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Methodology of Three-Dimensional Thermoforming Analysis to Simulate Forming Process of Medium and Large-Sized Plastic Parts

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(1)

◆ 특집 ◆ 최신 플라스틱-금속 성형 해석 기술

중대형 플라스틱 제품 성형공정 모사를 위한 3 차원 진공 열성형 해석 기법

Methodology of Three-Dimensional Thermoforming Analysis to Simulate Forming Process of Medium and Large-Sized Plastic Parts

이호진1, 안동규2,

Ho Jin Lee1 and Dong Gyu Ahn2,

1 조선대학교 일반대학원 기계공학과 (Department of Mechanical Engineering, Graduate School, Chosun University) 2 조선대학교 기계공학과 (Department of Mechanical Engineering, Chosun University)

 Corresponding author: [email protected], Tel: +82-62-230-7043 Manuscript received: 2015.8.28. / Revised: 2015.10.5. / Accepted: 2015.10.12.

The thermoforming process has been widely used to manufacture medium- and large-sized plastic parts because of the relatively low cost and high productivity, as compared with other plastic forming processes. One of current salient issues of thermoforming industries is the reduction of trial and error during the production of the thermoformed product. Hence, there is a significant increasing interest in the thermoforming analysis by the thermoforming industries. The goal of this paper is to investigate a methodology of the three-dimensional thermoforming analysis for medium- and large-sized plastic parts. There is a discussion about methodologies of thermoforming analysis, as well as material modeling, and three-dimensional finite element analysis. Furthermore, there is an examination, through case studies, about the applicability of the proposed methodology concerning the thermoforming analysis.

KEYWORDS: Methodology of thermoforming analysis (진공 열성형 기법), Material modeling (재료모델링), Finite element method (유한요소해석), Medium and large sized plastic part (중대형 플라스틱 제품), Case study (사례 연구)

기호설명

Λ = aerial draw ratio

Γ = maximum linear draw ratio Ω = average reduction rate of thickness Ψf = surface area of the formed part

Ψs = surface area of the sheet used to form the part

ωf = maximum line length on the formed part ωi = line length before forming

σ = true stress ε = true strain v = tensile speed k = scale factor

w = viscoelastic coefficient __________

Copyright Ⓒ The Korean Society for Precision Engineering

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

(2)

h = strain hardening coefficient m = strain rate sensitivity l0 = initial length of specimen t = initial thickness of specimen Ta = ambient temperature 1. 서론

진공 열성형 공정 (Thermoforming process)은 가 열된 플라스틱 판재 (Plastic blank)에 진공압력 (Vacuum pressure)을 부여하여 원하는 형상으로 성 형하는 공정으로서 다양한 플라스틱 제품을 제작 하는데 사용되고 있다.1,2

최근 산업에서는 생산성 및 생산설비 구축 비 용 등을 고려하여 냉장고 내상 및 산업용 기능성 케이스와 같은 중대형 플라스틱 제품 제작에 진공 열성형 공정을 사용하고 있다.1-6 그러나 진공 열성 형 공정은 성형공정 및 조건에 따른 제품 성형성 이 매우 상이 하여 적합 성형공정 및 조건을 얻는 것이 쉽지 않다. 특히 진공 열성형 공정을 통한 중대형 플라스틱 제품 성형의 경우 고온으로 가열 된 거대한 판재를 성형하기 때문에 적합 성형공정 및 조건을 얻는 것이 더욱 어렵다.

적합 진공 열성형 공정 및 조건을 도출하는 방 법은 실험적 방법 및 해석적 방법이 있다. 실험적 방법은 현장 적용성 및 정확성이 높으나 다수의 시행착오 후에 결과가 도출됨으로 비용과 납기의 증가를 발생시킬 수 있다. 해석적 방법은 시행 착 오를 감소시켜 비용 절감과 납기 단축을 시킬 수 있으나 정확한 해석모델을 구현 하지 못할 경우 결과를 신뢰할 수 없을 뿐 아니라 현업에서 적용 하기 어렵다.1-6

이와 같은 이유로 3차원 진공열성형 해석을 통 한 다양한 플라스틱 제품 성형해석에 관한 연구가 지속적 수행되고 있다. Chen 등은 두께가 얇은 폴 리카보네이트 (Polycarbonate) 판재를 이용하여 진 공 열성형 후 제품 두께분포 및 형상 특징에 관한 연구를 수행하였다.3 Warby 등은 열성형 공정에서 성형압력에 따른 성형 후 제품 형상 및 두께 분포 변화에 관한 연구를 수행하였다.4 그들의 연구에서 는 플라스틱 판재 (Plastic plate)의 고온인장시험 (High temperature tensile test)을 통하여 온도에 따른 물성데이터를 분석하고 유한요소해석 (Finite element analysis)을 통하여 플라스틱 판재의 압력성형 공정 해석을 수행하였다. Wiesche 등은 진공성형 해석을

이용하여 진공성형공정 조건에 따른 자동차 연료 탱크 (Automotive fuel tank) 두께 분포에 관한 연구 를 수행하였다.5

본 연구에서는 중대형 플라스틱 제품 열성형 공정 모사를 위한 3차원 진공 열성형 해석 기법, 열성형 재료 물성 도출 방법 및 비선형 유한요소 법을 이용한 3차원 열성형 공정 해석 방법에 대하 여 제안/고찰하고자 한다. 또한 2가지의 적용사례 를 이용하여 제안된 진공 열성형 해석 기법의 타 당성과 실용성을 고찰하고자 한다.

2. 진공 열성형 해석 기법 및 절차

본 연구에서 제안하는 진공 열성형 해석 절차는 Fig. 1과 같다. 진공 열성형 공정을 통하여 제품을 원활히 성형하기 위해서는 제품 및 금형 설계 단계 에서부터 여러가지 요소들이 고려되어야 한다.6,7

열성형 제품 및 금형 설계시 가장 먼저 고려 해야 하는 것은 설계되는 금형의 형상을 양각과 음각 중에서 선택하는 것이다. 양각과 음각 금형 의 선택에는 제품의 성형 방향, 성형 깊이, 성형 공정 횟수, 제품 치수 정밀도, 생산 시간 및 제품 주요 형상의 위치 등이 충분히 고려되어야 한다.

열성형 금형 세부 치수 설계에는 성형 재료의 두 께, 성형 공정 중 성형 장치와 판재의 거동, 성형 온도 및 성형 재료의 수축율이 고려되어야 한다.

또한, 열성형이 완료된 제품의 취출의 용의성을 고려하여 금형에 전체적으로 5 - 15°의 구배각을 부여하여야 한다.

Fig. 1 Procedure of the thermoforming analysis

(3)

기초 성형성 분석 단계에서는 도출된 제품/금 형 설계안에 대하여 기초 열성형 특성을 분석하여 대상 제품의 진공 열성형 가능 여부 및 초기 판재 두께를 예측한다. 진공 열성형 금형의 기초 성형 특성은 면적 드로잉율 (Aerial draw ratio), 최대 선 형 드로잉율 (Maximum linear draw ratio) 및 평균 두 께 감소율 (Average reduction rate of thickness)을 도 출하여 분석한다. 면적 드로잉율, 최대 선형 드로 잉율 및 평균 두께 감소율은 각각 식(1), (2) 및 (3) 과 같다.7

f s

Λ =Ψ

Ψ (1)

f i

ω

Γ =ω (2)

Ω =1

Λ (3)

열성형 재료 모델링 단계에서는 진공 열성형 해석에서 플라스틱 판재의 점탄소성 거동을 묘사 하기 위하여 재료 모델 설정하고 이 모델에 대한 특성데이터를 생성한다. 열성형 공정중 성형되는 플라스틱 재료의 점탄소성 거동 특성을 충분히 묘 사하기 위해서는 성형 재료의 두께, 온도 및 변형 율 속도 영향성이 해석용 재료 물성 데이터와 모 델에 충분히 고려되어야 한다.

진공 열성형 공정 설계 단계는 제품 형상, 성 형깊이 및 주요 형상의 위치 등을 고려하여 성형 공정을 설계하는 단계이다. 일반적인 진공 열성형 공정은 단일 진공 열성형 공정, 이단 진공 열성형 공정 및 다단 진공 열성형 공정으로 분류할 수 있 다. 단일 진공 열성형 공정의 경우 형상이 단순한 제품을 빠르게 성형할 때 사용되는 공정으로서 성 형 깊이가 매우 낮고 제품형상이 간단할 경우에 많이 사용된다. 이단 이상의 진공 열성형 공정은 단일 진공 열성형 공정으로 성형하기 어려운 성형 깊이가 깊으며 형상이 복잡한 제품을 성형할 때 사용된다.

진공 열성형 공정이 설계되면 각각의 공정에 대한 세부 열성형 조건을 선택 하여야 한다. 세부 성형 조건에서는 판재/금형 가열온도, 성형시간, 공정별 제품 최소 두께 및 성형량 등을 세밀하게 결정하여야 한다. 판재 가열온도는 성형재료의 유

리천이온도 (Glass transition temperature) 및 용융온 도 (Melting temperature) 를 고려하여 결정하여야 한다. 금형 가열 온도 결정에는 금형 재료, 총 제 품 성형 시간, 금형 주변 온도 및 판재 가열 온도 를 고려하여 성형 중 판재가 과도하게 식지 않도 록 해야 한다. 진공 열성형 공정은 금형, 성형 공 정 및 공정별 세부조건을 잘못 설계하였을 경우 성형 중 제품의 일부 영역의 두께가 과도하게 감 소하는 성형 불량이 발생하게 된다. 또한, 다단 공 정으로 성형되는 제품의 경우 각 공정에서의 성형 량이 연속되는 공정의 성형성에 영향을 미친다.

그러므로, 열성형 공정에서 제품의 성형 불량이 발생하지 않도록 하기 위해서는 각 공정별 제품의 최소 두께 및 성형량을 사전에 결정하여 비교/분 석하는 것이 바람직하다. 최소 두께와 성형량이 결정된 후, 목적하는 최종 제품을 제작하기 위해 서는 성형 시간을 설정하여야 한다. 그러나 성형 시간은 제품 품질 뿐만 아니라 제품 생산성에 크 게 영향을 미치기 때문에 제품 품질과 생산성에 대한 반복 검토 후 가능한 범위내에서 단축 시켜 야 한다.

진공 열성형 해석의 마지막 단계에서는 설계된 진공 열성형 공정 및 세부조건에 대하여 3차원 진 공 열성형 해석을 수행하고 대상 제품의 성형특성 을 분석한 후, 이 결과로부터 최적 진공 열성형 공정 및 공정조건을 도출한다.

3. 진공 열성형 재료 물성 도출

진공 열성형 해석의 정확성을 향상시키기 위해 서는 정확한 열성형 재료 물성을 도출하여 해석에 적용하는 것이 중요하다. 점탄소성 특성이 고려된 플라스틱 재료의 거동을 표현하기 위하여 다양한 구성방정식들이 개발되고 있다. 진공 열성형 해석 에서는 온도 및 변형율 속도를 고려할 수 있는 G’sell-Jonas 모델이 많이 사용되고 있다.8-12 G’sell- Jonas 모델은 등방성 비선형 고분자들의 점탄소성 거동을 표현하는데 사용되는 대표적인 구성방정식 이다. 이 논문에서는 G’sell-Jonas 모델 이용한 진 공 열성형 재료물성 도출 방법에 대하여 기술한다.

진공 열성형 물성 도출 절차는 Fig. 2와 같이 시편 설계, 시험 조건 선정, 고온 인장시험 수행, 진응력-진변형률 선도 도출 및 G’sell-Jonas 모델 상수 도출 단계로 이루어져 있다. 첫번째 단계인 시편 설계 단계에서는 고온 인장 시험을 수행하기

(4)

위한 시편을 설계한다. 일반적으로 고온 인장 시 편 설계에는 ASTM D 638 (Type 1) 규격이 사용되고 있다.8,9

시험 조건 선정 단계에서는 시편의 두께, 시험 온도 범위 및 인장 속도 범위를 결정하여야 한다.

고온 인장 시험 시편의 두께는 제품 성형에 사용 되는 판재의 초기 두께를 사용하여야 한다. 시험 온도 범위는 시험 재료의 유리 천이 온도 및 용융 온도를 고려하여 결정하여야 한다. 인장 속도는 재료의 온도에 따른 특성 및 시험 장비의 분해능 을 고려하여 결정하여야 한다.

고온 인장 시험 수행 및 진응력-진변형률 선도 도출 단계에서는 고온 인장 시험기를 이용하여 다 양한 시험 조건에 대해 고온 인장을 시험한 후, 고온 인장 시험 결과를 이용하여 판재 두께, 인장 속도에 따른 진응력-진변형률 선도를 도출한다. Fig.

3 은 고온 인장 시험에 사용된 인장시험기 (UTM WL 2100 A) 및 시험 셋업과 시편 예이다.9 Fig. 4 는 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 판재에 대한 고 온 인장 시험 결과 도출된 시편 두께 및 인장 속 도별 분위기 온도와 인장강도 상관관계 예이다.9

Fig. 4 Temperature - tensile strength curves for different specimen thicknesses and tensile speeds9 (Adapted from Ref. 9)

Table 1 Examples of coefficients of G’sell-Jonas equation for the polycarbonate plate9 (Adapted from Ref. 9) t (mm) Ta(oC) k (MPa) m w h

3.0

100 39.00 0.02 14.51 1.81 120 28.44 0.01 49.79 2.03 175 0.02 0.15 37.13 0.02 4.5

100 64.64 0.01 54.11 1.21 130 27.29 0.02 85.40 1.75 175 0.66 0.39 40.75 0.01 마지막 단계에서는 고온 인장시험 결과를 이용 하여 G’sell-Jonas 모델 상수를 도출한다. 최초로 개발된 G’sell-Jonas 모델은 일정한 변형률 속도를 제어하는 조건에서 만들어진 구성방정식이다.10,11 그러나 얇은 플라스틱 판재를 이용하는 단축 인장 시험은 시편 가열 시 뒤틀림이 발생하여 일정한 변형률 속도를 제어하기 어렵다.12 이와 같은 이유 로 최근 연구에서는 수정된 G’sell-Jonas 모델이 사 용되고 있다. 식(4)는 수정된 G’sell-Jonas 모델의 구성방정식을 나타낸다.12 Table 1은 Fig. 4의 결과와 식(4)를 이용하여 도출된 폴리카보네이트 판재의 G’sell-Jonas 모델 상수의 예이다.9

( ) 2

0

1 exp exp( )

exp( ) v m

k w h

σ ε ε l

ε

= ⎡ − (4)

4. 3 차원 비선형 유한요소해석을 이용한 진공 열성형 공정 해석 방법

3 차원 진공 열성형 공정 해석을 신속하고 정 확하게 수행하기 위해서는 효율적인 진공 열성형 Fig. 2 Procedure to obtain material data for thermo-

forming analysis

Fig. 3 Experimental set-up and specimens for high temperature tensile test9 (Adapted from Ref. 9)

(5)

해석모델을 개발하는 것이 중요하다. Fig. 5는 Ahn 등에 의하여 연구된 간략화된 진공 열성형 공정 해석 모델의 예이다.13 간략화된 진공 열성형 공정 해석 모델은 Fig. 6 같은 절차에 따라 생성된다.

첫 번째 단계에서는 형상 간략화를 수행한다.

제품 설계안을 이용하여 금형을 설계할 경우 너무 작거나 복잡하여 해석모델에 구현하기 어렵거나 해석에 불필요한 형상이 존재한다. 형상 간략화 단계를 통하여 해석에 불필요한 금형 형상을 제거 및 수정한다.

두 번째 단계는 해석용 유한요소 격자를 생성 한다. 간략화된 진공 열성형 공정 해석모델은 상 하 블랭크 홀더, 성형 판재 및 금형으로 이루어진 다. 해석 격자 생성 단계는 각각의 모델에 대하여 해석 격자를 생성하고 속성을 부여 한다. Fig. 5 의 예에서는 블랭크 홀더, 성형 판재 및 금형을 사각 형 쉘 요소 (Quadrilateral shell element) 로 구현하였 다. 성형 깊이가 매우 깊은 해석 모델의 경우 성 형 시간 및 해석 정확도를 고려하여 성형 판재에

격자 세분화 기법 (Mesh refinement level) 을 적용하 여야 한다.14

세 번째 단계에서는 세부 공정 설계를 수행한 다. 성형 깊이가 깊은 해석 모델의 경우 성형 공 정을 스트레칭 (Stretching), 블로잉 (Blowing), 스탬 핑 (Stamping) 및 진공성형 (Vacuum forming)의 4 공정 이상으로 설계하여야 한다.

네 번째 단계에서는 열성형 재료 물성 모델링 을 수행한다. 재료 물성 모델링은 3장에서 기술된 바와 같이 고온 인장 시험을 수행하고 고온 인장 시험 결과를 이용하여 G’sell-Jonas 모델에 적합한 재료 물성 모델을 도출한다.

다섯번째 단계에서는 해석 경계 조건을 설정한 다. 성형 장치인 상하 블랭크 홀더와 금형은 강체 (Rigid surface)로 설정한다. 성형 판재의 속성은 변 형체로써 네번째 단계에서 도출한 판재 물성을 적 용한다. 스트레칭 공정에서는 온도에 따른 판재의 처짐과 스트레칭을 구현하기 위하여 성형 판재에 중력을 적용한다. 블로잉 공정에서는 스트레칭된 성형 판재의 상방향으로 압력을 적용하여 블로잉 성형 공정을 구현한다. 스탬핑 공정에서는 블로잉 된 판재에 금형을 일정 속도로 상승시켜 판재 성 형을 구현한다. 진공 성형 공정에서는 스탬핑된 성형 판재에 금형 방향으로 압력을 부여하여 판재 성형을 구현다. 이때 금형의 움직임은 구속하여야 한다. 상하 블랭크 홀더의 움직임은 모든 공정에 서 구속하여야 한다.

최종적 해석모델에 대해 성형해석을 수행하고 해석결과로부터 제안된 열성형 공정의 제품 성형 특성을 분석/고찰하고 및 적합한 열성형 공정조건 을 도출한다.

5. 적용사례

5.1 진공 열성형 해석을 이용한 중대형 평판 형광생물 반응기 케이스 성형성 분석15 진공 열성형 해석 결과를 이용한 중대형 평판 형 광생물 반응기 케이스 성형성 분석, 적합 성형 공정 및 공정조건 도출에 대한 연구를 수행하였다.

Fig. 7과 같은 1,450 mm (길이) × 1,310 mm (폭) × 95 mm (높이) 의 진공 열성형 금형을 설계하였다. 중 대형 평판형 광생물 반응기 케이스의 진공 열성형 금형은 성형 방향, 성형 깊이, 성형 공정 횟수, 제 품 치수 정밀도, 생산 시간 및 제품 주요 형상의 위치 등을 고려하여 양각 금형으로 설계 되었다.

Fig. 5 Example of the simplified thermoforming analysis model

Fig. 6 Procedure of the simplified the thermoforming analysis

(6)

가열공정이 포함된 스트레칭 공정, 스탬핑 공정 및 진공 성형 공정의 3가지 세부 공정으로 전체 열성형 공정을 설계하였다. 성형재료는 4.5 mm 폴 리카보네이트 판재이다. 각각의 성형 공정에 대한 해석 결과는 Fig. 7 같다.

반복적인 스트레칭 및 스탬핑 공정에 대한 성 형 해석을 통하여 스트레칭 공정에서 성형 판재가 175 mm 이상 스트레칭 되어야 스탬핑 공정에서 성형 판재가 국부적인 두께 감소 없이 성형됨을 알 수 있었다. 이 결과로부터 가열/스트레칭 공정 및 스탬핑 공정 성형시간을 각각 240초 및 5초로 결정하였다.

진공 성형 공정 해석에서는 성형시간에 따른 성형 특성을 분석하였다. 그 결과 진공 성형 공정 의 성형 시간이 1초 이상 되어야 보강재 형상을 제외한 대부분의 형상이 성형됨을 알 수 있었다.

또한, 진공 성형 공정의 성형 시간이 10초 이상 일 경우 더 이상 성형시간이 증가하더라도 제품 형상에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 진공 성형 공정의 온도분포 해석 결과에서는 진공성형 공정의 성형 시간이 15초 이상 되어야 성형 판재 가 판재의 유리 천이 온도보다 낮게 냉각 됨을 알 수 있었다. 또한, 스프링 백, 수축 및 취출 후 변 형을 최소화 하기 위한 진공 성형 공정 성형 시간 을 도출하였다. 중대형 평판형 광생물 반응기 케 이스 성형성 분석에는 진공열성형 해석 프로그램 인 PAM-FORM 2G 를 사용하였다.

Fig. 8 Comparison of the results of analysis and those of experiment15 (Adapted from Ref. 15)

Fig. 9 Results of thermoforming analysis for medium and large sized inner case for refrigerator

이 결과들로부터 중대형 평판형 광생물 반응기 케이스 성형성 분석을 수행하고 적합 성형 공정 및 공정 조건 도출 할 수 있었다. Fig. 8과 같이 진 공 열성형 실험 결과를 해석 결과와 비교하여 진공 열성형 해석 결과의 신뢰성과 적합성을 분석/고찰할 수 있었다. 또한, 열성형 해석을 통하여 취득된 성 형 공정과 공정 조건에 의하여 중대형 평판형 광 생물 반응기가 성형될 수 있음을 알 수 있었다.

5.2 진공 열성형 공정을 이용한 중대형 냉장 고 내상 성형성 분석

진공 열성형 해석 결과를 이용한 중대형 냉장 고 내상 성형성 분석과 적합 성형 공정 선정 및 공 정 조건 도출에 대한 연구를 수행하였다. Fig. 9와 같 은 1,130 mm (길이) × 1,900 mm (폭) × 700 mm (높이) 의 진공 열성형 금형을 설계하였다. 중대형 냉장고 내상 진공 열성형 금형은 양각 금형으로 설계 하였 Fig. 7 Results of thermoforming analysis for medium

and large sized flat panel photobioreactor case15 (Adapted from Ref. 15)

(7)

다. 중대형 냉장고 내상의 진공 열성형 공정은 스트 레칭 공정, 블로잉 공정, 스탬핑 공정 및 진공 성형 공정의 4가지 세부 공정으로 설계하였다. 성형재료 는 두께 4.15 mm의 ABS 판재이다. Fig. 9는 각각의 세부 공정들에 대한 진공 열성형 해석 결과이다.

스트레칭 공정 해석을 통하여 스트레칭 공정 성형시간에 따른 처짐, 변형량 및 성형 판재의 두 께분포 변화를 분석하였다. 이 결과로부터 스트레 칭 공정에서는 냉동실과 냉장실의 중앙부에서 최 대 두께 감소율이 발생함을 알 수 있었다.

블로잉 공정 해석에서는 블로잉 높이에 따른 판재의 변형 형상 및 두께 분포 변화를 분석하였 다. 또한, 블로잉 시간에 따른 블로잉 높이를 도출 하였다. 블로잉 공정과 스탬핑 공정의 연계 해석 에서는 Fig. 10 과 같이 성형 판재와 금형의 초기 접촉 영역을 예측할 수 있었다. 성형 판재와 금형 의 초기 접촉 영역에서는 판재의 꺽임 현상과 과 도한 국부적 두께 감소가 발생하였다.

스탬핑 공정 성형 해석에서는 스탬핑 공정 성 형 후 제품 주요 형상들의 변형 형상 및 두께 분 포를 분석하였다. 또한, 스탬핑 공정중 과도한 두 께 감소 발생 영역을 도출하고, 금형 설계 및 블 로잉 높이 변경을 수행하여 스탬핑 공정중 성형 제품의 두께가 과도하게 감소하지 않도록 하였다.

진공 성형 공정에서는 성형 시간에 따른 제품 의 변형형상 및 두께분포 변화를 분석하였다. 성 형 시간 1초 이상일 때 제품의 주요 형상이 대부 분 성형되는 것을 확인할 수 있었다. 중대형 냉장 고 내상의 성형성 분석에는 진공열성형 해석 프로 그램인 PAM-FORM 2G 를 사용하였다.

최종적으로 중대형 냉장고 내상의 성형성 분석 과 적합 성형 공정 선정 및 공정조건 도출이 가능 하였다.

6. 결론

이 연구에서는 중대형 플라스틱 제품 열성형 공정 모사를 위한 3차원 진공 열성형 해석 기법과 절차를 다음과 같이 분석/고찰 하였다.

첫째, 3차원 진공 열성형 해석을 위한 각 단계 별 주요 내용들을 제안 하였다. 진공 열성형 해석 을 위한 플라스틱 재료의 점탄소성 거동이 고려된 G’sell Jonas 구성방정식의 재료 상수들을 산출하고, 이 데이터를 3차원 유한요소해석에 적용하는 방법 에 대하여 고찰하였다.

둘째, 3차원 비선형 유한요소법을 이용한 진공 열성형 해석 절차와 해석 모델 개발 방법을 제안하 였다. 최종적으로 3차원 진공 열성형 해석 기법을 2 가지 실제 중대형 플라스틱 제품 열성형 공정에 적 용하여 해석 기법의 타당성과 적용성을 확인하였다.

이 결과로부터 제안된 3차원 진공 열성형 해석 기법과 절차가 실제 중대형 플라스틱 제품 열성형 공정을 적절히 묘사할 수 있으며, 해석 결과에 의 하여 도출된 세부 공정 설계와 각 공정별 공정 조 건이 실제 제품 생산에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

후 기

이 논문은 2015년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 이공학개인기초연구지원사업의 지 원을 받아 수행되었음(NRF-2015R1D1A3A03016692).

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Fig. 10 Estimation of important regions of medium and large sized inner case for refrigerator via thermoforming analysis

(8)

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14. Cook, R. D., Malkus, D. S., Plesha, M. E., and Witt, R. J., “Concepts and Applications of Finite Element Analysis” Wiley, 4th Ed., pp. 318-319, 2002.

15. Lee, H. J. and Ahn, D. G., “Manufacture of Large- Sized Flat Panel Airlift Photobioreactor (FPA PBR) Case with Characteristic Shape Using Thermoforming Process,” Journal of Mechanical Science and Technology, 2015. (Accepted)

수치

Fig. 1 Procedure of the thermoforming analysis
Fig. 4  Temperature - tensile strength curves for different  specimen thicknesses and tensile speeds 9  (Adapted  from Ref
Fig. 6  Procedure of the simplified the thermoforming  analysis
Fig. 9  Results of thermoforming analysis for medium  and large sized inner case for refrigerator
+2

참조

관련 문서