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CAE

CAE-사출성형해석이론16

by 뭉형 2022. 4. 26.

싱크 마크를 제거하기 위해서는 압력을 충분히 가하는 방법과 제품 두께 또는 리브의 두께를 변경하는 방법이 있다. 먼저 압력을 충분히 가하는 방법은 보압을 높고 길게 하는 방법이 있는데, 이것은 제품 전체의 치수와 관련되므로 지나치게 높고 긴 보압을 가할 수는 없다. 또한 충분한 보압을 가하였는데도 게이트에서 멀리 있는 리브에 싱크 마크가 발생하였다면 멀리 있는 리브에 보다 많은 압력이 전달될 수 있도록 하여야 한다. 압력이 더 잘 전달되게 하기 위해서는 새로운 게이트를 추가하여 유동 거리를 짧게 하는 방법이 있고, 제품 두께를 증가시켜 보압이 더 많이 전달하게 하는 방법이 있다. 물론 가능하다면 리브나 보스의 두께를 줄이는 방법도 있다. 리브나 보스의 두께를 줄이면 그만큼 국부적인 수축률 편차가 줄어들기 때문에 싱크 마크의 깊이는 작아질 것이다. 게이트에 가까운 부분에 싱크 마크가 발생하는 경우에는 냉각 설계를 보강하여 게이트 부분이 냉각이 잘 될 수 있게 하고, 보압이 끝날 때까지 게이트가 고화될 수 있도록 게이트의 두께와 길이를 적절히 설계하여야 한다. 해석에서 싱크 마크의 깊이를 제품 두께, 리브 두께 그리고 체적 수축률 등을 고려하여 이론적으로 계산하여 준다. 싱크 마크는 게이트 숫자를 정하는데 상당한 역할을 한다. 성형에 필요한 최소의 게이트 수는 미성형을 고려하여 판단하면 된다. 아래 그림과 같은 제품의 경우 사출 압력은 상당히 낮다. 따라서 성형만을 생각한다면 게이트 수는 지금 보다 많은 수를 줄일 수 있을 것이다. 그러나 게이트 수를 줄이게 되면 유동 거리가 길어져서 사출 압력이 크게 높아지게 되고, 압력이 높아지게 되면 게이트 부분은 더 높은 압력이 가해져서 체적 수축률이 더 작아질 것이고, 충전 말단 부분은 보압 전달이 더 어려워져 체적 수축률이 더 커질 것이다. 따라서 체적 수축률이 작아지는 것은 큰 문제가 되지 않을 수 있지만 충전 말단 부분에 존재하는 리브 또는 보스의 반대면에는 싱크 마크가 발생할 가능성이 더 증가할 것이다.

해석을 수행하기 위해서는 3D CAD에서 설계된 모델 파일이 필요하다. 이들 모델 파일을 Synergy에 Import를 하면 자동적으로 새로운 Study파일로 만들어진다. 이렇게 만들어지는 Study파일은 확장자가. sdy이며, 이 파일은 해석을 위한 모든 Pre-process 정보를 보유한다. (element, node, injection location, material, process settings 등) 또한 이 Study 파일은 앞에서 설정한 프로젝트에 귀속된다. 모델을 외부에서 Import 하지 않고 직접 Synergy에서 설계하고자 한다면 New Study를 클릭하여 새롭게 생성되는 Study 파일에 Modeling 도구를 이용하여 직접 해석 모델을 설계할 수도 있다.

3D CAD에서 설계된 모델을 AMI를 통해 해석할 때 아래 3가지 방법(Midplane, Dual-domain, 3D)의 Mesh Type을 사용할 수 있다. Mesh Type에 따라서 서로 다른 해석 Solver들이 사용되므로 해석 수행 전에 해석 모델의 형상과 해석의 범위를 고려하여 적합한 Mesh Type을 선택하여야 한다. 잘못된 Mesh Type을 선택하면 해석의 결과 신뢰성이 크게 훼손된다. 여기서 Midplane과 Dual-domain은 같은 평판 유동해석 Solver를 사용하고, 3D는 3차원 유동 Solver를 사용한다.

Midplane, Dual-domain : 평판 모델의 유동해석을 위한 형식이다. Triangle 요소를 사용하며, 두께 방향으로는 가상의 layer를 8~20개 생성하여 해석한다. 평판 모델이란 두께가 3~4mm 이하이고 두께에 비하여 폭이 5배 이상인 모델을 말한다. 또한 수지의 유동은 두께 방향으로 계산하지 않고 평판 방향으로만 계산하며, 수지의 열 손실도 제품의 벽면으로는 계산되지 않고 평판 방향으로만 계산된다. 그러나 3D에 비하여 두께 방향의 속도, 온도, 전단율, 수축률 계산이 정확하고, 변형 해석에서 CRIMS 모델을 사용할 수 있다는 장점이 있다.

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