주조품 설계 및 제조에 있어서 기존의 유동 및 응고 해석뿐 아니라 최근에는 응력 해석 기법의 적용이 대두 되고 있다. 특히 자동차 산업에 있어서 부품의 경량화는 필수 불가결한 선택이며, 이는 설계자 및 제조업체에 복잡하고 얇은 알루미늄, 마그네슘 주물품에 대하여, 치수적인 문제와 강성의 문제를 동시에 해결하도록 요구하고 있다. 또한 경제적인 관점에서 긴 금형 수명이 요구되나 열 및 기계적인 피로 균열인 'heat checking'은 이러한 금형 수명을 저하시키는 가장 흔한 요소이다. 이런 무제를 해결하기 위해 해석 기법을 이용하여 주조 설계 및 공정을 최적화 함으로써 변형의 최소화 및 금형 수명의 최대화를 달성할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 기법을 성공적으로 적용하기 위해서는 주조 공정 해석, 재료 시험, 제품 설계 및 공정 최적화 설계가 통합적으로 이루어져야 한다. 본 고에서는 현재 최신 주조 해석 기법을 이용하여, 주조품 제조 공정에서 발생하는 응력과 관련된 문제들에 대한 수치해석 기법을 살펴보고, 이에 대한 리뷰를 제공하고자 한다.
The design of injection molded polymeric parts has been done empirically, since it requires profound knowledge about the moldability and causal effects on the properties of the part, which are not available to designers through current CAD systems. An interactive computer-based design system is developed in order to realize the concept of rational design for the productivity and quality of mold making. The knowledge-based CAD system is constructed by adding the knowledge -base module for mold feature synthesis and appropriate CAE programs for mold design analysis in order to provide designers, at the initial design stage, with comprehensive process knowledge for feature synthesis, performance analysis and feature-based geometric modeling. A knowledge-based CAD system is a new tool which enables the concurrent design with integrated and balanced design decisions at the initial design stage of injection molding.
조립성 평가법은 동시공학을 추진하는 하나의 도구로써 전자산업의 시장과 환경의 변화에 대응할 수 있는 토탈 개발 시스템이다. 조립성 평가법으로부터 얻는 효과는 개발 납기의 단축, 제조원 가의 절감, 생산성 향상, 품질 향상 등을 꼽을 수 있다. 조립성 평가법의 적용 추진을 지속하여 제품 설계자들의 설계 기술이 질적으로 향상되어 고객이 원하는 경쟁력 있는 제품을 제공할 수가 있도록 해야할 것이고, 따라서 향후 모든 상품화 설계는 조립성 평가법이 완제품 제조업의 신 상품 개발 기본 업무로 규정되어야 할 것이다. 제조성이 고려된 제품의 구조와 부품의 형상으 로부터 공정설계, 제조원가 산출 및 양산시에 필요한 전용기 등을 도출하여 개발해야 할 설비를 동시에 개발 착수할 수 있고, 소재개발로부터 신규 부품과 그 제작 공법의 개발까지 모든 분야에 대하여 제안해 줄수 있는 제조성 평가법이 개발되어야 하고, 앞으로는 PCB조립성 평가법, 소재 가공성(성형성, 절삭성, 접합성, 처리성)평가법, 재활용 평가법, 신뢰성 평가법 등이 포함된 지능형 설계 평가법의 출현을 기대해야 할 것이다.
사출-연신 블로우(injection-stretch blowing) 성형은 양방향 분자배향을 가지는 병(bottle)과 같은 중공 제품을 성형하는데 적용되며, 양방향의 배향은 강화된 물리적 상태량, 탄산음료병과 같은 제품에 중요한 가스 불 투과성 상태량을 제공한다. 사출-연신 블로우 성형 중 분리형(two-stage) 공정은 사출 성형으로 생산된 프리폼을 적외선 히팅 기구로 재 가열하고. 재 가열된 프리폼을 블로우 금형 안에 장착한 후 고압의 공기를 분사시켜 병의 형상을 생성 및 유지하면서 완성시킨다. 그러나 블로우 성형은 연신율이 10배 이상이 되기 때문에 최종 두께 분포를 예측하는 것이 매우 어렵다. 따라서 균일한 두께를 가질 수 있는 프리폼 형상 최적화가 필요하다. 본 연구에서는 블로우 성형 연신 과정에 따라 페트 용기의 두께 변화를 알아보기 위하여 사출-연신 블로우 성형시 두께 편차에 대한 해석을 수행하였으며, 그 결과 첫째 사출-블로우 성형 로우 결과를 이용하여 프리폼 초기 설계를 최적화하였고, 연신 및 블로우 과정에서 공정 편차에용기 두께며, 그 결과 을 수치적으로 로우하여 공정 편를 최적화하였다. 둘째, 사출-블로우 성형시 연신 과정과 동시에 공기를 블로우하는 방법이 용기 두께의 편차를 최소화하였으며, PET용기 제작 기술의 안정화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있었다.
사출성형 제품 및 금형설계를 위한 통합형 CAD시스템이 연구되었다. 현존하는 CAD시스템은 주로 기하학적 모델링 기능만을 제공하고 있으나 본 연구에서는 제품설계, 금형설계, 몰드베이스 선정, 공정설계를 통합하여 설계할 수 있도록 CAD/CAPP/CAE를 연계한 설계시스템을 구성하였다. 특징형상 기법을 비롯하여 다양한 방법론이 시스템 구성을 위해 연구되었다. 이러한 통한형 설계시스템은 동시설계를 위해 유용하게 사용될 수 있는 진전된 개념의 설계시스템이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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