KR20140107046A

KR20140107046A - Method of injection molding simulation

Info

Publication number: KR20140107046A
Application number: KR1020130021555A
Authority: KR
Inventors: 이상찬
Original assignee: 목포대학교산학협력단
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-09-04

Abstract

The present invention relates to an injection molding simulation method and, more specifically, to an injection molding simulation method which executes interpretation for the injection molding filling process by considering a mass inflow rate as a control volume, and thereby, integrally execute interpretation for processes during filling and after filling more quickly and accurately.

Description

[0001] METHOD OF INJECTION MOLDING SIMULATION [0002]

본 발명은 사출 성형 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 상세하게는 검사체적으로의 질량유입률을 고려하여 사출 성형 충전과정에 대한 해석을 수행함으로써, 보다 신속하고 정확하며, 충전 중과 충전 후의 과정을 통합하여 해석을 수행할 수 있는 사출 성형 시뮬레이션 방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to an injection molding simulation method, and more particularly, to an injection molding simulation method, in which an injection molding filling process is performed in consideration of a mass inflow rate into a checking volume, And more particularly, to an injection molding simulation method that can be performed.

사출 성형 공정(injection moulding process) 또는 금속 주조 공정(metal casting process)의 시뮬레이션은 수십만 개까지의 방정식들의 결합을 수반한다. 과거에는 이러한 복잡한 계산들을 처리하기 위한 시뮬레이션 방법들의 효율성을 향상시키기 위한 진전이 이루어져 왔다. Simulations of injection molding processes or metal casting processes involve the combination of up to several hundred thousand equations. In the past, progress has been made to improve the efficiency of simulation methods for handling these complex calculations.

그런데, 종래의 사출 성형 충전과정에 대한 해석은 외부에서 검사체적으로의 질량유입률을 고려하지 않고 이루어졌다. 즉, 주입구에서 일정 압력조건을 적용하고, 구하여진 압력을 이용하여 유량속도의 합을 구하고, 이것과 설정된 유량속도와 비교하여 주입구에서의 일정 압력조건을 변화시키는 방법을 사용하였다. 그러나 이 러한 방법은 해석 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 고분자의 압축성을 고려한 해석의 경우에는 이미 유입된 고분자의 압축으로 인해 주입구에서의 일정 질량유입률 조건을 만족하지 못하는 문제점이 존재하였다. However, the analysis of the conventional injection molding filling process was carried out without considering the mass inflow rate from the outside to the inspection volume. That is, a method of applying a constant pressure condition at the injection port, calculating the sum of the flow rate by using the obtained pressure, and changing the constant pressure condition at the inlet by comparing with the set flow rate. However, this method has a problem in that it takes a long time to analyze, and in the case of the analysis considering the compressibility of the polymer, the constant mass inflow rate at the injection port can not be satisfied due to the compression of the already introduced polymer.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

본 발명은 검사체적으로의 질량유입률을 고려하여 사출 성형 충전과정에 대한 해석을 수행함으로써, 보다 신속하고 정확하며, 충전 중과 충전 후의 과정을 통합하여 해석을 수행할 수 있는 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides an injection molding simulation method capable of performing an analysis on an injection molding filling process in consideration of a mass inflow rate into a checking volume, thereby enabling faster and more accurate analysis by integrating filling and post-filling processes .

본 발명은 금형 캐비티가 충전 물질로 충전되는 사출 성형 공정을 시뮬레이션하기 위한 방법에 있어서, (a) 상기 금형 캐비티의 기하학적 형상을 정의하는 모델을 제공하는 단계; (b) 경계 조건들을 특정하는 단계; (c) 다수의 셀들을 갖는 메쉬(mesh)를 형성하는 단계; (d) 상기 사출 성형 공정의 초기 조건들을 설정하는 단계; (e) 상기 금형 캐비티 영역의 적어도 일부에 대해, 질량에 관한 평형 방정식들의 해를 구하는 단계; 및 (f) 상기 평형 방정식들의 해에 기초하여 상기 금형 캐비티 내에서의 상기 사출 공정의 효과를 산정하는 단계;를 포함하는 사출 성형 시뮬레이션 방법을 제공한다. A method for simulating an injection molding process wherein a mold cavity is filled with a filling material, the method comprising the steps of: (a) providing a model defining a geometric shape of the mold cavity; (b) specifying boundary conditions; (c) forming a mesh having a plurality of cells; (d) setting initial conditions of the injection molding process; (e) obtaining, for at least a portion of the mold cavity region, a solution of equilibrium equations for mass; And (f) estimating an effect of the injection process in the mold cavity based on solutions of the equilibrium equations.

본 발명에 있어서, 상기 질량에 관한 평형 방정식은 검사체적으로의 질량유입률을 포함할 수 있다. In the present invention, the equilibrium equation for the mass may include a mass inflow rate into the inspection volume.

여기서, 상기 질량에 관한 평형 방정식은 하기 수학식에 의해 정의되는 것을 특징으로 한다. Here, the equilibrium equation relating to the mass is defined by the following equation.

본 발명에 있어서, 상기 금형 캐비티가 충전되었는지를 결정함으로써, 시뮬레이션된 사출 성형 공정이 완료되었는지를 결정하는 단계; 및 시뮬레이션된 사출 성형 공정이 완료될 때까지 상기 (e) ~ (f) 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the present invention, determining whether the simulated injection molding process is completed by determining whether the mold cavity is filled up; And repeating the steps (e) to (f) until the simulated injection molding process is completed.

본 발명에 있어서, 상기 (e) 단계는, 온도(T), 압력(P), δ를 초기화하는 단계; 이전 스텝에서의 온도(T), δ, 및 압력(P)을 이용하여 현재 스텝의 온도(T)와 δ를 연산하는 단계; 상기 연산된 현재 스텝의 온도(T)와 δ와 이전 스텝에서의 압력(P)을 이용하여, 현재 스텝의 압력(P)을 연산하는 단계;를 포함할 수 있다. In the present invention, the step (e) may include: initializing the temperature (T), the pressure (P), and 隆; Calculating temperatures (T) and delta (t) of the current step using the temperatures (T), delta and pressure (P) in the previous step; And calculating the pressure P of the present step using the calculated temperature T and 隆 of the present step and the pressure P at the previous step.

여기서, 상기 현재 스텝의 압력(P)을 연산하는 단계 이후, 연산된 현재 스텝의 압력(P) 값과 전 스텝의 압력(P) 값이 수렴할 때까지 반복적으로 상기 (e) 단계를 수행할 수 있다. Here, the step (e) is repeatedly performed until the pressure P value of the current step and the pressure P value of the previous step converge, after the step of calculating the pressure P of the present step .

이와 같은 본 발명에 의해서, 검사체적으로의 질량유입률을 고려하여 사출 성형 충전과정에 대한 해석을 수행함으로써, 보다 신속하고 정확하며, 충전 중과 충전 후의 과정을 통합하여 해석을 수행하는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, by performing the analysis of the injection molding filling process in consideration of the mass inflow rate into the inspection volume, it is possible to obtain the effect of performing the analysis more quickly and accurately, .

도 1은 금형을 포함하는 사출 성형 장치의 개략적인 표현에 대한 단면도이다.
도 2a, 2b, 2c는 본 발명에서 사용되는 요소(element)의 다양한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 검사체적(control volume)의 개념도이다.
도 4a는 첫 번째 모델의 치수와 형상을 나타내는 도면이고, 도 4b는 두 번째 모델의 치수와 형상을 나타내는 도면이다.
도 5a는 첫 번째 모델의 유한 요소 메쉬 형상을 나타내는 도면이고, 도 5b는 두 번째 모델의 유한 요소 메쉬 형상을 나타내는 도면이다.
도 6a는 첫 번째 모델의 본 발명 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이고, 도 6b는 첫 번째 모델의 종래 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이다.
도 7a와 7b는 충전이 완료되는 시간에서 각 요소(element) 중심에서의 평균 온도값을 나타내는 도면이다.
도 8a는 압력값을 비교하기 위한 노드 지점의 위치이고, 도 8b는 본 발명 프로그램과 종래 프로그램을 비교한 결과값이다.
도 9a는 두 번째 모델의 본 발명 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이고, 도 9b는 두 번째 모델의 종래 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이다.
도 10a와 10b는 충전이 완료되는 시간에서 각 요소(element) 중심에서의 평균 온도값을 나타내는 도면이다.
도 11은 실행중인 본 발명 프로그램의 일 예를 나타낸 것이다.
도 12는 종래 프로그램과 본 발명 프로그램의 해석 시간을 비교한 결과를 나타내는 도면이다. 1 is a schematic cross-sectional view of an injection molding apparatus including a mold.
2A, 2B and 2C are diagrams showing various examples of elements used in the present invention.
3 is a conceptual diagram of a control volume.
FIG. 4A is a view showing the dimensions and shape of the first model, and FIG. 4B is a view showing the dimensions and shape of the second model.
5A is a view showing a finite element mesh shape of a first model, and FIG. 5B is a view showing a finite element mesh shape of a second model.
FIG. 6A is a diagram showing a flow tip forward state according to the first embodiment of the present invention program, and FIG. 6B is a diagram showing a flow tip forward state according to a conventional program of the first model.
7A and 7B are graphs showing average temperature values at the center of each element at the time when charging is completed.
8A is a position of a node point for comparing pressure values, and FIG. 8B is a result of comparing a program of the present invention with a conventional program.
FIG. 9A is a diagram showing a flow tip forwarding state according to the present invention program of a second model, and FIG. 9B is a diagram showing a flow tip forwarding state according to a conventional program of a second model.
10A and 10B are graphs showing average temperature values at the center of each element at the time when charging is completed.
11 shows an example of the program of the present invention being executed.
12 is a diagram showing the results of comparison between analysis times of the conventional program and the present invention program.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예의 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which are given by way of illustration of specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, the specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented by changing from one embodiment to another without departing from the spirit and scope of the invention. It should also be understood that the location or arrangement of individual components within each embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention should be construed as encompassing the scope of the appended claims and all equivalents thereof. In the drawings, like reference numbers designate the same or similar components throughout the several views.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to which the present invention pertains.

도 1은 금형을 포함하는 사출 성형 장치의 개략적인 표현에 대한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 사출 성형 장치에는 호퍼(hopper)(3)에 배치된 폴리머 펠릿(polymer pellet)들을 공급받는 스크류(2)가 제공된다. 폴리머 펠릿들은 스크류(2)와 가열 소자(4)들의 작용에 의해, 높은 압력 하에서 금형(6) 내의 금형 캐비티(5) 내로 가압되는 점성 물질로 변환된다. 또한 사출 성형 장치 및 사출 성형 제조 싸이클은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며 여기에서 상세하게 설명하지는 않는다. 상기 사출 성형 장치(1)로, 비-섬유 강화 플라스틱 부품 및 섬유 강화 플라스틱 부품(fibre reinforced plastic part)들이 모두 제조될 수 있다.1 is a schematic cross-sectional view of an injection molding apparatus including a mold. Referring to Fig. 1, an injection molding apparatus is provided with a screw 2 to which polymer pellets arranged in a hopper 3 are supplied. The polymer pellets are converted into a viscous material which is pressed into the mold cavity 5 in the mold 6 under high pressure by the action of the screw 2 and the heating element 4. [ Injection molding apparatus and injection molding manufacturing cycles are well known in the art and are not described in detail herein. With the injection molding apparatus 1, both non-fiber reinforced plastic parts and fiber reinforced plastic parts can be manufactured.

그런데, 이와 같은 사출 성형 장치(1)의 금형 캐비티(5) 내로 충전 물질이 충전되는 과정에 대한 종래의 해석은 외부에서 검사체적으로의 질량유입률을 고려하지 않고 이루어졌다. 그러나 이러한 방법은 해석 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 고분자의 압축성을 고려한 해석의 경우에는 이미 유입된 고분자의 압축으로 인해 주입구에서의 일정 질량유입률 조건을 만족하지 못하는 문제점이 존재하였다. Conventional analysis of the process of filling the filling material into the mold cavity 5 of the injection molding apparatus 1 has been made without considering the mass inflow rate from the outside to the inspection volume. However, this method has a problem in that it takes a long time to analyze and, in the case of the analysis considering the compressibility of the polymer, the constant mass inflow rate condition at the injection port can not be satisfied due to the compression of the already introduced polymer.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 시뮬레이션 방법은 검사체적(control volume) 내에서 질량보존법칙을 적용하여 압력을 구하는 방법을 사용하는 것을 일 특징으로 한다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. In order to solve such problems, an injection molding simulation method according to an embodiment of the present invention uses a method of obtaining a pressure by applying a mass conservation law within a control volume. This will be described in more detail as follows.

도 2a, 2b, 2c는 본 발명에서 사용되는 요소(element)의 다양한 예를 나타내는 도면이다. 상세히, 검사체적을 나타내기 위해서는 먼저 요소가 정의되어야 한다. 본 발명에서는 선형 삼각형 요소(도 2a), 원통형 요소(도 2b), 그리고 스트립 요소(도 2c)를 사용하여 금형 형상을 나타내었다. 캐비티 부분은 선형 삼각형 요소(linear triangular element)를 사용하여 이산화하였다. 이때 각 요소에서 두께를 세 절점에 각각 할당함으로써 불연속한 두께의 변화를 가지는 형상도 해석할 수 있도록 하였다. 또한 원통형 요소(tubular element)를 사용하여 러너(runner), 스푸루(sprue)와 원형 핀(round pin) 등을 나타낼 수 있도록 하였고, 스트립 요소(strip element)를 사용하여 유동이 일차원인 사각형 영역을 나타낼 수 있도록 하였다. 2A, 2B and 2C are diagrams showing various examples of elements used in the present invention. In detail, elements must be defined in order to represent the inspection volume. In the present invention, a mold shape is shown using a linear triangular element (Fig. 2A), a cylindrical element (Fig. 2B), and a strip element (Fig. 2C). The cavity portion was discretized using a linear triangular element. In this case, by assigning the thicknesses to the three nodes of each element, the shape with discontinuous thickness variation can be analyzed. In addition, a tubular element can be used to represent a runner, a sprue and a round pin, and a strip element can be used to represent a rectangle having a one-dimensional flow Respectively.

도 3은 검사체적(control volume)의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 검사체적은 각 요소를 그 요소의 중심과 변의 중심을 연결하는 부체적(sub volume)으로 나누고, 각 절점에서 그 절점 주위의 부체적들의 합으로써 정의될 수 있다. 절점 N을 공유하는 각 요소 l에서 절점 N을 i번째 내부 절점이라 하면, 절점 N의 검사체적 내에서의 질량보존법칙은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.3 is a conceptual diagram of a control volume. Referring to FIG. 3, the inspection volume can be defined as the sum of the volume around the node at each node, divided by the subvolume connecting the center of the element and the center of the element. Assuming that the node N in each element l sharing the node N is an i-th internal node, the conservation of mass within the inspection volume of the node N can be expressed by the following equation (1).

여기서,

은 요소 l에서 i번째 절점을 포함하는 부체적(sub volume)의 질량이며,

은 요소 l의 i번째 부체적에서 요소 l로의 질량유입률을 나타낸다.

은 주변 요소를 제외한 외부에서 절점 N의 검사체적으로의 질량유입률로, 내부 절점에서는 0이고, 주입구(inlet)에서는 이미 결정된 질량유입률 값이 된다. here,

Is the mass of the subvolume containing the i-th node in element l,

Represents the mass inflow rate from the i-th sub-volume of element l to element l.

Is the mass inflow rate to the inspection volume of the nodal point N from the outside except for the peripheral elements, 0 at the internal node, and the mass inflow rate value already determined at the inlet.

한편, 질량속도식과 압축성의 고려에 따라서 상기 수학식 1은 다음 수학식 2와 같이 압력의 식으로 나타내어지게 된다.On the other hand, according to the consideration of the mass velocity equation and the compressibility, the equation (1) is expressed by the pressure equation as shown in the following equation (2).

그리고, 상기 수학식 2와 같은 시간에 관한 미분항을 내연적 유한차분기법(implicit finite difference scheme)을 사용하여 나타내면 최종 압력식은 다음의 수학식 3과 같다.If the differential term with respect to time as in Equation (2) is expressed using an implicit finite difference scheme, the final pressure equation is expressed by Equation (3).

위 식에서의 각 계수들은 압력과 온도의 함수이기 때문에 현시간의 압력을 구하기 위해서 전 시간의 압력을 초기값으로 하는 SUR(successive under-relaxation) 방법을 사용하였다. Since each coefficient in the above equation is a function of pressure and temperature, we use a successive under-relaxation (SUR) method with initial pressure as the initial value to obtain the current time pressure.

이전의 사출성형 충전과정해석 연구에서는 외부에서 검사체적으로의 질량유입률을 고려하지 않고 수식화하였기 때문에 수학식 3에서

항이 빠진 형태의 최종 지배방정식을 풀어야 했다. 따라서 일반적인 사출기의 특성인 일정 유량 속도조건을 만족시키기 위해서 아래의 수학식 4와 같이 주입구에서 일정 압력조건을 적용하고, 구하여진 압력을 이용하여 유동선단부에서의 유량속도의 합을 구하고, 이것과 설정된 유량속도와 비교하여 주입구에서의 일정 압력조건을 변화시키는 방법을 사용하였다.In the previous analysis of the injection molding filling process, since the mass flow rate from the outside to the inspection volume was not considered,

We had to solve the final governing equations of the missing form. Therefore, in order to satisfy a constant flow velocity condition, which is a characteristic of a general injection molding machine, a constant pressure condition is applied at the injection port as shown in Equation (4) below, the sum of the flow velocity at the flow front end is obtained by using the obtained pressure, A method of changing the constant pressure condition at the inlet compared with the flow rate was used.

여기서, Pg : 주입구 압력 Here, Pg: inlet pressure

Qs : 설정된 유량속도 (specified flow rate) Qs: the specified flow rate

Qc : 유동선단부에서의 유량속도 Qc: Flow rate at the flow front

n : power law index n: power law index

k+1, k : 현재와 이전의 step iteration k + 1, k: current and previous step iteration

이 경우에는 해석 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 고분자의 압축성을 고려한 해석의 경우에는 이미 유입된 고분자의 압축으로 인해 주입구에서의 일정 질량유입률 조건을 엄밀히 만족시키지 못하게 되는 단점이 있다. In this case, not only the analysis takes a long time, but also the analysis considering the compressibility of the polymer has a disadvantage that it can not strictly satisfy the constant mass inflow rate condition at the injection port due to the compression of the already introduced polymer.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 사출 성형 시뮬레이션 방법은 주입구에서의 일정 질량유입률 조건을 직접 수식화에 적용함으로써, 해석 시간을 단축시키는 동시에 보다 정확한 해석이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다. In order to solve such a problem, the injection molding simulation method according to an embodiment of the present invention has the effect of shortening the analysis time and enabling a more accurate analysis by applying the constant mass inflow rate condition at the injection port to direct formulation .

도 13은 상술한 수학식 3을 이용하여 사출 성형 공정을 시뮬레이션 방법을 나타내는 흐름도이다. 13 is a flowchart showing a method of simulating an injection molding process using the above-described equation (3).

도 13을 참조하면, 본 발명의 사출 성형 공정을 시뮬레이션 방법을 적용하기 위해 먼저 초기 조건을 설정한다(S110 단계). 다음으로, 온도(T), 압력(P), δ를 초기화한다(S120 단계). 다음으로, 이전 스텝에서의 온도(T), δ, 그리고 압력(P)을 이용하여 현재 스텝의 온도(T)와 δ를 연산한다(S130 단계). 그리고 이를 이용하여, 유동계수 S, G, R 등을 계산한다(S140 단계). 그리고, 현재 스텝의 온도(T)와 δ와 이전 스텝에서의 압력(P)을 이용하여, 현재 스텝의 압력(P)을 연산한다(S150 단계). 이렇게 구한 현재 스텝의 압력(P) 값과 전 스텝의 압력 값을 이용하여, 두 값이 수렴할 때까지 반복적으로 계산하여 현재 스텝의 압력을 구하게 된다(S160 단계). 그리고, 이와 같이 얻어진 현재 스텝의 압력을 수학식 3에 적용하여 유동을 해석하며(S170 단계), 이 과정을 충전이 완료될까지 반복적으로 수행(S180 단계)하게 되는 것이다.
Referring to FIG. 13, in order to apply the simulation method of the injection molding process of the present invention, initial conditions are first set (step S110). Next, the temperature T, pressure P, and delta are initialized (step S120). Next, the temperatures T and δ of the current step are calculated using the temperatures T, δ, and P in the previous step (step S 130). Then, the flow coefficients S, G, R and the like are calculated using this (S 140). Then, the pressure P of the present step is calculated using the temperature T of the present step, δ, and the pressure P in the previous step (step S150). The pressure P of the present step and the pressure value of the previous step are used to calculate the pressure of the current step repeatedly until the two values converge (step S160). The pressure of the current step thus obtained is applied to Equation (3) to analyze the flow (Step S170), and the process is repeatedly performed until the charging is completed (Step S180).

이하에서는 본 발명이 적용된 사출 성형 시뮬레이션 프로그램(이하 본 발명 프로그램)과 종래의 상용 프로그램(moldflow)의 해석 결과 및 성능을 비교한다. Hereinafter, an analysis result and performance of an injection molding simulation program (hereinafter referred to as an inventive program) and a conventional commercial program (mold flow) to which the present invention is applied are compared.

여기서, 본 발명 프로그램과 종래 프로그램을 비교하기 위해서는, 상용 프로그램에서의 기하학적 데이터와 본 발명 프로그램의 기하학적 데이터를 일치시켜 주어야한다. 즉 종래 프로그램에서 생성된 유한요소를 본 발명 프로그램의 유한요소 데이터 형식으로 편집해주어야 한다. 이렇게 본 발명 프로그램을 실행시켜 나온 결과(output) 파일은 tecplot이라는 프로그램으로 출력값을 플롯(plot)하였다.Here, in order to compare the program of the present invention with the conventional program, the geometrical data in the commercial program and the geometric data of the program of the present invention must be matched. That is, the finite element generated in the conventional program should be edited into the finite element data format of the program of the present invention. The output file of the program of the present invention is plotted with a program called tecplot.

두 프로그램을 비교하기 위해서 두 가지 캐비티 형상으로 각각 해석을 수행하였는데, 첫 번째 형상은 직사각형 형상(2h×Γ×L=3mm × 80mm × 240mm)이고, 두 번째 형상은 임의로 선정한 3개의 원형을 포함한 직사각형 형상을 선택하여 이를 해석하였다. 도 4a는 첫 번째 모델의 치수와 형상을 나타내는 도면이고, 도 4b는 두 번째 모델의 치수와 형상을 나타내는 도면이다. 한편, 도 5a는 첫 번째 모델의 유한 요소 메쉬 형상을 나타내는 도면이고, 도 5b는 두 번째 모델의 유한 요소 메쉬 형상을 나타내는 도면이다. In order to compare the two programs, two cavity shapes were analyzed. The first shape was a rectangular shape (2h × Γ × L = 3mm × 80mm × 240mm) and the second shape was a rectangle The shape was selected and analyzed. FIG. 4A is a view showing the dimensions and shape of the first model, and FIG. 4B is a view showing the dimensions and shape of the second model. 5A is a view showing a finite element mesh shape of a first model, and FIG. 5B is a view showing a finite element mesh shape of a second model.

여기서, 유한요소는 노드(node)에 의해 정의되며, 빔요소(beam element), 삼각요소(triangle element), 사면체요소(tetrahedral element)가 주로 사용되고 있다. 그리고, 해석 모델에 따라 적합한 메쉬 형태(mesh type)를 선정하여야 하는데, 메쉬의 종류로는 3D CAD 모델을 그대로 사용하므로 해석을 위한 형상변경이 전혀 필요 없고, 메쉬를 생성하면 자동으로 모든 부분의 두께가 주어지는 Fusion mesh type과, 두께가 상당히 두꺼운 제품, 두께 편차가 상당히 큰 제품, 두께와 폭의 구분이 힘든 제품 등을 해석할 때 사용하는 Tetrahedsal mesh type이 있다. 또 모델의 중심면을 추출한 후, 두께 값을 입력하여 만드는 Midplane mesh type이 있는데, 두께에 비하여 폭이 5배 이상 큰 모델을 해석할 때 이 메쉬 타입(mesh type)으로 해석한다. Midplane mesh type 수지의 유동은 두께 방향으로 계산되지 않고 평판 방향으로만 계산하며, 수지의 열 손실도 제품의 벽면으로는 계산되지 않고 평판 면으로만 발생하는 것으로 계산된다. Here, a finite element is defined by a node, and a beam element, a triangle element, and a tetrahedral element are mainly used. In addition, it is necessary to select a suitable mesh type according to the analytical model. Since the 3D CAD model is used as the mesh type, there is no need to change the shape for analysis. When the mesh is created, There is a Tetrahedsal mesh type which is used for the analysis of Fusion mesh type which is given a very thick thickness, a product with a very large thickness deviation, and a product whose thickness and width are difficult to distinguish. In addition, there is a midplane mesh type which is obtained by extracting the center face of the model and inputting the thickness value. When analyzing a model having a width larger than 5 times the thickness, it is interpreted as a mesh type. The flow of the midplane mesh type resin is calculated not only in the thickness direction but also in the direction of the flat plate, and the heat loss of the resin is calculated not to be calculated for the wall of the product but to occur only on the flat plate surface.

본 발명에서는 삼각요소(triangle element) 메쉬를 사용하여 해석을 수행하였으며, 메쉬의 종류는 Midplane mesh type을 선택하였고. 요수(element) 수는 첫 번째 모델 442개, 두 번째 모델 1046개로 계산되었다. 형상의 재료는 폴리프로필렌(polypropylene; Profax6323)을 선택하였고, 점성모델 역시 7-constant 모델을 사용하였으며, 공정변수로는 배럴 온도 200℃, 금형온도 30℃, 사출속도는 5.7㎤을 사용하였다. 두 번째 모델은 점성모델은 7-constant 모델을 사용하였고, 재료는 Polypropylene (CRP-064E-M)을 사용하였다. 공정변수로는 배럴 온도 275℃,금형온도 30℃, 사출속도는 1.7㎤을 사용하였다. In the present invention, analysis is performed using a triangle element mesh, and a mesh type is selected as a midplane mesh type. The number of elements was calculated as 442 for the first model and 1046 for the second model. Polypropylene (Profax 6323) was selected as the material of the shape, and a 7-constant model was also used as the viscous model. As the process parameters, a barrel temperature of 200 ° C, a mold temperature of 30 ° C and an injection speed of 5.7 cm 3 were used. The second model uses a 7-constant model for viscous model and Polypropylene (CRP-064E-M) for material. As the process parameters, the barrel temperature was 275 ° C, the mold temperature was 30 ° C, and the injection speed was 1.7 cm 3.

도 6a는 첫 번째 모델의 본 발명 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이고, 도 6b는 첫 번째 모델의 종래 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이다. 도 6a와 6b 두 가지 경우 모두, 2초대로 유사하게 충전되는 것으로 예상되었으며, 종래 프로그램이 본 발명 프로그램보다 0.3초 정도 더 빠르게 진행되는 것을 볼 수 있었다. FIG. 6A is a diagram showing a flow tip forward state according to the first embodiment of the present invention program, and FIG. 6B is a diagram showing a flow tip forward state according to a conventional program of the first model. Both FIGS. 6A and 6B were expected to be similarly charged with two invitations, and it was seen that the conventional program progressed about 0.3 seconds faster than the program of the present invention.

또한, 도 7a와 b는 충전이 완료되는 시간에서 각 요소(element) 중심에서의 평균 온도값을 출력하여 나타내었는데, 본 발명 프로그램의 온도값(도 7a)이 종래 프로그램의 온도값(도 7b)보다 약간 높은 것을 알 수 있었지만, 온도 값 역시 비슷한 결과를 보였다. 7A and 7B show the temperature value of the program of the present invention (FIG. 7A) as the temperature value of the conventional program (FIG. 7B) , But the temperature values also showed similar results.

도 8은 충전이 완료되는 시간에서 각 절점에서의 각 위치별 평균 압력값을 비교한 것이다. 도 8a는 압력값을 비교하기 위한 노드 지점의 위치이고, 도 8b는 본 발명 프로그램과 종래 프로그램을 비교한 결과값이다. 결과는 유입구(Inlet) 부분은 종래 프로그램이 조금 높았으나, 2번째 지점부터는 본 발명 프로그램의 압력값이 조금씩 높게 나왔다. 하지만 두 프로그램 모두 큰 차이를 보이지 않고 비슷한 결과를 나타냈다.8 compares the average pressure value at each node at the time when the filling is completed. 8A is a position of a node point for comparing pressure values, and FIG. 8B is a result of comparing a program of the present invention with a conventional program. As a result, the pressure of the program of the present invention was gradually increased from the second point, although the conventional program was slightly higher than that of the conventional program. However, both programs showed similar results with little difference.

도 9a는 두 번째 모델의 본 발명 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이고, 도 9b는 두 번째 모델의 종래 프로그램에 의한 유동선단 전진 상황을 나타내는 도면이며, 또한, 도 10a와 b는 충전이 완료되는 시간에서 각 요소(element) 중심에서의 평균 온도값을 나타내는 도면이다. 이 경우에도 상술한 첫 번째 모델에서의 결과값과 마찬가지로, 본 발명 프로그램과 종래 프로그램의 결과값이 모두 유사한 결과를 보였다.FIG. 9A is a diagram showing a flow tip advancement state according to the present invention program of a second model, FIG. 9B is a diagram showing a flow tip advancement state according to a conventional program of a second model, and FIGS. And the average temperature value at the center of each element at the completion time. In this case as well, the result values of the program of the present invention and the conventional program are similar to those of the first model.

도 11은 실행중인 본 발명 프로그램의 일 예를 나타낸 것이다. 이렇게 실행시켜 나온 결과(output) 파일을 Tecplot이라는 프로그램으로 출력값을 플롯(plot) 하였고, 종래 프로그램과 본 발명 프로그램의 해석 시간을 비교한 결과를 도 12에 나타내었다. 첫 번째 모델의 해석시간은 본 발명 프로그램 59초, 종래 프로그램 40초로, 본 발명이 19초 정도가 늦은 것으로 나타났으나, 두 번째 모델의 해석시간은 본 발명 프로그램이 120초인데 반하여 종래 프로그램이 210초로, 본 발명 프로그램이 월등히 빠른 것으로 나타났다. 두 번째 모델이 첫 번째 모델보다 형상이 복잡하고 크기가 큰 것으로 보아, 요소(element)의 개수가 많을 경우 본 발명 프로그램이 종래 프로그램보다 더 빠르게 계산을 수행하는 것을 알 수 있다.11 shows an example of the program of the present invention being executed. The output file is plotted with a program called Tecplot, and the result of comparing the analysis time of the conventional program with the program of the present invention is shown in FIG. The analysis time of the first model is 59 seconds, the conventional program is 40 seconds, and the present invention is delayed about 19 seconds. However, the analysis time of the second model is 120 seconds in the present invention program, Second, the program of the present invention was significantly faster. Since the second model is more complex in shape and larger in size than the first model, it can be seen that the program of the present invention performs calculation faster than the conventional program when the number of elements is large.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the limited embodiments, various embodiments are possible within the scope of the present invention. It will also be understood that, although not described, equivalent means are also incorporated into the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the following claims.

1: 사출 성형 장치1: Injection molding device

Claims

1. A method for simulating an injection molding process in which a mold cavity is filled with a filling material,
(a) providing a model defining a geometric shape of the mold cavity;
(b) specifying boundary conditions;
(c) forming a mesh having a plurality of cells;
(d) setting initial conditions of the injection molding process;
(e) obtaining, for at least a portion of the mold cavity region, a solution of equilibrium equations for mass; And
(f) estimating an effect of the injection process in the mold cavity based on solutions of the equilibrium equations.

The method according to claim 1,
Wherein the equilibrium equation for the mass includes a mass inflow rate into the inspection volume.

3. The method of claim 2,
Wherein the equilibrium equation for the mass is defined by the following equation.

The method according to claim 1,
Determining whether the simulated injection molding process is completed by determining whether the mold cavity is filled; And
Further comprising repeating the steps (e) - (f) until the simulated injection molding process is completed.

The method according to claim 1,
The step (e)
Initializing temperature (T), pressure (P), and delta;
Calculating temperatures (T) and delta (t) of the current step using the temperatures (T), delta and pressure (P) in the previous step;
Calculating the pressure P of the current step by using the calculated temperature T and 隆 of the current step and the pressure P at the previous step.

6. The method of claim 5,
After calculating the pressure P of the present step,
Wherein the step (e) is repeatedly performed until the pressure P value of the calculated current step and the pressure P value of the previous step converge.