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CAE

CAE-사출성형해석(Moldflow)3

by 뭉형 2022. 4. 29.

Injection Pressure result는 제품 성형 시 요구되는 최대 사출 압력이다. 사출성형은 충전+보압+냉각+취출의 사이클을 가지는데 충전 과정은 속도 제어 구간이다. 따라서 충전 과정의 사출 압력은 주어진 사출 속도로 수지를 캐비티 끝까지 충전하는데 요구되는 압력이다. 만약 사출 압력이 충분히 주어지지 않는다면 설정된 사출 속도로 수지를 제품 내부로 충전하지 못하고 미성형이 발생할 수 있다. 사출 압력에 가장 큰 영향을 주는 변수는 수지의 유동성, 사출 속도, 유동 거리 그리고 제품 두께이다. 사출 속도에 따른 사출 압력 변화는  일반적으로 U 커브를 가지며, 유동거리를 줄이는 방법은 게이트를 증가시키거나 유동 균형이 이루어지도록 게이트 위치를 조절하는 것이다. 여기서 사출 압력의 단위는 Mpa인데 실제 현장에서는 Bar, Kg/cm², 또는 % 압력(사출기 최대 사출 압력에 대한) 사용하므로 주의하여야 한다. 그리고 일반적으로 성형은 사출기 최대 사출 압력의 80% 이내에서 성형이 완료되도록 하여야 한다. 또한 사출 압력은 러너 시스템에서의 압력 강화와 캐비티 내의 압력 강하의 합으로 표현할 수 있다. 여기서 캐비티 내의 압력 강하가 크게 되면 게이트 부분에는 높은 압력이 가해지고 충진 말단 부분은 충분한 압력이 가해지지 못하게 된다. 이 경우 수축률 편차에 의한 치수문제, 싱크 문제 그리고 변형 문제 등이 발생할 수 있다. 따라서 캐비티 내압이 높은 경우 게이트를 더 추가하여 유동 거리를 줄여야 한다.

Pressure result는 제품 성형 시 Cavity 내부에 형성되는 압력을 시간에 따른 Animation 나타낸 것이다. 물론 Study Tasks창의 Result에서 New Plot를 선택하고 Pressure 결과를 XY Plot으로 나타낼 수도 있다. 압력은 모든 부분에 균일하게 전달될수록 수축률이 일정하여 변형 발생 가능성이 감소한다. 그러나 Pressure XY Plot에서 알 수 있듯이  일반적으로 gate에 가까운 곳은 압력을 많이 받고 그 반대의 경우는 충분한 압력을 받지 못한다. 따라서 수축률 편차가 발생한다. 이를 최소화하기 위해서는 다단 보압을 적절히 활용하여야 한다. 또한 제품의 두꺼운 부분이 냉각 속도가 느려 수축률이 일반적으로 크므로 이를 보충하기 위하여 Gate의 위치는 가능한 제품의 두꺼운 부분에 설치하여 수축률을 보충하여야 한다. 그리고 모든 부분은 일반적으로 보압의 끝 전 후에 cavity 내부 압력이 0 Mpa에 도달하는데 이는 수지 고화에 따른 수축으로 금형 벽면에 작용하던 압력이 없어졌기 때문이다. 또한 cavity의 Pressure XY Plot 결과로부터 평균 cavity압력은 보압 초기에 가장 큰 것을 알 수 있으며 따라서 형체력(=투영 면적 + Cavity 평균 내압)이 이 시점에서 최대가 될 것으로 예상된다.

Clamp Force result는 사출 성형 사이클 동안에 변화하는 cavity 내부의 평균 압력에 의하여 금형을 가동 측으로 밀어내는 힘을 말한다. 형체력의 크기 F는 아래와 같은 수식에 의하여 계산된다. F(Clamp force) = Cavity 내부 평균 압력 + 제품의 투영 면적(XY 평면 면적). 여기서 제품의 투영 면적이 해석에서 정확히 반영되지 않으면 형체력 값이 상당히 다르게 계산될 수 있다. 정확한 투영 면적 계산을 위해서는 반드시 투영 면적이 해석에서 정확히 반영되지 않으면 형체력 값이 상당히 다르게 계산될 수 있다. 정확한 투영 면적 계산을 위해서는 반드시 제품을 XY평면상에 두고 sprue를 +Z 축을 향하게 두고 해석을 진행하여야 한다. 일반적으로 형체력이 최고 값을 가지는 시점은 보압 초기이다. 이때가 cavity 평균 내압이 최고이기 때문이다. 따라서 과도히 높은 보압은 대형 제품(투영 면적이 큰 제품)에서는 형체력을 크게 상승시킬 수 있으므로 다단 보압에서 적절한 초기 보압을 설정하여야 한다. Cavity의 내부 형체력은 안전율을 고려하여 사출성형기의 최대 형체력의 80%를 초과하여서는 아니 되며, 초과할 경우 gate 주위는 플래시(Flash)가 발생할 가능성 있고 유동 끝단 부분은 미성형이 발생할 수 있다. 또한 Clamp force centroid result는 최대 cavity 내부 형체력 시의 형체 압력 중심을 나타낸다. 이 중심이 금형 중심에 근접할수록 금형의 편 마모현상이 줄어든다.

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