Cavity in the mold is exposed to high pressure during injection molding operation. Injection molded articles with deep depth are often demanded as design variety increases. Subsequently mold becomes weak and deformation increases as the mold depth increases. Thus the injection molds for deep depth articles should be designed to hold out high pressure or stress concentration and large deformation. Through this study, equation for mold design was examined and suggested novel method to determine equation for mold design with deep depth. Novel equation developed in this study was modified from beam theory considering cantilever and two points bending situation while previous equation was modified from just cantilever bending situation. The validity of novel equation was verified through computer simulations for various mold side and wall thickness.
The cavity of mold is exposed to high pressure during injection molding operation. Injection molded articles with deep depth are often demanded as design variety increases. Mold becomes weak and deformation increases as the mold depth increases. Thus the injection molds for deep depth articles should be designed to hold out high pressure or stress and large deformation. Through this study, equation for mold design was examined and suggested novel method to determine equation for mold design with deep depth. Novel equation developed in this study was consisted with cantilever and two points bending while previous equation was modified from just cantilever bending. The validity of novel equation was verified through computer simulation.
The cavity of mold is exposed to high pressure during injection molding operation. Injection molded articles with deep depth are often demanded as design variety increases. Mold becomes weak and deformation increases as the mold depth increases. Thus the injection molds for deep depth articles should be designed to hold out high pressure or stress and large deformation. Through this study, equation for mold design was examined and suggested novel method to determine equation for mold design with deep depth. Novel equation developed in this study was consisted with cantilever and two points bending while previous equation was modified from just cantilever bending. The validity of novel equation was verified through computer simulation.
Nano size 몰드의 제작은 X-ray lithography 방법을 이용하여 몰드를 제작하고, micro size의 경우 Deep UV lithography 방법을 이용하여 몰드를 제작하고 있다. 본 연구에서는 SLS(Selective Laser Sintering)형 RP(Rapid Prototyping System)을 이용하여 미세구조 몰드를 제작하였으며, 패턴의 깊이는 400 ㎛까지 구현하였다. 제작된 몰드의 강도와 내열성을 높이기 위하여 전해도금을 이용하여 몰드의 표면에 Ni를 300 ㎛생성 시켰다.
High pressure is involved during injection molding operation specially packing phase. Cracks in the mold are often occurred by high cavity pressure. In this study, structural analysis of mold has been performed using commercial softwares, Abaqus and Ansys, to investigate cause of crack in the injection mold. Structural analysis contains four cases: stress distribution according to the cavity pressure, stress concentration according to the boundary conditions, stress concentration for inter-locking design of mold, and stress concentration for distributed cavity pressure. Through this study it was observed that the locations of stress concentrations were coincident with locations of crack. Robust mold design is being required to withstand high cavity pressure.
Mobile PKG Trend는 소형화와 더불어 고용량 제품 요구로 인해 Mold Top Margin 감소가 불가피한 상황이다. 하지만 기존 Laser Marking 공법은 Depth가 깊어 Narrow Top Margin 제품에 적용할 때 중첩 가공에 의한 PKG 강도 저하가 예상되며, Chip Damage와 같은 품질 불량으로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 Laser Source 특징 비교를 통해 Narrow Top Margin 제품에 대응할 수 있는 Low Depth Laser Marking 기술을 확보하였으며, PKG 개발 제품에 해당 기술을 적용하여 평가한 결과 Marking Depth 67% 감소와 PKG 강도 12%가 향상됨을 검증하였다. 또한 PKG Mechanical 분석을 통해 발생 가능한 Laser Damage 품질 검증을 진행하였고, Chip Damage(Crack/Chipping) 불량은 발견되지 않았다. 이를 통해 양산 적용 품질 안정성을 확보하였다.
The analysis was carried out using the press molding analysis program by applying six parameters such as material type change, material thickness, friction coefficient, rp, rd and blank holder pressure. As a result of CAE analysis of the soft material DC04 and the relatively hard material HX300LAD, the thickness of the punch R part of the soft material was significantly reduced. The flange portion is greatly increased in thickness in the hard material by the compression action. As a result of considering the deformation amount of 0.6mm, 1.0mm, 1.5mm according to the material thickness, the influence of the thickness is considered to be very small. In case of the material thickness of 0.6mm, the rate of change increases due to the deep drawing depth relative to the material thickness. The sizes of the punches R and die R have the greatest influence on the change in thickness of the material in drawing molding, the smaller the punch R, the thinner the edges of the product, The larger the R of the die, the greater the material thickness of the flange portion. As the coefficient of friction and the blank holder pressure increase, the frictional force of the flange portion increases, which increases the radial force in the drawing process and increases the thickness change of the flange portion.
For depth machining in die and mold, Electrical Discharge Machining (EDM) is used generally. To make deep hole and deep shape efficiently, cemented carbide endmill for depth machining is necessary. For this purpose, cemented carbide endmill was designed using design of experiment (DOE). To improve cutting performance, endmill was coated with multilayer surface treatment, TiAlCrSiN and TiAlCrN, for higher wear resistance. In order to evaluate the endmill, Transverse Rupture Strength (TRS) test was tried for investigating the relationship between surface treatment and strength in endmill body. Scratch test was also used for measuring adhesion force of each surface treatment. To evaluate hardness of surface treatment, Atomic Force Microscope (AFM) analysis was carried out. Wear test was executed for characteristics of each surface treatment in high temperature. Consequently, TiAlCrSiN was superior to the TiAlCrN coating in case of high temperature environment such as cutting.
사출성형공정은 충전, 보압, 냉각, 이형 및 취출 순서로 이루어진다. 이러한 공정 중 보압단계에서 캐비티 내에 가장 큰 압력이 주어진다. 따라서 캐비티 내압은 보압전환 시점과 보압의 크기에 가장 크게 영향을 받는다. 캐비티의 큰 내압은 금형에 큰 응력을 집중시켜 금형을 손상시킬 우려가 있으므로 캐비티 내압을 관찰하고 조절하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 이론해석과 실험을 통하여 보압전환 시점과 보압의 크기에 따라 캐비티 내압을 분석하였다. 보압전환 시점이 늦어짐에 따라서 내압이 증가하였다. 또한 보압전환이 늦어지면서 충전시간이 길게 되어 전체적으로 압력을 받는 시간이 길어져 보압 이후 냉각이 끝난 후에도 잔여압력이 존재하였다. 캐비티 내의 압력은 보압크기가 커질수록 비례적으로 증가하는 경향을 보였다. 역시 보압의 크기가 클수록 냉각 후 잔여압력이 증가하였다. 결과적으로 보압전환 시점이 늦고 보압크기가 크면 캐비티 내에 높은 압력이 형성되고 냉각이 끝난 후에도 잔여압력이 존재함을 알 수 있었다. 실험과 해석을 비교해 보았을 때 전체적인 경향은 매우 유사하였으나 해석에서는 잔여압력을 예측하지 못하였다. 캐비티 내압 조절을 위해서는 보압조건의 설정이 중요하며 CAE 해석을 통하여 최적 조건 설정이 가능함을 알 수 있었다.
프레스 부품의 형상은 고객 요구와 공정단축 및 비용절감으로 점점 복잡하게 변하고 있다. 또한 프레스공정은 많은 인자의 영향으로 양산 중에도 안정성이 수시로 변하고 있다. 공정의 안정성을 확보하는 데는 형상, 소재, 프레스, 금형 및 윤활에 대한 사전 연구가 충분히 되어 허용된 공차 안에서 재현성이 구현되는 공정을 수립해야 한다. 하지만 예측하지 못한 공정인자들의 변화는 양산라인 정지와 생산계획에 차질을 현장에서 야기 시키고 있다. 이에 프레스금형에 센서를 적용해 실시간 공정을 모니터링 할 수 있는 방법을 본 논문에선 소개한다. 비접촉식으로 판재의 흐름을 측정하는 센서와 그 중 양산에 적용 가능성이 높은 광학센서를 사용한 실험 사례를 제시했다. 원통드로잉금형에 광학센서를 설치해 소재, 블랭크홀더힘, 드로잉비를 변화시키며 센서의 사용 가능성을 테스트했다. 또한 각통드로잉 금형을 사용해 국부적으로 다른 판재의 흐름을 정량화 했고 측정값이 소재의 연신에 의해 드로잉 깊이보다 항상 작다는 것을 정량적으로 측정하였다. 마지막으로 프레스 금형에 센서를 접목시켜 사용할 수 있는 분야에 대해 제안을 하였다. 원가절감에 대한 Needs가 지속적으로 증가하고 이를 통해 글로벌 금형경쟁력을 확보해야하는 시점에 기여가 되었으면 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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