사출금형 냉각회로의 최적설계자동화에 관한 연구

Abstract

사출성형공정 중 가장 긴 시간을 차지하는 냉각공정은 성형품의 품질과 생산성에 큰 영향을 준다. 냉각공정의 주요 역할을 담당하고 있는 냉각회로는 제품 표면을 균일한 온도로 유지하도록 설계되며, 온도가 균일한 제품 표면은 냉각시간을 단축함으로써 성형품의 생산성을 향상시키며 변형을 최소화하여 성형품의 품질을 향상시킨다. 하지만 현재 사출성형 CAE 프로세스에서는 냉각회로에 대한 검증이 이루어지지 않은 상태에서 금형가공이 이루어지므로 성형품의 품질을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존의 사출성형 CAE 프로세스를 개선하여 새로운 프로세스를 개발 제시함으로써 제품설계 단계에서 냉각회로에 대한 검증 및 최적화된 냉각회로설계를 통한 성형품 품질을 향상하고자 하였다. 최적의 냉각회로를 제품설계 단계에서 자동적으로 설계하기 위해서 사출금형 냉각회로설계 최적화 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 주어진 공정조건에 따라 자동적으로 냉각회로를 생성하고, 사출성형품의 균일한 온도 분포를 얻기 위해 자체적으로 개발한 알고리듬을 통하여 최적해를 도출하여 냉각회로를 설계한다. 냉각회로설계를 최적화하기 위한 알고리듬으로는 반응표면법(Response Surface Analysis)을 사용하였으며, 히스토그램과 면적분포율을 통한 정량적인 분석을 통해 수치적으로 향상된 결과를 손쉽게 확인할 수 있도록 하였다. 개발된 최적화 프로그램을 통하여 제품의 표면온도 분포가 매우 균일한 우수한 금형을 설계할 수 있었다.