KR100285803B1 - 성형품구조설계와사출조건에의한플레이트리브의최적구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조에 관한 것으로, 종래의 리브구조가 없는 플레이트의 경우, 외부 부하에 의해 처짐현상이 크게 발생하여 응력도 계속 증가하게 되며, 아울러 미제스(Von Mises) 응력도 부하가 가해지는 부위에 집중되어 제품이 파괴되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 좌·우변과 상·하변으로부터 일정한 간격을 가지고 형성되며 일정크기의 높이와 두께를 가지는 격자리브부(42); 상기 격자리브부의 중심으로부터 각기 다른 지름을 가지고 3개 또는 그이상으로 일정한 높이와 두께를 가지며 세 개의 원으로 형성된 원형리브부(44)로 구성되는 것을 특징으로하여, 격자형과 원형의 구조를 응용하고 그 높이와 폭 그리고 사출조건 등을 고려하여 최적의 수지흐름특성 및 강도를 좋게 함과 아울러 힘의 분산이 원활하고, 제품의 불량발생을 현저히 적게하는 효과가 있다.

Description

성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조

본 발명은 사출성형 플레이트의 리브 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에 격자형과 원형의 구조를 응용하고 그 높이와 폭 그리고 사출조건 등을 고려하여 최적의 수지흐름특성 및 강도를 좋게 함과 아울러 응력의 분산이 원활하고, 제품의 불량발생을 현저히 줄이는 성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 사출성형은 수지를 일정한 금형의 캐비티안에 충진시켜 형상을 가지는 제품을 만들어내는 것을 말하며, 가전제품의 케이스나 식생활기구등에서 널리 찾아볼 수 있다.

그런데, 이러한 사출성형은 용융된 수지를 주입과 충진, 그리고 고화시킴으로써 발생되는 여러 가지 주지할 사항이 있는 데, 이것은 수지흐름이 원활히 이루어지지 않거나 응고시점이 다르기 때문에 충진이 전체적으로 고르게 이루어지지 않거나, 응고에 따른 수축으로 제품이 변형된다는 등이다. 따라서, 사출금형을 설계할 때에 위와 같은 사항들을 고려하여야 하고, 또한 제품이 사용되는 용도가 큰 하중을 견디어야 하는 것이라면 이 하중을 충분히 견디어 낼 수 있는 강도를 가지고 있어야 한다.

도1은 종래의 기술에 따라 사출성형으로 형성된 플레이트(10)를 도시한 것이며, 이것은 M.P.V(Muti-Purpose Vehicle)의 조수석 바닥에 위치하여 사람의 몸무게를 지지할 수 있을 정도의 충분한 구조적 인정성을 유지하여야 하는 수납함 리드를 도시한 도면이다.

그런데, 상기한 종래의 기술에 따른 플레이트(10)는 리브(rib)를 형성하지 않고 있는 데, 이 리브는 판상 또는 두께가 얇은 부분을 보강하기 위하여 덧붙이는 뼈대의 구조이다.

상기한 바와 같이 종래의 플레이트(10)는 리브 구조를 형성하지 않기 때문에 수지의 흐름이 원활하여 제품의 구석구석 수지가 충진된다는 상기한 조건에 만족이 되나 싱크마크나 변형이 생기기 쉽고 또 다음과 같은 조건을 만족하고 있지 않았고 이에 따른 문제점이 있었다.

즉, 이 종래의 기술에 따른 리브 구조가 없는 종래의 플레이트(10)는, 사출 설계시에 유의할 점인 성형품에 적용되는 정적 및 동적인 힘의 명확성을 간과한 것이고, 둘째로, 상품에 대한 높은 굽힘응력이나 높은 응력집중영역을 피하도록 하지 못했다는 것 등의 원인으로, 외부 부하에 의해 처짐현상이 크게 발생하여 응력도 계속 증가하게 되며, 아울러 미제스(Von Mises) 응력도 부하가 가해지는 부위에 집중되어 제품이 파괴되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기위한 것으로, 격자형과 원형의 구조를 응용하고 그 높이와 폭 그리고 사출조건 등을 고려하여 최적의 수지흐름특성 및 강도를 좋게 함과 아울러 힘의 분산이 원활하고, 제품의 불량발생을 현저히 적게하는 성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조를 제공하는 데에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은, 좌·우변과 상·하변으로부터 일정한 간격을 가지고 형성되며 일정크기의 높이와 두께를 가지는 격자리브부와; 상기 격자리브부의 중심으로부터 각기 다른 지름을 가지고 3개 또는 그이상으로 일정한 높이와 두께를 가지는 원형리브부로 구성되는 것을 특징으로하여 달성되는 것이다.

제1도는 종래의 기술에 따른 사출성형의 플레이트를 도시한 도면이고,

제2도는 본 발명에 따른 플레이트의 리브 구조의 제1실시예를 도시한 도면,

제3도는 본 발명에 따른 플레이트의 리브 구조의 제2실시예를 도시한 도면,

제4도는 본 발명에 따른 플레이트의 리브 구조의의 제3실시예를 도시한 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

20 : 제1실시예 30 : 제2실시예

40 : 제3실시예 42 : 격자형리브부

44 : 원형리브부

이하 본 발명의 목적을 효과적으로 달성할 수 있는 바람직한 실시예로서 그 기술 구성 및 작용효과를 첨부한 별첨의 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제품의 정적 및 동적인 명확성을 고려하고 적용되는 힘의 크기와 기간을 결정하고 이를 근거로 제품을 설계를 하되, 이와 함께 응력집중영역을 피하도록 힘의 분산이 가능하게 하고, 아울러 디자인의 형상을 최대한 단순화하여 사출시간 및 온도간의 관계 그리고 변형등에서 최적의 상태에 있는 플레이트를 얻는데에 그 기술적 사상이 있으며, 이를 구체화하면서 상기한 격자형 리브구조를 시작으로 원형과 이를 복합한 리브구조를 갖는 각 실시예를 검토해 보았다.

도2는 본 발명에 따른 플레이트 리브의 제1실시예를 도시한 도면이다. 이실시예는 격자형 리브구조(R1)를 갖는 플레이트(20)로, 이는 격자간격의 규격을 35㎜×27㎜로 하였다.

도3은 본 발명에 따른 플레이트 리브의 제2실시예를 도시한 도면으로, 이는 원형의 리브구조(R2)를 갖는 플레이트(30)이다. 이 리브구조는 반경이 20㎜, 40㎜, 70㎜, 110㎜, 145㎜, 175㎜으로 하였다.

도4는 본 발명에 따른 플레이트 리브의 제3실시예를 도시한 도면이며, 이는 상기한 제1실시예의 격자형 리브구조 및 제2실시예의 원형 리브구조를 복합한 리브구조(R3)를 갖는 플레이트(40)로, 이 복합 리브구조(R3)는 격자 크기가 35㎜×27㎜의 격자리브부(42)가 형성되고, 이 격자리브부(42)가 형성된 중앙으로부터 세 개 또는 그 이상으로 형성하되, 바람직하게 반경이 23㎜, 46㎜, 92㎜의 세 개의 원으로 형성된 원형리브부(44)가 형성됨으로써 이루어지며 상기 격자리브부(42)와 원형리브부(44)가 만나는 곳에 중공기둥(H)을 형성한다.

다음은 상기 제1실시예(20)와 제2실시예(30) 그리고 제3실시예(40)의 리브(rib)를 구조해석과 사출조건에 따른 비교를 한 것이다.

1) 구조해석

ⅰ) 해석조건

플레이트의 구조해석을 수행하기 위해서는 제품의 환경조건을 정확히 설정하여야 하는 데, 중요한 조건으로 하중(load), 구속(constraint), 사용재질등이 있다.

① 하중(load)

제품이 조수석 밑부분에 설치되는 제품임을 고려할 때 탑승자에 의해 하중을 받게 되므로 제품의 중앙부에 성인 몸무게의 약3배에 달하는 것에서 충분한 여유를 준 300㎏을 설정하여, 주변온도를 설정기본치인 25℃에서 20℃간격으로 85℃까지 단계적으로 온도하중(temperature load)를 설정한 상태에서 중앙부에 설정된 하중을 가한다.

②구속(constraint)

제품이 실제로 수납함에에 적용되었을 때에 중앙부에 하중이 가해지고, 외부로부터 별도의 하중에 의한 움직임이 발생되는 데, 이때 실제상황과 같이 일정한 점을 지지하면 외부하중에 의한 휨(deflection)이 발생된다.

③ 사용수지는 고밀도 PP인 유공의 B391G로 고속사출 등급으로 MI=40로 한다.

ⅱ) 해석결과

①항복점(Yield Criterion)

어떤 구조물에 하중과 구속을 가하면, 그 구조물은 주어진 조건에 의해 휨이 일어나고 구조물 내부에는 응력(stress)이 발생하게 된다. 이때 외부에서 가해지는 힘의 크기를 증가시키면 힘은 더욱 커지고 응력도 더욱 증가하여 어느 일정한 지점에서 피괴하는 현상이 발생하게 되며, 이는 구조물 내의 어느 한지점에서 미세스 응력(Von Mises Stress)값이 구조물에 사용된 재질의 항복응력값보다 크다면 바로 그 지점에서 구조물의 파괴가 일어난다고 판단할 수 있다.

②리브의 배치형태에 따른 영향

리브높이를 20㎜로 동일하게 하고 종래의 제1내지 제3실시예의 결과를 대비하면, 다음 표와 같다.

위의 표에서 제2실시예가 제품내부에서 응력의 작용방향이 리브의 설치방향과 일치하여 분산효과가 우수하고 잔류변형(Residual Strain)은 상대적으로 높게 나타나며 또 금형의 가공조건을 살펴볼 때에 제3실시예가 최적의 리브구조임을 알 수 있다.

③제3실시예에서 리브의 높이에 따른 영향은 다음 표에서 나타낸 바와 같다.

위의 표에서 리브의 높이가 20㎜이상은 되어야 리브의 설치 효과가 나타날 것으로 판단되며 경제성이나 성형성을 고려할 때에 리브의 높이는 20㎜~30㎜가 최적으로 판단된다.

④결론적으로, 제1실시예는 리브 설계시 전체적으로 응력을 적절히 분산시킴과 동시에 휨을 방지할 수 있으나, 휨이 크고 잔류변형비가 크다는 단점이 있으며, 제2실시예의 경우, 휨과 잔류변형비가 상대적으로 작으나, 불필요하게 많은 리브가 들어 있어 흐름의 장애가 되고 다음에 설명할 고속사출법으로 완전한 충진이 힘들다고 금형제작이 어렵다는 단점이 있으며, 제3실시예의 리브구조는, 응력을 적절히 분산시키고 수지의 흐름이 좋으며 고속사출에도 완전한 충진이 가능하다기 때문에, 제3실시예에 리브높이가 20~30㎜로 설정하는 것이 바람직하다.

2) 사출조건

제3실시예를 최적의 사출조건을 제시하면, 저압사출성형법으로 조직이 인-몰드 라미네이션(In-Mold Lamination)방법으로 금형안에 PP재질과 접착되며 PP재질층은 서로의 간격이 70㎜인 3개의 밸브 게이트를 통해 일정시간 간격을 두고 금형내로 주입되는 방법으로 성형되는 것으로 한다.

수지의 충진부하를 낮추고, 수지의 흐름이 서로 만나서 생기는 웰드 라인(Weld Line)으로 인한 구조적 안정성저하를 막기위해서 도입된 세 개의 밸브 게이트간에 타이밍 시퀀스(Timing Sequence)를 전제로 한다. 그리고, 사출후 온도분포를 통하여 불균일한 냉각으로 인해 수축이 발생되면 변형이 일어나므로, 사출시간을 최대한 짧게하는 고속사출을 하여야 한다.

상기한 바를 종합하면, 격자형과 원형의 리브구조를 복합한 구조로 리브의 높이를 20㎜, 두께를 1.5㎜로 하고, 2매판금형 또는 3매판 금형에서 고속저압 사출성형법으로 타이밍 시퀀스로 충진하고 사출된 용융수지가 임프레션 안에서 굳어진 후 금형이 열리면 한쪽 금형에 붙은 상태에 있는 금형을 밀어내기로 빼내면 된다.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명의 성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조에 따르면, 격자형과 원형의 구조를 응용하고 그 높이와 폭 그리고 사출조건 등을 고려하여 최적의 수지흐름특성 및 강도를 좋게 함과 아울러 힘의 분산이 원활하고, 제품의 불량발생을 현저히 적게하는 효과가 있다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이기 때문에, 이를 바탕으로 본 발명을 한정적으로 해석해서는 안될 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 기술적 사상 및 범위 내에 존재하는 변형예 및 균등한 실시예는 모두 본 발명의 청구 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 좌·우변과 상·하변으로부터 소정의 간격을 가지고 형성되며 일정크기의 높이와 두께를 가지고 형성되는 격자리브부(42); 상기 격자리브부의 중심으로부터 각기 다른 지름을 가지고 3개 또는 그이상으로 일정한 높이와 두께를 가지며 격자리브부와 만나는 지점에 중공기둥(H)를 형성하고 세 개의 원으로 이루어지는 원형리브부(44); 로 구성되는 것을 특징으로하는 성형품 구조설계와 사출조건에 의한 플레이트의 리브 구조.