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CAE

CAE-사출성형해석(Moldflow)6

by 뭉형 2022. 5. 4.

Volumetric shrinkage result는 수지가 상온까지 냉각될 때 예상되는 제품 체적 수축률을 나타낸다. 체적 수축률은 보압, 냉각 과정에서의 각 부분의 온도 이력과 압력 이력에 의하여 결정된다. 일반적으로 냉각 속도가 빠를수록 그리고 압력을 높고 길게 받을수록 체적 수축률은 작아진다. 체적 수축률의 +값은 수축을 의미하고 -값은 팽창을 의미한다. 얇은 부분에 과도하게 높은 압력을 가하면 성형품이 금형보다 커질 수 있다는 것이다. 체적 수축률은 제품의 변형, 싱크 마크, 제품 치수 등에도 큰 영향을 미친다. 특히 제품의 영역에 따른 체적 수축률 편차는 제품 변형을 일으키는 가장 큰 원인 중의 하나이다. 즉 변형 해석 결과 그 변형의 원인이 수축률 편차 (differential shrinkage)로 평가되었다면 이 결과를 확인하고 그 수축률 편차를 줄일 수 있는 방법으로 제품 설계, 금형 설계 및 공정조건을 개선하여야 한다.

Sink mark estimate result는 리브 또는 보스 등의 맞은편에 예상되는 싱크 마크의 깊이를 계산하여 나타낸다. 그러나 제품 두께가 아주 두꺼운 부분의 경우는 계산되지 않는다. 싱크 마크의 예상 깊이 계산에는 제품 두께, 리브 두께. 체적 수축률, 압력, 온도 등을 고려된다. 싱크 마크의 예상 깊이는 일반적으로 gate에서 너무 멀리 있어서 충분한 보압이 전달되지 않는 리브 또는 보스 맞은편이나, 제품 두께에 비하여 두께가 너무 큰 리브 또는 보스의 맞은편에 크게 계산된다. 따라서 예상 싱크 마크의 깊이가 너무 크다면 gate를  추가하거나 또는 제품 두께를 증가시키고 리브 또는 보스의 두께를 줄여야 한다. 예상 싱크 마크의 깊이가 얼마 이상이어야 실제 성형문제로 판단될 것이냐에 대한 기준은 여러 가지 환경에 따라 달라질 수 있다. 따라서 가장 좋은 방법은 실물과 해석 결과의 지속적인 비교 분석을 통하여 제품에 적합한 기준을 정하는 것이 필요하다.

Weld line & Air trap result는 각각 수지의 유동 선단 충동에 의하여 예상되는 웰드라인의 길이와 수지의 흐름에 의하여 금형 내에서 공기가 갇히는 예상 위치를 나타낸다. 웰드 라인 길이는 기본적으로 충돌하는 유동 선단의 접촉각을 기준으로 표시하며, 그 색상은 유동 선단 온도를 나타낸다. 접촉각이 작을수록 그리고 유동 선단 온도가 낮을수록 웰드라인은 선명할 것으로 예상된다. 수지와 금형 온도, gate위치, 제품 두께 그리고 밸브 제어 등으로 웰드 라인을 제어한다. 에어 트랩의 위치가 파팅 라인인 경우에는 통상적인 에어 벤트를 통하여 공기를 제거할 수 있다. 그러나 깊은 리브나 보스에 공기가 갇히는 경우나, 심각한 정체현상에 의하여 제품 내에 공기가 갇히는 경우에는 금형 분할면 또는 밀핀 등에 에어 밴트를 추가하여야 한다. 물론 gate 위치와 제품 두께 변경으로 심각한 금형 내 에어 트랩은 방지할 수 있다.

냉각 해석은 주어진 냉각 설계와 냉각수 설정 조건에 따라서 예상되는 금형 온도를 계산하는 열 해석이다. 유동해석에서는 금형 온도가 설정된 값으로 일정한 것으로 가정하고 해석하지만 실제에서는 냉각 설계와 냉각수의 설정 조건에 따라 금형 온도는 달라지며, 이것이 유동해석과 변형 해석에 반영되어야 한다.

금형 온도는 표면 광택도, 수축률, 잔류 응력 등에 영향을 준다. 특히 캐비티와 코어의 금형 온도 편차는 제품의 열에 의하여 유도된 잔류 응력을 증가시켜 변형을 일으키는 주요한 요소이다. 또한 금형 온도는 사이클 시간에 큰 영향을 준다. 따라서 냉각 시스템 설계와 냉각수 조건 설정의 방향은 제품을 균일하고도 빠르게 냉각하여 제품 품질과 생산성을 동시에 향상하는 것이다. 충전 시간에 의하여 플라스틱 수지는 냉각시스템에 의하여 냉각되고 있는 금형 내로 충전되어 금형 표면하고 접하여 금형으로 열을 잃는다. 금형 온도는 성형을 막 시작하는 순간에는 차가운 금형으로 인하여 상당히 낮지만 성형을 지속적으로 수행하게 되면 점차 높아지게 된다. 어느 정도 사이클이 경과하게 되면 금형 온도는 일정 온도가 유지하는 정상상태(steady-state)에 도달한다. 또한 한 사이클 내에서도 금형 온도는 변한다. 초기에 높은 온도의 수지가 유입되면 금형 온도가 상당히 높아지지만 냉각에 의하여 고화가 진행되면 점차 금형 온도는 내려간다. 물론 사이클 시간이 길어질수록 금형 온도는 상당히 높아지지만 냉각에 의하여 고화가 진행되면 점차 금형 온도는 내려간다. 물론 사이클 시간이 길어질수록 금형 온도는 더 많이 내려가게 된다. Moldflow 해석에서는 이러한 금형 온도의 변화를 모두 해석에 반영하지 않는다. 다만 금형 온도가 정상상태(steady-state)에 도달하였을 때 한 사이클의 평균 온도를 계산하여 해석에 반영한다.

 

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