Ferrite 세라믹스의슬러리성형공정 최적화를통한제품생산성향상 … · - 자기장 인가에 의한 슬러리 점도측정장치 고안 - 자기장 인가 및

세라믹스의 슬러리 성형공정세라믹스의 슬러리 성형공정세라믹스의 슬러리 성형공정세라믹스의 슬러리 성형공정FerriteFerriteFerriteFerrite

최적화를 통한 제품 생산성 향상최적화를 통한 제품 생산성 향상최적화를 통한 제품 생산성 향상최적화를 통한 제품 생산성 향상

기술지원기술지원기술지원기술지원

기술지원성과보고서기술지원성과보고서기술지원성과보고서기술지원성과보고서( )( )( )( )

2005.10.312005.10.312005.10.312005.10.31

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원( )( )( )( )

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 쌍용머티리얼주 쌍용머티리얼주 쌍용머티리얼주 쌍용머티리얼( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

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 세라믹스 슬러리 성형공정 최적화를 통한 제품 생산성 향상“Ferrite

기술지원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니”( : 2004. 10.~2005. 09.)

다.

2005. 10. 31.2005. 10. 31.2005. 10. 31.2005. 10. 31.

지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원지원기관 기관명 요업 세라믹 기술원: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 정 수 철대표자 정 수 철대표자 정 수 철대표자 정 수 철( )( )( )( )

지원기업 기업명 주 쌍용머티리얼지원기업 기업명 주 쌍용머티리얼지원기업 기업명 주 쌍용머티리얼지원기업 기업명 주 쌍용머티리얼: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 김 병 기대표자 김 병 기대표자 김 병 기대표자 김 병 기( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 임 종 인임 종 인임 종 인임 종 인

요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원요업 세라믹 기술원( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 왕종희왕종희왕종희왕종희

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 곽태수곽태수곽태수곽태수

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 육영진육영진육영진육영진

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

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 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형1 Ferrite1 Ferrite1 Ferrite1 Ferrite

슬러리 성형장비 개요의 현황슬러리 성형장비 개요의 현황슬러리 성형장비 개요의 현황슬러리 성형장비 개요의 현황1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite

성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건2. Ferrite2. Ferrite2. Ferrite2. Ferrite

성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조3.3.3.3.

제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화2222

자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안1.1.1.1.

슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션2.2.2.2.

자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험3.3.3.3.

슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교4.4.4.4.

제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션3333

자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경1.1.1.1.

슬러리 성형장비의 시뮬레이션슬러리 성형장비의 시뮬레이션슬러리 성형장비의 시뮬레이션슬러리 성형장비의 시뮬레이션2. Ferrite 2D2. Ferrite 2D2. Ferrite 2D2. Ferrite 2D


제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션4444

슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션1. (2.5D)1. (2.5D)1. (2.5D)1. (2.5D)

슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션2. (3D)2. (3D)2. (3D)2. (3D)

동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계3.3.3.3.

- 4 -

제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험5555

슬러리 의 재질 비자성체 자성체 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 비자성체 자성체 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 비자성체 자성체 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 비자성체 자성체 변경 및 유도핀 적용 실험1. Way ( -> )1. Way ( -> )1. Way ( -> )1. Way ( -> )

공정 최적화를 위한 현장실험공정 최적화를 위한 현장실험공정 최적화를 위한 현장실험공정 최적화를 위한 현장실험2.2.2.2.

윗 부분의 자성체 판 적용 실험윗 부분의 자성체 판 적용 실험윗 부분의 자성체 판 적용 실험윗 부분의 자성체 판 적용 실험3. Dies spottor3. Dies spottor3. Dies spottor3. Dies spottor

단중구배 최소화를 위한 별 제어단중구배 최소화를 위한 별 제어단중구배 최소화를 위한 별 제어단중구배 최소화를 위한 별 제어4. Cavity LP4. Cavity LP4. Cavity LP4. Cavity LP

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록< >< >< >< >

기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지기술지원 일지1.1.1.1.

특허 명세서특허 명세서특허 명세서특허 명세서2.2.2.2.

가 자성체 공급관과 그 공급관이 마련된 자성체 성형장치가 자성체 공급관과 그 공급관이 마련된 자성체 성형장치가 자성체 공급관과 그 공급관이 마련된 자성체 성형장치가 자성체 공급관과 그 공급관이 마련된 자성체 성형장치....

나 슬러리 성형장치와 그에 마련되는 개폐밸브장치나 슬러리 성형장치와 그에 마련되는 개폐밸브장치나 슬러리 성형장치와 그에 마련되는 개폐밸브장치나 슬러리 성형장치와 그에 마련되는 개폐밸브장치....

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

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

자석 및 연구개발 현황자석 및 연구개발 현황자석 및 연구개발 현황자석 및 연구개발 현황1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite

자석은 전 세계의 자석 생산량 약 만 톤의 약 만톤 을 점유하Ferrite 25 92~93%( 23 )

는 최대 생산품목으로 가장 값이 싼 자석이며 사용 환경에 대한 자기적 화학적 신, ,

뢰성이 우수한 부품이다 이의 응용분야는 소형 모터 기기 기기 기기 자. , OA , AV , FA ,

동차용 전장모터 등이 있으며 최근 소형화를 위한 자성특성 향상 및 박형화를 위,

한 연구가 진행되고 있으며 잔류자속밀도 의 증가 빛 보자력 의 증가를 위해, (Br) (Hc)

연구가 진행중이다.

국내 및 선진기술현황국내 및 선진기술현황국내 및 선진기술현황국내 및 선진기술현황2.2.2.2.

국내의 모타용 자석을 제조하는 회사는 푸 쌍용머티리얼 외 태평양금속 카Ferrite ( ) ,

본로렌코리아 등이 생산하고 있는데 태평양 금속이 전체 생산량의 를 점유하, 40%

고 있으며 카본로렌코리아와 쌍용머티리얼이 각각 를 점유하고 있다, 20%, 40% .

주 쌍용머티리얼은 페라이트 등 자성체 세라믹 소재분야로 약 억원 년 국내( ) 385 / (

억원 수출 억원 와 매출을 하고 있고 수출비중이 이상으로 국내 및130 , - 255 ) , 70%

국외로 다양한 거래처를 확보하고 있다 또한 세계적 다국적 기업인. Bosch,

등에 공급하고 있다 주 쌍용머티리얼의 경우 가격경쟁력이 뛰어Siemens, Valeo . ( )

난 제품을 생산하기 위하여 다중 성형이 가능한 자장 중 슬러리 주입 후 압축하는

방식의 성형공정을 사용한다.

하지만 주 쌍용머티리얼의 경우 다중 성형체의 슬러리 압축방식으로 제조를 했을, ( )

때 내외의 불량이 발상하고 있고 해외의 최대 경쟁사인8%-10% , TDK, HITACHl

사의 불량에 미치지 못하고 있어 단가경쟁에서 뒤지고 있다 일본5% , . TDK,

사의 경우 공정불량율이 대략 이내로 주 쌍용머티리얼의 에 비HITACHI 5% ( ) 8~10%

하여 현저히 낮다 이는 성형 중 별 의 충진량 구배로 인한 성형압력의. Cavity Slurry

차이가 발생되어 크랙 누설 등의 각종 불량요인이 되고 있어 이를 효과적으로 제,

어함으로써 낮은 불량률을 기록하고 있으며 이들 회사의 별 단중 편차율, Cavity 2%

이하로 관리할 수 있는 금형의 설계 를 보유하고 있는 것으로 예상하고Know-How

있다.

- 6 -

주 쌍용머타리얼의 현황 및 애로기술주 쌍용머타리얼의 현황 및 애로기술주 쌍용머타리얼의 현황 및 애로기술주 쌍용머타리얼의 현황 및 애로기술3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

세라믹 자성체의 경우 자기장이 인가된 금형으로 슬러리를 공급하여 다량Ferrite ,

의 형체를 동시에 제조하고 있다 이 경우 동일한 금형 내에서 일부 성형체의 압력. ,

구배가 발생하여 동일한 특성의 성형체가 생산되지 않고 최종 생산물의 크랙현상,

등이 발생되고 있다 주 쌍용머티리얼에서는 현재도 제품불량을 감소시키기 위하여. ( )

다양한 노력을 진행하였으나 양산중인 성형금형 내부의 각 시편에 대한 압력구배,

를 최소화하도록 슬러리 성형 금형 및 제조공정의 제어를 기술적으로 해결하지 못

하고 있어 현재 제품 불량률이 높다 따라서 자장을 인가한 후 슬러리 성형공정에.

대한 성형금형 및 제조조건의 최적화를 통해 생산제품의 불량원인 제거가 절실하

다.

제 절 가술지원 목표제 절 가술지원 목표제 절 가술지원 목표제 절 가술지원 목표2222

본 기술지원의 최종 목표는 슬러리 성형공정에서 발생하고 있는 불량을 감Ferrite

소시키기 위하여 별 단중 편차율을 이내로 줄이는데 있다 이를 위해 슬Cavity 2% .

러리 유동특성 분석 및 자기장 영향을 분석하고 이를 토대로 금형 내부의 성형체,

간 압력 균일화 방안 도출 및 금형 내부 성형체간 자기장 분포 분석 및 균일성 향

상방안을 도출하여 정량적인 현장실험 결과를 얻을 수 있도록 진행하였다.

주요목표 세부목표 상세예상목표

페라이트 슬러리

성형공정

금형설계 최적화

기술지원

슬러리 유동특성 분석 및 자기장○

영향 분석

금형 내부 성형체간 압력 균일화○

방안 도출

금형 내부 성형체간 자기장 분포○

분석 및 균일성 향상방안 도출

자기장에 따른 슬러리의 점도변화○

Date

별 단중편차율주Cavity○ 1) 이하: 2%

성형금형 내부의 자기장 분포 Date○

표 기술지원 목표표 기술지원 목표표 기술지원 목표표 기술지원 목표< 1-1. >< 1-1. >< 1-1. >< 1-1. >

1) 단중편차율 최대단중 최소단중 단중평균(%)=( - )/*

100(%)

- 7 -

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

기술지원 목표를 달성하기 위하여 다음과 같은 기술지원을 수행하여 지원기업에서

독자적으로 기술개발 능력을 확보할 수 있도록 한다.

페라이트 슬러리의 점도특성 최적화○

이방성 자성체 슬러리 점도특성 분석-

자기장 인가에 의한 슬러리 점도측정장치 고안-

자기장 인가 및 재료의 이방성에 따른 점도특성 분석-

금형 내 자기장 분포 시뮬레이션 및 자기장 영향분석○

자기장 분포 시뮬레이션 분석-

성형금형 내부의 자기장 균일성 향상방안 도출-

페라이트 슬러리 성형거동 시뮬레이션 및 최적화○

성형 금형 내부 압력 균일화 방안 도출○

슬러리 주입량 균등화 메카니즘 개발-

자기장이 주입압력에 미치는 영향 분석-

금형 내부 성형체간 압력구배가 최소화된 금형 및 최적화- Runner System

성형 금형 모사장치 제작system○

성형 금형 제작 및 현장시험을 통한 검증system○

표 기술지원표 기술지원표 기술지원표 기술지원< 1-2. Flow Chart>< 1-2. Flow Chart>< 1-2. Flow Chart>< 1-2. Flow Chart>

- 8 -

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형제 절 슬러리 성형1 Ferrite1 Ferrite1 Ferrite1 Ferrite

슬러리 성형 장비 개요슬러리 성형 장비 개요슬러리 성형 장비 개요슬러리 성형 장비 개요1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite1. Ferrite

배향특성이 좋은 미세구조의 경질 페라이트 자석을 얻기 위하여 슬러리 압축 성형

공정이 사용된다 페라이트 입자들은 면에 수직인 방향으로 선택적인 자화를 가지.

는 마이크론 이하의 평판형 결정들이다 이러한 페라이트 입자들을 자화시키기 위.

하여 페라이트 자석의 성형장비는 자성체와 비자성체 합금을 구조적으로 배열하여

자기적으로 투과 및 집중할 수 있게 설계되어 있다 또한 페라이트 입자들은 액체.

유동이 가능하도록 물과 혼합한 슬러리 형태로 성형시에 피스톤에 의하여 금형 내

부로 채워진다 입자들을 정렬시키기 위해 자기장이 가해지며 배향된 입자들을 가. ,

진 치밀한 성형체를 형성하기 위하여 물을 진공으로 뽑아내며 압축을 실시한다, .

그림 슬러리 성형장비그림 슬러리 성형장비그림 슬러리 성형장비그림 슬러리 성형장비< 2-1. ferrite >< 2-1. ferrite >< 2-1. ferrite >< 2-1. ferrite >

- 9 -

성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건성형의 주요 공정 조건2. Ferrite2. Ferrite2. Ferrite2. Ferrite

자석을 제조하는 주요 공정은 산화철 재료 입수 슬러리 합성 슬러리Ferrite “ - -

압축성형 소결 검사 포장 의 단계로 진행된다 그 중에 슬러리 압축 성형의- - - ” .

주요 공정을 보면 다음과 같다.

그림 성형 공정 조건표그림 성형 공정 조건표그림 성형 공정 조건표그림 성형 공정 조건표< 2-2. >< 2-2. >< 2-2. >< 2-2. >

그림 에서도 알 수 있듯이 상부금형 하부금형 단계별 자장 인가 슬러리 주입2-2 , , , ,

등이 성형에서 가장 큰 공정 조건이다 단계는 성형체가 취출 된 후 상부금형이. 1

내려가고 하부금형이 올라와 서로 맞닿는 형태가 된다 단계는 이 후 자장이 인, . 2

가되고 단계는 슬러리가 주입된다 이후 단계는 슬러리 주입이 계속되면서 가, 3 . 4 LP

고정된 상태에서 상부금형 및 하부금형이 아래로 내려가면서 가압 및 탈수가 진행

된다 단계는 자장을 끊고 마지막 단계는 상부금형이 올라가고 성형체가 취출된. 5 , 6 ,

다 이러한 단계를 반복하면서 성형체를 제조하게 된다 본 과제를 진행하면서 현. 6 .

장실험에서 성형공정변수는 상당히 중요히 다루어지고 있으며 성형공정변수 제어,

를 통해서 현장실험 결과가 확연히 다른 모습을 볼 수 있는데 이는 그 중요성이,

크다고 판단할 수 있다 성형공정변수 관련 실험 및 결과는 제 장 절에서 구체적. 2 5

으로 설명하였다.

- 10 -

성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조성형 장비 및 금형의 구조3.3.3.3.

성형장비는 슬러리 성형장비의 구조에서도 알 수 있었듯이 성형장비는 슬러Ferrite

리주입 및 를 포함한 외곽 자장을 인가할 수 있는 코일 그리고 복잡하Press Case, ,

게 설계된 금형으로 구성되어 있다.

그림 성형장비의 구조도그림 성형장비의 구조도그림 성형장비의 구조도그림 성형장비의 구조도< 2-3. >< 2-3. >< 2-3. >< 2-3. >

그림 성형장비의 금형 구조도그림 성형장비의 금형 구조도그림 성형장비의 금형 구조도그림 성형장비의 금형 구조도< 2-4. >< 2-4. >< 2-4. >< 2-4. >

- 11 -

제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화제 절 자기장에 의한 슬러리 특성 변화2222

자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안자장에 따른 슬러리 유동특성 측정 장치 고안1.1.1.1.

과제를 진행하면서 슬러리의 점도를 측정하려고 시도하였다 또한 점도측정 자체가.

본 과제의 목표였기 때문에 진행하였는데 결과는 슬러리가 점도 측정하는 시간동,

안 물과의 분리가 이루어져 기존의 측정기구로는 결과를 얻을 수 없었다 물론 다.

른 장비를 사용한다 하더라도 기존의 슬러리에 분산제를 넣지 않고 측정하는 방법

은 상당히 어렵기 때문에 점도 측정결과는 슬러리는 물과의 분리가 잘 이루어진, “

다 라는 결론밖에 내릴 수 없었다 실제로 슬러리를 통안에 담고 수초만 있어도 벌” .

써 아래 부분에 슬러리가 있고 윗부분에 물이 형성됨을 알 수 있다 따라서 기존의, .

점도측정은 어려울 뿐만 아니라 슬러리가 자장이 인가된 상태에서 유동하기 때문,

에 자장이 없는 상태에서의 점도는 큰 의미가 없었다 그래서 고안한 장치가 바로.

자장 중 슬러리 유동특성 측정 장치였다.

본 장치는 크게 자장 안가장치 슬러리 공급관으로 나뉘어 진다 기본 개략도를 보, .

면 그림 과 같다3 .

그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장치그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장치그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장치그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장치< 2-5. >< 2-5. >< 2-5. >< 2-5. >

맨 처음 고안한 장치는 그림 와 갈이 자장발생장치가 있고 슬러리 가 있으2-5 , Way

며 슬러리 주입부와 검출부로 구성된 장치인데 자장은 까지 조절, , 0~10,000Gauss

이 가능하게 하였기 때문에 자장이 세짐에 따라 슬러리가 주입부로부터 검출부까,

지 가는데 걸리는 사간이 다를 것이라는 생각으로 고안하였다.

- 12 -

그림 슬러리 의 재질변화를 위한 고안그림 슬러리 의 재질변화를 위한 고안그림 슬러리 의 재질변화를 위한 고안그림 슬러리 의 재질변화를 위한 고안< 2-6. Way >< 2-6. Way >< 2-6. Way >< 2-6. Way >

또한 자장에 따른 슬러리의 유동성이 슬러리 관에 따라 어떻게 다르게 변하는지,

확인하기 위해 그림 과 같은 슬러리 주변에 고투자율 재질로 채울 수 있는2-6 way

형태 고도전성 재질을 채울 수 있는 형태 그리고 이 두 가지를 함께 사용할 수 있, ,

는 형태의 액세서리를 고안하였다 예상되는 결과로는 고투자율 재질의 관으로 바.

꾸었을 경우 자기장의 가 고투자율 관에서 이루어지기 때문에 슬러리에 직접적Path

으로 영향을 주는 자장의 세기가 상당히 약해질 것으로 예상하였으며 전도체관 및,

고투자율 및 고전도율의 복합체관일 경우 마찬가지의 효과를 얻을 수 있으리라 예

상하였다.

슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션슬러리가 받는 자기장 및 힘의 세기 시뮬레이션2.2.2.2.

고안된 장치를 제작하기에 앞서 전자기 시뮬레이션으로 장치의 성능을 예측하였으

며 인가자장에 따른 슬러리 부에서의 전자기력을 계산하여 어느 정도 결과를, Way

얻을 수 있는지 예상하였다 사용한 시뮬레이션 는 사의. S/W Ansoft Maxwell 2D,

를 활용하였다 그림 에서 볼 수 있듯이 기본적인 구조에 상하로 코일을3D . 5 Core

감고 그 사이에 자기장이 발생하도록 하였다 그림 은 로 모델링, . 2-7 Pre-Process

한 것으로서 형상은 그림과 같으며 재질은 코어부분의 투자율이 인 전기강판, 8,000

을 사용하였으며 인가전류는 자기장의 세기를 결정짓는 가장 중요한 로서 기, factor

본 형상에 가변적으로 줄 수 있게 하였다 또한 코어 중간에는 슬러리 를 모델. Way

링하여 가 받는 힘의 세기를 측정하였고 고투자율 및 고전도율 재질의 고안된Way ,

장치와 동일한 악세서리를 별도로 모델링하여 비교하였다.

- 13 -

그림 고안된 장치의 모델링그림 고안된 장치의 모델링그림 고안된 장치의 모델링그림 고안된 장치의 모델링< 2-7. >< 2-7. >< 2-7. >< 2-7. >

해석된 결과로 우선 동일한 전류에 수를 증가함에 따라 생성되는Turn Maxwell

와 는 수가 증가함에 따라 슬러리 가 받는Force Magnetic field Turn way Maxwell

값도 증가하였고 값도 선형적으로 증가하였다 기본적으로Force , Magnetic Field .

전류를 인가하고 통상 로 인가할 수 있는 전류가 인 점을 감안한다면AC , Max 30A ,

상하 각각 정도는 감아야 정도 자장이 발생되는 것으로 예측100turn 5000Gauss

되었다 이러한 계산된 결과를 바탕으로 고안된 장치의 수는 으로. Turn 200 Turn

제작하게 되었다.

그림 인가전류 코일턴수 에 따른 및그림 인가전류 코일턴수 에 따른 및그림 인가전류 코일턴수 에 따른 및그림 인가전류 코일턴수 에 따른 및< 2-8. (or ) V.F M.F>< 2-8. (or ) V.F M.F>< 2-8. (or ) V.F M.F>< 2-8. (or ) V.F M.F>

주2) V.F : Virtual Force

주3) M.F : Magnetic Field

- 14 -

이러한 결과를 바탕으로 어떠한 의 재질이 가장 좋은 특성을 나타내고 있는가way

를 예상하기 위해 그림 와 같이 가지의 경우를 시뮬레이션하여 비교분석하였2-9 3

다.

Ferrite Way① High Dummy② μ Cu coating③

그림 슬러리 의 종류별 모델링그림 슬러리 의 종류별 모델링그림 슬러리 의 종류별 모델링그림 슬러리 의 종류별 모델링< 2-9. way >< 2-9. way >< 2-9. way >< 2-9. way >

그림 의 의 경우는 앞절에서 언급했던 기본 모델이며 의 경우는 투자율이2-9 ,① ②

높은 재질을 사용한 때 의 경우는 전도율이 높은 재질을 사용했을 때를 모델링, ③

한 것이다 해석은 기본모델 해석과 동일한 방법과 동일한 조건으로 수행하였으며. ,

그 결과는 다음과 같다.

변화Virtual Force■

표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화< 2-1. way V.F >< 2-1. way V.F >< 2-1. way V.F >< 2-1. way V.F >

변화Magnetic Force■

표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화표 재질에 따른 변화< 2-2. way M.F >< 2-2. way M.F >< 2-2. way M.F >< 2-2. way M.F >

- 15 -

표 에서 기본모델의 경우 슬러리가 받는 힘은 이지만 고투자율이 첨가되2-1 0.18N ,

었을 때는 으로 배가량 줄어든 것을 알 수 있었다 이것은 자장이 상하방0.04N 4.5 .

향으로 형성되어 있는 곳을 슬러리가 비자성체 를 따라서 유동하는 것과 자성way

체 를 따라서 유동하는 것에는 큰 차이가 있음을 단적으로 보여주는 예이다 뿐way .

만 아니라 표 의 재질에 따른 도 기본모델의 경우 이었지2-2 way M.F 2643Gauss

만 투자율이 높은 재질일 경우에는 로 배가량의 자장 세기 차이가 발생, 305Gauss 9

하였다.

자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험자장에 따른 슬러리 유동특성 실험3.3.3.3.

고안된 장치와 시뮬레이션 결과를 바탕으로 자장에 따른 슬러리의 유동특성 장비를

제작하였으며 제작된 장비를 바탕으로 유동특성을 실험하였다 하지만 제작된 자, . ,

기장 인가장치는 시뮬레이션 결과와 유사한 결과를 보였지만 주변 부속장치들로,

실험을 하기에는 장애가 있었다 최초 제작된 장비의 경우 슬러리 주입을 무거운.

추를 통해서 슬러리 검출부로 이동시키는 모델로 제작하였지만 실제로 실험을 하,

면서 무게추가 큰 힘을 작용시키지 못하였기 때문이었다 새롭게 제작된 장치는 무.

게추가 아닌 라인이 연결된 공압 액츄에이터를 이용하는 것이었다 그림Air . 2-10

과 같아 액츄에이터 개를 연결하여 주사기처럼 사용할 수 있도록 고안하였는데2 ,

이렇게 제작을 해서 성공적으로 실험을 진행할 수 있었다.

그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장비그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장비그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장비그림 자장중 슬러리 유동특성 측정 장비< 2-10. >< 2-10. >< 2-10. >< 2-10. >

- 16 -

실험은 자장의 세기에 따른 슬러리의 유동시간 확인하기 위해 진행하였으며 최초,

고안된 장비로는 무게추에 대한 유동시간을 알아보려고 하였지만 새롭게 제작된,

장치는 액츄에이터를 사용하기 때문에 액츄에이터에 인입되는 압력의 세기에 따른

슬러리의 유동시간을 측정하였다 또 한가지는 투자율관과 전도율관을 사용한 것과.

비슷한 결과를 보기 위하여 시뮬레이션도 했었지만 실제 실험시 그렇게 하는 것,

보다는 쇠파이프를 사용할 경우 투자율이 슬러리보다 높기 때문에 오히려 실제 현

상과 더 동일한 결과를 얻을 수 있을 것 같아 쇠파이프를 사용하여 실험하였다 아.

쉬운 점은 도전성 재질의 관을 사용하여 시뮬레이션은 하였지만 실제 실험은 하지,

않은 것이다 아마도 시뮬레이션 결과를 보더라도 고투자율 재질을 사용할 때보다.

는 좋은 특성이 나타나지 않았기 때문에 실제 실험에서도 그런 결과를 보였을 것으

로 생각된다.

그림 전압 자기장 에 따른 슬러리 유동특성그림 전압 자기장 에 따른 슬러리 유동특성그림 전압 자기장 에 따른 슬러리 유동특성그림 전압 자기장 에 따른 슬러리 유동특성< 2-11. ( ) >< 2-11. ( ) >< 2-11. ( ) >< 2-11. ( ) >

그림 주입압력에 따른 슬러리 유동특성그림 주입압력에 따른 슬러리 유동특성그림 주입압력에 따른 슬러리 유동특성그림 주입압력에 따른 슬러리 유동특성< 2-12. >< 2-12. >< 2-12. >< 2-12. >

- 17 -

자기장의 세기는 전압이 증가할수록 전류가 증가되고 결국에는 자기장의 세기가, ,

증가한다 제작된 장비가 전압으로 자기장을 발생시킬 수 있도록 제작이 되어서 그.

림 에는 전압에 따른 유동특성을 나타내었다 그림 를 보면 알 수 있지2-12 . 2-12

만 전압 즉 자기장이 증가할수록 주입된 슬러리가 나오는 시간이 증가한 것으로, ,

나타나고 있는데 이는 주 쌍용머티리얼이나 요업 세라믹 기술원에서 예상한 결과, ( ) ( )

보다 훨씬 더 과도한 수준으로 결과적으로 슬러리의 유동이 자기장에 의해 큰 영향

을 받고 있음이 증명되었다 그래프를 분석하면 자장의 세기에 따른 유동시간이 지.

수함수 형태로 증가하고 있음을 알 수 있는데 이는 자기장이 커지면 커질수록 유,

동시간의 더 길어짐을 나타내고 자기장이 작아질수록 유동시간이 짧아짐을 할 수,

있다 또 한가지는 주입압력에 따른 슬러리의 유동특성을 보면 주입압력이 높아질.

수록 슬러리의 유동시간이 지수함수로 내려감을 알 수 있는데 이는 주입압력이 높,

아질수록 유동속도는 된다고 표현될 수 있다 두 가지 그래프를 비교Acceleration .

하면 기울기의 크기에 의해서 보다 큰 영향을 받는 인자를 선택할 수 있는데 바로, ,

주입압력에 따른 유동특성의 기울기기 더 큰 것으로 보아서 자기장에 의해 큰 영향

을 받지만 주입압력에 의해 더 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다, .

슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교슬러리 관에 따른 슬러리 유동특성 비교4.4.4.4.

그림 자성체 관에서의 슬러리 유동특성그림 자성체 관에서의 슬러리 유동특성그림 자성체 관에서의 슬러리 유동특성그림 자성체 관에서의 슬러리 유동특성< 2-13. >< 2-13. >< 2-13. >< 2-13. >

- 18 -

앞서 설명한 쇠파이프 관을 이용하여 동일한 실험을 하였다 자기장에 의한 유동시.

간을 측정하였는데 그 결과는 예상 외로 선형적으로 증가함을 알 수 있었으며 걸, ,

린 시간 자체도 일때 초정도 걸린 시간이 자성체관을 사용했을 시 초 정50V 80 40

도 걸림을 알 수 있다 이는 자기장에 의해 를 통해 이동하는 슬러리가 영향을. way

받는 것이 투자율이 높은 관을 사용하면서 자기장에 의한 영향이 줄어듦을 알 수

있다 자성체관을 사용한 실험과 비자성체 관을 사용한 실험을 동일 자장으로 환산.

하여 그림 와 같은 데이터를 얻었다2-14 .

관 재질별 자장세기에 따른 유동 시간

그림 관 재질별 자장세기에 따른 유동시간그림 관 재질별 자장세기에 따른 유동시간그림 관 재질별 자장세기에 따른 유동시간그림 관 재질별 자장세기에 따른 유동시간< 2-14. >< 2-14. >< 2-14. >< 2-14. >

관 재질에 따른 유동시간은 자장이 없을 때는 동일한 시간을 보였지만 자장의 세,

기가 일때부터 약간씩 차이를 보이더니 일때는 슬러리가2,000 Gauss 8,000Gauss

유동하는데 걸린 시간이 배나 차이가 났다 실제 슬러리 성형공정중에 전5 . Ferrite

류를 인가한 코일에 의해 발생되는 자기장이 이상임을 감안하면 이10,000Gauss

차이는 무시할 수 없는 차이임을 알 수 있고 또한 국부적으로 자기장의 구배가 발,

생하면 충분히 국부적으로 거동특성이 바뀔 수 있음을 예상할 수 있다.

- 19 -

제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션제 절 자기장 분포 시뮬레이션3333

성형시 발생하는 불량의 주요 원인은 개의 에 유입되는 슬러리의 양이 동32 Cavity

일하지 않다는 것이다 이러한 별 구배가 밀도구배나 단중구배를 발생하고 성. Cavity

형불량이나 소결불량으로 연결되고 있다 이러한 판단은 그동안 현장에서의 다양한.

실험 및 경험에 의존한 결과였고 그러한 결과를 전제로 단중편차를 줄일 수 있는,

방안을 모색하게 되었다 그 방안 중 첫 번째는 슬러리 성형장비의 코일에. Ferrite

서 발상되는 강한 자기장이 금형 내의 공간에서는 상하좌우의 자기장이 다르게 형

성되고 이로 인해 내로 충진되는 슬러리의 유동이 서로 다르게 됨으로써 결, Cavity

국은 성형체 불량으로 연결된다는 것이었다 두 번째는 현재의 금형 구조는 각각의.

로 유입되는 슬러리 의 거리 및 부피가 동일하지 않게 설계되어 있어서Cavity way ,

의 거리 및 부피를 동일하게 맞추면 동일충진을 할 수 있을 것으로 판단하였다way .

시뮬레이션과 실험한 결과를 이후에 설명하겠지만 현재의 금형에 이르기까지 현장,

에서는 슬러리 의 부피를 줄이거나 키우는 작업을 계속 수행하고 있었음을 알way

수 있었고 또한 그로인해 큰 성과가 없었다는 것을 알 수 있었다 하지만 의, . , way

일부분만 시도하였기에 어느 정도 충진패턴을 맞출 수 있는 가능성은 있다고 판단

하여 유동 시뮬레이션을 진행하게 되었다.

본 절에서는 위에서 언급한 전자기장 해석과 유동해석 중 전자기장 해석에 대한 결

과를 소개하고 그 성과를 기술하기로 한다 전자기장 해석은 슬러리 성형장, . Ferrite

비의 전체적인 전자기장 분포를 해석하려 하였으며 국부적으로 해석을 시도하기도,

하였다 추가로 성형금형에 라는 위의 비자성체가 있는데 이 의. Stellite LP , Stellate

기능은 성형되는 의 배향을 중심으로 향하게 하고 또한 비자성체를 사용함으ferrite ,

로 탈형을 쉽게 하기 위함이다 따라서 전자장 해석을 통해 형상을 최적화. Stellite

하기 위해 별도의 해석을 수행하였다.

자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경자기장 시뮬레이션의 이론적 배경1.1.1.1.

유한요소해석 은 기계구조 해석 및 전자기장 해석 등에 많이 사용되어 왔으며(FEM) ,

현재는 다양한 상용 가 개발되어 많은 분야에서 활용중이다 본 과제에서도 상S/W .

용 를 사용하여 자성체 및 성형구조의 자기장 분포를 해석하였으며S/W ,

으로 해석하였다 해석방법은 전도체 내의magnetostatics Type . magnetostatics ①

전류에 의해 발생된 를 계산하고DC current density (J) (current density solution),

계산된 를 사용하여 를 계산하여 를 계산하는current density H-field B-field②

단계로 해석을 한다(static magnetic field solution) .

- 20 -

current density solution (J)①

정상전류상태에서 의 법칙의 점 관계식은 식 로 나타낼 수 있으며ohm (point) (1) ,

이 식에서 는 차이에 의해 생성된 에 비례함current density potential electric field

을 알 수 있다.

E electric field•

conductivity of the material• σ

electric potential• Φ

전하는 생성되거나 소멸될 수 없다 라는 잔하보존의 원리에 의해 전류밀도가 시간“ ”

에 따라 변하지 않는 정상전류에 대해서 이므로 가/ t=0 , charg density p(x,y,z)∂ρ ∂

일 때 식이 성립된다(2) .

이므로 는 식을 통해서 알 수 있다=J , electric potential, , (3) .σ▽ Φ∅

static magnetic field solution (B-field)②

정상전류상태에서 를 구하기 위해 과magnetic field ampare's law maxwell

은 다음과 같다equation .

- 21 -

H(x,y,z) magnetic field•

V(x,y,z) magnetic flux density•

J(x,y,z) current density field•

위의 관계식을 이용해서 를 계산할 수 있으며 계산된magnetic field , magnetic

를 통해 를 계산할 수 있다field magnetic flux density .

• μr(x,y,z) relative permeability

• μ0(x,y,z) permeability of free space


시뮬레이션의 목표는 슬러리 성형공정 중 각 에 인가되는 자기장 세기 및2D Cavity

분포를 계산하고 가시화하여 불량의 원인을 파악하는데 있다 또한 로 해석할, . 3D

시는 많은 시간이 걸리지만 로 해석을 수행할 경우 해석 및 결과분석 시간이 단, 2D

축되기에 해석을 진행하기 앞서 시뮬레이션을 진행하게 되었다 또한 성형3D 2D .

장비의 자기장 분포 해석이외에 형상변화에 따른 자기장 분포를 별도로 진Stellite

행하게 되었다.

자기장 시뮬레이션에 앞서 성형의 단계는 위절에서 언급했듯이 상당히 복잡하지만,

자기장 시뮬레이션을 위해 나눈다면 표 과 같이 크게 성형초 슬러리 주입전, 2-3 ( ),

충진완료 슬러리 충진 가압후의 세 단계로 나눌 수 있다( ), .

단계 내부충진 재질Cavity 두께Cavity

성형초 Air ( = 1.0000004)μ 13mm

충진완료 Ferrite ( =1000)μ 13mm

가압후 Ferrite 7mm

표 자기장 분포 해석에 사용된 성형단계표 자기장 분포 해석에 사용된 성형단계표 자기장 분포 해석에 사용된 성형단계표 자기장 분포 해석에 사용된 성형단계< 2-3. >< 2-3. >< 2-3. >< 2-3. >

- 22 -

시뮬레이션 단계는 “Pre-process(Modeling) - Define the Materials - Define the

로 구분할 수 있다 최초 수행되Input Current - Mesh - Solve - Post-process” .

는 에서 특히 로 해석을 진행한다면 어떻게 해석을 수행해야 할지 사Modeling , 2D

전 고민이 많이 되어야 하는데 그중에 모델로 할 것인지, Axisymmetric , Cartesian

모델로 할 것인지 선정해야 한다 본 해석에서는 성형장비의 구조가 중심축을 기준.

으로 정확하게 하지는 않지만 금형의 상하좌우가 대칭적임을 고려하Axisymmetric ,

여 그림 와 같이 모델을 선정하여 해석하였다2-15 Axisymmetric .

그림 시뮬레이션 활용모델그림 시뮬레이션 활용모델그림 시뮬레이션 활용모델그림 시뮬레이션 활용모델< 2-15. 2D >< 2-15. 2D >< 2-15. 2D >< 2-15. 2D >

그림 자기장 시뮬레이션의 전류인가 조건그림 자기장 시뮬레이션의 전류인가 조건그림 자기장 시뮬레이션의 전류인가 조건그림 자기장 시뮬레이션의 전류인가 조건< 2-16. >< 2-16. >< 2-16. >< 2-16. >

- 23 -

각각의 재질은 현장으로부터 정확한 투자율 정보를 받아서 사용하였으며 그림, 13

에서도 알 수 있듯이 상부 에서 그리고 슬러리가 채워지, Slide UP Connector, UP,

는 가 자성체로 구성되어 있으며 그 외의 부분Cavity, LP, LP Holder, Base Plate ,

은 비자성체로 구성되어 있다 상식적으로 알 수 있겠지만 자기장은 자성체를 통하. ,

여 흐르게 되고 각각의 로 접속이 되는 형식의 성형장비이다 또한 전류인가, Cavity .

는 기존 현장에서 를 인가하기 때문에 상하부 코일에 각각 를 인가하였300A 300A

으며 외곽조건은 조건으로 로 처리하였다, Balloon Air .

이러한 조건으로 해석한 결과는 그림 에서도 볼 수 있듯이 코일 내부의 금형2-17

에서 형성되는 자기장 및 자기장의 세기는 외곽으로 갈수록 커짐을 알 수 있었다.

또한 자기장의 차이가 예상한 것 보다 훨씬 크다는 것을 생각할 수 있었다 하지만. ,

본 해석은 하게 가정한 것에 의한 것임을 고려하면 그 수치의 절2D axisymmetric

대적인 차이에 큰 의미를 두는 것은 어렵지만 금형의 외곽부분과 금형 안쪽 부분,

의 자기장은 분명 차이가 있을 것임을 알 수 있었다.

그림 슬러리 성형장비의 자기장 해석 결과그림 슬러리 성형장비의 자기장 해석 결과그림 슬러리 성형장비의 자기장 해석 결과그림 슬러리 성형장비의 자기장 해석 결과< 2-17. 2D >< 2-17. 2D >< 2-17. 2D >< 2-17. 2D >

- 24 -

그림 슬러리 성형장비에 형성되는그림 슬러리 성형장비에 형성되는그림 슬러리 성형장비에 형성되는그림 슬러리 성형장비에 형성되는< 2-18. B-Field>< 2-18. B-Field>< 2-18. B-Field>< 2-18. B-Field>

다시 한번 강조하지만 그림 에서도 알 수 있듯이 현장에서 발생되는 금형 내, 2-18

부의 자기장은 정도로 에서 해석된 보다는 훨씬Max 10,000Gauss 2D 1,000Gauss

크고 따라서 절대적인 수치를 참고하기는 어렵다, .

그림 에서의 지점에서의 자기장이 얼마나 차이가 나는지 보면 그림2-17 , ,① ② ③

와 같은데 그림 에서 성형체 안쪽과 바깥쪽과의 의 세기는2-19 , 2-19 Flux Line ③

으로 갈수록 커짐을 알 수 있다.

그림 금형 내외부의 자기장 차이 결과그림 금형 내외부의 자기장 차이 결과그림 금형 내외부의 자기장 차이 결과그림 금형 내외부의 자기장 차이 결과< 2-19. >< 2-19. >< 2-19. >< 2-19. >

- 25 -

지금까지는 성형 단계중 초기 단계인 가 로 채워져 있는 상태에서의 결과Cavity Air

였는데 이 후 충진 완료 단계 및 가압완료 단계에 대해서 동일한 해석 방법을 기,

술하겠다.

우선 충진완료 단계의 경우를 보면 그림 과 같은 결과를 보였는데 가, 2-20, 2-21 ,

장 특이할 만한 것은 의 세기가 증가한 것과 성형체에서의 배향특성이 나Flux Line

빠진다는 것이다 즉 성형체 부분의 방향이 중앙을 향하고 있지. , edge Flux Line

않는다.

그림 충진 완료 후 자기장 해석 결과그림 충진 완료 후 자기장 해석 결과그림 충진 완료 후 자기장 해석 결과그림 충진 완료 후 자기장 해석 결과< 32-20. >< 32-20. >< 32-20. >< 32-20. >

그림 충진완료 후 부분별 자기장 해석그림 충진완료 후 부분별 자기장 해석그림 충진완료 후 부분별 자기장 해석그림 충진완료 후 부분별 자기장 해석< 2-21. >< 2-21. >< 2-21. >< 2-21. >

- 26 -

그림 의 결과를 보면 그림 와 같이 부분에서 확연한 결과를 볼 수2-21 2-19 Edge

있다 따라서 성형체 공간에 슬러리가 채워지면 배향도는 재료 자체에 의해서도 배.

향밀집도가 떨어짐을 알 수 있으며 현장에서는 재료의 특성뿐만 아니라 금형의 구, ,

조변경 등 다양한 방법을 통하여 배향도를 증가시킬 수 있는 방안을 모색해야 할

것이다 마지막으로 가압 후의 해석결과를 보면 그림 과 같은데 그 영. 2-22, 2-23 ,

향은 충진완료 후의 해석된 결과와 크게 다르지 않았다 그 이유는 본 시뮬레이션.

은 자기장 해석인데 가압 후라는 것은 동일한 인가조건에 단지 성형체의 두께만,

변경했기에 비슷한 결과가 나올 수밖에 없었다 하지만 전단계와 다르게 해석된 것.

이 한 가지 있는데 그것은 바로 두께를 줄이면 자속이 증가했다는 것이다 이 부분, .

의 해석은 차후에 언급하기로 한다.

그림 압축 후 시뮬레이션 해석결과그림 압축 후 시뮬레이션 해석결과그림 압축 후 시뮬레이션 해석결과그림 압축 후 시뮬레이션 해석결과< 2-22. >< 2-22. >< 2-22. >< 2-22. >

그림 압축 후 부분별 해석 결과그림 압축 후 부분별 해석 결과그림 압축 후 부분별 해석 결과그림 압축 후 부분별 해석 결과< 2-23. >< 2-23. >< 2-23. >< 2-23. >

- 27 -

자기장 시뮬레이션으로 해석했던 것 중에 추가적으로 했던 것이 금형 윗부2D LP

분의 형상변화에 따른 배향특성 분석이었다 형상의 경우 변경할 수Stellite . Stellite

있는 형태는 그림 와 같고 이러한 가지 형태는 임의로 결정하여 해석하였다2-24 , 3 .

그림 임의로 선정한 의 가지 형상그림 임의로 선정한 의 가지 형상그림 임의로 선정한 의 가지 형상그림 임의로 선정한 의 가지 형상< 2-24. Stellite 3 >< 2-24. Stellite 3 >< 2-24. Stellite 3 >< 2-24. Stellite 3 >

임의로 가지 종류의 형상을 선정후 각각의 모델에 대해서 해석을 수행한3 Stellite

결과 그림 와 같이 변화에 따라 부분의 의 변2-25 Stellite Ferrite edge Flux Lines

화를 알 수 있다는 것과 의 경우 가장 중심 밀집도가 높음을 알 수 있었다 의.① ①

형상은 기존의 형상으로 현재 생산중인 형상이 배향에 가장 좋은 특성을 나Stellite

타낼 것으로 판단하였다.

그림 형상에 따른 배향특성그림 형상에 따른 배향특성그림 형상에 따른 배향특성그림 형상에 따른 배향특성< 2-25. Stellite >< 2-25. Stellite >< 2-25. Stellite >< 2-25. Stellite >

지금까지의 자기장 시뮬레이션 해석 결과 알 수 있었던 것을 가지로 요약할2D 4

수 있는데 정리하면 다음과 같다 과 근접할수록 또한 고투자율 재질일수록. Coil①

이 강하게 형성된다Flux Lines .

- 28 -

금형 외곽 과 근접한 곳 의 자속이 크고 중심부로 갈수록 약해진다(Coil ) , .② ③

의 는 일때 일때 로 계산되Cavity Magnetic Field Air 200Gauss, Ferrite 1,000Gauss

며 내부에서도 구배가 발생한다 형상 변화 해석, Cavity Magnetic Field . Stellite④

결과 기존의 형상이 가장 좋게 나타난다.


슬러리 성형장비의 구조를 보면 알 수 있지만 형상으로 전체를 해석하Ferrite , 2D

는데 너무 많은 제한점이 있다 그렇기 때문에 로 시뮬레이션을 수행했지만 그. 3D ,

렇다고 가 현장 데이터와 정확하게 일치한다는 것은 별도의 문제이다 로 시3D . 3D

뮬레이션을 해도 수많은 부품들을 하나씩 모델링 하는 것은 불가능할뿐더러 재질

조건이나 인가조건 자체에도 아무래도 많은 가정들이 들어가 있고 결국에는 현장,

데이터로 검증이 되어야 하는 부분이 남아있기 때문이다 본 과제에서는 시뮬레이.

션을 통해서 성공적으로 수행되었음을 다시 한번 밝히고 해석 결과에 대해 고, 3D

찰한다.

그림 성형장비의 모델링 형상 및 단순화 구조그림 성형장비의 모델링 형상 및 단순화 구조그림 성형장비의 모델링 형상 및 단순화 구조그림 성형장비의 모델링 형상 및 단순화 구조< 2-26. 3D >< 2-26. 3D >< 2-26. 3D >< 2-26. 3D >

- 29 -

자기장 시뮬레이션은 그림 과 같이 모델링 하여 해석을 수행하였으며 내3D 2-26 ,

부적으로 보면 그림 과 같이 상당히 복잡한 구조를 가지고 있다2-27 .

그림 금형 부분의 모델링 및 구조그림 금형 부분의 모델링 및 구조그림 금형 부분의 모델링 및 구조그림 금형 부분의 모델링 및 구조< 2-27. 3D Cavity >< 2-27. 3D Cavity >< 2-27. 3D Cavity >< 2-27. 3D Cavity >

현장에서 제조중인 형상은 상당히 많지만 를 기준으로 제조하고Cavity , 32 cavity

있는 의 크기를 기준으로 하였다 전류 인가조건은 상하부 에 각각Ferrite . Coil 300A

를 인가했으며 시뮬레이션과 동일하게 내부 재질을 단계 단, 2d Cavity Air , Ferrite

계 그리고 압축 후 단계로 나뉘어 해석을 수행하였다, .

그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포< 2-29. Ferrite (B-Vector) >< 2-29. Ferrite (B-Vector) >< 2-29. Ferrite (B-Vector) >< 2-29. Ferrite (B-Vector) >

- 30 -

성형장비 해석 결과로 코일이 금형 외곽의 단 사각 형태를 취하고 있Ferrite 3D 2

으므로 자기장은 코일에 전류를 인가하는 방향에 따라서 상하 방향으로 생성된다.

또한 투자율이 높은 재질 쪽으로 자장이 집중됨을 알 수 있다 그림 와 같이. 2-29

성형 금형에서의 전자장 분포 를 분석하면 더욱 잘 이해가 될 것이다(Mag B) .

그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포그림 성형장비의 전자장 분포< 2-29. Ferrite (Mag B) >< 2-29. Ferrite (Mag B) >< 2-29. Ferrite (Mag B) >< 2-29. Ferrite (Mag B) >

그림 의 경우는 장비 전체에 형성되는 자기장을 본 결과이기 때문에2-28, 2-29 ,

성형초기 충진완료 가압후 각각의 해석 결과도 비슷하다 하지만 금형 내부를“ - - ” . ,

확대해서 분석하면 다음과 같은 재미있는 결과가 나온다.

먼저 각각의 단계에서 배향도를 분석하면 일 때와 일 때 또는 압축 전과Ferrite Air

후에 대해서 해석한 결과 큰 차이는 없었지만 해석한 결과와 비슷하게 일, 2D Air

때 배향도가 컸지만 로 채워지면서 배향도가 작아지는 경향을 보였다 이것, Ferrite .

은 모든 경우가 자기장은 중심부로 밀집되지만 결과와 마찬가지로 다양한 방법, 2D

으로 밀집도를 증가시켜야 할 것이다.

- 31 -

그림 성형 단계별 배향도그림 성형 단계별 배향도그림 성형 단계별 배향도그림 성형 단계별 배향도< 2-30. Cavity >< 2-30. Cavity >< 2-30. Cavity >< 2-30. Cavity >

성형장비의 금형은 개의 다중 성형체 공간이 있기 때문에 각 에서Ferrite 32 Cavity

자장 구배를 정량적으로 보기위해 해석한 결과를 그림 에 나타내었다 물론2-30 .

시뮬레이션 결과이지만 개의 에서 단중미달되는 데이터와 자장 분포 데이, 32 Cavity

터를 비교하면 상당히 재미있는 결과를 도출할 수 있다 관련 내용에 대해서는 요.

약 부분 및 차후 현장 실험 결과 소개시 밝히기로 하고 본 절에서는 성형 해석 결,

과 별 축으로의 값을 정량적으로 표현하였다32 Cavity Z B-Vector .

- 32 -

그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의< 2-31. Air Cavity B-Vector>< 2-31. Air Cavity B-Vector>< 2-31. Air Cavity B-Vector>< 2-31. Air Cavity B-Vector>

그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의그림 로 채워진 중심에서의< 2-32. Ferrite Cavity B-Vector>< 2-32. Ferrite Cavity B-Vector>< 2-32. Ferrite Cavity B-Vector>< 2-32. Ferrite Cavity B-Vector>

그림 압축 이후 중심에서의그림 압축 이후 중심에서의그림 압축 이후 중심에서의그림 압축 이후 중심에서의< 2-33. Cavity B-Vector>< 2-33. Cavity B-Vector>< 2-33. Cavity B-Vector>< 2-33. Cavity B-Vector>

- 33 -

로 채워져 있을 때의 자기장 분포는 많은 차이가 없었지만 에 슬러리가Air , Cavity

주입이 되면서 자기장 분포에도 큰 차이가 있음을 알 수 있다 정량적인 데이터만.

보더라도 외곽에서의 자기장이 높게 나타나고 내부에서의 자기장이 낮게 나타나고,

있음을 알 수 있다 이 결과는 해석에서의 결과와 비슷하지만 에서는 금형. 2D , 2D

내외의 자기장 값의 차이가 터무니없이 컸지만 해석을 통해서 상식에서 인정하, 3D

는 범위의 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다 하지만 본 데이터만 보면 그다지. ,

흥미로운 데이터가 아닌데 실제 현장에서 별 불량이 나타나는 데이터와 비교Cavity

하면 상당히 재미있어진다.

그림 현장 불량 데이터그림 현장 불량 데이터그림 현장 불량 데이터그림 현장 불량 데이터< 2-34. >< 2-34. >< 2-34. >< 2-34. >

성형에서 발생하는 불량은 에서의 단중미달을 의미한다 위의 그림은 실제Cavity .

공정 중 단중미달값의 평균을 산출하여 이하의 만을 체크한 데이터인63g Cavity

데 그 결과가 자기장 분포 데이터와 상당히 비슷함을 알 수 있다 해석 결과를, . 3D

요약하면 로 충진된 에 걸리는 자기장은 이며Ferrite Cavity 7,800~9,520Gauss ,①

중심부의 자기장은 낮은 반면 최 외곽의 부분에는 상대적으로 센 자기장이Cavity

걸린다 특히 로 충진된 경우 최 외곽 개 부분에는 상대적으로 더욱 큰. Ferrite 4②

자기장이 걸린다 두께를 로 변경 후 해석하면 전체적인 자기장 구배 경향. 7mm③

은 비슷하며 단지 자기장의 세기만 줄어든다 반면 로 채워진 에 걸리. Air Cavity④

는 자기장은 로 일 때보다 적은 자기장이 걸리며 내부 분포170~180Gauss Ferrite ,

는 전체적으로 균일한 분포를 보인다.

- 34 -

이와 같은 결과를 얻을 수 있었는데 앞서 언급한 내용이지만 위의 결론들은 상식,

적으로 예상할 수 있는 결과들을 확인할 수 있는 데이터들이다.

한 가지 더 고찰할 사항은 위의 데이터를 바탕으로 좀 더 세밀하게 해석한 경우인

데 슬러리가 채워지는 부분을 축 방향으로 여러 단계 하여 관, Ferrite Z Cut-Plane

찰한 결과 부분으로 자기장이 집중되고 있음을 알 수 있었으며 또한Ferrite , gate

부분에 상대적으로 많은 자기장이 발생되고 있음을 알 수 있었다 우리는 이러한.

현상을 해석하는데 부분의 자기장이 비교적 세고 그 직경도 크지 않기 때문, gate ,

에 슬러리의 유동이 상당히 어려울 것이라고 예상하였다 이러한 결과를 바탕으로.

부분에 형성되는 자기장의 일부라도 줄이면 그 유동성이 좋아질 것이라는 생gate

각으로 유도핀을 고안하여 현장실험까지 하게 되었다 이 부분의 구체적인 사항은.

현장실험 부분에서 언급하기로 한다 최초 유도핀을 고안한 것이 아니라 부분. gate

바로 옆에 자성체 유도관을 설치하기로 하였는데 금형상 문제로 인해 상당히 어려,

웠고 금형을 뚫어 그 내부에 자성체 주물을 채우는 방식으로 제안을 하였는데 현, ,

장 기술자에 의해서 유도핀 방식으로 변경 적용되었다/ .

- 35 -

제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션제 절 슬러리 충진특성 시뮬레이션4444

최초 과제를 시작하면서 슬러리 성형의 불량의 주요 원인이 자기장에 의한ferrite

슬러리의 유동특성이 국부적으로 방해를 받기 때문이라고 생각을 하였고 이를 시,

뮬레이션을 하려 하였지만 현재까지 자장과 유동을 함께 고려할 수 있는 툴이 없,

어서 한가지씩 하면서 결과를 내기로 하였다 이번 절에서는 슬러리 충진특성 시뮬.

레이션을 적용했던 결과로 해석과 해석을 했던 결과를 바탕으로 해석2.5D Full 3D

결과를 요약하도록 하겠다.

본 절에서는 슬러리 성형의 밀도구배를 최소화하기 위해 진행하였다 이는Ferrite .

슬러리 성형공정 이후 소결공정에서의 밀도구배에 의한 발생 등의 문제점을Crack

해결하기 위한 필수적인 단계이다 특히 슬러리 사출부품의 분석은. Filling Pattern

제조과정 중 밀도구배로 인해 생기는 불량해소를 위한 시뮬레이션Ferrite magnet

결과이다.

그림 기본 모델링그림 기본 모델링그림 기본 모델링그림 기본 모델링< 2-35. >< 2-35. >< 2-35. >< 2-35. >

- 36 -

현재 생산중인 제조공정 중 성형공정에서 자장을 인가한 원료Ferrite Magnet Ferrite

를 개의 로 이루어진 금형에 슬러리 성형장비를 이용하여 성형을 하면32 Cavity 32

개의 동일한 성형체가 생산이 되어야 하지만 일부 성형체의 압력구배가 발생하여,

최종 생산물의 현상 등이 발생되고 있으며 현재 생산현장에서는 양산중인Crack ,

금형구조의 주입거동을 분석하여 각 에 압력구배를 최소화하도록Cavity Runner

을 설계하여야 하나 의 크기 및 사출공정의 제어를 기술적으System Runner System

로 해결하지 못하고 있어 제품 불량률이 높게 나타나고 있다.

따라서 자장을 인가한 후 사출금형에 원료를 주입할 때 압력구배의 최소화를 통한

최적화 설계가 절실하였고 이에 본 시뮬레이션을 통하여 최적공정을 설계하게 되,

었다.

슬러리 충진과정 시뮬레이션슬러리 충진과정 시뮬레이션슬러리 충진과정 시뮬레이션슬러리 충진과정 시뮬레이션1. (2.5D)1. (2.5D)1. (2.5D)1. (2.5D)

기본 모델의 시뮬레이션 결과①

본 시뮬레이션을 수행하는데 있어 및 은 재료물성 에서Powder Binder System DB

을 선택하여 사용하였다 또한 분말사출성형의 공정을 최적화하기 위해 상STS316L .

용 인 를 사용하였고 모델링은 를 설계CAE S/W PIMsolver , Runner System, Cavity

하여 해석을 수행하였다 그림 는 본 시뮬레이션의 기본 모델링을 나타내고. 2-35 ,

표 와 표 는 각각 재질특성과 공정조건을 나타내었다2-4 2-5 .

가 사용하는 유동방정식은 와PIMsolver Arrhenius eq. WLF(William, Landel,

이지만 본 시뮬레이션에서는 모델을 사용하였다 이는 재질의 특Ferry)eq. , WLF eq. .

성에 따른 가 다르고 세라믹 분말사출의 유동특성 해석함에activation energy date ,

있어 유동방정식을 사용할 경우에는 비교적 낮은 점도와 낮은 전이영역Arrhenius

을 갖는 세라믹의 경우 낮은 온도범위에서만 해석이 되는 제한된 온도의존성을 나

타낸다 이에 비해 은 경험상수 를 넣어 넓은 온도범위에서 해석이. WLF eq. A1, A2

가능하기 때문에 를 사용하게 되었다 사용된 유동방정식을 표현하면WLF eq. . WLF

다음과 같다.

- 37 -

표표표표< 2-4. Material Properties>< 2-4. Material Properties>< 2-4. Material Properties>< 2-4. Material Properties>

Filling Time 1[s] Mold Wall Temp 35[ ]℃

F/P switch over by

ram stroke90[%] Eject Temp 50[ ]℃

Inlet Melt Temp 130[ ]℃

표표표표< 2-5. Processing Condition>< 2-5. Processing Condition>< 2-5. Processing Condition>< 2-5. Processing Condition>

기본 모델에 대한 해석 결과는 개의 에 그림 와 같이 부분으로 나뉘어 충32 Cavity 2 4

진되며 최초 충진된 와 최종 충진된 와의 시간 차이는 초이었고, Cavity Cavity 0.2 ,

압력차이는 로 계산되었다 이것은 개의 성형체의 특성이 부분으로 나200MPa . 32 4

뉘어 나타날 수 있다는 것을 알게 되었다 또한 각각의 노드별 충진시간을 그림. 4

에 나타내었는데 이 데이터는 추후 성형공정 변화에 따른 내의 밀도구배 해, Cavity

석과 비교하여 최적성형공정을 설계하는데 필요하며 다음에 구체적으로 설명하겠,

다.

그림 기본 모델의 충진 순서그림 기본 모델의 충진 순서그림 기본 모델의 충진 순서그림 기본 모델의 충진 순서< 2-36. >< 2-36. >< 2-36. >< 2-36. > 그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간< 2-37. 4-Cavity >< 2-37. 4-Cavity >< 2-37. 4-Cavity >< 2-37. 4-Cavity >

- 38 -

그림 노드별 충진시간그림 노드별 충진시간그림 노드별 충진시간그림 노드별 충진시간< 2-38. >< 2-38. >< 2-38. >< 2-38. > 그림 노드별 시간에 따른 압력변화그림 노드별 시간에 따른 압력변화그림 노드별 시간에 따른 압력변화그림 노드별 시간에 따른 압력변화< 2-39. >< 2-39. >< 2-39. >< 2-39. >

응용 해석 시뮬레이션②

충진차이를 최소화하기 위한 요인은 설계 구조 의 위치 및 직Runner System / , Cate

경 의 수 온도 의 특성 등 다양하지만 본 시뮬레이션에서, Cavity , Melt , Feedstock ,

는 의 설계 변경 및 의 점도의 변화에 따른 방법으로 접Runner System Feedstock

근해 보았다.

설계변경Runner System㉠

기본 모델링을 중간 이 지름 인 것과 인 것의 두 가지Runner System 34mm 26mm

로 나뉘어 짐을 알 수 있다 따라서 본 단계에서는 이러한 을 그림. Runner System

과 같이 지름을 로 동일하게 한 후 해석하고 그 특성을 분석하여 기본2-40 34mm ,

모델과 비교 분석하였다 결론적으로 의 은 그림 과 같이/ . Cavity Filling Pattern 2-38

부분으로 나뉘어 진행되었으며 최초 충진과 최종 충진간의 시간차이는 초3 , 0.15 ,

압력차이는 로 계산되었다8MPa .

그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진< 2-40. Runner System >< 2-40. Runner System >< 2-40. Runner System >< 2-40. Runner System > 그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간< 2-41. 3-Cavity >< 2-41. 3-Cavity >< 2-41. 3-Cavity >< 2-41. 3-Cavity >

- 39 -


이 결과를 기본모델 해석 결과와 비교하여보면 충진시간 차이는 초가 줄어들, 0.05

고 충진압력 차이는 이 줄어드는 것을 알 수 있었다 따라서 압력차이를, 192MPa .

최소화하기 위해서 을 변경하는 것은 큰 의미가 있음을 알 수 있었Runner System

고 기본 모델에서 지름이 인 과 지름이 인, 24mm Runner System 34mm Runner

을 바꾸어 해석해보았다System .

그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진그림 변경 후 충진< 2-44. Renner System >< 2-44. Renner System >< 2-44. Renner System >< 2-44. Renner System > 그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간그림 별 충진시간< 2-45. 3-Cavity >< 2-45. 3-Cavity >< 2-45. 3-Cavity >< 2-45. 3-Cavity >


- 40 -

이와 같은 결과를 바탕으로 하게 본다면 중간 이 동일할 경Global , Runner System

우 가장 효율적으로 판단할 수 있으며 세 조건에 따른 결과를 그림 에 나타, 2-48

내었다.

그림 기본모델과 응용모델의 노드별 충진시간 비교그림 기본모델과 응용모델의 노드별 충진시간 비교그림 기본모델과 응용모델의 노드별 충진시간 비교그림 기본모델과 응용모델의 노드별 충진시간 비교< 2-48. >< 2-48. >< 2-48. >< 2-48. >

그림 기본 모델과 응용모델의 노드 및 충진패턴그림 기본 모델과 응용모델의 노드 및 충진패턴그림 기본 모델과 응용모델의 노드 및 충진패턴그림 기본 모델과 응용모델의 노드 및 충진패턴< 2-49. >< 2-49. >< 2-49. >< 2-49. >

- 41 -

점도 변경에 따른 해석㉡

앞서 설명했듯이 점도는 온도에 따라 변화하고 본 시뮬레이션에서는 유동방, , WLF

정식을 사용하고 있다 따라서 위의 에서 가장 영향을 미칠 수 있는 을. WLF eq. D1

변화하면서 그 영향을 해석하였다 시뮬레이션에 사용된 의 특성은 표. Feedstork

에 나타내었다2-6 .

표 의 점도계수< 2-6. PF15 >

위의 점도계수에서 가장 영향을 미칠 수 있는 값을D1 10000 [Pa-s]~100000

로 구분하여 계산하였으며 그 결과값은 다음과 같이 나타났다[Pa-s] , .

표 값의 변화에 따른 와표 값의 변화에 따른 와표 값의 변화에 따른 와표 값의 변화에 따른 와< 2-7. D1 Pressure Clamp force>< 2-7. D1 Pressure Clamp force>< 2-7. D1 Pressure Clamp force>< 2-7. D1 Pressure Clamp force>

- 42 -

이것을 그래프로 나타내면 그람 과 같이 나타나는데 이는 점도가 낮을수록2-50 ,

와 값이 낮아짐을 알 수 있었으며 점도의 영향으로 사출품Pressure Clamp force ,

의 성능에 크게 영향이 미치는 것을 알 수 있었다 그림 에서 보는 바와 같이 본. 16

결과에서는 최적화 값을 얻어내지는 못했지만 추후 더 많은 점도변화 변경에 따른,

계산으로 최적화 값을 찾아 낼 수 있으리라 판단된다.

그림 점도에 따른 와 변화그림 점도에 따른 와 변화그림 점도에 따른 와 변화그림 점도에 따른 와 변화< 2.50. Pressure Clamp Force >< 2.50. Pressure Clamp Force >< 2.50. Pressure Clamp Force >< 2.50. Pressure Clamp Force >

요약③

가지의 변경 모델의 을 분석해 보면 어떤 성형공정3 Runner System Filling Pattern ,

이 가장 좋다고 판단할 수 없지만 의 변경으로 의 충진 특성, Runner System Cavity

에 영향을 미치며 제품의 필요한 특성에 따라 을 설계한다면 성능, Runner System

개선이 가능하다 또한 본 시뮬레이션의 경우 의 구체적인 특성 가. Feedstork Data

없는 상태에서 진행하였지만 점도에 따른 별 시간차와 압력차 그리고, Cavity ,

까지도 계산이 가능하였고 점성도가 높을수록 와Clamping force , Clamping Force

가 낮아지는 경향을 보였다Pressure .

유동특성을 시물레이션을 하였지만 제한된 슬러리 특성 및 단순화 시킨 모델2.5D ,

링으로 인해 제한된 결과값을 얻을 수밖에 없었고 최초 수행한 시뮬레이션이기에,

공정조건 또한 임의의 값을 바탕으로 결과를 얻었다 따라서 좀 더 정확한 시뮬레.

이션이 필요했고 무엇보다 생산현장의 많은 데이터를 시뮬레이션에 반영하는 것이,

필요했다.

- 43 -

슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션슬러리의 충진과정 시뮬레이션2. (3D)2. (3D)2. (3D)2. (3D)

의 목표와 마찬가지로 시뮬레이션을 통해서 동일 충진을 위한 방안을2.5D Full 3D

모색하는데 있다 와 동일한 모델을 사용했기 때문에 기본적인 형상을 앞절에. 2.5D

서 설명한 것으로 갈음하고 해석에 도움이 되는 데이터와 그 결과를 소개하도록,

하겠다.

그림 에서 알 수 있듯이 기본형상은 동시에 의 로 주입되는 형태이다2-51 32 Cavity .

하지만 기존의 성형장비에서 현장실험한 결과를 바탕으로 별 무게를 측정한Cavity

데이터는 그림에서 보듯이 번 에서4,5,10,11,25,16,17,22,23,28,29,30.31,32 Cavity

중량 평균 으로 불량이 발생할 가능성이 높은 것으로 알 수 있었다 또한62~63g .

외곽 인 번 도 중량평균 범위에는 들지만 약간 미달되는Cavity 17,22,23,29 Cavity ,

것으로 알 수 있다 이는 금형의 외곽부분의 에서 대부분의 불량이 발생되고. Cavity

있음을 알 수 있다.

그림 의 정의그림 의 정의그림 의 정의그림 의 정의< 2-51. Cavity >< 2-51. Cavity >< 2-51. Cavity >< 2-51. Cavity >

위와 같은 현장 실험 결과가 나온 이유를 해석하기 위해 본 절에서는 유동특성의

차이에 초점을 맞추었다 상식적으로 주입구에서 까지의 부피가 동일해야 한. Cavity

다는 것을 알고 있다 하지만 다중 성형체에서 그 기본 상식을 맞추기란 쉽지 않은. ,

것이고 또한 본 과제에서 사용된 슬러리 성형의 금형 또한 다름을 알 수 있다 그, .

림 에서 알 수 있듯이 기존 성형체의 런너 부피를 계산한 결과 가지 모델로 나뉠2 4

수 있는데 로 나뉘어 구분할 수 있다, Type I ~ IV .

- 44 -

물론 이 개로 나위어진 결정적인 이유가 생산현장에서 단중편차를 줄이기 위Type 4

해 평균단중이 낮게 나타나는 의 런너의 부피를 키우는 작업을 그동안 해왔Cavity

기 때문이다 그렇게 보더라도 최초 설계된 런너도 중간에 두 부분으로 갈라지는.

런너와 한 개로만 주입되는 런너로 나누어지는 부분이 존재하는 한 그 부피 차이를

동일하게 할 수는 없었다.

그림 런너의 단면적에 따른 의 분류그림 런너의 단면적에 따른 의 분류그림 런너의 단면적에 따른 의 분류그림 런너의 단면적에 따른 의 분류< 2-52. Cavity >< 2-52. Cavity >< 2-52. Cavity >< 2-52. Cavity >

이처럼 단순히 부피에 의해 슬러리의 흐름을 예측하여 런너를 설계한다는 것은 많

은 제약이 따르며 이를 해결하기 위하여 유동해석 시스템을 이용하여 런너를 설계

하여 효율적이게 대응하고자 한다 본 연구 단계에서 사용된 수치모사 는. S/W

를 사용하였으며 유한요소법을 기본으로 수학적 계산을 수행함으로써 유3DTIMON

동특성을 예측하였다 효율적으로 수학적 계산을 위해 모델링된 모델을 분할하기.

위하여 작업을 거쳤으며 런너와 게이트 부분을 디자인한 후 해석을 수행Meshing ,

하여 세라믹 슬러리의 유동패턴을 계산하고 캐비티간 충진시간 편차 충진과정 압, ,

력분포에 따른 발생불량요인 및 압력구배 등을 예측하고자 실험을 진행하였다.

- 45 -

(a) modeling (b) Meshing (c) analysis

그림그림그림그림< 2-53. Analysis Model>< 2-53. Analysis Model>< 2-53. Analysis Model>< 2-53. Analysis Model>

유체역학 기초식을 이용하여 지배방정식은 연속식 운동방정식 에너지방정식을 사, ,

용한다 여기서 압축항 관성항 중력항을 생략하고 정상 상태로 가정하였고 유속의. , ,

각 성분은 압력구배에 비례하는 포텐셜 유동을 적용한다 유동해석에 사용된 점도.

방정식은 수치모사에서 사용되는 중 인 식을 사용하(10)~(12) constant model (10)

였다.

- 46 -

: Viscosity[Pa,sec]η

r : Shear rate[/sec/

T : Resin temerature[ ]℃

A, B, C : Constant

사출조건은 임의로 지정하고 세라믹 슬러리 사출과정중의 유동해석에서 가장문제가

되는 수지조건은 자장이 인하될 경우 점성이 커지고 유동성이 나빠진다는 가정하에

슬러리 유사물질로 데이터를 적용하여 해석을 수행하였다 충진시간은Ferrite Resin .

초 초 초로 각각 가정하여 해석을 수행하였다7.5 , 10 , 20 .

그림그림그림그림< 2-54. Molding Condition & Used Materials>< 2-54. Molding Condition & Used Materials>< 2-54. Molding Condition & Used Materials>< 2-54. Molding Condition & Used Materials>

- 47 -

유동해석결과 충진패턴은 중앙의 개의 바깥쪽의 보다 빨리 충진이 완료되는8 Cavity

것을 볼 수 있다 이는 유량의 감소가 적은 모서리보다는 중앙의 들이 유량의. Cavity

감소가 크고 또 처음 금형에서 성형품의 단중편차로 인하여 런너의 직경을 변경해

가며 양산하여 이로인한 부피의 변화 때문에 늦게 충진되는 것으로 추측된다.

그림 유동 패턴 해석 결과그림 유동 패턴 해석 결과그림 유동 패턴 해석 결과그림 유동 패턴 해석 결과< 2-55. >< 2-55. >< 2-55. >< 2-55. >

그림그림그림그림< 2-56. Pressure Distribution - Filling>< 2-56. Pressure Distribution - Filling>< 2-56. Pressure Distribution - Filling>< 2-56. Pressure Distribution - Filling>

- 48 -

아래그림 그림 은 충진과 보압이 모두 끝난 초에서의 비체적 모습< 2-57~2-59> 3-5

이다 충진 시 있었던 압력의 차이가 보압과정을 거치면서 모두 의 동일한 비. Cavity

체적분포를 보인다.

그림그림그림그림< 2-57. Specific volume >< 2-57. Specific volume >< 2-57. Specific volume >< 2-57. Specific volume >①①①①

그림그림그림그림< 2-58. Specific volume >< 2-58. Specific volume >< 2-58. Specific volume >< 2-58. Specific volume >②②②②

- 49 -

그림그림그림그림< 2-59. Specific volume >< 2-59. Specific volume >< 2-59. Specific volume >< 2-59. Specific volume >③③③③

아래 그림은 유동과정에서의 전단응력 분포를 보여주는 그림이다 큰(Shear Stress) .

차이는 보이지 않는다.

그림그림그림그림< 2-60. Shear Stress>< 2-60. Shear Stress>< 2-60. Shear Stress>< 2-60. Shear Stress>

아래 그림은 충진이 끝난 후의 압력분포를 보며주는 그림으로 최대와 최소간의 압

력차이는 약 정도 되는 압력구배가 발생하며 가운데 부분이 늦게 충진되어0.26MPA

가장 낮은 압력분포를 보였으며 외곽의 들에서 높은 압력이 유지되고 있음1 Cavity

을 볼 수 있다.

- 50 -

이와 같은 압력구배는 충진 불균형으로 인하여 발생하며 성형체에 있어서 크랙 누,

설 등의 각종 불량 요인으로 나타나게 되어 동일한 특성의 다수 성형체 생산을 저

해하는 원인이 되므로 이를 효과적으로 제어할 수 있는 기술이 요구된다.



- 51 -

충진시간 변화에 따른 해석결과충진시간 변화에 따른 해석결과충진시간 변화에 따른 해석결과충진시간 변화에 따른 해석결과(1)(1)(1)(1)

아래그림은 충진시간 변화에 따른 충진 패턴을 보여주는 그림으로써 충진 시간에,

따라 약간의 차이는 나타나지만 전체적으로는 초의 해석과 동일한 양상을 나타낸10

다 은 충진시간을 초로 설정하고 해석한 결과이며 의 경우는. Case1 7.5 , Case2 20

초로 설정한 결과이다 해석결과로 보아 의 경우와 같이 짧은 시간동안 충진. Case1

을 완료하면 충진 완료시간의 차이가 두드러짐을 알 수 있다 이처럼 충Cavityrks .

진시간을 길게 할 경우 충진시간의 편차가 줄어들고 이로 인해 의 경우가Case2

에 비해 확연히 압력구배가 줄었음을 볼 수 있다 이러한 결과로 보아 충진Case1 .

시간을 길게 함으로써 단중편차를 줄일 수 있는 방안이지만 실제공정 중 충진시간,

을 길게 한다는 것은 생산성 저하를 유발하여 원가 상승으로 인해 양산공정에 직접

적용하기에는 어려운 점이 있다.

그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른< 2-63. Filling Pattern>< 2-63. Filling Pattern>< 2-63. Filling Pattern>< 2-63. Filling Pattern>

그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른< 2-64. Filling Pattern>< 2-64. Filling Pattern>< 2-64. Filling Pattern>< 2-64. Filling Pattern>

- 52 -

두 경우 모두 비체적은 모든 가 균일함을 알 수 있다 하지만 실제의 재료가Cavity .

보압과정 중 어떠한 거동을 하는지 알 필요가 있으며 이를 통해 보다 정확한 결과,

를 예측할 수 있다.

그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른< 2-65. Specific volume>< 2-65. Specific volume>< 2-65. Specific volume>< 2-65. Specific volume>

아래의 그림은 형체력 을 보여준 그림으로 축의 각 방향으로(Clamp Force) x, y, z

모두 동일하게 약 정도의 형체력이 필요로 하는 것을 볼 수 있다40ton .

그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른그림 충진시간 변화에 따른< 2-66. Clamp Force>< 2-66. Clamp Force>< 2-66. Clamp Force>< 2-66. Clamp Force>

점도에 따른 해석결과점도에 따른 해석결과점도에 따른 해석결과점도에 따른 해석결과(2)(2)(2)(2)

으로 해석시 에서 수지데이터의 점도를 바꿀 수 없으므로 임의로Newtonian Timon ,

새로운 데이터를 만들어 해석하였다 의 경우 이며 의. Case 1 100,000Pa·s Case 2

경우 로 작성하여 해석을 수행하였다200,000pa·s .

- 53 -

그림 시뮬레이션에 활용한 임의의 점도 데이터< 2-67. >

점도에 따른 충진패턴은 표시된 그림과 같이 모서리 부분의 에서 충진이 조Cavity

금 빠르게 완료된다 전체적으로 중앙보다 좌우의 부분에서 충진이 빠르게. 8Cavity

일어나며 이는 런너의 형상에 기인한 것으로 생각된다 즉 유량의 감소가 가장 적. ,

은 모서리의 개 의 충진이 가장 빠르게 완료되며 중앙의 개 는 상4 Cavity , 24 Cavity

대적으로 유량의 감소가 크므로 충진이 느려지는 것으로 추측된다 점도가 매우 높.

기 때문에 충진을 위한 사출시간이 매우 많이 필요함을 알 수 있다.

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-68. Filling Pattern>< 2-68. Filling Pattern>< 2-68. Filling Pattern>< 2-68. Filling Pattern>

- 54 -

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-69. Pressure Distribution - Filling>< 2-69. Pressure Distribution - Filling>< 2-69. Pressure Distribution - Filling>< 2-69. Pressure Distribution - Filling>

최대 전단응력은 가 에 비해 약 배정도 크게 나타남을 알 수 있다Case 2 Case 1 3 .

의 경우 전체적으로 게이트 부근에서 비슷한 크기의 전단응력이 발생함을Case 2

알 수 있는 반면 의 경우 수지가 빨리 차는 좌우의 개 는 전단응력, Case 1 8 Cavity

이 상대적으로 낮음을 알 수 있다.

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-70. Shear Stress>< 2-70. Shear Stress>< 2-70. Shear Stress>< 2-70. Shear Stress>

비체적이 점도가 커짐으로 인해 조금씩 차이를 나타낸다 두 경우 모두 중앙보다.

외곽부의 의 비체적이 크며 이는 밀도가 작음을 나타낸다Cavity , .ㅣ

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-71. Specific Volume>< 2-71. Specific Volume>< 2-71. Specific Volume>< 2-71. Specific Volume>

- 55 -

중앙부분보다 가장자리 부분의 가 체적 수축이 약간 크게 나타나며 이는 밀Cavity ,

도가 작은 의 체적 수축이 큼을 나타낸다Cavity .

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-72. Volumetric Shrinkage>< 2-72. Volumetric Shrinkage>< 2-72. Volumetric Shrinkage>< 2-72. Volumetric Shrinkage>

점도가 큰 가 상대적으로 큰 형체력을 필요로 함을 알 수 있다 은Case 2 . Case 1

약 는 의 형체력이 필요하다2250ton, Case 2 dir 7000ton .

그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른그림 점도변화에 따른< 2-73. Clamp force>< 2-73. Clamp force>< 2-73. Clamp force>< 2-73. Clamp force>

해석의 결론해석의 결론해석의 결론해석의 결론(3) 3D(3) 3D(3) 3D(3) 3D

슬러리 개 의 유동해석결과는 플라스틱 유동 해석시 사용되지 않는Ferrite 32 Cavity

높은 점도의 수지를 사용한 데이터이므로 결과치 보다는 경향을 파악하는 것이 중,

요할 것으로 생각된다 이를 통해 유추하여 얻은 결과로는 각 까지의 유동 길. Cavity

이가 같지만 중앙에 비해 테두리 부분의 의 유량 손실이 적으므로 충진이 빠, Cavity

르게 나타남을 알 수 있다 또 점도가 높아짐으로 인해 수지의 충전에 매우 긴 시.

간이 필요하며 이에 따라 사출 압력도 매우 커짐을 알 수 있다 점도가 높음으로, .

인해 보압이 종료된 후에도 밀도차가 발생함을 알 수 있다 비체적은 큰 가장자리.

부분의 가 밀도가 낮은 경향을 나타낸다 실제 사용되는 슬러리는 점도가 매Cavity .

우 큰 수지이며 온도와 속도에 무관하게 일정한 점도를 유지하므로 전단 응력과,

형체력이 매우 커짐을 알 수 있다.

- 56 -

밀도의 차에 의해 체적 수축의 차이가 나타나며 밀도가 비교적 낮은 가장자리 부근

의 가 수축이 크게 발생함을 알 수 있다 하지만 시뮬레이션 결과는 전체적으Cavity .

로 경향이 실제 충진패턴과는 반대로 외곽부가 먼저 충진되는 결과로 나온다 그.

결과로 비추어봐 런너시스템에 의해 단중편차가 발생하는 것 보다는 자장의 영향에

의해 발생하는 것으로 유추해볼 수 있다.

동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계동일충진 조건의 최적화 설계3.3.3.3.

금형내의 유동은 단순 부피나 길이에 따라 결정되는 것이 아니고 나누어지는 런너

의 형태나 개수 곡관부의 유량감소 등의 영향을 받기 때문에 개의 다수 가32 Cavity

동시에 충진되기 위하여 슬러리 성형공정의 전산모사를 통해 슬러리의 유동특성을

분석하고 캐비티간 균일한 압력분포를 얻기 위한 금형의 런너 및 게이트 시스템을

설계한다 유등해석은 빠른 해석의 결과를 얻기 위하여 기능을 이용하여. Symmetry

대칭적인 부분만 해석을 하여 런너 시스템을 최적화하여 전체 개의 를1/4 32 Cavity

해석하는 순서로 진행하였다 그래서 아래 그림과 같이 변경을 하였으며 그 결과.

충진패턴은 물론 압력분포나 그 외의 특성들 역시 모두 동일하게 되었다.

그림 슬러리의 웨이 최적화그림 슬러리의 웨이 최적화그림 슬러리의 웨이 최적화그림 슬러리의 웨이 최적화< 2-74. >< 2-74. >< 2-74. >< 2-74. >

- 57 -

그림 최적화 설계 이후의 충진 시뮬레이션그림 최적화 설계 이후의 충진 시뮬레이션그림 최적화 설계 이후의 충진 시뮬레이션그림 최적화 설계 이후의 충진 시뮬레이션< 2-75. >< 2-75. >< 2-75. >< 2-75. >

지금까지의 결과를 가지고 최적 충진을 할 수 있는 최적화 슬러리 웨이를 제안하였

지만 자장중 슬러리 유동특성 현장실험을 통해 슬러리 웨이를 최적화하여도 큰 영,

향은 없을 것이라는 판단하에 진행되지는 않았다 또한 진행하지 않은 결정적인 이.

유는 현재 사용중인 모델의 시뮬레이션 해석을 수행한 결과 외곽부분이 늦게 충진

되는 결과가 나와야 하지만 오히려 그와는 반대로 결과값이 나왔기 때문에 이러한,

관점에서 볼 때 슬러리의 유동성에 의한 영향보다는 자장에 의한 영향을 더 많이

받고 있음을 예측할 수 있었다.

- 58 -

제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험제 절 현장적용시험5555

그동안 현장에서는 다양한 개선책에 대해서 고민해 왔지만 확실한 근거가 없는 단, ,

지 생각으로만 고가의 금형을 수정하여 테스트하는 것은 어려운 문제였다 그렇기.

때문에 본 과제에서는 어느 정도 개선을 위한 아이디어를 도출하고 제안된 아이디,

어에 대한 가능성을 현장 관계자와 검토한 후 검토된 아이디어에 관한 시뮬레이션,

을 통하여 개선 정도를 예상하고 최종적으로 현장 적용 단계를 거쳐 그 결과를 실,

험하는 방식으로 진행하였다.

제안한 아이디어는 많았지만 현장에서 적용 가능하고 적용했던 아이디어는 총, , 4

개로 기존의 비자성체 슬러리 를 자성체로 변경 적용 부분의 자장Way , gate① ②

을 분산하기 위한 자성체 유도핀 적용 윗면에 자성체판을 추가하, Dies spotter③

는 방안 내의 균일압력을 위한 별 제어였다 이 외에도 다양한, Cavity Cavity LP .④

성형공정조건의 현장실험을 통한 최적화 게이트 부분과 아래쪽으로 꺽여지는 부분,

에 을 주어서 현재의 직각형태의 금형을 수정하여 슬러리의 유동성을 좋게 하는R

방안 기계적으로 내에 충분한 압력이 주입되면 자동적으로 차단되는 금형구, Cavity

조 제안 자기장 구배를 최소화하기 위한 두개의 코일의 거리를 조정 현재의, , LP

주변의 을 자성유체 또는 고무자석으로 충진하여 자장의 를 조절 슬러air gap Path ,

리 주입시 전류를 인가 미인가 동작을 반복하면 슬러리에 현상으로 인“ / ” Vibration

해 유동성이 좋아질 것 같음 등의 제안을 하였는데 현장 실험을 통해 영향이 미약. ,

함을 밝혀내고 또한 현장 관계자의 현실성이 없다는 판단하에 적용하지는 않았다, .

하지만 몇가지 실험한 데이터에 대해서는 본 절의 마지막 부분에 싣기로 하겠다, .

본 절의 구성은 앞서 말했지만 가지 아이디어에 대한 시뮬레이션 및 현장 적용, 4

실험 결과를 바탕으로 소개하겠다.

슬러리 의 재질 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 변경 및 유도핀 적용 실험슬러리 의 재질 변경 및 유도핀 적용 실험1. way1. way1. way1. way

그림 과 같은 단순화 형상을 통해 시뮬레이션을 수행함으로써 슬러리관의 재질에1

따른 개선 효과를 예측하고 또한 유도핀에 의한 영향을 예측하기 위해 시뮬레이션,

을 수행하였다.

- 59 -

시뮬레이션은 구조 전체를 모델링하여 해석하기에는 너무도 시간이 많이 소요되고,

컴퓨터 자원소모도 많기 때문에 필요한 부분만 단순화시켜 해석을 수행하게 되는

데 본 시뮬레이션에서도 정확한 수치보다 경향성을 확인할 목적으로 기본적인 구,

조만 모델링하여 해석하였다.

그림 시뮬레이션에 사용된 단순화 형상그림 시뮬레이션에 사용된 단순화 형상그림 시뮬레이션에 사용된 단순화 형상그림 시뮬레이션에 사용된 단순화 형상< 2-76. >< 2-76. >< 2-76. >< 2-76. >

해석에 사용된 형상은 상당히 단순하지만 금번 해석을 통해서 많은 결과를 얻을,

수 있었는데 우선 슬러리 를 기존의 비자성체관을 사용했을 때와 자성체 관을, , way

사용했을 때의 자기력과 자기장의 비교를 하였으며 해석시 부분의 자기, 3D gate

장 집중을 분산시키기 위해 임의의 유도봉을 추가하여 해석하였다 이와 같은 기존.

관 자성체관 유도봉에 대한 시뮬레이션 결과를 그림 에 나타내었다, , 2-77 .

- 60 -

기존관(a)

자성체관(b)

유도관(c)

그림 슬러리 재질에 따른그림 슬러리 재질에 따른그림 슬러리 재질에 따른그림 슬러리 재질에 따른< 2-77. pipe Flux Line>< 2-77. pipe Flux Line>< 2-77. pipe Flux Line>< 2-77. pipe Flux Line>

- 61 -

에서도 알 수 있듯이 자성체 관을 사용하는가의 여부에 따라 그 부분의Flux Line

자장이 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있는데 이는 자성체관을 통해서 자장이 흐,

르게 되고 이로인해 자성체 관에 있는 슬러리에는 영향을 최소화해주기 때문으로,

예상된다 동일한 관점에서 유도핀을 사용했을 시의 을 보면 자장이 유도. Flux Line

핀을 통해서 유도가 되어 부분의 자장 밀집 현상이 어느정도 완화된 것을 볼gate

수 있다 이런 현상을 좀 더 구체적으로 살펴보기 위하여 슬러리를 단계별로 나눠.

서 각각의 위치에서 슬러리가 받는 자기력을 계산하였다 그 결과 표 에 관련. 2-8

내용을 수록하였다.

그림 슬러리의 위치별 구분그림 슬러리의 위치별 구분그림 슬러리의 위치별 구분그림 슬러리의 위치별 구분< 2-78. >< 2-78. >< 2-78. >< 2-78. >

표 해당 위치에서 슬러리가 받는 자기력표 해당 위치에서 슬러리가 받는 자기력표 해당 위치에서 슬러리가 받는 자기력표 해당 위치에서 슬러리가 받는 자기력< 2-8. >< 2-8. >< 2-8. >< 2-8. >

- 62 -

슬러리관이 교차된 부위는 부분이고 해석결과에 의하면 슬러리관이 자성체 관fw5 ,

으로 변경됨에 따라 부분은 증가하지만 실제로 가장 영향을 미치고fw4, fw5, fw6 ,

있다고 생각할 수 있는 부분은 약해짐을 알 수 있었다 또한ferrite, fw1, fw2, fw3 .

유도봉을 추가했을 시 자성체관을 썼을 때보다 에서의 자장이 약해지고 나머ferrite ,

지 부분도 현저히 줄어든 것을 봐서 부분의 배향특성이 큰 영향을 미치지ferrite

않는다고 한다면 슬러리의 유동성이 상당히 좋아질 것으로 예측하였다.

그림 슬러리 의그림 슬러리 의그림 슬러리 의그림 슬러리 의< 2-79. pipe node>< 2-79. pipe node>< 2-79. pipe node>< 2-79. pipe node>

표 슬러리 의 별 자장세기 해석 결과표 슬러리 의 별 자장세기 해석 결과표 슬러리 의 별 자장세기 해석 결과표 슬러리 의 별 자장세기 해석 결과< 2-9. pipe node >< 2-9. pipe node >< 2-9. pipe node >< 2-9. pipe node >

- 63 -

임의의 를 그림 와 같이 선정하여 그 에 작용되는 자기장의 세기를node 2-79 node

해석한 결과 표 와 같다 지점에서는 자기장이 집중되는 곳으로 높을수록2-9 . P1

좋다고 할 수 있으며 그 외 부분은 슬러리의 유동에 영향을 미치므로 낮을수록 좋,

다고 할 수 있다 결론적으로 기존관에서 자성체관으로 변경하면 에서의 자기장. P1

아 약간 늘어나고 에서의 자기장이 약간 줄어드는 경향을 보이는데 이는 금형, P2 ,

에서 의 직경이 적으며 슬러리의 유동성이 가장 안 좋은 부분임을 감안하면 자P2 ,

성체관을 사용했을 경우가 더 좋은 특성을 보이고 있다고 할 수 있다.

그림 유도핀의 위치그림 유도핀의 위치그림 유도핀의 위치그림 유도핀의 위치< 2-80. >< 2-80. >< 2-80. >< 2-80. >

이러한 시뮬레이션의 결과를 바탕으로 자성체관 실험과 유도봉 실험을 진행하게 되

었고 그 결과는 그림 에 나타난 바와 같다 현장실험은 기존의 에 동일, 2-81 . Press

한 공정조건으로 실험을 진행하였으며 취출시 자동취출을 할 경우 기계에 의한 이,

동에 의해 파손 및 크랙등이 발생할 것을 우려하여 수동취출을 하여 결과값을 얻었

다 결과값은 각 별 중량을 번씩 측정하여 그 평균값을 나타내었다. cavity 3 .

- 64 -

그림 자성체 및 유도핀의 현장실험 결과그림 자성체 및 유도핀의 현장실험 결과그림 자성체 및 유도핀의 현장실험 결과그림 자성체 및 유도핀의 현장실험 결과< 2-81. >< 2-81. >< 2-81. >< 2-81. >

그림 의 경우 자성체 및 유도핀의 현장실험 결과이다 기존의 성형체는 개선2-81 .

전이고 자성체관을 사용한 것이 개선후 그리고 개선 는 유도핀을 사용한 경우이, , 2

다 그리고 의 경우는 유도핀의 조합을 나타내는 것이며 다음장. w/pole1, w/pole2 ,

에 구체적으로 언급하겠다 전체적인 분포를 보면 비슷한 경향을 보이지만 이 내용. ,

에 대해 구체적으로 살펴보면 표 과 같다2-10 .

표 개선전후의 단중편차율표 개선전후의 단중편차율표 개선전후의 단중편차율표 개선전후의 단중편차율< 2-10. >< 2-10. >< 2-10. >< 2-10. >

본 과제의 목표는 단중편차율을 로 내리는 것이다 그렇게 본다면 자성체관을2% .

사용했을 시 기존의 에서 까지 떨어지고 유도핀을 사용했을 시2.70% 2.50% 2.20%

까지 떨어지는 것을 확인했다.

- 65 -

하지만 유도핀이 부분에 영향을 미친다는 가정하에 사용했고 그렇기 때문에, gate ,

불량이 집중적으로 발생하는 외곽부분에 유도핀을 사용한다면 그 편차는 줄어들 것

으로 예상을 하였지만 결과는 그렇게 나타나지 않았다 표에서도 확인할 수 있지, .

만 으로 오히려 더 높아지는 경향을 보였다 아직까지도 이렇게 현장실험 결, 2.50% .

과가 나타난 확실한 원인은 알 수 없었다 단지 유도핀을 내부만 사용했을 경우와.

기타 조합을 통해서 그 원인을 알 수 있을 것 같았으며 또한 단중편차율도 줄어들,

수 있겠다는 판단하에 유도핀을 조합하는 등의 현장실험을 하게 되었다 외곽 유도.

핀을 사용했을 시 좋아지지 않았다는 내용의 현장실험 결과를 보충하면 다음과 같

다.

그림 자기유도핀의 위치그림 자기유도핀의 위치그림 자기유도핀의 위치그림 자기유도핀의 위치< 2-82. >< 2-82. >< 2-82. >< 2-82. >

그림 자성체핀을 사용한 경우 번의 결과그림 자성체핀을 사용한 경우 번의 결과그림 자성체핀을 사용한 경우 번의 결과그림 자성체핀을 사용한 경우 번의 결과< 2-83. 2 test >< 2-83. 2 test >< 2-83. 2 test >< 2-83. 2 test >

- 66 -

자성체 핀으로 교환한 후에 동일한 금형에서 두 번의 실험을 한 결과가 그림 2-83

과 같이 전혀 다른 단중분포를 보였다 위 실험의 경우 재현성 있는 데이터라고 할.

수 없으며 번 에서의 단중미달은 계속 발생된 것으로 판단된다, “10, 29, 30” cavity .

또한 편차가 범위에 분포하는 는 개 정도로 산출되고 있다1-1.5 cavity 5 .

그림 에 따른 불량 분포그림 에 따른 불량 분포그림 에 따른 불량 분포그림 에 따른 불량 분포< 2-84. test >< 2-84. test >< 2-84. test >< 2-84. test >

앞서 기술한 내용이지만 외곽 부분에 유도핀은 그대로 두고 내부 개의 부분, 8 gate

에 비자성체 핀으로 교체하여 현장실험한 결과를 보면 그림 와 같이 나타났는2-85

데 이는 전체 자성체핀을 사용한 것과 마찬가지로 재현성은 없으며, ,

번 가 모든 에서 범위에 들어갔으며 비교적“5,10,23,28,29,30,32” cavity test error ,

높은 편차가 발생되고 오히려 전체를 자성체핀으로 구성했을 시 보다 더 좋지 않,

은 결과를 얻었다.

그림 외곽 개 부분만 자성체핀을 사용한 경우그림 외곽 개 부분만 자성체핀을 사용한 경우그림 외곽 개 부분만 자성체핀을 사용한 경우그림 외곽 개 부분만 자성체핀을 사용한 경우< 2-85. 24 >< 2-85. 24 >< 2-85. 24 >< 2-85. 24 >

- 67 -

그림 내부 비자성체핀 위치 및 불량발생 현황그림 내부 비자성체핀 위치 및 불량발생 현황그림 내부 비자성체핀 위치 및 불량발생 현황그림 내부 비자성체핀 위치 및 불량발생 현황< 2-86. >< 2-86. >< 2-86. >< 2-86. >

위치 두가지 데이터를 함께 하면 다음과 같은 그래프를 얻을 수 있는데 이는plot ,

중앙의 개 핀을 비자성체로 교체하였으므로 이론상 외곽부분의 에서 유동성이8 gate

좋아져서 결국에는 편차도 줄어들어야 하지만 결과는 그렇게 나오지 않았다, .

그림 자성체핀의 위치에 따른 결과 비교그림 자성체핀의 위치에 따른 결과 비교그림 자성체핀의 위치에 따른 결과 비교그림 자성체핀의 위치에 따른 결과 비교< 2-87. >< 2-87. >< 2-87. >< 2-87. >

그림 자성체핀의 위치에 따른 단중편차 분포그림 자성체핀의 위치에 따른 단중편차 분포그림 자성체핀의 위치에 따른 단중편차 분포그림 자성체핀의 위치에 따른 단중편차 분포< 2-88. >< 2-88. >< 2-88. >< 2-88. >

- 68 -

따라서 자장중 슬러리의 유동실험 결과 자장중 전자기력에 의해 슬러리 에서의, way

슬러리 유동이 방해받고 있음을 다시한번 알 수 있었다 또한 자성체핀을 사용했을.

때와 외곽만 자성체핀을 사용했을 시를 비교하면 외곽부분만 자성체핀을 사용했을,

시가 오히려 더 큰 단중편차가 발생됨을 알 수 있었는데 이를 통해 중앙 부분의,

자장영향을 피하거나 줄일 수 있음을 예상할 수 있다 마지막으로 데이터의. N.G.

재현정이 없는 것으로 보아 성형 전후 금형내의 불규칙적으로 남아있는 자화 또는

유동되는 슬러리와 영향에 의하여 발생되고 있다고 예측된다 따라서 이 실험 결과.

를 통해 자성체판을 추가했을 시의 실험을 통해 불량발생 인자를 줄이려고 시도했

으며 또한 자성체 핀의 두께 위치 등의 최적화를 위한 실험을 시도했다 최종적으, , .

로 실험한 내용은 자성체 핀의 위치를 조합함에 따른 실험이었다.

그림 자성체 조합을 위한 임의의 지정그림 자성체 조합을 위한 임의의 지정그림 자성체 조합을 위한 임의의 지정그림 자성체 조합을 위한 임의의 지정< 2-89. >< 2-89. >< 2-89. >< 2-89. >

그림 와 같이 임의의 로 나누어 조합함에 따른 결과를 비교하는 실2-89 a, b, c, d

험을 하였는데 결과는 예상치 못한 결과가 나왔고 아직까지 그 원인에 대해서는, ,

확인할 수 없었다 일단 조합을 하기 전에 유도핀 하나만 바꾸어 실험을. , a,b,c,d

하였는데 기존의 데이터와 번 와 번 를 자성체로 바꾸었을 때의, 10 cavity 28 cavity

데이터를 비교하였다.

- 69 -

그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시< 2-90. 10 cavity >< 2-90. 10 cavity >< 2-90. 10 cavity >< 2-90. 10 cavity >

그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시그림 번 에 유도핀을 넣었을 시< 2-91. 28 cavity >< 2-91. 28 cavity >< 2-91. 28 cavity >< 2-91. 28 cavity >

그림 을 통해서 번 와 번 에서 동일한 현상이 발생함2-90, 2-91 10 cavity 28 cavity

을 알 수 있는데 부분적으로 자성체핀을 넣으면 단중이 올라가는 현상을 확인할,

수 있었다 이러한 재미있는 결과를 바탕으로 에서의 다양한 조합을 위한. a,b,c,d

실험을 다시 시도하였는데 실험 조건표는 다음과 같다, .

구 분실험시 자기유도핀 배열 형태

비고자성체 비자성체

실험1 모두a, b, c, d 회8/3~4, 3

실험2 a, b, c d 회8/4~5, 2

실험3 a, b, c d 반복 회9/14~15, 4

실험4 a-1~3, b, c d, a-4 실험 에 번 비자성3 28 Cav'

실험5 모두a, b, c, d 회2

실험6 a-1, 3~4, b, c, d, a-2 회3

실험7 b, c, d a 회2

실험8 c, d a, b 회4

실험9 d a, b, c 회2

표 실험 조건표표 실험 조건표표 실험 조건표표 실험 조건표< 2-11. >< 2-11. >< 2-11. >< 2-11. >

- 70 -

그림 실험조건표에 의한 결과그림 실험조건표에 의한 결과그림 실험조건표에 의한 결과그림 실험조건표에 의한 결과< 2-92. >< 2-92. >< 2-92. >< 2-92. >

실험 조건표에 의한 결과 그래프를 보면 어떤 것이 좋고 나쁘고 판단할 수 없지만,

번과 번은 그다지 좋은 결과를 나타낼 것 같지는 않아 보인다 구체적으로 확인2 5 .

하기 위해 각각의 산포를 산출하면 다음과 같다, .

그림 자성체핀 조합 실험 결과그림 자성체핀 조합 실험 결과그림 자성체핀 조합 실험 결과그림 자성체핀 조합 실험 결과< 2-93. >< 2-93. >< 2-93. >< 2-93. >

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결론적으로 가 비자성체인 경우가 자장 좋은 결과를 나타냈으며 이것은 단중편a,b ,

차율 로 본 과제의 목표에 상당히 근접한 결과를 얻을 수 있었다2.02% .

공정조건 최적화 현장실험공정조건 최적화 현장실험공정조건 최적화 현장실험공정조건 최적화 현장실험2.2.2.2.

단중편차율을 최소화하기 위한 요인은 상당히 많다 그중에 공정조건도 중요한 요.

인중의 하나이고 또한 공정조건이라는 요인은 적용하는데 있어서도 타 방법보다는,

상당히 쉬운 방법이기에 최적화를 통한 개선은 여러모로 상당한 장점을 가지고 있

다 하지만 공정조건 최적화를 위해 다양한 실험을 하였는데 단중편차는 줄일 수. , ,

있지만 그에 의해서 소결불량이 발생되어 결국 큰 성과는 없었다 오히려 현장에서, .

생산하고 있는 공정조건이 최적의 공정조건임을 확인했다.

그림 유도핀 배치도그림 유도핀 배치도그림 유도핀 배치도그림 유도핀 배치도< 2-94. >< 2-94. >< 2-94. >< 2-94. >

그림 자성체관 및 유도핀 실험 결과그림 자성체관 및 유도핀 실험 결과그림 자성체관 및 유도핀 실험 결과그림 자성체관 및 유도핀 실험 결과< 2-95. >< 2-95. >< 2-95. >< 2-95. >

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표 개선전후의 표준편차율 및 표준편차표 개선전후의 표준편차율 및 표준편차표 개선전후의 표준편차율 및 표준편차표 개선전후의 표준편차율 및 표준편차< 2-12. >< 2-12. >< 2-12. >< 2-12. >

앞서 제시한 데이터이므로 구체적인 설명은 지나가고 가장 좋은 방법은 본 데이터,

에 없는 일부유도핑에 의한 방법이 가장 좋은 결과가 나왔다 이와 관련된 내용은.

앞절을 참고하길 바란다 유도핀과 공정조건과는 상관은 없지만 다시한번 상기시키.

는 의미에서 넘어가주질 바란다 이번부터는 공정조건에 따른 표준편차율을 나타내.

었는데 큰 상과는 없었지만 공정조건의 영향을 통해서 현재의 공정이 최적화된 조,

건임을 밝히는데 의의가 있고 그러한 면에서 소개하도록 하겠다, .

주입압력별 분포주입압력별 분포주입압력별 분포주입압력별 분포1)1)1)1)

주입압력은 슬러리를 피스톤을 통해서 주입하는 압력을 말하는 것으로 다른 공정조

건을 동일하게 하고 주입압력을, 20~40kg/Cm3의 범위에서 가변하여 번 측정한3

결과를 평균하였다.

표 주입압력에 따른 실험결과표 주입압력에 따른 실험결과표 주입압력에 따른 실험결과표 주입압력에 따른 실험결과< 2-13. >< 2-13. >< 2-13. >< 2-13. >

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그림 주입압력에 따른 성형체의 단중그림 주입압력에 따른 성형체의 단중그림 주입압력에 따른 성형체의 단중그림 주입압력에 따른 성형체의 단중< 2-96. >< 2-96. >< 2-96. >< 2-96. >

그림 주입압력에 따른 소결체의 단중그림 주입압력에 따른 소결체의 단중그림 주입압력에 따른 소결체의 단중그림 주입압력에 따른 소결체의 단중< 2-97. >< 2-97. >< 2-97. >< 2-97. >

그림 주입압력에 따른 단중분포 해석 결과그림 주입압력에 따른 단중분포 해석 결과그림 주입압력에 따른 단중분포 해석 결과그림 주입압력에 따른 단중분포 해석 결과< 2-98. >< 2-98. >< 2-98. >< 2-98. >

그림 주입압력에 따른 평균보정한 단중분포그림 주입압력에 따른 평균보정한 단중분포그림 주입압력에 따른 평균보정한 단중분포그림 주입압력에 따른 평균보정한 단중분포< 2-99. >< 2-99. >< 2-99. >< 2-99. >

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그림 주입압력에 따른 평균보정 표준편차율그림 주입압력에 따른 평균보정 표준편차율그림 주입압력에 따른 평균보정 표준편차율그림 주입압력에 따른 평균보정 표준편차율< 2-100. >< 2-100. >< 2-100. >< 2-100. >

주입거리에 따른 분포주입거리에 따른 분포주입거리에 따른 분포주입거리에 따른 분포2)2)2)2)

주입거리는 슬러리가 피스톤의 힘으로 주입이 되는데 그때의 피스톤의 이동거리를,

의미한다 즉 성형체에 주입되는 슬러리의 양을 의미하는데 이는 한번 성형시 슬. , ,

러리의 양이 많고 적음에 따른 변화를 관찰하기 위함이다.

표 주입거리 변화에 따른 실험결과표 주입거리 변화에 따른 실험결과표 주입거리 변화에 따른 실험결과표 주입거리 변화에 따른 실험결과< 2-14. >< 2-14. >< 2-14. >< 2-14. >

그림 주입거리에 따른 성형체의 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 단중분포< 2-101. >< 2-101. >< 2-101. >< 2-101. >

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그림 주입거리에 따른 소결체의 단중분포그림 주입거리에 따른 소결체의 단중분포그림 주입거리에 따른 소결체의 단중분포그림 주입거리에 따른 소결체의 단중분포< 2-102. >< 2-102. >< 2-102. >< 2-102. >

그림 주입거리에 따른 소결체의 단중편차율그림 주입거리에 따른 소결체의 단중편차율그림 주입거리에 따른 소결체의 단중편차율그림 주입거리에 따른 소결체의 단중편차율< 2-103. >< 2-103. >< 2-103. >< 2-103. >

그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 단중분포< 2-104. >< 2-104. >< 2-104. >< 2-104. >

그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 주입거리에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율< 2-105. >< 2-105. >< 2-105. >< 2-105. >

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그림 주입거리에 따른 평균보정 단중의 표준편차율그림 주입거리에 따른 평균보정 단중의 표준편차율그림 주입거리에 따른 평균보정 단중의 표준편차율그림 주입거리에 따른 평균보정 단중의 표준편차율< 2-106. >< 2-106. >< 2-106. >< 2-106. >

충진깊이에 따른 분포충진깊이에 따른 분포충진깊이에 따른 분포충진깊이에 따른 분포3)3)3)3)

충진깊이란 자장중 슬러리가 주입이 된 후 가압을 하게 되는데 최초 슬러리 주입,

시 성형공간의 두께를 말한다 즉 충진깊이가 높으면 동일한 에 슬러리가 많. , cavity

이 들어오게 됨을 의미한다.

표 충진깊이에 따른 결과표 충진깊이에 따른 결과표 충진깊이에 따른 결과표 충진깊이에 따른 결과< 2.15. >< 2.15. >< 2.15. >< 2.15. >

그림 충진깊이에 따른 성형체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 단중분포< 2-107. >< 2-107. >< 2-107. >< 2-107. >

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그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중분포그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중분포< 2-108. >< 2-108. >< 2-108. >< 2-108. >

그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중편차율그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중편차율그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중편차율그림 충진깊이에 따른 소결체의 단중편차율< 2-109. >< 2-109. >< 2-109. >< 2-109. >

그림 충진깊이에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 충진깊이에 따른 성형체의 평균보정 단중분포< 2-110. >< 2-110. >< 2-110. >< 2-110. >

자장세기에 다른 분포자장세기에 다른 분포자장세기에 다른 분포자장세기에 다른 분포4)4)4)4)

자장세기는 슬러리 성형공정 중 배향된 성형체를 얻기 위해 슬러리 주입 전ferrite

부터 강한 자장을 인가하게 되는데 그때의 자장 세기를 변화시켰을 때의 단중편차,

분포를 나타내었다 기존의 자장은 정도를 인가하게 되는데 본 실험에서는. 400A ,

무전류에서부터 씩 올리면서 성형을 하려하였다50A .

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하지만 무전류상에서는 성형이 진행되지 않았기 때문에 최소 전류인 를 인가하3A

여 실험을 진행하였다.

표 자장세기에 따른 결과표 자장세기에 따른 결과표 자장세기에 따른 결과표 자장세기에 따른 결과< 2-16. >< 2-16. >< 2-16. >< 2-16. >

그림 자장세기에 따른 성형체의 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 단중분포< 2-111. >< 2-111. >< 2-111. >< 2-111. >

그림 자장세기에 다른 소결체의 단중분포그림 자장세기에 다른 소결체의 단중분포그림 자장세기에 다른 소결체의 단중분포그림 자장세기에 다른 소결체의 단중분포< 2-112. >< 2-112. >< 2-112. >< 2-112. >

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그림 자장세기에 따른 소결체의 단중편차율그림 자장세기에 따른 소결체의 단중편차율그림 자장세기에 따른 소결체의 단중편차율그림 자장세기에 따른 소결체의 단중편차율< 2-113. >< 2-113. >< 2-113. >< 2-113. >

그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 단중분포그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 단중분포< 2-114. >< 2-114. >< 2-114. >< 2-114. >

그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율그림 자장세기에 따른 성형체의 평균보정 표준편차율< 2-115. >< 2-115. >< 2-115. >< 2-115. >

실험결과와 비교하기 위해 공간에 작용하는 자장의 세기를 측정해 보았다cavity .

그 결과를 다음의 그림에 나타내었는데 무전류일 때는 별 자장차이가 발생하, cavity

지 않았지만 고전류를 인가할수록 자장의 구배가 나타나기 시작함을 알 수 있었다, .

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그림 전류의 세기에 따른 성형체 내부에서의 자장그림 전류의 세기에 따른 성형체 내부에서의 자장그림 전류의 세기에 따른 성형체 내부에서의 자장그림 전류의 세기에 따른 성형체 내부에서의 자장< 2-116. >< 2-116. >< 2-116. >< 2-116. >

그림 전류의 세기에 따른 최대갑 최소갑그림 전류의 세기에 따른 최대갑 최소갑그림 전류의 세기에 따른 최대갑 최소갑그림 전류의 세기에 따른 최대갑 최소갑< 2-117.< 2-117.< 2-117.< 2-117. ““““ ---- ””””>>>>

자장인가 단계에 따른 분포자장인가 단계에 따른 분포자장인가 단계에 따른 분포자장인가 단계에 따른 분포5)5)5)5)

기존의 성형공정중에서 자장인가단계는 슬러리를 주입하기 전에 시작하여 가압 및

탈수 과정이 어느정도 진행된 후 자장을 끊어주는 과정을 반복하고 있다 하지만. ,

자장을 슬러리가 채워진 상태에서 인가할 수 있고 아니면 그전에 인가를 할 수도,

있기 때문에 자장인가 단계에 따른 분포를 실험하였다 결과는 단중편차율은. 2%

이내로 줄어들 수 있었지만 사진에서 볼 수 있듯이 성형체에 라미네이션 불, 100%

량이 발생하였다 이는 자장이 늦게 인가되면서 최초 충진된 슬러리와 나중에 충진.

된 슬러리간의 밀도차에 의한 불량일 것이라 판단하고 있다.

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표 자장 인가 단계에 따른 결과표 자장 인가 단계에 따른 결과표 자장 인가 단계에 따른 결과표 자장 인가 단계에 따른 결과< 2-17. >< 2-17. >< 2-17. >< 2-17. >

그림 자장인가 단계에 따른 성형체의 단중분포그림 자장인가 단계에 따른 성형체의 단중분포그림 자장인가 단계에 따른 성형체의 단중분포그림 자장인가 단계에 따른 성형체의 단중분포< 2-118. >< 2-118. >< 2-118. >< 2-118. >

그림 주입그림 주입그림 주입그림 주입직직직직후 자장인가된 성형체의 소결 결과후 자장인가된 성형체의 소결 결과후 자장인가된 성형체의 소결 결과후 자장인가된 성형체의 소결 결과< 2-119. >< 2-119. >< 2-119. >< 2-119. >

자성체 판 적용 실험자성체 판 적용 실험자성체 판 적용 실험자성체 판 적용 실험3.3.3.3.

자성체 판을 적용하여 실험하게 된 이유는 자성체인 윗부분으로 비자dies support

성체와 맞닿는 부분에 슬러리 가 형성되어 있는데 슬러리 의 윗부분이 비way , way

자성체와 맞닿아 있으므로 자기장이 슬러리 쪽으로 밀집되는 현상이 있을 수way

있다는 판단하에 실험을 하게 되었다 결론은 큰 성과를 보이지 않았고 오히려 그. ,

동안의 성과를 원위치시키는 결과가 나와서 그 원인에 대해서도 아직 정확하게 설

명하지는 못하는 상황이다.

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하지만 현장에서는 본 성과를 바탕으로 수정 보완할 경우 다른 좋은 성과를 얻을

수 있으리라 기대하고 있다 성공하지 못한 성과이지만 본 절에 소개를 함으로 향.

후 좋은 결과가 있기를 기대한다.

본 실험도 현장실험을 하기 전 사전에 시뮬레이션을 통해서 어느정도 그 가능성을

예측하였다 시뮬레이션 결과는 자성체판이 있는 부분은 좋아지는 경향이 있었지만.

전체적으로 크게 좋아졌다고 할 수 없었다 그럼에도 불구하고 현장실험을 한 이유.

는 그러한 금형을 만드는데 큰 비용과 시간이 들지 않을 뿐만 아니라 좋은 결과가

나올 수 있다는 기대 때문이었다.

그림 자성체판의 시뮬레이션 적용 모델그림 자성체판의 시뮬레이션 적용 모델그림 자성체판의 시뮬레이션 적용 모델그림 자성체판의 시뮬레이션 적용 모델< 2-120. >< 2-120. >< 2-120. >< 2-120. >

유도핀 실험과 마찬가지로 정확한 모델링은 하지 않았으며 경향을 확인하기 위해

슬러리 웨이 부분만 모델링하여 그 영향을 확인하였다 있는 부분이. dies support

그림 에서 부분인데 그 부분의 윗부분을 자성체 비자성체로 했을 때의2-120 fw3 /

결과를 비교 분석하였다 그 결과를 표 와 그림 에 나타내었다/ . 2-18, 2-19 2-121 .

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표 비자성체판과 자성체판의 시뮬레이션 결과 비교표 비자성체판과 자성체판의 시뮬레이션 결과 비교표 비자성체판과 자성체판의 시뮬레이션 결과 비교표 비자성체판과 자성체판의 시뮬레이션 결과 비교< 2-18. >< 2-18. >< 2-18. >< 2-18. >

비자성체 판을 사용(a) 자성체 판을 사용(b)

그림 자성체 비자성체 판을 사용그림 자성체 비자성체 판을 사용그림 자성체 비자성체 판을 사용그림 자성체 비자성체 판을 사용했했했했을 시 비교을 시 비교을 시 비교을 시 비교< 2-121.< 2-121.< 2-121.< 2-121. //// >>>>

표 임의의 지점에서의 자기장 세기 결과표 임의의 지점에서의 자기장 세기 결과표 임의의 지점에서의 자기장 세기 결과표 임의의 지점에서의 자기장 세기 결과< 2-19. >< 2-19. >< 2-19. >< 2-19. >

- 84 -

위의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 현장실험도 진행하게 되었는데 기존의 결과보다,

안좋게 나타나 다른 방법으로의 접근을 시도하게 되었다 하지만 앞서 언급했듯이. ,

향후 현장에서는 이와 관련 데이터의 원인을 정확하게 분석하여 좀 더 좋은 결과를

얻기를 다시한번 기대한다 그림 에 자기유도핀이 모사된 이유는 자성체판과. 2-122

자기유도핀을 함께 적용하여 실험을 잔행하였기에 모사되었고 그 결과도 자기유도,

핀이 위치에 따른 결과로 나타내었다 자기유도핀의 위치는 앞절에서 참고하길 바.

란다.

그림 자성체 판의 위치 및 구조그림 자성체 판의 위치 및 구조그림 자성체 판의 위치 및 구조그림 자성체 판의 위치 및 구조< 2-122. >< 2-122. >< 2-122. >< 2-122. >

그림 자성체판을그림 자성체판을그림 자성체판을그림 자성체판을 추추추추가가가가했했했했을 시 유도핀에 따른 성형체 단중분포을 시 유도핀에 따른 성형체 단중분포을 시 유도핀에 따른 성형체 단중분포을 시 유도핀에 따른 성형체 단중분포< 2-123. >< 2-123. >< 2-123. >< 2-123. >

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그림 자성체판을 적용시 결과그림 자성체판을 적용시 결과그림 자성체판을 적용시 결과그림 자성체판을 적용시 결과< 2-124. >< 2-124. >< 2-124. >< 2-124. >

별 제어별 제어별 제어별 제어4. cavity LP4. cavity LP4. cavity LP4. cavity LP

제어는 균일한 압력을 공급한다는 목적하에 제안을 하게 되었고 제어 이외LP , LP

에 부분의 밸브를 설치하여 제어하는 두가지 방법을 제안하게 되었고 현실적gate ,

으로 접근하기 쉬운 제어를 현장에서 선택해서 현장실험까지 하게 되었다 하지LP .

만 부위에 밸브를 적용하는 것은 현재 기술적으로 어려운 부분도 있겠지만, gate ,

향후 좀더 보완 발전시켜 꼭 실용화가 되길 기대한다 본 부위의 밸브 관련된. gate

아이디어는 본 과제를 통해서 특허출원이 진행되고 있는 단계이며 구체적인 사항,

은 첨부된 명세서를 참고하길 바란다 본 절에서는 밸브에 대해서는 최초 제. gate

안한 도면에 대해서 간략히 소개하고 부분의 제어에 대한 부분에 대해서 현장, LP

실험 결과까지 더불어 좀 더 구체적으로 다루도록 하겠다.

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그림 제어를 위한 최그림 제어를 위한 최그림 제어를 위한 최그림 제어를 위한 최초초초초 제안제안제안제안< 2-125. LP >< 2-125. LP >< 2-125. LP >< 2-125. LP >

그림 밸브의 위치그림 밸브의 위치그림 밸브의 위치그림 밸브의 위치< 2-126. gate >< 2-126. gate >< 2-126. gate >< 2-126. gate >

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(a) Type 1

(b) Type 2

그림 밸브그림 밸브그림 밸브그림 밸브커버커버커버커버의 도면의 도면의 도면의 도면< 2-127. >< 2-127. >< 2-127. >< 2-127. >

그림 밸브그림 밸브그림 밸브그림 밸브 커버커버커버커버의 조의 조의 조의 조립립립립도도도도< 2-128. 3D >< 2-128. 3D >< 2-128. 3D >< 2-128. 3D >

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위와 같은 발상에 의해서 현장에서 좀더 발전시켜 적용한 사례는 다음과 같다 우.

선 주입시 접시 스프링의 힘에 의하여 조정된 크기만큼의 충진 부피 차이가 발생되

며 성형시는 높은 가압력에 의하여 는 동일한 높이를 유지할 수 있다는 데 있, LP

다 결국은 균일한 압력과 별 성형체 공간을 제어할 수 있는 간단한 장치이. cavity

다.

표 현장실험 결과 및 그에 따른 제어표 현장실험 결과 및 그에 따른 제어표 현장실험 결과 및 그에 따른 제어표 현장실험 결과 및 그에 따른 제어< 2-20. LP >< 2-20. LP >< 2-20. LP >< 2-20. LP >

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표 에서 보듯이 기존의 다양한 실험 결과 번2-20 10, 28, 5, 30, 23, 31, 11, 29

에서 계속되는 단중미달이 발생되어 그 부분의 를 제어함으로 분포가 어떻cavity LP

게 바뀌는지 실험을 하였다 제어는 를 도면과 같이 깍아낸 후. LP LP Push Holder

약간의 틈에 철판을 위치시켜 스프링의 힘으로 가 올라갈 때 그 부분의 에LP cavity

는 철판의 두께만큼 올라가지 못하게 하는 장치이다 최초에 시도했을 때는 어느.

정도 단중이 변하는지 확인하기 위해 철판두께를 이론적인 계산보다 과도하게 크게

집어넣어 실험하였으며 그 결과는 그림 에 나타내었다, 2-130 .

그림 제어에 다른 현장실험 결과그림 제어에 다른 현장실험 결과그림 제어에 다른 현장실험 결과그림 제어에 다른 현장실험 결과< 2-129. LP >< 2-129. LP >< 2-129. LP >< 2-129. LP >

결과를 보면 알 수 있지만 기존에 항상 단중미달이 나오는 들의 단중이 올, cavity

라간 것을 확인할 수 있으며 이는 단중편차율을 줄이는 것 보다 의 간단한 제어, LP

를 통해 기존의 목표치보다도 더 낮은 단중편차율을 구할 수 있는 획기적인 발상이

었음이 확인되었다.

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

그동안 본 기술지원 사업을 진행하면서 수많은 실패와 성과를 볼 수 있었으며 과,

제를 진행하면서 왜 이러한 결과가 나왔나 라는 물음에 답변하지 못한 부분에 대“ ?”

해서 계속적으로 연구하고 싶은 아쉬움도 남는다 하지만 앞으로 현장에서 그동안. ,

의 연구성과를 바탕으로 더욱 발전적인 결과를 얻을 수 있으리라는 기대도 크다.

본 과제의 목표는 슬러리 성형에서 단중편차율 이내로 줄이는 것이다Ferrite 2% .

수치적으로 볼때 단중편차율 에서 로 바꾸는 연구가 그다지 큰 성과가 아닌3% 2%

것 같지만 단중편차율 가 매출액의 수십억에 해당되는 기업에서는 엄청난 성과, 1%

임에 틀림이 없다 그러한 목표는 해외의 유수 경쟁사와의 경쟁에서 앞서기 위한.

절대적인 목표로 주 쌍용머티리얼이 창사된 이래 십수년동안 가장 해결하고 싶은( )

과제였다 본 과제를 진행하면서 그 목표에 대한 순차적인 접근이 연구자로 하여금.

상당한 기쁨을 맞보게 하였으며 목표를 접근함에 있어서 연구진행에 따라 단중편,

차율이 줄어가는 것을 토대로 마지막 결론을 맺기로 한다.

기존 성형방법 기존 성형방법의 성형시 단중편차율이 이상 발생하여(1) : 2.71%

최종공정을 마치면 이상의 많은 불량률이 발생하고 있었으며 이는 생산수8-10% ,

율을 상당히 낮게 하는 등 큰 문제로 지적되고 있었다 이 문제를 해결하기 위해.

사내 불량해결팀을 조직하고 불량해결을 위한 다양한 방법을 시도하고 있다, .

자성체관 적용 슬러리 에서 주입구에서 부분으로 분지되고 그 윗부분의(2) : way 4

일부를 자성체관으로 변경하여 현장실험을 진행하였다 그 결과 기존의 단중편차율.

이 이상 발생하였는데 자성체관을 사용함으로써 로 줄어들었다2.71% , 2.51% .

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유도핀 적용 부분의 자기장 집중을 해결하기 위해 유도핀을 나사형식으(3) : gate

로 만들어 적용하였다 그 결과 기존 까지 낮아진 단중편차율을 까지. 2.51% 2.30%

낮출 수 있었다 이후 유도핀을 외곽부분에만 사용하면 단중편차율이 낮아질 것이.

라는 기대를 하였지만 결과는 로 오히려 더 안좋아지는 경향을 보였다 이, 2.63% .

부분과 관련한 원인은 아직까지 해결되지 못하고 있다.

최적 유도핀 조합 적용 외곽의 만 유도핀을 적용했을 때 결과가 안좋게(4) : gate

나왔기에 우선 한 개만 유도핀을 적용한 실험을 한 결과 분명 단중을 줄일cavity

수 있다는 결론을 얻게 되었고 이를 통해 최적의 유도핀 조합을 찾게 되어 결국,

외곽 개의 에 자성체를 사용하는 실험을 하게 되었다 결과는 기존의 단중편8 cavity .

차율을 까지 내리는데 성공하였다2.02% .

별 제어 마지막 단계는 별 제어를 통한 방법인데 이 방(5) cavity LP : cavity LP ,

법을 통해서 기존에 항상 단중미달되는 의 성형체가 단중이 올라가는 성과를cavity

보였으며 이는 철판의 두께에 따라 달라지는 것도 확인할 수 있었다 이것은 단중, .

편차율을 가 아닌 그 이하고 조정이 가능함을 확인할 수 있었다2% 1% .

현장에서는 현재 이와 같은 방법으로 단중편차율을 이내로 줄이려는 실험을 계1%

속 진행중에 있으며 이는 본 과제를 통한 매우 큰 성과임에 틀림없다, .

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