사출금형설계기술지원

설계기술지원Delivery System

설계기술지원Cooling Layout

금형설계기술지원Film Support

금형강도평가해석기술지원

용IFIM○

사출공정해석기술지원

유동특성분석기술지원

열전달특성분석기술지원

압력특성 및 잔류응력분석기술

인서트 필름 정밀◎

사출성형 을 위한(IFIM)

고분자 성형기술지원

캐비티 압력 및IFIM○

온도측정분석기술

캐비티 압력측정기술

캐비티온도센서장착기술

캐비티온도측정평가기술

온도 압력 성형성의 상관관계분, ,

석기술

공정제어 방법

최적화IFIM○

사출성형기술

유동밸런스

저압사출성형기술

접힘방지기술지원Insert film


사출성형 해석(IFIM)

실무교육지원

의IFIM○

정밀사출유동해석

교육지원 회 인 회(5 , 2 / )

삼차원 모델링 분석교육

삼차원 유한요소생성교육

냉각 충전 보압 및 휨해석, ,

- 11 -

기술지원내용의 전체적인 흐름도기술지원내용의 전체적인 흐름도기술지원내용의 전체적인 흐름도기술지원내용의 전체적인 흐름도Fig. 4Fig. 4Fig. 4Fig. 4

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

세계적 수준세계적 수준세계적 수준세계적 수준(1)(1)(1)(1)

개념정립 단계 기업화 단계 ○ 기술 안정화 단계

이미 구미 선진국에서는 약 여년 전부터 개발되어 대부분의 차량에 적용되어20◎

오고 있는 최첨단 필름 인서트 성형 공법으로 미국 업체BIG3 (GM/FORD/Chrysler)

에서는 등에 일찍부터Instrument Panel/Door Console Avery Dennison Insert Film

공법이 적용되어 오고 있는 상황임.

국내수준국내수준국내수준국내수준(2)(2)(2)(2)

국내에서는 약 년 전부터 본격적으로 소개되기 시작했으나 금형의 국산화5~6◎

개발이 안 된 상태에서 단순한 첨단공법 소개로만 인식되어 오던 중 년 주 세1998 ( )

지상공의 적극적인 국산 금형 개발 프로젝트 추진결과 마침내 금형의 국산화를 정,

착시켰으며 이에 따라 미국 의 한국독점 공급 및 국내 최초로 첨, Avery Insert Film

단 성형 공법정착의 기틀을 마련하는 계기가 되었음Insert Film .

- 12 -

한편 국내 수준의 경우 플라스틱 제품의 외관을 장식하기 위한 방법으로 크게 2◎

가지의 방법을 사용하고 있음.

첫 번째로는 패턴이 없는 제품을 사출한 후 방식으로 후처리 하여 외관을spry◎

장식하는 방법으로 후가공이 추가되어 양산에 있어 비효율적이며 환경적으로도 많

은 문제점을 가지고 있어 점점 지양되고 있음.

두 번째로는 본 요청기업이 보유하고 있는 기술로 다양한 패턴과 최근에는FIM◎

입체형태의 패턴의 을 이용하여 사출 성형하는 방법으로 요청기업이 국내3D Film

자동차 시장의 이상의 점유율을 가지고 있는 독보적인 기업임90% .

현재는 몇몇 업체에서 시장의 성장성을 예측하여 새롭게 사업을 시작하고 있으◎

나 아직까지는 금형설계 및 성형에 있어 의 부족으로 어려움을 겪고 있Know-how

음.

국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황국내 외의 연구현황(3)(3)(3)(3) ㆍㆍㆍㆍ

연구수행 기관 연구개발의 내용 연구개발성과의 활용현황

Daihatsu Motor,

Kyoto Institute of

Technology,

Yamagata

University

을 이용한 제품의 접착계면의FIM

평가기술연구

산 학 연의 공동연구를 통해ㆍ ㆍ

을 이용한 자동차FIM

부품평가에 적용.

Bayer material

Science

용 필름의Film Insert Molding

개발 및 적용사례에 대한 연구

적용범위의 한계성 극복 및

확대적용

서울대점탄성효과를 고려한 인서트

필름사출성형해서기술

정확한 후변형 예측을 위한

프로그램 개발 중

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자동차 분야에서 성형공법 적용사례 및 비율자동차 분야에서 성형공법 적용사례 및 비율자동차 분야에서 성형공법 적용사례 및 비율자동차 분야에서 성형공법 적용사례 및 비율Fig. 3 Insert FilmFig. 3 Insert FilmFig. 3 Insert FilmFig. 3 Insert Film

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제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원인서트 필름 사출성형공정 기술지원3-1 (Insert Film Injection Molding Process)3-1 (Insert Film Injection Molding Process)3-1 (Insert Film Injection Molding Process)3-1 (Insert Film Injection Molding Process)

인서트 필름 사출성형공정은 에서와 같이 미려한 외관 표현이 가능한 필Fig 3.1.1

름으로 진공열성형 을 수행하여 삼차원 형상을(Vacuum-Assisted Thermal Forming)

구현한 후 불필요한 부분은 트리밍 공정에 의해 제거한 후 삼차원 형상으(Trimming)

로 만들어진 인서트 필름을 사출금형에 안착시킨 후 고분자 수지를 주입함으로써

표면이 미려한 플라스틱 부품을 제조하는 방법이다 이러한 공법에 의해 제조될 수.

있는 부품의 종류는 매우 많으며 자동차 가전 모바일 건축 등 여러 산업 제품군, , , ,

에 적용 가능하다.

인서트 필름 사출성형공정 개략도인서트 필름 사출성형공정 개략도인서트 필름 사출성형공정 개략도인서트 필름 사출성형공정 개략도Fig. 3.1.1Fig. 3.1.1Fig. 3.1.1Fig. 3.1.1

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인서트 사출공정 적용 제품 사례인서트 사출공정 적용 제품 사례인서트 사출공정 적용 제품 사례인서트 사출공정 적용 제품 사례Fig. 3.1.2Fig. 3.1.2Fig. 3.1.2Fig. 3.1.2

일반적인 인서트 필름의 적층구조일반적인 인서트 필름의 적층구조일반적인 인서트 필름의 적층구조일반적인 인서트 필름의 적층구조Fig. 3.1.3Fig. 3.1.3Fig. 3.1.3Fig. 3.1.3

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인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형인서트 필름 진공열금형3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermo-forming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermo-forming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermo-forming Mold)3-2 (Insert Film Vacuum-assisted thermo-forming Mold)

설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원설계 및 제작기술지원

성공적인 인서트 필름의 사출성형기술지원을 위해서는 의 형상에 대Fig. 3.1.4 (a)

한 진공열금형의 기술지원이 선행되어야 한다 그림에서 제시된 모델은 자동차의.

그립부분으로써 비록 형상은 단순해 보이나 상부에 일정간격을 갖는 패턴을 성형,

하고자 할 때는 연선이 제어되어야 한다 만약 진공성형과정에서 연선이 제어되지.

않게 되면 하부대비 상부에서 큰 연선이 발생되어 패턴이 일그러지게 되어 미려한

외관 형상을 갖는 제품을 성형할 수 없게 된다 사용된 필름의 표면에는 아크릴 보.

호층이 존재하며 하부에는 사출성형시 사용되는 수지와의 결합성을 고려해 수, ABS

지로 구성되어 있다 일반적으로 이러한 복합적층필름은 점탄성 특성을 보이며 실. ,

제 인장 압축실험을 수행하면 에서와 같은 응력 변형율 거동을 보인Fig. 3.1.4 (b)

다 이러한 변형거동은 온도와 연선속도에 따라 변하게 된다. .

본 지원 사업에서는 의 형상모델을 한번에 개 성형할 수 있는 금형구조Fig. 3.1.4 4

에 대해 기술지원을 수행하였다 진공열성형금형의 설계 제작 및 성형을 위한 전체. ,

적인 흐름도는 에 제시하였다 흐름도에서 보듯이 일차적으로 레이아웃Fig. 3.1.5 .

설계가 진행되어야 한다.

(a)

(b)

의 삼차원 과 비선형 재료 특성의 삼차원 과 비선형 재료 특성의 삼차원 과 비선형 재료 특성의 삼차원 과 비선형 재료 특성Fig. 3.1.4 Pin door grip CAD modelFig. 3.1.4 Pin door grip CAD modelFig. 3.1.4 Pin door grip CAD modelFig. 3.1.4 Pin door grip CAD model

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인서트 필름 성형을 위한 진공열성형 금형의인서트 필름 성형을 위한 진공열성형 금형의인서트 필름 성형을 위한 진공열성형 금형의인서트 필름 성형을 위한 진공열성형 금형의Fig. 3.1.5 Pin door gripFig. 3.1.5 Pin door gripFig. 3.1.5 Pin door gripFig. 3.1.5 Pin door grip

개발지원 흐름도개발지원 흐름도개발지원 흐름도개발지원 흐름도

앞에서 제시된 모델을 동시에 개 성형할 수 있는 금형구조를Pin door grip 4 Fig.

에 제시하였다 그림에서 보듯이 부품의 특성상 의 대칭구조로 형상을 설계3.1.6 . LR

하였으며 금형표면이 항상 일정온도를 유지할 수 있도록 금형내 히트 파이프롤 및,

냉각구조를 설계하였다 또한 하부에서는 진공을 작용시킬 수 있도록 금형구조를.

설계하였으며 형상부 금형 코어의 삼차원 형상을 에 제시하였다, Fig. 3.1.6 (b) .

(a) (b)

진공열성형 금형구조진공열성형 금형구조진공열성형 금형구조진공열성형 금형구조Fig. 3.1.6 Pin door gripFig. 3.1.6 Pin door gripFig. 3.1.6 Pin door gripFig. 3.1.6 Pin door grip

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일반적인 진공열성형공정은 필름공급 필름가열 금형이동 공압적용 냉각 및 탈형, , , ,

으로 이루어지게 된다 의 진공열성형금형 설계에 있어 가장 중요한 조건. Fig. 3.1.6

중에 하나는 금형표면의 온도가 가능한 한 항상 일정하게 유지되어야 하는 것이다.

만약 온도가 일정하게 유지 되지 않는다면 온도 편차에 의해 진공열성형시 각 위치

별 연선률에 차이가 발생하여 결과적으로 원하는 형상의 진공열성형이 불가능하게

된다 에서는 두께 의 필름을 금형온도가 로 일정하다고. Fig. 3.1.7 0.5mm ABS 80℃

가정하고 열성형한 수의 필름두께 분포 및 변형량 분포 결과를 보여주고 있으며,

결과에서 보듯이 제품 형상에서 상부부분에서 상당히 많은 연선 및 결과적으로 얇

은 두께가 형성됨을 볼 수 있다 따라서 이러한 결과는 주위 온도의 변화에 대해서.

상당히 민감하게 반응할 수 있으므로 항상 일정한 금형 표면온도 관리가 필요하다, .

이를 위해 본 지원 사업에서는 설계된 금형에 대한 열구조해석 기술지원을 수행하

였다.

(a) (b)

필름의 진공열성형결과 예필름의 진공열성형결과 예필름의 진공열성형결과 예필름의 진공열성형결과 예Fig. 3.1.7 ABSFig. 3.1.7 ABSFig. 3.1.7 ABSFig. 3.1.7 ABS

열구조 해석을 수행하기 위해서는 솔리드 삼차원 데이터가 확보되어야 한다CAD .

그러나 지원 당시 지원 요청기업에서는 표면 형상가공을 위한 데이터만이 존CAM

재하여 이를 삼차원 솔리드 데이터로 변환하는 작업이 필요하였다 일반적으로.

을 위한 데이터는 구조보다는 공구의 이동 을 위한 표면 형상만CAM CAD (tool path)

이 중요시되므로 통상적으로 에서와 같은 형상을 포함하게 된다 즉 면Fig. 3.1.8 . ,

과 면이 만나는 부분에서의 정확한 곡률표현을 위해 붙이기 형태의 작업이 진행되

게 된다 이렇게 형성된 데이터는 곧바로 솔리드 작업이 불가능하므로 면. CAD 3D ,

을 트리밍 한 후 연결하는 작업이 필요하게 된다 이러한 작업은 매우 많은 시간이.

걸릴 수 있으므로 본 지원 사업을 통해 업체에 항상 솔리드 데이터로 모델을, 3D

향후 관리할 수 있도록 요청하였다 만약 솔리드 모델로 관리가 되면 본 데이터는. ,

바로 설계 데이터로 가공데이터로 그리고 해석을 위한 데이터로 사용이 가능하게,

되어 시간 및 비용이 절약되게 된다.

- 19 -

의 형상데이터를 수정하여 솔리드화 한 데이터를 에Fig. 3.1.8 CAM CAD Fig. 3.1.9

제시하였다 그림에서 보듯이 모델의 중간부분을 절단한 결과 내부가 채워진 솔리.

드 모델임을 확인 할 수 있다 이러한 모델은 바로 열구조 해석을 위한 전처리 모.

델로 사용이 가능하게 된다.

데이터 생성을 위한 일반적인 의 형상 표현 예데이터 생성을 위한 일반적인 의 형상 표현 예데이터 생성을 위한 일반적인 의 형상 표현 예데이터 생성을 위한 일반적인 의 형상 표현 예Fig. 3.1.8 CAM 3D CADFig. 3.1.8 CAM 3D CADFig. 3.1.8 CAM 3D CADFig. 3.1.8 CAM 3D CAD

기존 데이터를 삼차원 솔리드화 한 결과기존 데이터를 삼차원 솔리드화 한 결과기존 데이터를 삼차원 솔리드화 한 결과기존 데이터를 삼차원 솔리드화 한 결과Fig. 3.1.9 CAM surfaceFig. 3.1.9 CAM surfaceFig. 3.1.9 CAM surfaceFig. 3.1.9 CAM surface

전체 금형의 열구조해석 전에 금형코어 및 베이스 부분에 열해석을 수행하였으며,

해석에 사용된 모델을 에서 보여주고 있다 일차적으로 직경Fig. 3.1.10(a) . 15mm

의 열파이프를 두 개 배치하여 모델링을 수행하였으며 그 결과를 에, Fig. 3.1.10(b)

제시하였다.

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코어와 베이스모델(a) 히트 파이프 설계(b)

열전달 해석을 위한 모델 및 히트 파이프 설계열전달 해석을 위한 모델 및 히트 파이프 설계열전달 해석을 위한 모델 및 히트 파이프 설계열전달 해석을 위한 모델 및 히트 파이프 설계Fig. 3.1.10Fig. 3.1.10Fig. 3.1.10Fig. 3.1.10

의 모델에 대한 정적열해석을 수행하였으며 그 결과를 에 제Fig. 3.1.10 Fig. 3.1.11

시하였다 해석에 사용된 유한요소해석 프로그램은 이다 결과에서 보듯이. ANSYS .

설계된 열원의 위치에 대해 금형표면의 온도분포는 약 도씨 이내에서 분포가 이10

루어지고 있음을 확인하였다.

정적 열전달 해석결과 열원 파이프온도정적 열전달 해석결과 열원 파이프온도정적 열전달 해석결과 열원 파이프온도정적 열전달 해석결과 열원 파이프온도Fig. 3.1.11 (Material: steel, : 100 ,Fig. 3.1.11 (Material: steel, : 100 ,Fig. 3.1.11 (Material: steel, : 100 ,Fig. 3.1.11 (Material: steel, : 100 ,℃℃℃℃

바닦면 외 모든 면 대류경계조건바닦면 외 모든 면 대류경계조건바닦면 외 모든 면 대류경계조건바닦면 외 모든 면 대류경계조건: ): ): ): )

한편 보다 정밀한 해석을 위해서는 실제 금형에 대한 삼차원 솔리드 모델링이 수행

되어야 하며 본 지원사업에서는 설계된 도면을 기준으로 삼차원 솔리드 모델링을,

수행하였으며 그 결과를 에 제시하였다, Fig. 3.1.12 .

- 21 -

또한 금형의 구성 및 재질에 대한 정보를 에 제시하였다Fig. 3.1.13 .

인서트 필름의 진공열성형을 위한 금형의 삼차원 모델 결과인서트 필름의 진공열성형을 위한 금형의 삼차원 모델 결과인서트 필름의 진공열성형을 위한 금형의 삼차원 모델 결과인서트 필름의 진공열성형을 위한 금형의 삼차원 모델 결과Fig. 3.1.12Fig. 3.1.12Fig. 3.1.12Fig. 3.1.12

인서트 필름 진공열성형용 금형의 열구조해석을 위한인서트 필름 진공열성형용 금형의 열구조해석을 위한인서트 필름 진공열성형용 금형의 열구조해석을 위한인서트 필름 진공열성형용 금형의 열구조해석을 위한Fig. 3.1.13Fig. 3.1.13Fig. 3.1.13Fig. 3.1.13

기계적물성 및 경계조건기계적물성 및 경계조건기계적물성 및 경계조건기계적물성 및 경계조건

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이때 사용된 히트카트리지 는 이며 접촉되는 부위의 면적은(heat cartridge) 640W ,

삼차원 모델로부터 확인한 결과CAD 0.01364m2이다 따라서 열유속 은. (heat flux)

약 46,912W/m2이다 앞의 정적해석 은 주어진 조건에 대해. (steady-state analysis)

계가 평형에 수렴한 경우에 대한 결과를 제시하므로 실제 설정온도까지 도달되는,

데 소요되는 시간을 알 수는 없다 따라서 본 지원 사업에서는 제시된 모델에 대해.

과도열전달해석 을 수행하였으며 그 결과를(transient thermal analysis) , Fig. 3.1.14

에 제시하였다 결과에서 는 모델의 상단부의 동일위치를 의미하며 설. probe 1~4 ,

정목표온도까지 도달되는데 설계된 시스템에 대해서는 약 시간이 필요함을 알 수1

있다 일반적으로 현장의 작업의 경우 작업이 시작되기 전에 미리 예열하는 공정이.

있으므로 이러한 시간은 상대적인 개념이 된다 본 지원업체의 경우도 일단 작업이, .

시작되기 한 시간 전부터 예열하는 공정을 거치고 있었다 한편 설계된 인서트 필.

름 성형용 진공금형의 제작을 수행하였으며 그 결과를 에서 보여주고, Fig. 3.1.15

있다.

인서트 필름 진공열성형용 금형의 과도 열전달 해석 결과인서트 필름 진공열성형용 금형의 과도 열전달 해석 결과인서트 필름 진공열성형용 금형의 과도 열전달 해석 결과인서트 필름 진공열성형용 금형의 과도 열전달 해석 결과Fig. 3.1.14Fig. 3.1.14Fig. 3.1.14Fig. 3.1.14

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인서트 필름 진공열성형용 금형인서트 필름 진공열성형용 금형인서트 필름 진공열성형용 금형인서트 필름 진공열성형용 금형Fig. 3.1.15Fig. 3.1.15Fig. 3.1.15Fig. 3.1.15

에 제시된 금형의 온도 균일도를 확인하기 위해 온도측정 실험을 수행Fig. 3.1.15

하였다 실험방법에 대한 개략도는 에서와 같다 접촉식 온도 측정기의. Fig. 3.1.16 .

경우는 특정 포인트에 대한 온도정보만을 제공함으로 본 지원 사업에서는 열화상카

메라를 이용하여 온도 측정을 수행하였다 열화상카메라를 활용함으로써 일정영역.

에 대한 과도 온도 분포 결과를 획득할 수 있으며 이러한 결과는 본 지원사업에서,

목표로 하고 있는 금형온도 표면 균일도 확보에 매우 중요하다 에서는. Fig. 3.1.17

캐비티의 길이방향에 대한 온도분포 결과를 보여주고 있으며 결과에서 보듯이 전,

체적으로 이내에서 온도변화가 있음을 확인할 수 있었다10 .℃

제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도측정방법제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도측정방법제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도측정방법제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도측정방법Fig. 3.1.16Fig. 3.1.16Fig. 3.1.16Fig. 3.1.16

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제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 캐비티 별 표면온도측정결과제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 캐비티 별 표면온도측정결과제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 캐비티 별 표면온도측정결과제작된 인서트 필름 진공열성형용 금형의 캐비티 별 표면온도측정결과Fig. 3.1.17Fig. 3.1.17Fig. 3.1.17Fig. 3.1.17

인서트 필름 진공열성형용 금형의 가열에 사용된인서트 필름 진공열성형용 금형의 가열에 사용된인서트 필름 진공열성형용 금형의 가열에 사용된인서트 필름 진공열성형용 금형의 가열에 사용된Fig. 3.1.18Fig. 3.1.18Fig. 3.1.18Fig. 3.1.18

의 온도측정결과의 온도측정결과의 온도측정결과의 온도측정결과heat cartridgeheat cartridgeheat cartridgeheat cartridge

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이러한 온도 편차는 목표대비 만족스러운 결과를 제공하고 있으나 좀 더 정밀한,

필름의 성형을 위해서는 이러한 오차에 대한 면밀한 분석이 필요하였다 일차적으.

로는 금형의 가공정도를 확인하였으며 확인결과 홀의 가공정밀도에, heat cartridge

오차가 있음을 확인하고 수정하도록 지도하였다 또한 제공된 의 온. heat cartridge

도 정밀도를 확인하였으며 그 결과를 에 제시하였다 결과에서 보듯이, Fig. 3.1.18 .

단일 카트리지에 대해서는 길이방향에 대해 포물선형으로 가운데서 가장 높은 온도

를 보였으며 두 개의 카트리지에 대해 동일위치에 대해서도 온도차이가 발생되고,

있음을 확인하였다 따라서 정밀한 온도제어를 위해서는 정밀한 를. heat cartridge

사용토록 지도하였다 지금까지의 설계 및 제작된 인서트 필름용 진공열성형금형의.

캐비티 온도 균일도를 확보하기 위해서는 모니터링 및 제어시스템기술지원이 요구

되었다.

인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어Fig. 3.1.19Fig. 3.1.19Fig. 3.1.19Fig. 3.1.19

시스템 구축 개략도시스템 구축 개략도시스템 구축 개략도시스템 구축 개략도(referred from(referred from(referred from(referred from www.plax.co.krwww.plax.co.krwww.plax.co.krwww.plax.co.kr))))

에서는 열경화성 수지에 적용되고 있는 금형온도 균일제어 시스템을 보Fig. 3.1.19

여주고 있다 이러한 시스템 구축에서 가장 중요한 부분중에 하나는 앞에서 제시되.

었던 의 설계기술이다 즉 어떤 용량의 카트리지를 어떤 위치에 몇heat cartridge . ,

개를 설치하느냐 하는 것이다.

- 26 -

본 지원사업에서는 앞서 지원된 설계 및 해석결과와 의 시스템 개념도Fig. 3.1.19

를 접목하여 캐비티 금형온도 균일제어가 가능한 시스템 구축 기술 지원을 수행하

였으며 그 결과를 에 제시하였다 는 캐비티내 설치된 온Fig. 3.1.20 . Fig. 3.1.20(a)

도센서의 위치 및 카트리지 위치를 보여주고 있으며 이러한 캐비티 금형과 제어시,

스템이 연결되어 구축된 시스템을 에서 보여주고 있다 이러한 제어Fig. 3.1.20(b) .

시스템은 동일하게 사출금형에 적용가능하다 온도 균일제어를 통해 측정된 온도.

결과를 에 제시하였으며 결과에서 보듯이 기존 도의 온도편차가Fig. 3.1.20(c) , 10

시스템 적용후 도이내의 온도 편차로 향상되었음을 확인할 수 있었다 결과적으로2 .

이러한 시스템을 적용할 경우 설계단계에서부터 정밀한 카트리지 배치 설계 및 제

어기술을 접목함으로써 역으로 온도 편차를 발생시켜 인서트 필름의 변형 제어를

수행할 수 있음을 알 수 있다.

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센서 및 카트리지설치위치(a)

시스템 구축(b)

시스템 적용 온도측정결과(c)

인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위한 제어Fig. 3.1.20Fig. 3.1.20Fig. 3.1.20Fig. 3.1.20

시스템 구축 결과 및 온도 측정결과시스템 구축 결과 및 온도 측정결과시스템 구축 결과 및 온도 측정결과시스템 구축 결과 및 온도 측정결과

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인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된Fig. 3.1.21Fig. 3.1.21Fig. 3.1.21Fig. 3.1.21

시스템에 의해 측정된 과도온도측정결과시스템에 의해 측정된 과도온도측정결과시스템에 의해 측정된 과도온도측정결과시스템에 의해 측정된 과도온도측정결과

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인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된인서트 필름 진공열성형용 금형의 표면온도 균일화를 위해 구축된Fig. 3.1.22Fig. 3.1.22Fig. 3.1.22Fig. 3.1.22

시스템의 전체 구성도시스템의 전체 구성도시스템의 전체 구성도시스템의 전체 구성도

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인서트 필름 진공열성형을 위한 예열과정에서의 구축된 시스템을인서트 필름 진공열성형을 위한 예열과정에서의 구축된 시스템을인서트 필름 진공열성형을 위한 예열과정에서의 구축된 시스템을인서트 필름 진공열성형을 위한 예열과정에서의 구축된 시스템을Fig. 3.1.23Fig. 3.1.23Fig. 3.1.23Fig. 3.1.23

이용한 온도측정과 비접촉신 온도 측정기를 이용한 온도측정결과비교이용한 온도측정과 비접촉신 온도 측정기를 이용한 온도측정결과비교이용한 온도측정과 비접촉신 온도 측정기를 이용한 온도측정결과비교이용한 온도측정과 비접촉신 온도 측정기를 이용한 온도측정결과비교

진공금형예열 분진공금형예열 분진공금형예열 분진공금형예열 분( 40 )( 40 )( 40 )( 40 )

- 31 -

진공성형 시작 분(0~30 )◈

진공성형 시작 분 분(30 ~60 )◈

- 32 -

진공성형 시작 분 분(60 ~90 )◈

진공성형 시작 분 분(90 ~120 )◈

- 33 -

진공성형 시작 분 분(120 ~150 )◈

인서트 필름 진공열성형용 금형의 예열 및 진공성형과정에서의인서트 필름 진공열성형용 금형의 예열 및 진공성형과정에서의인서트 필름 진공열성형용 금형의 예열 및 진공성형과정에서의인서트 필름 진공열성형용 금형의 예열 및 진공성형과정에서의Fig. 3.1.24Fig. 3.1.24Fig. 3.1.24Fig. 3.1.24

온도 측정 결과온도 측정 결과온도 측정 결과온도 측정 결과

- 34 -

인서트 필름 사출 성형 해석 기술지원인서트 필름 사출 성형 해석 기술지원인서트 필름 사출 성형 해석 기술지원인서트 필름 사출 성형 해석 기술지원3-3 (Insert Film Injection Molding Anaysis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anaysis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anaysis)3-3 (Insert Film Injection Molding Anaysis)

가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성가 고분자 플라스틱 특성) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)) Resin (Characteristics of Plastic Resin)

본 지원사업에 사용된 박육 사출성형을 위한 수지는 의LG Chemical ABS XR 404

수지로써 수지가 가지는 점도 특성과 특성은 과 같다 점도 특성결PVT Fig. IMA-1 .

과에서 보듯이 수지는 높은 전달률 영역에서는 거동을 보인다 또한 전Power Law .

형적인 비결정성 주지의 곡선을 보임을 알 수 있다 각각의 결과는 실험을 통해PVT .

얻어진 결과를 의 작업을 수행하여 얻어진 결과로써 에curve fitting , curve fitting

사용된 수식은 각각 와 이다 얇은 삼차원 캐비티 내에서Cross-WLF Tait Formula .

용융 고분자 수지의 흐름에 대해 유동 모델은 비교적 정확한 결과를Hele-Shaw

제시하여 왔다 즉 비탄성 비등은 비뉴턴 유체유동 가정이 적용된 일반사출성형에. , ,

대한 지배방정식은 다음과 같다[1~3].

점도(a)

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(b) PVT

수지의 점도와 특성수지의 점도와 특성수지의 점도와 특성수지의 점도와 특성Fig. IMA-1 ABS PVTFig. IMA-1 ABS PVTFig. IMA-1 ABS PVTFig. IMA-1 ABS PVT

여기서 , Cφ p 는 밀도 비열 열전도도 점성 전달률을 의미하며, k, ü, Ű , , , , , p, T, u

는 압력 속도를 각각 의미한다 용융고분자수지점도의 비뉴턴 특성은 다음과 같이, .

수정 크로스 모델에 의해 표시될 수 있다[2].

여기서 은 지수이고 는 와 뉴톤유동 사이의 근사 천이 영n Power-law , * Power-law

역에서의 응력레벨이고, ű0 "T, p-는 유효 전달률이 영일 때의 점도를 의미한다. ű0

의 가장 단순한 형태는 형태로 다음과 같다Arrhenius .

넓은 온도영역에서 사용가능한 또 다른 형태는 의WLF(Williams, Landel and Ferry)

형태로 다음과 같다.

여기서 T*(p)ÂD2, D3 이다 따라서 식 와 식 은 개의 상수를 포함하며 본 지p . (4) (6) 7 ,

원사업에 사용된 고분자 수지의 각 상수 값은 에 제시하였다ABS Table 1 .

- 36 -

Table 1 Constants of viscosity model for ABS resinTable 1 Constants of viscosity model for ABS resinTable 1 Constants of viscosity model for ABS resinTable 1 Constants of viscosity model for ABS resin

한편 사용된 수지의 모델의 계수 비열 및 열전도 계수는 다음과 같다ABS PVT , .

- 37 -

한편 적용된 수지의 전이온도 는 도이며 기계적(glass transition temperature) 116.2 ,

물성 및 수축과 관계된 물성은 다음과 같다.

- 38 -

>>>>>>>>>> SUMMARY - THEORY<<<<<<<<<<

나 유한요소모델링나 유한요소모델링나 유한요소모델링나 유한요소모델링) (FE Modeling)) (FE Modeling)) (FE Modeling)) (FE Modeling)

일반적으로 사출성형해석은 대상 모델이 정해지면 대상모델에 대한 삼차원 모델을,

가지고 직접 유한요소 생성작업을 수행하게 된다 이때. delivery system(sprue,

은 로 모델링 하는 것이 일반적이다 사출성형해석runner, gate) 1D beam element .

을 위한 유한요소생성결과를 에 제시하였다Fig. IMA-2 .

- 39 -

지원대상모델의 유한요소생성결과 및 공정조건지원대상모델의 유한요소생성결과 및 공정조건지원대상모델의 유한요소생성결과 및 공정조건지원대상모델의 유한요소생성결과 및 공정조건Fig. IMA-2Fig. IMA-2Fig. IMA-2Fig. IMA-2

(Part & delivery system)(Part & delivery system)(Part & delivery system)(Part & delivery system)

다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석다 충전 특성 및 냉각특성 분석))))

일반적으로 충전 결과는 사출성형공정의 정도의 결과를 제시할 정도로 매우 중70%

요하다 특히 충전시 유동선단의 전진 형태는 제품의 성형성 및 성형후 변형형태를.

간접적으로 예측할 수 있을 정도로 매우 중요한 정보를 제공한다 본 지원사업에서.

일차적으로 요청된 신규 수출 모델에 대한 캐비티 금형의 충전해석을 수행한 결과2

최대사출압력은 해석상 형체력은 로 발생되었다 사출압력측49.70MPa, 43.83tonf .

면에서는 일반적인 산출성형일 경우 매우 양호한 낮은 압력 결과를 발생시켰으며,

결과적으로 형체력 또한 낮게 계산되었다 해석된 결과의 충전패턴 결과를. Fig.

에 제시하였으며 결과에서 보듯이 일차적으로 수지는 중앙부에서 점점 양IMA-3 ,

끝단으로 진전을 하게 되고 동시에 런너를 통해 이차적으로 진행된 수지는 이차 게

이트를 통해 중앙에서 진행된 수지와 만나게 된다 전체적으로는 양단이 동시에 찰.

수 있는 매우 잘 설계된 런너 구조임을 알 수 있다 이러한 런너 구조에 대해 제품.

의 생산성 및 품질을 최적화하기 위한 냉각해석을 수행하였으며 보고해석을 위한,

모델을 에 제시하였다 그림에서 보듯이 기존에는 금형가공 공수 및 비Fig. IMA-4 .

용을 고려하여 와 같은 줄냉각 구조를 사용해 왔다 본 지원사업에서Fig. IMA-4(b) .

는 비교적 간단하나 추가 냉각회로 수정작업을 통해 실제 제품의 온도 분포 균일도

에 냉각회로가 미치는 영향을 해석적으로 살펴 기술 지원을 수행하였다 냉각해석.

결과는 에 제시하였으며 는 상측의 는 하측Fig. IMA-5 , Fig. IMA-5(a) Fig. IMA-5(b)

의 온도 분포 결과를 보여주고 있다.

- 40 -

전체적인 온도 분포 범위는 도 범위에서 출력하여 상호 비교 하였으며 그림40~70 ,

에서 보듯이 의 경우는 제품의 길이 방향에 대해 매우 불균일한 온도Fig. IMA-5(b)

분포를 보이고 있으며 더욱이 하측에는 상대적으로 이 형성되어 있음을, hot spot

볼 수 있다 결과적으로 가 보다 양호한 온도 분포 결과를 제시함을. Fig. IMA-5(a)

볼 수 있다 이러한 해석기술지원은 그동안 지원업체에서 간과되었던 냉각채널 설.

계의 중요성을 직접적으로 보여주는 사례가 되었으며 최종적으로 양질 및 고생산,

확보를 위해서는 냉각회로 설계가 매우 중요함을 상기시키는 계기가 되었다.

t=0.1863 t=0.2484 t=0.3105 t=0.4347

t=0.6830 t=0.8072 t=1.056 t=1.366

설계된 에 대한 충전패턴 결과설계된 에 대한 충전패턴 결과설계된 에 대한 충전패턴 결과설계된 에 대한 충전패턴 결과Fig. IMA-3 delivery systemFig. IMA-3 delivery systemFig. IMA-3 delivery systemFig. IMA-3 delivery system

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(a)

(b)

지원대상모델의 냉각해석을 위한 유한요소생성결과지원대상모델의 냉각해석을 위한 유한요소생성결과지원대상모델의 냉각해석을 위한 유한요소생성결과지원대상모델의 냉각해석을 위한 유한요소생성결과Fig. IMA-4Fig. IMA-4Fig. IMA-4Fig. IMA-4

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상측(a) (Range 40~74 )℃

하측(b) (Range 40~74 )℃

지원대상모델의 냉각해석결과 비교지원대상모델의 냉각해석결과 비교지원대상모델의 냉각해석결과 비교지원대상모델의 냉각해석결과 비교Fig. IMA-5Fig. IMA-5Fig. IMA-5Fig. IMA-5

라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향라 금형온도가 사출성형압력에 미치는 영향))))

일반적인 플라스틱의 사출성형공정과는 달리 인서트 필름이 사출성형공정에서는 압

력이 매우 중요한 인자이다 왜냐하면 인서트 필름의 경우 그 두께는 이하. 500 mμ

인 반면 실제 사출성형공정에 의해 충전되는 플라스틱의 두께는 배 이상이므로 사4

출성형공정과정에서 과도하게 발생된 압력은 필름을 접히게 하거나 최종적으로 필

름에 악영향을 미쳐 성형불량이 발생되게 하기 때문이다.

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따라서 이러한 사출성형압력을 최소화하는 작업이 필요하며 지원업체의 요청에 의,

해 금형온도의 변화가 사출압력에 미치는 영향을 살펴보았다.

본 해석에서는 자동해석조건에서 충전 휨해석만을 수행하면서 금형온도를, 10, 25,

도로 변화시키고 얻어진 결과로부터 금형온도 도 일때 계산된 충전시간 결과60 , 60

초 를 위 세 가지 경우에 적용하여 재해석을 수행하였다 보압절환조건은(1.5 ) . ( 99%

로 함 마지막으로 번 해석 조건에 대해 냉각해석을 추가 하여 수행하였으며 이때) 2

냉각수 온도는 도로 균일하게 하였다25 .

금형온도 변화에 따른 최대 사출압력의 변화금형온도 변화에 따른 최대 사출압력의 변화금형온도 변화에 따른 최대 사출압력의 변화금형온도 변화에 따른 최대 사출압력의 변화Table IMA-1Table IMA-1Table IMA-1Table IMA-1

일단 자동해석조건의 경우 금형 온도의 상승은 최종 충전시간을 변화시키므로 금형

온도와 최대사출압의 관계는 주어진 결과에서는 무엇이라 언급할 수는 없으나 금형

온도를 상승시키면 압력은 강하시킬 수 있음을 볼 수 있다 일정한 충전조건에 대.

해 금형온도의 상승은 최대압력을 감소시키는 역할을 하나 주어진 모델의 경우는

그 영향성이 미비함을 확인하였다 또한 냉각수 온도를 일정하게 한 경우는 온도에.

매우 민감하게 반응하여 압력결과가 거의 일정하게 발생됨을 알 수 있었다 전체적.

으로 주어진 조건의 변화에 대해 큰 영향성을 발생시키는 조건을 찾지는 못하였으

나 본 해석이 인서트 필름의 두께를 파트로 인식하고 해석한 결과이므로 실제 파,

트의 두께로 해석을 수행할 경우 그 차이는 상대적으로 크게 발생될 것으로 판단되

었다.

마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석마 인서트 필름두께를 고려한 정밀 사출성형해석))))

일반적인 인서트 필름 사출성형해석에서 를 이용한 해석을 수행할 경Fusion mesh

우 인서트 필름의 두께를 고려한 유동해석을 수행하는 것은 매우 어려운 작업이 된

다 일차적으로 모델링 자체에서 필름의 두께를 제거한 삼차원 모델을 생성해. CAD

야하며 생성된 필름에 대해 필름의 속성을 부여한 해석을 수행해야 하기 때문이다, .

만약 모델자체가 미드로 생성된 경우는 두께의 변화가 상대적으로 용이하나 미드,

모델 자체를 생성하는데 매우 많은 시간이 요구되게 된다.

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본 해석에서는 이러한 인서트 필름을 영향성을 고려한 사출유동해석을 수행하였으

며 그 결과를 에 제시하였다 그림에서 보듯이 인서트 필름 두께가 제거Fig. IMA-7 .

된 모델에 대해 인서트 필름이 있는 경우와 없는 경우는 충전시간이 크게 차이가

없음을 볼 수 있다 그러나 인서트 필름부를 제거하지 않은 모델의 경우 상대적으.

로 부피가 증대되어 충전시간이 다소 길게 계산되었음을 볼 수 있다 그러나 충전.

패턴 자체는 크게 영향을 받지 않음을 볼 수 있다 그러나 압력 변화결과. (Fig.

에서는 충전결과 때와는 달리 최대압력 발생에 큰 영향을 미침을 확인할 수IMA-8)

있다 따라서 정밀한 유동해석을 위해서는 비록 인서트 필름의 두께가 얇더라도 이.

를 고려한 유동해석이 진행되어야 함을 알 수 있었다.

지원대상모델의 인서트 필름 두께 대비 사출성형두께지원대상모델의 인서트 필름 두께 대비 사출성형두께지원대상모델의 인서트 필름 두께 대비 사출성형두께지원대상모델의 인서트 필름 두께 대비 사출성형두께Fig. IMA-6Fig. IMA-6Fig. IMA-6Fig. IMA-6

인서트 필름 두께가 충전과정에서 유동특성에 미치는 영향인서트 필름 두께가 충전과정에서 유동특성에 미치는 영향인서트 필름 두께가 충전과정에서 유동특성에 미치는 영향인서트 필름 두께가 충전과정에서 유동특성에 미치는 영향Fig. IMA-7Fig. IMA-7Fig. IMA-7Fig. IMA-7

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인서트 필름 두께가 충전과정에서 최대 사출압력인서트 필름 두께가 충전과정에서 최대 사출압력인서트 필름 두께가 충전과정에서 최대 사출압력인서트 필름 두께가 충전과정에서 최대 사출압력Fig. IMA-8Fig. IMA-8Fig. IMA-8Fig. IMA-8

발생에 미치는 영향발생에 미치는 영향발생에 미치는 영향발생에 미치는 영향

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인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원인서트 필름 사출금형설계 및 제작 기술지원3-4 (Insert film Injection Mold)3-4 (Insert film Injection Mold)3-4 (Insert film Injection Mold)3-4 (Insert film Injection Mold)

지금까지의 유동해석결과를 기초로 하여 금형을 설계 제작하였으며 설계된 사출금,

형을 에 제시하였다 금형은 이단금형구조로 하였으며 앞 절에서 제시Fig. MD-1 . ,

된 해석결과를 기초로 하여 및 이 설계되었다delivery system cooling layout .

인서트 필름 사출금형설계결과인서트 필름 사출금형설계결과인서트 필름 사출금형설계결과인서트 필름 사출금형설계결과Fig. MD-1Fig. MD-1Fig. MD-1Fig. MD-1

에 제시된 설계도면은 일반적인 사출금형의 도면과 큰 차이는 없다 본Fig. MD-1 .

지원사업에서는 지원요청업체에서 그동안 시도되지 않았던 멀티캐비티 인서트 필름

사출금형을 제안하였으며 이때 가장 중요한 유동밸런스를 확보하기 위한 캐이티,

모니터링 기술을 제안하였다 캐비티 모니터링 기술은 일차적으로 사출금형 캐비티.

내에 압력 및 온도센서를 장착하여 고분자 수지의 충전과정에서의 압력 및 온도데

이터를 획득하고 이를 제품의 품질과 연관시키는 기술이다.

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멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및 온도 모니터링을 위한멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및 온도 모니터링을 위한멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및 온도 모니터링을 위한멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및 온도 모니터링을 위한Fig. MD-2Fig. MD-2Fig. MD-2Fig. MD-2

개념도 및 센서 설치시 금형 단면형상 예개념도 및 센서 설치시 금형 단면형상 예개념도 및 센서 설치시 금형 단면형상 예개념도 및 센서 설치시 금형 단면형상 예 (referred from(referred from(referred from(referred from www.plax.co.krwww.plax.co.krwww.plax.co.krwww.plax.co.kr))))

기존의 단일 캐비티 금형시스템의 생산성을 보완하여 캐비티수를 개로 함으로써2 ,

기본적으로 생산성을 향상시키는 금형구조이다 일반적으로 멀티캐비티 금형100% .

은 아무리 각 캐비티를 동일하게 제작한 다 하여도 사출성형과정에서 unbalance &

가 발생되기 쉽다 에서는 다수 캐비티 금형의 불균일 충전에imbalance . Fig. MD-3

대한 사출성형 예를 보여주고 있다.

다수캐비티 금형에서의 불균일 충전 예다수캐비티 금형에서의 불균일 충전 예다수캐비티 금형에서의 불균일 충전 예다수캐비티 금형에서의 불균일 충전 예Fig. MD-3 (referred fromFig. MD-3 (referred fromFig. MD-3 (referred fromFig. MD-3 (referred from

www.plax.co.kr)www.plax.co.kr)www.plax.co.kr)www.plax.co.kr)

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비록 설계상으로는 아무리 동일한 형상 및 구조로 금형을 설계하여도 금형의 가공,

및 조립과정에서 오차가 발생될 수 있으며 이러한 이유로 금형의 불균형 충전이,

발생하기도 한다 이러한 불균일 충전을 확인하기 위해서는 사출금형의 캐비티 온.

도센서와 압력센서의 설치를 통해 고분자 수지의 충전과정에서 발생하는 온도 및

압력이력을 분석할 필요가 있다 이러한 분석을 통해 실제 불균일 충전에 대한 원.

인을 좀 더 과학적으로 평가할 수 있게 된다 이러한 캐비티 모니터링을 위한 센서.

의 장착에서 가장 중요한 부분중에 하나는 바로 압력센서와 온도센서의 설치 위치

결정이다 압력센서와 온도센서는 제품형상에 따라 설치 위치가 변하게 되므로 이.

에 대한 기준이 필요하며 가장 추천되는 방법은 압력센서의 경우 압력이 가장 크,

게 발생되는 제품에서의 위치 온도센서의 경우는 충전이 완료되는 시점에 센서를,

설치하는 것이 추천된다 본 지원사업에서는 실제 금형을 제작하여 사출성형하기전.

에 사출성형해석을 수행하였으므로 해석결과를 참조하여 각각의 센서위치를 결정,

하였다 에서와 같이 중심게이트 위치에 가까운 부분에 압력센서를 그리. Fig. MD-4

고 충전의 말단에 온도센서를 설치하도록 하였다.

유동해석결과를 이용한 멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및유동해석결과를 이용한 멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및유동해석결과를 이용한 멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및유동해석결과를 이용한 멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 압력 및Fig. MD-4Fig. MD-4Fig. MD-4Fig. MD-4

온도 모니터링을 위한 센서 설치 위치 결정온도 모니터링을 위한 센서 설치 위치 결정온도 모니터링을 위한 센서 설치 위치 결정온도 모니터링을 위한 센서 설치 위치 결정

에서와 같이 사출성형충전과정에서 실제 금형면과 센서면의 불일치로 인Fig. MD-2

해 사출성형완료 후 센서홀 자국이 발생될 수 있으므로 가능한 한 센서는 제품이,

상측보다는 하측에 장착하는 것이 바람직하다 물론 정밀한 가공 및 조립을 통해.

이러한 표면불량을 최소화 할 수 도 있으며 현재 금형면에서 일정간격 떨어진 위,

치에 센서를 설치하여 기존의 측정결과와 유사한 결과를 도출 할 수 있는 센서가

이미 개발된 것으로 보고되고 있다.

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본 지원사업에서도 이러한 점을 고려하여 센서를 금형의 하측에 설치하였으며 그,

결과를 에 제시하였다 결과에서 보듯이 압력센서는 중심게이트 부근에Fig. MD-5 .

온도센서는 제품측면에서 하부에 각각 개씩 설치하였다 이러한 센서를 설치하기2 .

위해서는 금형의 배면에 선들을 외부로 뺄 수 있는 추가적인 홈 가공이 필요하며

가공된 홈 형상을 보여주고 있다.

에서는 멀티캐비티 인서트 필름 사출금형의 캐비티 압력 및 온도센서를Fig. MD-6

외부 와 연결하기 위한 커넥터 부분을 보여주고 있다 보호 케이스는 금형의eDAQ .

특성상 반드시 필요하다 왜냐하면 금형은 주기적으로 필요에 따라 사출기에 장착.

되기도 하고 내리기도 하므로 이러한 과정에서 부주의한 작업으로 고가의 센서선,

에 이상이 발생될 수 있기 때문이다 실제로 금형의 장착 및 이동과정에서 많이 발.

생되는 문제이다 에서는 본 지원사업에서 구축된 멀티캐비티 인서트 필. Fig. MD-7

름 사출금형용 모니터링 시스템을 보여주고 있다 본 시스템을 통해 사출성형공정.

과정중에 발생되는 금형내 압력 및 온도에 대한 거동 특성 분석이 가능하게 된다.

측정된 결과중 대표적인 온도 및 압력 측정 결과를 에 제시하였다 측정Fig. MD-8 .

결과에서 보듯이 압력은 이상적인 곡선을 보이고 있으나 온도는 피크치를 발생된,

후 갑자기 온도가 내려간 후 다시 상승되는 현상을 보이고 있다 물론 이러한 측정.

결과는 실제 크게 문제가 되지는 않는다 왜냐하면 온도센서의 경우는 충전 밸런스.

및 자동보압절환제어에 많이 사용되며 가장 중요한 값이 치이기 때문이다 본, peak .

실험에서 발생된 문제는 추후 금형에 온도센서의 장착에 문제가 있었음을 확인하였

으며 현재는 수정된 상태이다 에서는 온도측정 데이터만을 제시하였으, . Fig. MD-9

며 그림에서 확인할 수 있듯이 제품이 이고 동일한 위치에 온도센서를 설치하였, LR

으므로 만약 이상정이 균일 충전이 발생하였다면 두 그래프는 일치하게 나타날 것,

이다 약간의 차이는 있는 결과를 얻었으나 이러한 결과는 거의 동일 충전으로 볼. ,

수 있는 결과이다 따라서 균일충전이 진행되고 있음을 확인할 수 있다. . Fig.

에서는 캐비티 압력결과비교를 보여주고 있으며 거의 동일한 결과가 발생되MD-10 ,

고 있음을 볼 수 있다 이러한 결과는 온도측정결과와 함께 설명 가능하며 만약 불. ,

균일 충전이 발생되었다면 본 그래프 또한 상이한 결과를 발생했을 것이다 이러한, .

캐비티 압력 측정 결과는 기본적인 최대압력을 확인하고 제품이 성형성을 간접적,

으로 평가하는데 적용되며 예를 들어 성형공정조건에 이상이 있는 경우, Fig.

에서와 같이 충전이 완료된 후 보압작용 결과에서 계속적인 압력이 발생되MD-11

는 경우가 많이 발생되는 데 이러한 압력을 과충전 과보압이라 볼 수 있다 과충전.

은 보압 등을 적정압보다 더 증가시켜 수지 주입을 하는 경우 발생하며 다음과 같

은 문제가 발생될 수 있다.

금형 약화1.

2. Burr [Flash]

장시간 사용 후 금형 부품 파손3.

금형 수리 횟수 증가4.

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수지 사용량 증가5.

제품 후 변형6.

따라서 이러한 캐비티 압력측정을 통해 금형의 내구성 및 제품의 신뢰성 확보가 가

능하게 된다.

센서 설치 전 센서 설치 후

멀티캐비티 인서트 필름 사출금형내 압력 및멀티캐비티 인서트 필름 사출금형내 압력 및멀티캐비티 인서트 필름 사출금형내 압력 및멀티캐비티 인서트 필름 사출금형내 압력 및Fig. MD-5Fig. MD-5Fig. MD-5Fig. MD-5

온도 모니터링을 위한 센서 설치온도 모니터링을 위한 센서 설치온도 모니터링을 위한 센서 설치온도 모니터링을 위한 센서 설치

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온도 모니터링을 위한 센서 설치 후 커넥터 연결 결과온도 모니터링을 위한 센서 설치 후 커넥터 연결 결과온도 모니터링을 위한 센서 설치 후 커넥터 연결 결과온도 모니터링을 위한 센서 설치 후 커넥터 연결 결과

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온도 모니터링을 전체시스템 구성도 및 구축결과온도 모니터링을 전체시스템 구성도 및 구축결과온도 모니터링을 전체시스템 구성도 및 구축결과온도 모니터링을 전체시스템 구성도 및 구축결과

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 및 압력멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 및 압력멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 및 압력멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 및 압력Fig. MD-8Fig. MD-8Fig. MD-8Fig. MD-8

측정 결과측정 결과측정 결과측정 결과

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 측정결과멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 측정결과멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 측정결과멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의 캐비티 온도 측정결과Fig. MD-9Fig. MD-9Fig. MD-9Fig. MD-9

비교 및 균일충전 확인을 위한 수지도달 시간비교 및 균일충전 확인을 위한 수지도달 시간비교 및 균일충전 확인을 위한 수지도달 시간비교 및 균일충전 확인을 위한 수지도달 시간

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의Fig. MD-10Fig. MD-10Fig. MD-10Fig. MD-10

최적화된 캐비티 압력 측정결과최적화된 캐비티 압력 측정결과최적화된 캐비티 압력 측정결과최적화된 캐비티 압력 측정결과

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의멀티캐비티 인서트 필름 사출성형용 금형의Fig. MD-1Fig. MD-1Fig. MD-1Fig. MD-1

과충전이 발생된 경우의 캐비티 압력 측정결과 예과충전이 발생된 경우의 캐비티 압력 측정결과 예과충전이 발생된 경우의 캐비티 압력 측정결과 예과충전이 발생된 경우의 캐비티 압력 측정결과 예

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형해석결과와멀티캐비티 인서트 필름 사출성형해석결과와멀티캐비티 인서트 필름 사출성형해석결과와멀티캐비티 인서트 필름 사출성형해석결과와Fig. MD-12Fig. MD-12Fig. MD-12Fig. MD-12

사출성형사출성형사출성형사출성형실험실험실험실험 결과의 충전패턴 비교결과의 충전패턴 비교결과의 충전패턴 비교결과의 충전패턴 비교

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멀티캐비티 인서트 필름 사출성형공정에서 보압조건 변화에 따른멀티캐비티 인서트 필름 사출성형공정에서 보압조건 변화에 따른멀티캐비티 인서트 필름 사출성형공정에서 보압조건 변화에 따른멀티캐비티 인서트 필름 사출성형공정에서 보압조건 변화에 따른Fig. MD-13Fig. MD-13Fig. MD-13Fig. MD-13

중중중중량량량량편편편편차 비교결과 보압조건차 비교결과 보압조건차 비교결과 보압조건차 비교결과 보압조건( : 85-80-75)( : 85-80-75)( : 85-80-75)( : 85-80-75)

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인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석인서트 필름 사출 성형부품의 사출성형후 표면특성 측정 및 분석3-53-53-53-5

감감감감성 인서트 필름의 사출성형후 표면변형 측정분석성 인서트 필름의 사출성형후 표면변형 측정분석성 인서트 필름의 사출성형후 표면변형 측정분석성 인서트 필름의 사출성형후 표면변형 측정분석----

감성인서트필름은 자동차 부품의 외장을 고급스럽게 만드는 최첨단 필름이다 본.

필름에는 각종 미세패턴 하단 또는 나무의 질감 상단 을 표(Fig. 3.5.1 ) (Fig. 3.5.1 )

현하는 미세요철이 새겨져 있다 현재 미세 직교패턴 하단 의 경우 초기. (Fig. 3.5.1 )

필름 상에서는 산의 높이 약 를 유지하나 사출성형이 완료된 후는 패턴이 함50 mμ

몰되는 결과를 얻었으며 손으로도 함몰된 질감을 얻을 수 있었다 이러한 결과는, .

우드형에서도 동일하게 발생되어 이를 좀더 정량적으로 확인하기 위해 일차적으로

는 면의 삼차원 측정 을 수행하였으며 의 그림에서와 같이(ROI Machine) , Fig. 3.5.1

원형부근에서 화살표 방향으로 프로파일을 측정하여 상호 비교 분석하였다.

감감감감성인서트필름 및 사출성형결과 상단 우드패턴 하단성인서트필름 및 사출성형결과 상단 우드패턴 하단성인서트필름 및 사출성형결과 상단 우드패턴 하단성인서트필름 및 사출성형결과 상단 우드패턴 하단 직직직직물패턴물패턴물패턴물패턴Fig. 3.5.1 ( : , : )Fig. 3.5.1 ( : , : )Fig. 3.5.1 ( : , : )Fig. 3.5.1 ( : , : )

A) Textile Pattern CaseA) Textile Pattern CaseA) Textile Pattern CaseA) Textile Pattern Case

직물패턴에 대해 사출성형전과 사출성형 후의 직물의 패턴에 대해 삼차원 측정을

통해 패턴의 형상을 비교 분석하였다 그 결과를 에 제시하였으며 그림. Fig. 3.5.2 ,

에서 상측은 사출성형되기전의 인서트 필름을 하측은 사출성형된 후의 인서트 필,

름을 의미한다 또한 사출성형되기전의 인서트 필름에 대한 측정결과중 오른쪽 측.

정결과는 필름을 도 경사를 갖는 지그위에 안착시키고 측정한 결과를 보여주고30

있다 마찬가지로 하부도 같은 방법으로 측정하였다 결과에서 볼 수 있. . TOP VIEW

듯이 사출성형되기 전의 인서트 필름과 사출성형된 후의 인서트 필름의 패턴 측정

결과에는 이미지 상으로 사출성형된 후 패턴이 상당히 뭉그러져 있음을 볼 수 있

다.

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이러한 결과를 좀 더 세밀히 확인하기 위해 각 패턴을 경사지게 한 후 측정한 결과

를 의 오른쪽 결과에서 확인할 수 있다 결과에서 보듯이 패턴의 상부 에Fig. 3.5.2 .

지가 인서트사출 되지 전 필름에서 보다 뚜렷이 살아 있음을 볼 수 있다.

직직직직물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형태태태태 비교비교비교비교Fig. 3.5.2Fig. 3.5.2Fig. 3.5.2Fig. 3.5.2

의 측정결과를 좀 더 정량적으로 확인하기 위해 비접촉 삼차원 프로파일Fig. 3.5.2

측정을 수행하였다 그 결과 비교를 마찬가지로 에 제시하였다 일단 상. Fig. 3.5.3 .

대적인 비교를 위해 기준은 각 시편의 중심부를 선정하였으며 지지방법에 따른 시

편의 평탄도 변화는 무시하였다 결과적으로 안착된 위치에서 일정거리. (17.5mm)ㅓ

를 스캔한 결과를 상호 비교하였다 아래의 그림에서 보듯이 사출성형되기 전 인서.

트 필름의 경우 패턴이 측정방향에 대해 수직인 경우 깊이에 해당되는 값이 약50μ

로 형성되어 있음을 볼 수 있다 하지만 사출성형된 시편의 경우는 약 로m . 25 mμ

패턴의 높이가 감소되어 있음을 볼 수 있다 한편 사출성형된 필름의 측정결과에서.

전체적으로 측정이 진행되면서 값이 감소되는 것은 사출성형된 시편자체가 굴곡이

있기 때문이다 결과적으로는 사출성형되기 전 인서트 필름에 비해 약 정도 패. 50%

턴의 높이가 감소되어 있음을 확인할 수 있다 이러한 경향은 시편의 여러 부분에.

대해 측정한 결과에서도 동일하게 확인되었다 따라서 사출성형후 인서트 필름의.

미세패턴이 함몰되었음을 확인할 수 있었다.

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직직직직물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교물인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교Fig. 3.5.3Fig. 3.5.3Fig. 3.5.3Fig. 3.5.3

나나나나)))) WWWWood Pattern Caseood Pattern Caseood Pattern Caseood Pattern Case

우두 패턴에 대해 사출성형전과 사출성형 후의 직물이 패턴에 대해 삼차원 측정을

통해 패턴의 형상을 비교 분석하였다 그 결과를 에 제시하였으며 그림. Fig. 3.5.4 ,

에서 상측은 사출성형되기전의 인서트 필름을 하측은 사출성형된 후의 인서트 필,

름을 의미한다 또한 사출성형되기 전의 인서트 필름에 대한 측정 결과 중 맨 오른.

쪽 측정결과는 필름을 도 경사를 갖는 지그위에 안착시키고 측정한 결과를 보여30

주고 있다 마찬가지로 하부도 같은 방법으로 측정하였다 및 측. . TOP VIEW ZOOM

정결과에서 볼 수 있듯이 사출성형되기 전의 인서트 필름과 사출 성형된 후의 인서

트 필름의 패턴 측정결과에는 이미지 상으로 사출 성형된 후 패턴이 사출되기 전에

비해 음영이 상대적으로 감소되었음을 볼 수 있다 마찬가지로 이러한 결과를 좀.

더 세밀히 확인하기 위해 각 패턴을 경사지게한 후 측정한 결과 비교를 Fig. 3.5.4

의 오른쪽 결과에서 확인할 수 있다.

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결과에서 보듯이 사출되기 전의 측정결과는 요철부분이 매우 많음을 볼 수 있으나,

사출성형된 후 필름의 경우는 매우 매끈한 형태를 보이고 있음을 알 수 있다.

우드 인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형우드 인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형우드 인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형우드 인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 형태태태태 비교비교비교비교Fig. 3.5.4Fig. 3.5.4Fig. 3.5.4Fig. 3.5.4

의 측정결과를 좀 더 정량적으로 확인하기 위해 비접촉 삼차원 프로파일Fig. 3.5.4

측정을 수행하였다 그 결과비교를 마찬가지로 에 제시하였다 일단 상대. Fig. 3.5.5 .

적인 비교를 위해 기준은 각 시편의 중심부를 선정하였으며 지지방법에 따른 시편

의 평탄도 변화는 무시하였다 결과적으로 안착된 위치에서 일정거리 를. (17.5mm)

스캔한 결과를 상호 비교하였다 아래의 그림에서 보듯이 사출성형되기 전 인서트.

필름의 경우는 나무의 질감을 표현하기 위한 요철이 랜덤하게 형성되어있음을 볼

수 있으며 측정결과중 최대 정도의 홈도 발견되었다 하지만 이러한 수치, 100 m .μ

는 좀 더 면밀한 검토가 필요할 것으로 사료된다 반면 사출성형된 인서트 필름의.

경우는 거의 요철이 없는 것처럼 측정결과를 보이고 있다 물론 측정결과가 전체적.

으로 감소되는 것은 앞에서와 마찬가지로 측정방향에 대해 사출 성형된 시편자체가

굴곡이 있기 때문이다 전체적으로 많은 미소홈이 없어짐을 확인할 수 있었으며 이. ,

러한 경향은 시편의 여러 부분에 대해 측정한 결과에서도 동일하게 확인되었다 따.

라서 사출성형후 인서트 필름의 미세패턴이 함몰되었음을 확인할 수 있었다.

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우드인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교우드인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교우드인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교우드인서트 필름의 사출성형전후의 패턴 프로파일 결과 비교Fig. 3.5.5Fig. 3.5.5Fig. 3.5.5Fig. 3.5.5

따라서 이러한 삼차원 질감을 갖는 고감성 인서트 필름의 사출성형후 문제점을 해

결하기 위해서는 일차적으로 사출압력의 변화에 따른 미세패턴의 함몰 특성에 대해

연구가 필요하며 이를 위해서는 일차적으로 필름자체의 기계적 물성 및 복원특성, ,

사출압 변화에 따른 패턴의 변화특성에 대한 연구가 필요하다 특히 사출성형과 연.

계하기 위해서는 에서와 같은 실험을 통해 압력변화에 따른 미세패턴의Fig. 3.5.6

거동 및 함몰정도를 통계적으로 살펴볼 필요가 있다.

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압력변화에 따른 미세패턴의압력변화에 따른 미세패턴의압력변화에 따른 미세패턴의압력변화에 따른 미세패턴의 거거거거동분석을 위해 지원요동분석을 위해 지원요동분석을 위해 지원요동분석을 위해 지원요청청청청기업에기업에기업에기업에Fig. 3.5.6Fig. 3.5.6Fig. 3.5.6Fig. 3.5.6

제제제제안안안안한한한한 실험실험실험실험장치 및장치 및장치 및장치 및 실험실험실험실험 개념도개념도개념도개념도

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인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 성형불량 원인분석 기술지원3-63-63-63-6

인서트 필름적용 사출성형기술은 그동안 현장 경험적인 방법에 의해 금형설계,○

금형제작 및 사출성형이 진행되어 왔다 지원 요청기업은 비록 국내 최고의 필름.

인서트 사출성형전문업체이지만 사출성형해석의 어려움 및 인력 부족으로 인해 그,

필요성은 인식을 하면서도 적용이 불가능하였다 본 지원사업에서는 이러한 한계성.

을 극복하고자 사출성형해석을 위한 기본 교육과 병행해서 실제 개발 모델에 대한

사출성형불량 원인 분석을 엔지니어링 해석 기법을 적용하여 지원하였다.

일차적으로는 충전과정에서 성형불량이 발생되고 있는 모델에 대한CTR-Facia○

원인분석 및 해결책을 제안하고 이차적으로는 충전자체가 문제가 되고 있는, CSL

모델에 대한 유동해석을 수행하여 미충전의 원인분석에 대해 기술지원을 수행하여

엔지니어링 해석의 중요성을 지도 하였다.

먼저 자동차용 인서트 필름 성형제품인 모델의 경우는 이미 기초적CTR-Facia○

인 사출성형해석을 통해 게이트 최적화가 진행된 후 금형이 제작되어 사출성형이

진행되고 있는 모델이었다 그러나 기술 지원을 통해 설계당시 사용된 사출성형해.

석과정이 문제가 있음을 확인하였으며 이를 해결하기 위해 정밀해석 지원을 수행,

하였다.

기본적으로 제공된 모델에 대한 분석 좌표축의 변환 금형설계 인자의 반영 및, ,○

충전특성분석 필름 인서트 사출성형의 특성상 압력을 최소화하기 위한 공정조건의,

도출을 진행하였다.

일단 설계된 모델에 대한 모델과 금형조립도 모델의 중심CATIA CAD AutoCAD○

이 일치하지 않음을 확인하였다 즉 모델의 경우 자동차 조립 전체 모. , CATIA CAD

델이 중심을 기준으로 모델링이 된 것으로 보이므로 몰드베이스 상의 배치와 일치,

하지 않아서 제공된 모델 파일의 중심 및 방향이 가능하면 금형조립도CATIA XYZ

상의 모델의 배치와 일치하도록 모델파일의 좌표축 변환이 필요하였다 이CATIA .

러한 좌표축의 변환에서는 기준이 중요하므로 해석의 범위에 따라 세심한 처리가,

필요하였다 모델상에서 좌표축을 회전하게 되더라도 정확하게 금형조립도와. CAD

일치하지 않을 수 있으므로 정확한 형체력의 계산 등 정밀한 데이터 확보를 위해,

서는 정확한 기준이 요구되므로 이러한 점을 지원요청기업에 지도하여 추후 진행,

되는 모델의 경우 금형설계시 모델 회전값을 정확히 확보토록 하였다.

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에서는 실제 삼차원 모델상의 좌표축과 금형조립도 상의 좌Fig. CFCS-1 CAD○

표축이 일치하고 있지 않음을 보여주고 있다 따라서 본 지원사업에서는 삼차원.

모델을 프로그램내에서 금형조립도의 축에 기준하여 회전시키고 하여 유CAD export

한 요소를 생성시켰다.

삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조립립립립도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치Fig. CFCS-1 CF CADFig. CFCS-1 CF CADFig. CFCS-1 CF CADFig. CFCS-1 CF CAD

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모델의 경우 요청한 제품에 대한 의 수지정보가 없CENTER FACIA HAC 8270○

어서 가정 유사한 동일 수지업체의 를 사용하였다 수지의 추천PC/ABS HAC 8265 .

금형온도는 도 수지의 추천 용융온도는 도이며 자세한 성형공정조건 관련50 , 250 ,

자료는 에 제시하였다 또한 적용된 수지의 점도 및 특성 데이터Fig. CFCS-2 . PVT

를 에 제시하였다 그림에서 보듯이 점도 특성은 고속에서 낮은 점도Fig. CFCS-3 .

특성을 보이고 있으며 전형적인 비결정성 수지의 특성을 보이고 있음을 알 수, PVT

있다.

금호화학 수지의 사출성형공정조건금호화학 수지의 사출성형공정조건금호화학 수지의 사출성형공정조건금호화학 수지의 사출성형공정조건Fig. CFCS-2Fig. CFCS-2Fig. CFCS-2Fig. CFCS-2 HHHHAC 8265 ABSAC 8265 ABSAC 8265 ABSAC 8265 ABS++++PCPCPCPC

기존 지원업체에서의 성형공정조건의 문제점을 살펴보기 우해 지원요청업체에서○

현재 사용중인 공정조건을 적용하여 사출성형해석을 진행하였다 지원요청업체의.

경우 현재 성형공정에 사용하고 있는 금형온도 도는 상대적으로 낮은 온도20 & 35

였으며 충전시간이 초로 되어 있는데 이는 상대적으로 낮은 사출속도로 판, 3~3.5 ,

단되었다 결과적으로 고압사출성형이 발생될 것으로 사료되었다. .

보압 조건이 언급은 되어 있으나 매우 긴 시간이어 결과적으로 금형에 무리가,○

가하는 성형공정조건이어서 케이트 고화시간을 고려한 고압시간 프로파일이 필요함

을 지도하였다.

에서는 실제 삼차원 모델상의 좌표축과 금형조립도 상의 좌Fig. CFCS-1 CAD○

표축이 일치하고 있지 않음을 보여주고 있다 따라서 본 지원사업에서는 삼차원.

모델을 프로그램내에서 금형조립도의 축에 기준하여 회전시키고 하여 유CAD export

한 요소를 생성시켰다.

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에서는 지원요청기업에서 그동안 적용되었던 사출성형공정조건을Fig. CFCS-4○

적용하고 게이트의 크기만 와 로 변화시켜 해석을 수행한 결과중 충전패1mm 2mm

턴을 보여주고 있다 해석결과에서 보듯이 두 경우 모두 다 리브 부분에서 미 충전.

이 발생되고 있음을 확인할 수 있다 그러나 게이트 크기 변화가 충전패턴 자체에.

는 크게 영향을 미치고 있지 않음을 볼 수 있다 그러나 보압전환시점에서의 압력.

결과비교인 에서는 게이트의 크기 변화에 따라 게이트 크기를 로Fig. CFCS-5 2mm

한 경우가 사출압력이 낮게 형성됨을 보여주고 있다 이러한 압력강하는 실제 필름.

인서트 사출성형시 중요하게 된다 그러나 압력의 강하는 약 정도 이어서 효. 6MPa

과가 생각보다는 크지 않음을 알 수 있다 그러나 다른 공정조건의 최적화와 결합.

되면 큰 효과를 불 것으로 판단된다.

에서는 충전과중중에 발생되는 유동선단의 온도 분포결과를 보여주Fig. CFCS-6○

고 있으며 제품이 비교적 유동이 원활한 두께를 갖는 부품이어서 큰 온도 상승이,

발생되고 있지 않음을 볼 수 있다 하지만 고속 사출이 진행되면 국부적으로 얇은.

두께를 갖는 부분에서 급격한 온도 상승이 발생될 수 있을 것으로 판단된다 한편.

형체력 결과를 에서 보여주고 있으며 최대 형체력이 톤 이상 발생Fig. CFCS-7 400

되고 있어 만약 톤 사출성형기를 사용하게 되는 경우는 금형이 벌어져 플래쉬400

와 같은 문제가 발생될 수 있어 사출기의 용량이 충분한 사출성형기를 사용하던지, ,

아니면 성형공정최적화를 통해 최대 사출압력을 낮춰 결과적으로 형체력을 낮출 필

요가 있다 이러한 문제는 후반부에서 다시 언급하도록 한다 마지막으로 웰드라인. .

분포 결과와 변형결과를 에 제시하였다 웰드라인 문제의 경우는Fig. CFCS-8&9 .

인서트 필름사출성형공정의 특성상 표면을 가릴 수 있는 성형공법이므로 큰 문제가

되지 않는다 그러나 변형의 경우는 일반적인 사출성형공정과 달리 금형의 상측이.

열전도가 낮은 필름으로 대체되어 제품의 열전달이 두께 방향으로 일정하지 않고

하측으로 많이 발생되므로 결과적으로 하측이 먼저 고화된후 인서트 필름이 존재하

는 부분에서 수축이 발생되어 변형이 발생될 수 있는 구조이므로 변형제어를 위해

서는 이러한 금형온도의 영향이 고려되어야 하며 이를 위해서는 앞절에서 언급한,

인서트 필름이 고려된 정밀 유동해석이 진행되어야 한다.

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(a) Viscosity

(b) PVT

금호화학 수지의 점도 및 특성금호화학 수지의 점도 및 특성금호화학 수지의 점도 및 특성금호화학 수지의 점도 및 특성Fig. CFCS-3Fig. CFCS-3Fig. CFCS-3Fig. CFCS-3 HHHHAC 8265 ABSAC 8265 ABSAC 8265 ABSAC 8265 ABS++++PC PVTPC PVTPC PVTPC PVT

- 74 -

(a) Gate Size = 1mm

(b) Gate Size = 2mm

모델의모델의모델의모델의 게게게게이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른 유동패턴 결과 비교기 변경에 따른 유동패턴 결과 비교기 변경에 따른 유동패턴 결과 비교기 변경에 따른 유동패턴 결과 비교Fig. CFCS-4 CFFig. CFCS-4 CFFig. CFCS-4 CFFig. CFCS-4 CF

- 75 -

(a) Gate Size = 1mm(103 MPa)

(b) Gate Size = 2mm(96.22MPa)

모델의모델의모델의모델의 게게게게이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른 보압전환시점에서의기 변경에 따른 보압전환시점에서의기 변경에 따른 보압전환시점에서의기 변경에 따른 보압전환시점에서의Fig. CFCS-5 CFFig. CFCS-5 CFFig. CFCS-5 CFFig. CFCS-5 CF

압력변환 비교압력변환 비교압력변환 비교압력변환 비교

- 76 -

(a) Gate Size = 1mm

(b) Gate Size = 2mm

모델의모델의모델의모델의 케케케케이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도Fig. CFCS-6 CFFig. CFCS-6 CFFig. CFCS-6 CFFig. CFCS-6 CF

결과의 비교결과의 비교결과의 비교결과의 비교(temperature at flow front)(temperature at flow front)(temperature at flow front)(temperature at flow front)

- 77 -

(a) Gate Size = 1mm

(b) Gate Size = 2mm

모델의모델의모델의모델의 게게게게이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도기 변경에 따른 유동선단온도Fig. CFCS-7 CF (temperature atFig. CFCS-7 CF (temperature atFig. CFCS-7 CF (temperature atFig. CFCS-7 CF (temperature at

결과의 비교결과의 비교결과의 비교결과의 비교flow front)flow front)flow front)flow front)

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(a) Gate Size = 1mm

(b) Gate Size = 2mm

모델의모델의모델의모델의 게게게게이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른기 변경에 따른기 변경에 따른기 변경에 따른 웰웰웰웰드라인 분드라인 분드라인 분드라인 분포포포포 특성 비교특성 비교특성 비교특성 비교Fig. CFCS-8 CFFig. CFCS-8 CFFig. CFCS-8 CFFig. CFCS-8 CF

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(a) Gate Size = 1mm

(b) Gate Size = 2mm

모델의모델의모델의모델의 게게게게이트이트이트이트 크크크크기 변경에 따른 변형 결과 비교기 변경에 따른 변형 결과 비교기 변경에 따른 변형 결과 비교기 변경에 따른 변형 결과 비교Fig. CFCS-9 CFFig. CFCS-9 CFFig. CFCS-9 CFFig. CFCS-9 CF

- 80 -

에 대한 일차 기본 사출성형해석 결과를 요약하면 케이트 크기 변화CTR-FACIA○

에 의한 해석결과는 큰 차이를 보이지 않으나 게이트가 인 경우가 약간 양호, 2mm

한 성형 및 변형결과를 보였다 그러나 성형조건상으로는 미충전결과를 보이고 있.

다 이는 세밀 유한요소의 사용 및 공정조건을 최적화함으로써 해결 가능하다 이러. .

한 원인은 현재 지원요청기업에서 사출성형시 추천되는 온도보다 낮은 금형온도 또

는 수지온도 그리고 느린 사출에 기인된 것으로 판단된다 해석상 기본조건 추천금, . (

형온도 수지온도 자동충전시간 약 초 으로 해석을 수행했을 경우 모두 완전충, , ( 1~2 )

전이 된 결과를 얻을 수 있었다.

앞에서와 같은 일차 기본 해석 및 미팅을 통해 현장에서의 성형불량사례 및 문○

제점을 숙지하였으며 현재 의 경우 가스 사출이 병행되고 있는 모델이, CTR-FATIA

었다 금형 온도를 낮게 설정한 것은 높은 온도에서의 필름의 열팽창으로 인한 최.

종 유동선단에서의 접힘이 문제를 해결하기 위해 적용하고 있음을 확인하였다 낮.

은 수지온도로 빠른 수지속도로 사출할 경우 에 의한 성형불량이 발race tracking

생되고 있었다 보압은 유압 설정 값임을 확인하였으며 노즐부 압력은 배 이상. , 10

이 되어 성형 조건표를 기준으로 한다면 1200kgf/cm2이 되는 것을 확인하였다.

따라서 보다 정밀한 사출성형해석 지원이 요청되었으며 이를 위해서는 우선적,○

으로 정밀메쉬 의 생성이 필요하였다 또한 충전속도에 대한 최적압력(fine mesh) .

곡선 확보를 위한 사출 유동 해석이 필요하여 사출시간을, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 7,

로 변화시켜 가면서 해석을 수행하였다 또한 지원요청기업에 유동해석을 위해10s .

서는 모델의 좌표축과 유동해석용 좌표축의 일치가 필수적임을 지도하였다.

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일차 기본 해석에 사용된 유한요소모델(a)

(No. of Element: 36,046, Max. Aspect Ratio: 47)

일차 기본 해석에 사용된 유한요소모델(b)

(No. of Element: 46,290, Max. Aspect Ratio: 15)

정밀 유동해석을 위한 모델 생성결과정밀 유동해석을 위한 모델 생성결과정밀 유동해석을 위한 모델 생성결과정밀 유동해석을 위한 모델 생성결과Fig. CFCS-10 CFFig. CFCS-10 CFFig. CFCS-10 CFFig. CFCS-10 CF

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유한요소유한요소유한요소유한요소메쉬메쉬메쉬메쉬의 정밀도에 따른 충전특성 및 압력변화의 정밀도에 따른 충전특성 및 압력변화의 정밀도에 따른 충전특성 및 압력변화의 정밀도에 따른 충전특성 및 압력변화Fig. CFCS-11Fig. CFCS-11Fig. CFCS-11Fig. CFCS-11

보다 정밀한 해석지원을 위해 세밀한 요소 분할이 된 유한요소메쉬를 생성하였○

으며 그 결과를 에 제시하였다 주어진 메쉬와 기존의 적용 메쉬에, Fig. CFCS-10 .

대해 사출시간 변화에 따른 유동해석을 통해 압력결과를 구하였으며 비교결과를,

에 제시하였다 그림에서 는 에 의해 수행된 결과이Fig. CFCS-11 . Rough Mesh MPA

며 본 해석의 경우는 사용자가 메쉬의 정밀도를 조절할 수 없고 메쉬의 형상을 직, ,

접적으로 확인하기 힘들다 그러나 설계자의 경우 삼차원 모델만 있으면 간단. CAD

한 작업으로 충전결과를 얻을 수 있어 사용되고 있으나 사용상에 매우 주의를 요,

하게 된다 즉 모델형상에 따라 결과가 실제와 크게 다를 수 있으므로 이에 대한. ,

장단점을 사전에 숙지할 필요가 있다 그림에서 의 경우는 금형온도 변. Fine mesh

화에 따른 압력변화비교를 보여주고 있으며 충전속도가 낮은 경우 즉 지원요청기, ,

업에서와 같이 느린 사출속도를 사용하는 경우는 매우 큰 압력 차이를 발생시키며,

결과적으로 형체력을 변화시킬 수 있음을 알 수 있다 그러나 사출속도를 빠르게.

할 경우 금형온도에 대해 덜 민감한 압력결과를 발생시키고 있음을 알 수 있다.

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그러나 빠른 수지속도의 경우 진단발열과 필름의 변형이 문제가 될 수 있으므로 이

러한 점에 주의해야 한다.

최적화 사출성형 공정조건을 적용하여 제작된 부품최적화 사출성형 공정조건을 적용하여 제작된 부품최적화 사출성형 공정조건을 적용하여 제작된 부품최적화 사출성형 공정조건을 적용하여 제작된 부품Fig. CFCS-12 CTR-FATIAFig. CFCS-12 CTR-FATIAFig. CFCS-12 CTR-FATIAFig. CFCS-12 CTR-FATIA

한편 지금까지 지원된 모델의 경우는 초기 유동해석을 통해 게이트의 위치가 선○

정된 부품에 대한 성형문제를 정밀 유동해석을 통해 지원한 경우이며 현재 지원요,

청기업에서 개발중인 신규 인서트 필름 적용 모델에 대한 일차 성형의 문제점을 해

석을 통해 비교 분석하고 해결 방안에 대해 지원을 수행하였다 즉 모델의 경. , CSL

우는 유동밸런스가 확보되지 않은 상태에서 금형이 설계되고 제작되어 결과적으로

유동밸런스가 확보되지 못하였다 게이트 위치의 재설계가 필요한 상황이었으며 기. ,

존 결과와 해석결과의 비교가 필요하여 이를 위한 해석지원을 수행하였short shot

다 모델에 적용된 수지는 의 수지이다. CSL LG Chemical XR 404 ABS .

앞의 모델과 마찬가지로 모델과 금형조립도간의 좌표축 불이치 현상이 있었CAD○

으며 유한요소해석을 수행하기 위해 해석을 위한 좌표축을 수정하(Fig. CFCS-13),

였다.

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삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조삼차원 모델과 금형조립립립립도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치도와의 축의 불일치Fig. CFCS-13 CS CADFig. CFCS-13 CS CADFig. CFCS-13 CS CADFig. CFCS-13 CS CAD

수지의 추천 금형온도는 도 수지의 추천 용융온도는 도이며 자세한 성형60 , 250 ,○

공정조건 관련 자료는 에 제시하였다 또한 적용된 수지의 점도 및Fig. CFCS-14 .

특성 데이터를 에 제시하였다 그림에서 보듯이 점도 특성은 고PVT Fig. CFCS-15 .

속에서 낮은 점도 특성을 보이고 있으며 전형적인 비결정성 수지의 특성을 보, PVT

이고 있음을 알 수 있다.

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수지의 사출성형공정조건수지의 사출성형공정조건수지의 사출성형공정조건수지의 사출성형공정조건Fig. CFCS-14Fig. CFCS-14Fig. CFCS-14Fig. CFCS-14 LGLGLGLG Chemical ABSChemical ABSChemical ABSChemical ABS

(a) Viscosity

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(b) PVT

수지의 점도 및 특성수지의 점도 및 특성수지의 점도 및 특성수지의 점도 및 특성Fig. CFCS-15Fig. CFCS-15Fig. CFCS-15Fig. CFCS-15 LGLGLGLG Chemical ABS PVTChemical ABS PVTChemical ABS PVTChemical ABS PVT

한편 모델의 경우는 금형설계 및 제작단계에서 면밀한 검토가 수행CONSOLE○

되지 못한 관계로 사출성형결과 가 확보되지 못한 상태였다flow balance . Fig.

에서 보듯이 중앙부 홈을 기준으로 상하로 게이트를 설계하여 사출한 결CFCS-16

과 그림의 왼쪽에서 보듯이 상부쪽이 하부쪽보다 많은 충전이 발생되었음을 볼 수

있다.

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모델의 가 확보모델의 가 확보모델의 가 확보모델의 가 확보되되되되지지지지 못못못못한 사출성형해석결과한 사출성형해석결과한 사출성형해석결과한 사출성형해석결과Fig. CFCS-16 CFig. CFCS-16 CFig. CFCS-16 CFig. CFCS-16 CLLLLS flow balanceS flow balanceS flow balanceS flow balance

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결과적으로 유동해석결과 게이트 및 런너의 설계가 정밀하게 설계되지 않았음을○

확인할 수 있었으며 만약 게이트의 위치 변경이 불가능한 경우 상측과 하측의 게,

이트의 크기를 조절하는 작업이 필요함을 알 수 있다 에서는 시 금. Fig. CFCS-17

형을 통과한 미충전 결과와 해석결과의 비교를 보여주고 있으며 결과에서 보듯이,

기존에 매우 낮은 속도의 사출성형이 진행되고 있었으며 그 결과 오른쪽 하측부에

서의 유동정체가 매우 심하게 발생되고 있음을 볼 수 있다 따라서 만약 충전시간.

을 짧게 하면 즉 유동속도를 증가시키면 이러한 유동정체 현상은 다소 해소됨을,

볼 수 있다.

앞 절의 경우와 마찬가지로 충전시간의 변화에 따른 압력 변화특성을 살펴보았○

으며 그 결과를 에 제시하였다 본 모델의 경우 최적의 사출성형시간Fig. CFCS-18 .

은 약 초대임을 확인할 수 있었다 결과적으로 충전시간이 초인 경우 사출압력3 . 10

보다 이상 감소시킬 수 있음을 볼 수 있다25% .

한편 지금까지 언급된 내용에 대한 기업에서의 설명내용중 대표적인 내용에 대○

한 판서내용을 에 제시하였다Fig. CFCS-19 .

모델의 미충전결과와 해석결과의 비교모델의 미충전결과와 해석결과의 비교모델의 미충전결과와 해석결과의 비교모델의 미충전결과와 해석결과의 비교Fig. CFCS-17 CSFig. CFCS-17 CSFig. CFCS-17 CSFig. CFCS-17 CSLLLL

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모델의 충전시간 변화에 다른 사출압력 변화 및모델의 충전시간 변화에 다른 사출압력 변화 및모델의 충전시간 변화에 다른 사출압력 변화 및모델의 충전시간 변화에 다른 사출압력 변화 및Fig. CFCS-18 ConsoleFig. CFCS-18 ConsoleFig. CFCS-18 ConsoleFig. CFCS-18 Console

충전시간을충전시간을충전시간을충전시간을 초초초초로 설정한 경우의 충전패턴 결과로 설정한 경우의 충전패턴 결과로 설정한 경우의 충전패턴 결과로 설정한 경우의 충전패턴 결과3333

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필름 인서트 사출성형해석을 위한 기필름 인서트 사출성형해석을 위한 기필름 인서트 사출성형해석을 위한 기필름 인서트 사출성형해석을 위한 기초초초초적인 모델링 준비방법 및적인 모델링 준비방법 및적인 모델링 준비방법 및적인 모델링 준비방법 및Fig. CFCS-19Fig. CFCS-19Fig. CFCS-19Fig. CFCS-19

공정조건의 최적화 개념 설명공정조건의 최적화 개념 설명공정조건의 최적화 개념 설명공정조건의 최적화 개념 설명

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인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원인서트 필름 사출 성형부품의 필름 표면 성형불량 원인분석 기술지원3-73-73-73-7

기존의 모델에 인서트 필름이 변경된 상태에서 그동안 사출 성형된 조건을- Part

그대로 적용함 가스 사출 적용 모델임 결과적으로 게이트 부 탄화 현상이 발( ). ->

생하고 있는 실정이었음(Fig. 3.7.1).

게이트 부 의 크기를 변경하고 사출성형을 진행한 결과 많이 개선된 결- (eject pin )

과를 얻을 수 있었음 그러나 불량원인에 대한 정확한 원인 파악이 불가능한 실정.

이었음.

따라서 이러한 표면불량에 대한 원인분석 기술지원을 위해 정밀 측정 분석기술을-

지원하였으며 소재의 변경에 따른 물성변화와 인서트 필름사출성형특성을 연계하,

여 기술지원을 수행함으로써 불량을 원천적으로 해결 할 수 있었다.

업체에 지원된 정밀측정분석결과는 아래와 같이 파워포인트 자료로 제시하였다- .

게게게게이트부 압력에 의한 인서트 필름 성형불량 사례이트부 압력에 의한 인서트 필름 성형불량 사례이트부 압력에 의한 인서트 필름 성형불량 사례이트부 압력에 의한 인서트 필름 성형불량 사례Fig. 3.7.1Fig. 3.7.1Fig. 3.7.1Fig. 3.7.1

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사진사진사진사진SampleSampleSampleSample

결과결과결과결과FT-IR (Sample 1)FT-IR (Sample 1)FT-IR (Sample 1)FT-IR (Sample 1)

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결과결과결과결과FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)

분석 결과분석 결과분석 결과분석 결과FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)FT-IR (1-1)

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분석 결과분석 결과분석 결과분석 결과FTIRFTIRFTIRFTIR

분석 결과분석 결과분석 결과분석 결과TTTTGGGGAAAA [[[[Sample 1Sample 1Sample 1Sample 1]]]]

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분석 결과분석 결과분석 결과분석 결과TGATGATGATGA

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분석 결과DSC

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론4444

본 기술지원사업에서는 인서트 필름 사출성형“ (IFIM: Insert Film Injection

용 금형기술지원 인서트 필름 정밀 사출성형 을 위한 고분자 성형Molding) ,” “ (IFIM)

기술지원 인서트 필름 정밀 사출성형 해석 실무교육지원 의 목표를 정하고,” “ (IFIM) ,”

개월 동안 업체에 기술지원을 수행하였으며 기술 지원 수행 결과는 다음과 같12 ,

다.

기술지원의 목표 기술지원의 내용 기술지원범위 지원수행실적

인서트 필름◎

사출성형(IFIM:

Insert Film Injection

용Molding)

금형기술지원

용IFIM○

사출금형설계기술

지원

설계기술지원Delivery System

설계기술지원Cooling Layout

금형설계기술지Film Support

원

금형강도평가해석기술지원

저압성형이 가능한

금형설계기술 지원,

필름 지지 금형구조

지원

용IFIM○

사출공정해석기술

지원

유동특성분석기술지원

열전달특성분석기술지원

압력특성 및 잔류응력분석기술

인서트 필름을

고려한 저압사출성형

공정 최적화

기술지원


사출성형 을(IFIM)

위한 고분자

성형기술지원

캐비티IFIM○

압력 및

온도측정분석기술

캐비티 압력측정기술

캐비티온도센서장착기술

캐비티온도측정평가기술

온도 압력 성형성의 상관관, ,

계분석기술

공정제어 방법

캐미티 온도 및

압력센서활용 및

성형불량과의

상관관계기술 지원

최적화사IFIM○

출성형기술

유동밸런스

저압사출성형기술

접힘방지기술지원Insert film

최적화 사출성형기술

지원


사출성형 해석(IFIM)

실무교육지원

의IFIM○

정밀사출유동해석

교육지원 회(5 , 2

인 회/ )

삼차원 모델링 분석교육

삼차원 유한요소생성교육

냉각 충전 보압 및 휨해석, ,

삼차원 유동해석기술

지원수행 업체-

관계자 현재

기초활용가능

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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

[1] A. I. Isayev and R. K. Upadhyay, 1987, Injection and Compression

Molding Fundamentals, Marcel Dekker Inc., New York.

[2] C. C. Lee, and J. M. Castro, 1989, Fundamentals of Computer Modeling

for Ploymer Processing, Tucker III, C. L. (ed.), Hanser Publisher, New York.

[3] K. H. Huebner and E. A. Thronton, 1982, The finite element method for

engineers, Chap. 4 & 5, John wiley & Sons, New York.

[4] A. I. Isayev, C. A. Hieber, 1980, "Toward a viscoelastic modeling of the

injection molding of polymer," Rheol. Acta. Vol. 19, pp. 168~182.

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Documents

고분자플라스틱부품의고품위 친환경외관성형이가능한 인서트 ... · 2011-12-20 · 열전달특성분석기술지원 압력특성및잔류응력분석기술