KR100369572B1 - 유체유동과정의해석장치,해석방법,사출성형과정의해석장치,해석방법,사출성형품및사출성형품의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 유동하는 캐비티를 미소요소로 분할한 3차원모델을 사용하고, 또한 실용적인 계산시간에서 사출성형과정을 비롯한 유체의 유동과정을 해석하는 유체의 유동과정의 해석장치, 해석방법 및 사출성형과정의 해석장치, 해석방법 및 사출성형품 및 사출성형품의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 유체의 유동과정의 해석장치 및 해석방법에서는 유체가 유동하는 캐비티를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값으로 되도록, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값으로 되도록 유동컨덕턴스κ결정하고, 이 유동컨덕턴스에 따라서 각 미소요소에 있어서의 압력, 압력변화 또는 유동속도를 산출한다.

또, 본 발명의 사출성형품의 제조방법에서는, 상기와 같은 유체의 유동과정의 해석장치 또는 해석방법을 사용하여 제품형상, 성형틀 설계, 재료선정 등의 사출성형조건을 결정한다.

Description

유체유동과정의 해석장치, 해석방법, 사출성형과정의 해석장치, 해석방법, 사출성형품 및 사출성형품의 제조방법.{An apparatus and method for analyzing an injection molding process, and a method for producing an injection molded product}

본 발명은 유체유동과정에 있어서의 유체의 압력 또는 압력변화 또는 유동속도의 분포를 구하고, 이에 의하여 유체유동과정을 해석하는 해석장치, 해석방법, 이들 장치 또는 방법을 사출성형과정에 적용하는 해석장치, 해석방법 및 그러한 사출성형과정의 해석방법을 사용하여 사출성형조건을 결정하여 사출성형품을 제조하는 방법 및 그러한 방법에 의해 제조된 사출성형품에 관한 것이다.

일반적으로 사출성형과정을 비롯한 유체유동과정을 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 재현하는 사출성형과정 등의 해석방법이 널리 실용화 되고 있다. 이하 유체유동과정의 해석방법의 구체예로서, 사출성형과정의 해석방법을 중심으로 설명한다.

이들 사출성형과정의 해석방법은, 사출성형품 등의 제품개발에 있어서 고품질화, 효율화, 저코스트화에 공헌하고 있다. 이 활용방법 등에 대하여는 예컨대 일본 특허공개평3-224712호 공보, 일본 특허공개평4-152120호 공보, 일본 특허공개평4-305424호 공보, 일본 특허공개평4-331125호 공보등에 개시되어 있다. 이러한 사출성형과정의 해석방법은 어느 것이나 2차원적인 모델을 사용하여 각부의 압력이나 온도, 혹은 전단응력(shear stress) 등의 변화를 구하는 것이다.

이들 종래의 사출성형과정 등의 해석방법에 있어서는, 유체의 유입캐비티의 모델(사출성형품과 동일형상을 보유하는 성형틀의 모델)로서 2차원적인 모델을 사용하고 있기 때문에, 캐비티 내부의 각부를 다수의 삼각형 또는 사각형 등의 2차원적 미소요소로 분할하고, 컴퓨터에 의한 수치분석의 방법을 사용하여 각 미소요소에 있어서의 압력이나 온도 혹은 전단응력 등이 변화를 구하고 있다.

종래의 사출성형과정의 해석방법에서는, 캐비티의 전체 치수에 대하여 그 두께가 얇은 경우 등과 같이 캐비티의 형상이 2차원 도형의 조합 등에 의해 근사 가능한 경우는 정밀도가 높은 해석결과를 얻을 수 있다.

그러나 두께가 5mm를 넘는 제품이나 전체 치수가 작은 커넥터 등의 소형성형품에서는, 두께방향으로의 유동 등 3차원적인 유동의 영향이 강하게 나타나기 때문에, 종래의 해석방법으로는 뛰어난 정밀도로 해석할 수 없었다. 또 두께가 얇은 성형품의 경우에도 단차부분이나 코너부분 등의 국소적인 유동상태를 정밀하게 해석하기 위해서는 평면적인 요소를 사용하는 종래방법으로는 거의 유용한 정보를 얻을 수 없었다.

예컨대 T자형 성형품의 경우, 종래의 사출성형과정의 해석방법에 의하면, 제17도와 같은 2차원적인 모델을 사용하기 때문에 교차부분의 형상을 올바르게 표현할 수가 없었다.

그래서, 제3도와 같은 3차원적인 모델을 사용하여 유한요소법 혹은 차분법 등으로 대표되는 일반적인 수치 유체해석방법에 의해 해석하는 방법도 생각할 수 있다. 이 경우는, 대상의 모델은 육면체나 삼각추, 삼각기둥 등의 3차원적인 미소요소로 분할된다. 이와 같은 모델을 사용하여, 일반적인 수치 유체해석방법에 의해 해석하면, 실제의 형상에 충실한 모델화가 가능하게 되어 해석의 정밀도를 높일 수 있다.

그러나 이와같은 일반적인 3차원 해석의 방법을 적용하면, 계산량이 많아져 계산시간이 대단히 길어지기 때문에 실용적이지 못하다. 이것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 사출성형과정에 있어서의 유동은 시간과 함께 충전범위가 넓어지는 이동경계의 문제이다. 또, 일반적으로 사출성형재료는 유동특성을 나타내는 점도가 온도나 전단속도에 의존하여 변화하는 비뉴턴 유체이고, 이 점도를 좌우하는 온도 역시 시간과 함께 각각 변화한다. 이와 같이 복잡한 유동을 3차원적으로 해석하기 위해서는 방대한 계산시간과 계산기 용량을 필요로 하였다. 그 때문에, 실기에 의한 시작(試作)을 시뮬레이션으로 대체하여 효율화, 저비용화를 도모하는 것이 실용 상 곤란하였다.

따라서, 상기와 같은 종래의 사출성형과정의 해석방법 및 해석장치에 의해서 사출성형품의 사출성형조건을 구하여 사출성형품을 제조하는 경우는 해석의 정밀도가 불충분하기 때문에 바람직한 조건으로 사출성형품을 제조할 수 없거나, 생산성이 대단히 낮다는 어느 한쪽, 혹은 양쪽의 문제가 발생하였다.

또, 그러한 제조공정으로 제조된 사출성형품은 최적의 조건으로 제조되지 않기 때문에 강도 등에 문제를 가지고 있는 것이었다.

본 발명의 제1목적은, 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 유체유동과정의 해석에 있어서 3차원적인 모델을 사용하여 유체유로의 형상을 충실하게 재현하고, 또한 실용적인 계산시간 내에 정밀한 해석을 실현하는 유체유동과정의 해석장치 및 해석방법을 제공함에 있다.

또, 본발명의 제2목적은, 사출성형품의 사출성형과정의 해석에 있어서, 3차원적인 모델을 사용하여 성형품의 형상을 충실하게 재현하고 또한, 실용적인 계산시간 내에 정밀한 해석을 실현하는 사출성형과정의 해석장치 및 해석방법을 제공함에 있다.

또, 본발명의 제3목적은, 이러한 사출성형과정의 해석장치를 사용하여 제품형상, 성형틀 설계, 재료선정 등의 사출성형조건을 결정함으로써 고품질의 사출성형품을 효율적으로 제조하는 방법을 제공함에 있다.

또, 본발명의 제4목적은 이러한 사출성형품의 제조방법을 사용하여 최적의 조건으로 제조된 사출성형품을 제공함에 있다.

본 발명에 의하면, 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 한편 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 의거하여, 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력을 구하는 압력산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유체의 유동과정의 분석장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력변화를 구하는 압력변화 산출수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체의 유동과정의 해석장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는, 큰 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 유동속도를 구하는 유동속도 산출수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체유동과정의 해석장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하고, 얻어진 압력에 의하여 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 유체의 유동과정의 해석방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에서의 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하여 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력변화를 구하고, 얻어진 압력변화에 의하여 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 유체의 유동과정의 해석방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 유체의 상기 각 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에서의 상기 유체의 유동속도를 구하여, 얻어진 그 유동속도에 의해 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에 의하면 유체의 유동과정의 바람직한 양태는 상기 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를 상기 각 미소요소와 캐비티 벽면과의 최단거리(R)의 증가에 따라 증가하고, 또한 상기 유체의 점도(η)의 증가에 따라 감소하는 함수F(R,η)에 의하여 결정하는 것을 특징으로 하는 유체의 유동과정의 해석방법의 바람직한 양태가 제공된다.

또 본발명에 의하면, 상기 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를, 식,

(η은 상기유체의 점도, x,y 및 z는 상기 미소요소의 위치를 표시한다)을 해석함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 유체의 유동과정의 해석방법의 바람직한 양태가 제공된다.

본 발명에 의하면, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차윈모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 성형틀 표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하는 압력산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 성형틀 표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하는 압력변화 산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 사출성형품의 해석장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 성형틀 표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에서의 상기 사출성형재료의 유동속도를 구하는 유동속도 산출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 해석장치가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하여, 얻어진 상기 압력에 의하여 상기 사출성형품의 사출성형과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 의거하여 상기 각 미소요소에서의 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하고, 얻어진 압력변화에 의해 상기 사출성형품의 사출형성과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 사출 성형 재료의 상기 각 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 유동속도를 구하고, 얻어진 상기 유동속도에 의해 상기 사출성형과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면 상기 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를 상기 각 미소요소와 성형틀 표면과의 최단거리(R)의 증가에 따라서 증가하고, 또한 상기 사출성형재료의 재료점도(η)의 증가에 따라서 감소하는 함수(R,η)에 의하여 결정하는 사출성형과정의 바람직한 양태가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를, 식,

(η은 상기 사출성형재료의 재료점도 x,y 및 z는 상기 미소요소의 위치를 표시한다)을 해석함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법의 바람직한 양태가 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 사출성형 조건을 정하고, 상기 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 정하여, 얻어진 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하고, 얻어진 상기 압력분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 사출성형조건을 정하고, 상기 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 정하여, 얻어진 유동컨덕턴스κ에 따라서상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하고, 얻어진 압력변화의 분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 그 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 사출성형품의 사출성형조건을 정하고, 상기 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 유동속도분포를 구하고, 얻어진 유동속도의 분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 사출성형조건으로서 상기 사출성형품의 형상, 성형틀형상, 재료사출속도, 재료온도, 성형틀온도 및 사출성형재료중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법이 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기한 어느 하나의 사출성형품의 제조방법에 의해 제조된 사출성형품에 제공된다.

이하에 본 발명에 의한 유체유동과정의 해석장치 및 해석방법의 일례인, 사출성형과정의 해석장치, 해석방법의 바람직한 태양의 예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 사출성형품의 제조방법의 바람직한 태양의 예를 아울러 설명한다.

제1도는, 본 발명의 사출성형과정의 해석장치의 하드웨어 구성예를 표시하는 도면이다. 컴퓨터(101)에 입력장치(103), 표시장치(104) 및 보조기억장치(102)가 접속되어 있다. 입력장치(103)에 의해, 예컨대 해석하는 사출성형품의 사출성형조건과, 3차원적인 모델의 데이터 입력이 접수되고, 이러한 데이터는 보조기억장치(102)에 격납된다. 오퍼레이터의 개시에 의하여 컴퓨터(101)가 이 데이터를 내부의 RAM(랜덤액센스가능한 휘발성 메모리)에 입력되어 해석을 행한다. 얻어진 해석결과는 예컨대 표시장치(104)에 의해 표시된다. 필요에 따라서, 오퍼레이터가 사출성형조건을 변경하여, 다시 해석을 행할 수 있다, 또, 해석결과의 출력은 별도 준비한 프린터장치로 행하여도 좋고, 보조기억장치(102)에 격납하여도 좋다. 이 경우는 예컨대 별도의 해석장치의 입력데이터로서 이 출력을 이용할 수도 있다.

제2도는 본발명의 사출성형과정의 해석장치, 해석방법 및 이러한 해석장치를 이용한 사출성형품의 제조방법에 있어서의 순서의 예를 표시한 플로우챠트이다.

사출성형과정의 해석에는, 처음에 사출성형품의 사출성형조건(예컨대 사출성형품의 형상, 성형틀형상, 재료사출속도, 재료온도, 성형틀온도, 혹은 사출성형재료 등)을 입력한다(1단계). 다음에 형상을 예컨대 제3도에 표시한 바와같이 입체적인 미소요소로 분할하여 제품의 3차원 모델을 구축한다(2단계). 다음에 각 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스 κ를 결정한다(3단계). 이어서, 3단계에서 결정한 각미소요소의 유동컨덕턴스κ를 이용하여, 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 압력(이하, 「재료압력」이라고 한다)을 얻는다(4단계). 여기에서, 각 미소요소의 압력의 변화를 구하여도 좋다. 혹은, 구하여진 재료 압력분포로부터, 혹은, 직접 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동속도를 구하여도 좋다. 이렇게 해서 얻어진 해석결과를 예컨대 그래픽 처리하여, 등고선 혹은 그래프 등의 형식으로 표시한다 (5단계). 상술한 바와 같이 프린터장치등으로 출력하여도 좋다.

또한, 이러한 사출성형과정의 해석결과를 사용하여 사출성형품을 제조하는, 경우는, 상기와 같이 얻어진 압력, 압력변화 혹은 유동속도를 평가한다(6단계). 이 평가는 예컨대, 이상한 압력, 압력변화 혹은 유동속도를 얻은 영역이 있으면, 성형불량이 발생할 가능성이 높다고 판정하는 것에 의해 행한다. 만약 얻어진 해석결과로부터 성형불량이 예측되는 경우는, 사출성형 조건을 변경하고(7단계). 다시 1단계로 돌아가서 해석을 행한다. 이러한 단계를 반복하여, 사출성형이 양호하게 행하여진다고 예측되는 결과를 얻었다면, 그 사출성형품을 제조한다(8단계).

다음에 각 미소요소에 있어서의 재료압력, 압력변화 및 유도속도를 구하는 방법을 상세하게 설명한다.

사출성형에 있어서의 재료압력을 구하는 방법은, 일반적으로 알려지는 연속 식(1)을 사용한다. 식(1)은 유체 중의 임의영역에의 유입유량과 유출유량의 총합이 영(제로)인 것을 나타내는 식이고, 유체를 비압축성이라고 가정하는 것에 의해 성립한다. 유체가 압축성을 갖는 경우에는 우측변이 영이 아니지만, 이하의 논의는마찬가지로 성립 한다.

(여기에서 x, y, z는 3차원의 공간좌표이고, U, V, W는 각각의 좌표 축방향 사출성형재료의 유동속도이다). 이 식(1)은 U, V, W를 미지변수로 하는 방정식이고, 일반적으로는 이 식 및 압력(p)와 유동속도로부터 인도되는 전달중력을 미지변수로 하는 연속방정식을 풀 필요가 있게 되어, 3차원의 유동을 취급하는 경우는 미지변수가 4개로 된다.

본 발명자는 이 식(1)을 푸는데 있어서 다음에 표시하는 식(2)를 사용함으로써 각 방향의 유동속도 U, V, W를 식(1)로부터 소거하고, 미지변수를 4개에서 압력만의 1개로 줄임으로써 계산시간을 대폭 감소할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 경우, 3차원 모델을 사용한 경우의 계산시간은 1/16정도로 됨과 동시에 컴퓨터의 소요 RAM용량을 1/4정도 할 수 있다. 이에 의해서 비로소 실용적인 속도와 정밀도를 갖는 3차원의 사출성형과정의 해석이 가능하게 되었다.

상기한 식(2)에 있어서 κ는 유동컨덕턴스이다. 이 식(2)는 다시 유체(darcy flow)의 식이라고 불리우고, 다공질 중의 침투흐름을 나타내는 식이다. 즉, 3차원의 좌표축 x, y, z방향의 유동속도 U, V, W는 각각의 방향의 압력구배 등에 비례하는 것이라고 가정한 것이다.

식(2)를 식(1)에 대입함으로써, 다음의 식(3)이 얻어진다.

식(3)은 일반적인 열전도를 나타내는 방정식과 같은 형태이다, 열전도문제에서는 임의의 미소요소로 분할된 영역에 대하여, 영역경계의 온도(T) 혹은 온도구배를 경계조건으로 하여 미리 설정하면, 영역내부의 온도분포를 유한요소법, 차등법, 컨트롤 볼륨법 등의 수치해석법에 의하여 구할 수 있다. 따라서, 임의의 미소요소로 분할된 영역에 대하여, 수치경계의 압력(P) 혹은 압력구배를 경계조건으로 하여 설정하면, 열전도문제를 위한 해석방법이나, 해석 프로그램을 사용하는 것에 의해 식(3)과 마찬가지로 푸는 것이 가능하고, 재료의 압력분포를 구할 수 있다.

경계조건의 설정방법에 대하여는, 예컨대 재료유입 부분에서는 사출압력치 혹은 사출유량으로부터 구하여지는 압력구배치를 설정하고, 성형틀 표면에 접하는 영역경계에서는 유입유출이 없는 것으로부터 압력구배를 0으로 설정하고, 또한 자유표면인 유동선단부분의 압력은 대기압으로 설정한다. 또한 사출성형에서는 재료의 충전부분이 시간과 함에 증가하기 때문에, 압력분포도 시간과 함께 변화한다. 이와 같은 압력분포의 시간적 변화(압력변화의 분포)는, 새롭게 충전된 재료의 총량에 따라서 충전영역 형상의 변화를 구하고, 다시 식(3)을 푸는 것에 의해 얻을 수 있다. 충전영역형상의 변화를 구하는 방법으로는, 종래의 사출성형과정의 해석방법에서 사용되고 있는 컨트롤 볼륨법이나, FAW(Flow Analysis Network Method) 등이 사용된다.

또, 유동속도는 예컨대, 상술한 바와 같이 압력분포(P)를 구하고 이것을 식(1)에 대입하는 것에 의해 간단하게 구할 수 있다.

그리고, 실제의 사출성형품은 부분적으로는 두께방향의 사출성형재료의 유동을 고려할 필요가 없는 정도로 얇은 부위를 가지고 있는 경우도 있다. 이와 같은 부위에 대하여는 2차원적인 모델을 사용하여, 다음의 식(4)를 식(2)대신에 사용하여 2차원적으로 해석하여도 좋다. 이에 의하여 전체의 계산속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

(여기에서 H는 재료유로의 두께, η는 재료점도이다.)

다음에 제2도의 3단계의 유동컨덕턴스 κ의 결정방법에 대하여 상세하게 기술한다.

2차원적인 모델을 사용하여 사출성형과정의 해석을 행하는 부분에 대하여는 식(4)에 표시하는 바와 같이 유동컨덕턴스는 유로형상과 재료점도에 의하여 임의로 정할 수 있으므로, 이 값을 사용하는 것이 바람직하다. 3차원적인 모델을 사용하는 해석에서는 κ를 정하는 방법으로서는, 예컨대 이하에 표시하는 본 발명자가 발견한 방법이 바람직하게 사용된다.

본 발명자의 발견에 의하면, 사출성형재료의 유동성은 성형틀표면으로부터 멀어질수록 높고 가까울수록 낮게 된다. 따라서, 일반적으로 유동컨덕턴스를 미소요소가 성형틀표면(즉, 캐비티 벽면)에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 결정하는 것이 바람직하다. 여기에서 유동컨덕턴스 κ가, 이와 같은 경향을 표시하는 함수에 따라서 변화하는 것으로 가정함으로써 해석결과에 양호한 근사치를 얻을 수 있다. 즉, 이와 같은 경우의 유동컨덕턴스 κ로는, 다음에 표시하는 식(5)을 사용하는 것이 바람직하다,

(여기에서 R은 각 미소요소 중심으로부터 성형틀표면까지 최단거리 혹은 각 미소요소 정점으로부터 성형틀표면까지 최단거리이고, η는 재료점도이다.)

식(5)의 함수(F)는 성형틀표면에서 멀수록, 즉, (R)이 클수록 성형틀과 재료간의 마찰력의 효과가 저하하기 때문에 유동컨덕턴스 κ가 증가하고, 또 재료점도(η)가 클수록 유동성이 낮기 때문에 유동컨덕턴스κ가 감소하는 함수이고, 예컨대 κ = aR/η+b와 같이 R의 증가에 대하여 κ는 증가하고, η의 증가에 대하여 κ는 감소하도록 하는 함수로서 정의한다. 이 경우 a는 양(플러스)의 비례계수이고, b는 R=0 즉, 성형틀표면에서의 유동컨덕턴스를 표시하는 계수이다. 이들 정수 a 및 b는 에컨데 대표적인 사출형성의 예 등으로 실험하는 등에 의해 결정한다. 여기에 예시한 R/η에 관한 1차식은 함수 F를 명시하는 가장 단순한 형태로서 계산 시간이 단시간에 종료하는 특징을 가진다. 또, 사출성형품의 타입에 의해 해석결과와 실제의 성형의 결과가 잘 일치하는 별도형의 계산식을 사용하여도 좋다.

또, 재료점도 (η)는 온도와 전단속도등에 따라서 변화하여, 식(6)으로 표시하는 근사식으로 나타낼 수 있다.

여기에서 A, B, C, 는 재료 특유의 계수이고, 점도측정장치에 의해 실험적으로 구할 수가 있다. 식(6)에 의한 재료점도의 근사외 온도의 변화에 수반하는 재료점도의 변화의 영향도 유동컨덕턴스계산에 간단하게 넣을 수 있다.

또, 유동컨덕턴스 R는 다음과 같이 해서 구하여도 좋다. 즉, 본 발명자는 식(7)에 표시하는 미분방정식을 푸는 것에 의해 유동컨덕턴스κ를 구하는 방법을 발견하였다. 여기에 x, y, Z는 3차원 공간 좌표축, η는 재료점도이다.

본 발명자는, 이 식(7)은 점성력이 지배적으로 되는 흐름의 장에 있어서의 힘의 균형을 표시하는 방정식인 식(8)의 제 1식을 대입하여 유동속도(U)를 소거하고, 또한 압력(P)의 x, y, z에 관한 2계미분항을 생략하는 것에 의해 얻어진다는 것을 발견하였다. 이 2계 미분항을 생략하는 것에 의해 이하에 기술하는 간편한 방법에 의해 κ를 구하는 것이 가능하게 되었다.

식(7)은 일반적인 열전도를 나타내는 방적식과 같은 형태이다. 열전도문제에서는 임의형상의 영역에 대하여, 영역경계의 온도(T) 또는 온도구배를 경계조건으로 하여 미리 설정하면, 영역내부의 온도분포를 유한요소법, 경계요소법, 차분법, 컨트롤볼륨법등의 수치해석법에 의해 구할 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 영역경계인 성형틀표면에서의 κ를 0으로 하는 경계조건을 설정하여, 식(7)을 푸는 것에 의해, 성형틀표면에 가까울수록 작고, 멀수록 큰 κ의 분포를 열전도문제를위한 해석방법이나 해석프로그램을 사용해서 얻을 수 있다. 그리고 κ=0의 경계조건은 식(1)에서 명백한 바와 같이, 성형틀표면에서의 속도가 0이라고 가정하는 것에 상당한다.

여기에서 성형틀표면에서의 재료의 미끄럼을 고려하는 경우에는 κ=0.01㎟ /(pa·초)등의 0(제로)이 아닌 작은 값을 대입하는 것으로 실현할 수 있다.

또, 식(6)에 의한 재료점도의 조사치를 식(7)에 대입하는 것에 의해, 전단속도와 온도의 변화에 따르는 재료점도의 변화의 영향도 유동컨덕턴스 계산에 간단하게 넣을 수 있다.

이 방법에 의하면 상술한 식(5)를 사용하여 유동컨덕턴스 κ를 결정하는 방법에 비해 열전도방정식을 풀 필요가 생기기 때문에 계산시간은 걸리지만, 임의의 형상에 대하여 정밀도 좋게 유동컨덕턴스를 구하는 것이 가능하게 된다. 또, 상술한 바와 같이 식(7)은 점성력이 지배적으로 되는 흐름의 장에 있어서의 힘의 균형을 표시하는 방정식인 식(8)을 기초로 하여 유도된 것이므로, 식(5)를 사용하는 방법보다 얻어진 값의 물리적인 타당성이 높다. 따라서, 사출성형품의 형상이나, 미소요소의 분할모델 등에 영향받지 않고, 항상 정밀도좋은 해석결과를 부여할 수 있다.

예컨대, 제4도 및 제5도에 표시하는 것 같은 단면형상을 보유하는 미소요소를 사용한 경우, 식(5)를 사용하는 유동컨덕턴스의 결정방법에 의하면, 제4도에 표시하는 바와같이 규칙적으로 분할된 미소요소 형상에서는 정확하고, 또한 고속으로 유동컨덕턴스가 결정될 수 있지만, 제5도와 같이 불규칙한 미소요소 형상에서는 인접하는 요소중심위치가 성형틀표면에 대하여 일정하게 되지 않기 때문에, 얻어지는 유동컨덕턴스도 부정확하게 되는 경우가 있다.

일반적으로, 수치해석에 사용하기 위한 미소요소 분할은 프리프로세서라고 불리우는 소프트웨어에 의해 자동적으로 실시할 수 있고, 특히 돌기부나 구멍부가 많은 복잡한 형상의 제품에 대하여도 용이하게 분할할 수 있다. 이러한 자동적인 분할을 행한 경우에는 일반적으로 미소요소 형상은 불규칙하게 되나, 식(7)을 사용한 방법에 의하면 미소요소형상의 영향을 작게 억제할 수 있어, 복잡한 형상의 사출성형품에 적용하여도 정밀도가 높은 해석이 가능하게 된다.

상기한 이외에도 유동컨덕턴스를 결정하는 방법에는 여러가지의 것이 있고, 특히 특정의 형상의 경우에 높은 계산정밀도와 계산속도를 실현하는 방법을 생각할 수 있다.

다음에 상술한 방법에 의해서 사출성형 과정을 해석하고, 그 결과에 따라서 사출성형조건을 결정하여 사출성형품을 제조하는 방법에 대하여 기술한다.

상술한 바와 같이 해서 주어진 사출성형 조건 하에서 사출성형품을 제조한 경우의 재료압력, 압력변화, 혹은 사출성형재료의 유동속도의 분포를 얻을 수 있다. 이때, 이러한 결과는 이하와 같이 해서 사출성형조건의 변경, 결정에 활용할 수 있다.

일반적으로 사출성형에서는 저응력으로 왜곡이 적은 성형품을 얻기 위해, 재료압력은 될수록 낮은 것이 바람직하고, 압력구배도 극단적으로 급격한 부분이나 극단으로 구배가 적은 부분이 없이, 될수록 균일한 구배인 것이 바람직하다, 또,압력의 시간적 변화에 대하여도, 급격한 압력상승에 의한 피크 압력의 발생은 바람직하지 않다. 이와같은 압력의 판정기준을 적용하는 것에 의해 성형상태의 좋고 나쁨을 판정할 수 있다. 또 상기한 바와 같이 해서 얻어진 유동속도에 따라서 판정기준을 적응하는 것이 바람직하게 행해된다.

성형상태의 판정방법으로는 이외에 유동속도구배, 전단속도나 응력, 충전영역의 진행패턴 등을 기초로 하여 판정할 수 있다. 이들의 데이터는 상술한 방법에 의해 얻어지는 압력분포, 압력변화 혹은 유동속도 분포의 정보를 가공함으로써 간단하게 얻을 수 있다, 예컨대 미소요소간의 속도구배를 전단속도로 하고, 전단속도에 재료점도를 곱하는 것으로 전단응력을 구할 수 있다. 또, 유동선단 부분의 속도로부터 다음에 충전하는 부분을 순차 정함으로써 충전영역의 진행패턴을 해석할 수 있다.

상기의 판정방법에 의해 불량이 예상된 경우에는, 이하에 표시하는 방법에 의해 성형틀설계, 제품설계, 성형조건 혹은 사용재료를 수정함으로써 불량이 없는 사출성형품을 제조할 수 있다.

수정방법의 제1은, 성형틀형상을 수정하여 재료유로등을 변경하는 방법이다. 여기에서 성형틀형상이라 함은, 일반적으로 스프루(Sprue), 러너(runner) 또는 게이트(gate)라고 불리우는 재료의 용융사출 노즐로부터 제품형상부분에 이르기까지의 재료유로를 의미한다. 예컨대 노즐로부터 제품말단에 이르기까지의 유통길이가 길기 때문에 압력손실이 과다하다고 판정된 경우에는 러너를 분기시켜서 복수의 게이트로부터 제품형상부분에 유입시키는 것으로 유동길이를 저하시킬 수 있다.

수정방법의 제2는, 사출성형품의 형상을 수정하여, 재료유로를 변경하는 방법이다. 예컨대 제품형상부분에서의 압력구배가 크고, 큰 유동왜곡이 발생하는 것이 예상되는 경우에는, 제품두께를 늘리는 것으로 압력구배를 저하시킬 수 있다.

수정방법의 제3은, 재료사출속도, 재료온도, 혹은 성형틀 온도 등의 성형조건을 변경하는 방법이다. 예컨대, 어느 시각에서의 재료주입구의 압력상승이 심하고, 성형이 곤란하다고 예상되는 경우에는 이 시각에서의 재료사출속도를 저하하던가, 혹은 재료온도나 성형틀온도를 올리는 것으로 압력상승을 저하시킬 수 있다.

수정방법의 제4는, 사출성형재료를 변경하는 방법이다, 예컨대 재료 압력손실이 심하고, 성형이 곤란다고 예상되는 경우에는 점도가 낮은 좋은 유동성재료로 변경하는 것으로 압력손실을 저하시킬 수 있다.

이상의 추정 방법은, 각각 별개로 실시하거나 또는 몇 개를 조합해서 실시하여도 좋다. 또, 엑스퍼트시스템(expert system)등을 이용하여 상기와 같은 수정을 자동적으로 행하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 사출성형조건을 재검토하여 바람직한 사출성형결과를 얻을 수 있다고 생각되는 조건으로 재차 상기의 사출성형과정의 해석장치에 의해서 해석하여 최적 결과를 얻는 사출 성형조건을 찾아낼 때까지 이것을 반복한다. 최적 결과가 얻어지는 사출성형조건을 찾아내면 그 조건으로 사출성형을 실시하여 사출성형품을 제조한다.

본 발명은, 사출성형제품의 모든 형상에 대하여 원리적으로 적용가능하나, 특히 3차원적인 형상효과가 나타나기 쉬운제품에 대하여 특히 효과적이다.

3차원적인 형상효과가 나타나기 쉬운 제품이라 함은 두께가 5mm를 넘는 것같은 두께가 두꺼운 제품이나, 혹은 1∼2mm정도의 얇은 두께라도 제품전체 치수가 10mm정도의 소물성형품으로 상대적으로 두께방향의 유동의 영향이 나타나기 쉬운 것을 지칭한다.

또, 단차부분이나 코너부분이 유동 등 흐름이 두께방향으로 급변하는 부위의 국소유동에 대하여도 3차원적 해석이 유효하다.

또한 본 발명에 관한 사출성형 과정의 해석방법을 종래의 2차원적인 방법과 조화시켜서 사용한 것도 가능하고, 3차원적 유동이 문제로 되지 않는 곳에 대하여는 종래의 2차원적 요소를 사용하여 해석의 효율을 향상시키는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서 성형틀(mold)로서는 금속을 방전가공 등의 정밀한 가공수단에 의해 가공한 금형 등이 사용된다.

본 발명의 유체의 유동과정의 해석장치 및 해석방법은 사출성형과정에 한정하지 않고 일반의 유체의 유동과정에 바람직하게 사용할 수 있다. 예컨대 압출성형 다이 내의 재료유동, 압출기 스크류우 홈 내 유동, 혼련기 내 유동 등의 3차원적인 재료유동을 수반하는 유동과정의 해석에 적합하다.

즉, 환봉(丸棒)이나 평판의 압출성형 혹은 이형(異形) 압출성형의 성형시의 다이 내 유동에 있어서, 압출유동 시의 압력분포, 압력변화의 분포 또는 재료의 유동속도분포를 구하는 것에 적용된다. 압력구배나 유동속도가 영(0)에 가까운 부분에서는 재료의 체류나 열 열화가 생기는 등 성형품의 품질저하에 연계되기 때문에 체류부가 발생하지 아니하도록 다이형상 등의 압출성형 조건을 결정할 필요가 있다. 본 발명은 이와 같은 용도에도 적합하다.

또, 사출성형기나 압출성형기의 스크류우 부분에서도 마찬가지로 체류부분이 적은 스크류우디자인등의 조건결정에 적용할 수 있다. 또, 압출기형 혼란기에 있어서 스크류우 홈 내의 전단응력분포를 산출하여 전단응력치를 극대화하기 위한 설계에 이용할 수도 있다.

실시예

이하에, 본 발명에 의한 유체의 유동과정 해석장치 및 해석방법의 예인 사출성형과정의 해석장치, 해석방법 및 사출성형품의 제조방법의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 제2도는 본 발명을 구성하는 방법의 순서를 표시하는 플로우챠트이다.

실시예1

여기에서는 제6도에 표시하는 것같은 두께 5mm∼10mm의 단차를 가지는 성형품에서의 실시예에 대하여 표시한다.

먼저 제2도의 1단계에 있어서 사출성형조건(사용재료:나일론수지, 사출온도:280℃, 금형온도:80℃, 충전시간:1초)을 입력하였다. 이어서 2단계에 있어서 사출성형품형상을 제6도에 표시하는 바와 같이 복수의 입체적 미소요소(14)로 분할하여 사출성형품의 3차원모델을 구축하였다.

본 실시예에서는 8개의 접점으로 이루어지는 6면체를 미소요소로 하여 사출성형품형상을 규칙적인 격자형상의 3차원형상 미소요소로 분할하였다. 이어서, 제2도의 3단계에 있어서, 유동컨덕턴스κ를 식(5)(κ = aR/η+b, a = 0.4mm, b = 0.0㎟/(pa. sec), η= 100pa. sec에 따라서 구하였다. 그리고 식(5)에서 성형틀과 각 미소요소의 중심과의 거리를 R로 하였다.

제7도는 제6도의 미소요소 분할모델을 사용하여, 식(5)에 따라서 구한 유동컨덕턴스κ의 단면내의 분포를 등고선으로 표시한 것이며, 성형틀 표면에 가까운 부분(15)에서는 유동컨덕턴스가 영(0)에 가깝고 한편 (두께) 중심에 가까운 부분(16)에서는 유동컨덕턴스가 0.02㎟/(pa, 초)로 크게 흐르기 쉬운 것을 표시하고 있다. 이와 같이 매끄러운 κ분포가 얻어졌다.

계속해서 제2도의 4단계에 있어서 제7도의 κ분포를 기초로 식(3)을 열전도해석과 동일한 수치연산 프로그램으로 푸는 것으로 각 미소요소의 사출성형중의 압력분포를 구하였다. 또한 5단계에서 이들의 결과를 그래픽처리하여 제8도에 표시한 것 같은 압력분포를 얻었다. 이 압력분포의 압력범위는 0.1∼10MPa 이였다. 여기에서는 각 미소요소의 압력을 등고선으로 표시하였다. 2단계 이하의 일련의 계산은 엔지니어링 워크스테이tus을 사용하여 90초 정도의 대단히 짧은 시간으로 완료하였다. 얻어진 압력분포에 따라서 다시 압력변화분포(제9도)와 유동속도분포(제10도)를 구하였다.

또한 전단응력분포 등도 구하였다. 얻어진 이들의 해석 결과에 의하면 예컨대, 유동속도는 30∼100mm/sec, 전단응력은 1000pa 이하로, 사출성형에 특히 문제가 없다고 판단되었으므로, 이 사출성형품을 제조하였다. 제조된 사출성형품은 최적인 조건으로 제조되어 있기 때문에 강도 등의 특성이 뛰어나다.

만약, 여기에서 예컨대 극단적인 압력구배부분이 발생하는 등 성형불량이 예상되는 경우에는 성형품형상이나 성형조건, 혹은 재료 등을 변경하여 1단계부터 반복하는 것에 의해 적정한 제품설계나 성형틀설계, 성형조건 등을 얻는다.

실시예2

실시예1과 동일한 사출성형품에 대하여 제11도에 표시하는 것과 같은 불규칙한 미소요소 분할모델을 사용한 것 외는 상기와 같은 조건으로 식(5)에 따라서 유동컨덕턴스κ의 분포를 구하였던 바, 제12도와 같이 성형틀 경계부근에서 불규칙하게 유동컨덕턴스κ가 변화하는 결과를 얻었다.

이 결과는 물리적으로는 설명할 수 있는 것이 아니고, 계산오차인 것이 명백하다. 이것은 본질적으로는 대략 동일하게 되어야 할 인접요소 중심위치와 성형틀표면과의 거리가 미소요소의 분할방법에 영향을 받어서 동일하게 되지 않게 된 때문이라고 생각된다.

이와 같은 케이스에서는 엄밀한 해석결과를 얻기는 곤란한 경우가 있으나, 상기와 같은 불규칙한 미소요소 분할모델은 사출성형품 형상부터 자동적으로 발생시킬 수 있기 때문에 간편하고, 또한 식(5)에 따라서 유동컨덕턴스κ를 얻는 것은 계산속도가 빠르기 때문에 사출성형조건 결정의 초기에 있어서 개략의 조건을 결정하는 경우에 유효하게 사용할 수가 있다.

실시예3

실시예1 및 2와 동일한 사출성형품에 대하여 실시예2와 같은 제11도에 표시하는것 같은 미소요소 분할모델을 사용하여 식(7)에 따라서 유동컨덕턴스κ의 분포를 구하고 이것을 사용하여 사출성형과정을 분석한 것 외에는 모두 동일한 조건으로 사출성형과정의 분석을 행하였다.

제13도는 제11도의 미소요소분할 모델을 사용하여 식(7)에 따라서 구한 유동컨덕턴스κ의 다면내의 분포를 등고선으로 표시한 것이다. 약간 긴 계산시간을 요하였으나 제7도와 동일한 매끄러운 κ분포(분포범위:0∼0.02㎟/pa 초)이 얻어졌다.

계속해서 제2도의 4단계에 있어서 제13도에서 얻어진 κ분포를 기초를 각 미소요소의 사출성형 중의 압력분포를 구하고, 제14도에 표시하는 바와 같이 0.1∼10MPa의 압력분포를 얻었다. 여기에서도 각 미소요소의 압력을 등고선 표시하였다. 얻어진 압력분포는 제8도에 표시한 것과 대략 동일하게 되었다. 2단계 이하의 일련의 계산은 상기와 동일한 엔지니어링 워크스테이션을 사용해서 160초 정도로 약간 긴 시간으로 완료하였다. 그리고, 종래의 일반적인 수치계산방법을 사용하여 계산한 경우는 동일한 대상에 대하여 압력분포를 구하면 예컨대 2500초 정도의 시간을 요한다.

얻어진 압력분포에 따라서 다시 압력변화(제15도)와 유동속도분포(제16도)를 구하였다. 또한 전단응력분포도 구하였다. 이들이 결과는 역시 실시예1과 대략 동일한 것이였다. 얻어진 이들의 해석결과에서 사출성형에 특히 문제가 없다고 판단되어 제조되었으므로, 이 사출성형품을 제조하였다. 이 사출성형품은 실시예1의 경우와 동일한 최적한 조건으로 제조되어 있기 때문에 강도 등의 특성이 뛰어나다.

실시예1의 경우와 마찬가지로 여기에서 예컨대 극단적인 압력구배 부분이 발생하는 등 성형불량이 예상되는 경우에는 성형품형상이나 성형조건 혹은 재료 등을 변경하여 1단계부터 반복하는 것에 의해, 적정한 제품설계나 성형틀설계 성형조건등을 얻는다.

제1도는, 본 발명의 유체유동과정(사출성형과정)의 해석장치의 하드웨어 구성예를 표시하는 도면이다.

제2도는, 본 발명의 사출성형과정의 해석방법 및 사출성형품의 제조방법의 순서의 예를 표시하는 플로우챠트이다.

제3도는, 본 발명에서 사용하는 3차원적인 미소요소 분할모델의 예를 표시하는 도면이다.

제4도는, 본 발명에 있어서 사용하는 유동컨덕턴스의 결장방법의 일예를 표시하는 개념도이다.

제5도는, 본 발명에 있어서 사용하는 유동컨덕턴스의 결정방법의 일예를 표시하는 개념도이다.

제6도는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 대상인 미소요소의 결정모양을 표시하는 도면이다.

제7도는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 사출성형품 단면의 유동컨덕턴스κ의 분포상태의 계산결과를 표시하는 도면이다.

제8도는, 제7도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 압력분포를 해석한 결과를 표시하는 등고선도이다.

제9도는, 제7도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 압력변화의 분포를 해석한 결과를 표시하는 등고선도이다.

제10도는, 제7도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 유동속도분포를 해석한 결과를 표시하는 도면이다.

제11도는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 대상인 미소요소의 결정모양이다.

제12도는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 사출성형품 단면의 유동컨덕턴스κ의 분포상태를 표시하는 계산결과이다.

제13도는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 사출성형품 단면의 유동컨덕턴스κ의 분포상태를 표시하는 계산결과이다.

제14도는, 제13도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 압력분포를 해석한 결과를 표시하는 등고선도이다.

제15도는, 제13도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 압력변화의 분포를 해석한 결과를 표시하는 등고선도이다.

제16도는, 제13도의 유동컨덕턴스κ의 분포에 따라서 사출성형품 내부의 재료의 유동속도분포를 해석한 결과를 표시하는 도면이다.

제17도는, 종래의 사출성형과정의 해석에 사용되고 있는 2차원적인 미소요소분할 모델의 예를 표시하는 도면이다.

Claims (21)

1. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력을 구하는 압력산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석장치.
2. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력변화를 구하는 압력변화산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석장치.
3. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 캐비티 벽면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 유동속도를 구하는 유동속도 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석장치.
4. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력을 구하고, 얻어진 상기 압력에 의해 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석방법.
5. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 유체의 유동컨덕턴스κ 를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 압력변화를 구하고, 얻어진 상기 압력변화에 의해 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석방법.
6. 유체가 유동하는 캐비티의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 유체의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 유체의 유동속도를 구하고, 얻어진 상기 유동속도에 의해 상기 유체의 유동과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석방법.
7. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소요소에 있어서의 유동컨덕턴스κ를, 상기 각 미소요소와 캐비티벽면의 최단거리(R)의 증가에 따라서 증가하고, 또 상기 유체의 재료점도 (η)의 증가에 따라서 감소하는 함수 F(R,η)에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석방법.
8. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소요소에서의 유동컨덕턴스κ를, 식

   (η는 상기 유체의 재료점도, x, y 및 z는 상기 미소요소의 위치를 나타낸다)를 풀어서 구하는 것을 특징으로 하는 유체 유동과정의 해석방법.
9. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델은 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스 결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하는 압력산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석장치.
10. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하는 압력변화 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석장치.
11. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하는 3차원모델 구축수단과, 상기 각 미소요소에 있어서 상기 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하는 유동컨덕턴스결정수단과, 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 유동속도를 구하는 유동속도 산출수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석장치.
12. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하고, 얻어진 상기 압력에 의해 상기한 사출성형품의 사출성형과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법.
13. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하고, 얻어진 상기 압력변화에 의해 상기 사출성형품의 사출성형과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법.
14. 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서의 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 유동속도를 구하고, 얻어진 상기 유동속도에 의해 상기 사출성형품의 사출성형과정을 해석하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법.
15. 제12항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소요소에서의 유동컨덕턴스κ를 상기 각 미소요소와 성형틀표면의 최단거리 (R)의 증가에 따라서 증가하고, 또 상기 사출성형재료의 재료점도 (η)의 증가에 따라서 감소하는 함수 F(R,η)에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법.
16. 제12항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소요소에있어서의 유동컨덕턴스κ를, 식

    (η는 상기한 사출성형재료의 재료점도, x, y 및 z는 상기한 미소요소의 위치를 나타낸다)를 풀어서 구하는 것을 특징으로 하는 사출성형과정의 해석방법.
17. 사출성형품의 사출성형조건을 결정하고, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어시 각 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력을 구하고, 얻어진 상기 압력분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법.
18. 사출성형품의 사출성형조건을 결정하고, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서 각 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 압력변화를 구하고, 얻어진 상기 압력변화의 분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 그 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법.
19. 사출성형품의 사출성형조건을 결정하고, 사출성형품의 전부 또는 일부를 다수의 미소요소로 분할한 3차원모델을 구축하고, 상기 각 미소요소에 있어서 각 미소요소가 성형틀표면에 가까운 위치에 있는 경우는 작은 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 먼 위치에 있는 경우는 큰 값이 되도록 사출성형재료의 유동컨덕턴스κ를 결정하고, 얻어진 상기 유동컨덕턴스κ에 따라서 상기 각 미소요소에 있어서의 상기 사출성형재료의 유동속도분포를 구하고, 얻어진 상기 유동속도의 분포에 따라서 사출성형조건을 최종결정하고, 상기 최종결정된 사출성형조건에 따라서 사출성형품을 제조하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법.
20. 제17항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 상기 사출성형조건은 상기 사출성형품의 형상, 성형틀 형상, 재료사출속도, 재료온도, 성형틀 온도 및 사출성형재료 중의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출성형품의 제조방법.
21. 제17항 내지 제20항의 사출성형품의 제조방법에 의해 제조된 사출성형품.