한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집
서론
1.
산업현장에 사용되는 플라스틱 단열재는 고온으 로 용융된 폴리머 수지를 금형다이로 통과시키면서 압출되어 생산된다 금형 내부에서 압출될 때 유동. 및 냉각속도의 불균일에 의한 폴리머 변형으로 인해 제품의 두께편차가 발생된다 본 연구에서는 이러. 한 변형을 줄이고자 실험계획법에 따라 다이의 폭과 높이를 변화시켜 가며 압출 해석함으 Neck Lip 로서 수지의 흐름으로 인한 다이 내 압력 분포와 냉 각 효과를 확인하여 최적의 모델을 선정하고자한다 1).선정된 모델에 대해 구조 및 진동해석으로 구조의 안정성을 평가하고자 한다 본 연구를 통해 개발된. 단열재에 대해 압축강도 및 두께편차 시험을 수행하 여 성능이 개선되었음을 증명하고자 한다.모델링 및 해석조건
2.
압출해석에 사용된Fluid part는 금형Body안에 있 으며Non-Newtonian물성치를 가진다 입구의 유량. 은0.01806 /s,㎏ 온도는150℃이며 출구는 대기압으, 로 하였다. Body의 물성치는 밀도7854㎏ ㎥/ ,탄성 계수210 GPa,포와송비0.3이다.
처럼 요인계획법 에 따라
Table 1 (factorial design)
폭과 높이 인자수준 을 가지로 하여
Neck Lip (level) 3
조합한 개 모델의 압력과 온도 분포를9 해석하였다.
Fig. 1 Fluid part in body
Table 1 Properties of Material
Model No. Level
Die neck Die lip
1 1 1 2 1 2 3 1 3 4 2 1 5 2 2 6 2 3 7 3 1 8 3 2 9 3 3
Type 1 Type 2 Type 3
(a) 3 die neck shape models according to their width
height 12㎜ height 18㎜ height 24㎜ (b) 3 die lip shape models according to their height
Fig. 2 Models of die necks and lips
해석 결과
3. CFD
실험계획법에 따라 압출해석 한 결과 압력은 평균온도는 로 ∼ ㎫ ∼ ℃ 분포함을 알 수 있었다 주효과 곡선의 기울기를 볼 때 압력은 이 온도는 이 주효과로 판단 된다 폭이 크고 높이가 낮은 인자수준 과 인 번 모델이 최대 압력과 최소 평균온도가 나오는 최적모델임을 알 수 있었다실험계획법 및 유한요소해석을 이용한
단열 플라스틱 발포공정의 개선에 관한 연구
The Study on the improvement of forming process for the insulated plastic
using the Design of Experiment and Finite Element Analysis
*
한창우
1,
장은실
2,
박선명
2,
노규익
3,
#손재환
2*C. W. Han
1, E. S. Jang
2, S. M. Park
2, K. I. Noh
3, J. H. Son
#2([email protected])
1영남이공대학교, 2대구기계부품연구원, 3명일폼테크 주( )
Key words : Foaming extrusion process, CFD analysis, FEM analysis, Design of experiments
한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집
Fig. 3 Optimal result of design of experiments
구조해석 결과
4. FEM
선정된 번 모델의 금형7 Body의 안정성을 평가하 기 위해 구조해석을 하였다. Lip부분에서 최대변형 량0.03㎜가, Lip의 안쪽부위에 최대응력53.2 MPa 로 계산되었다 변형이 거의 없고 허용응력보다 적. 으므로 안정하다고 판단된다. (a) (b)Fig. 4 (a) Deformation and (b) von-Mises stress of body
진동해석 결과
5. FEM
압출해석의 압력 분포값을 금형다이의 구조해석 에 적용하여Pre stress가 있는 상태에서 모달(Modal) 해석하였다. 1, 2차 모드에서 각각1.35, 2.57 ㎑로 계 산되며 이는 외부 가진원 주파수와 일치하지 않아, 공진되지 않으므로 안정하다고 판단된다.
Fig. 5 Result of modal analysis in 1st mode
굽힘강도 및 두께편차 측정
6.
연구된 금형으로 생산된 단열재와 기존품에 대해 압축강도 및 두께편차 시험을 수행하였다 강도시험. 은5, 10, 20%압축변형 시 이루어졌고 두께측정은, 총12부위에서 수행한 후 최대값과 최소값의 편차값 을 추출하였다 그 결과 품질개선이 이루어졌다. .(a) Compression test
(b) Thickness test
Fig. 6 Test results of polymer quality
결론
7.
본 연구에서 폴리머 변형을 줄이고자 금형다이 에 대해CFD압출해석과FEM구조해석을 수행하였 다 요인계획법에 따라 생성된 개 모델에 대해 압출. 9 해석하여 다이 내부의 압력과 온도 분포를 계산함으 로서 최적의 모델을 선정할 수 있었다 구조해석을. 통해 계산된 다이의 최대 변형량과 응력값을 볼 때 다이는 안정하다고 판단된다 모달해석을 통해 계. 산된 고유진동수와 가진원의 주파수와 일치하지 않 으므로 안정하다고 판단된다 압축강도와 두께편. 차 측정결과 품질이 개선되었음을 알 수 있었다.참고문헌
1. Lim, P., Park, S. Y. and Yang, G. E., "A Study on tool life in the high speed machining of small-size end mill by factorial design of experiments and re-gression model," Journal of KSPE, Vol.23, No.2, pp.73-80, 2006.
