휨 변형량과 질량 최소화를 위한 평판 사출품의 격자 단위별 두께 최적설계

Abstract

휨 변형은 사출 성형 제품의 품질을 향상시키기 위해 최소화되어야 하는 주요 성형 불량 요인 중 하나이다. 또한 사출 성형 제품의 중량은 원가 절감 차원에서 최소화되어야 하는 성능 지수이다. 특히, 사출 성형 제품의 두께는 제품의 휨 변형과 중량에 동시에 영향을 미치는 주요 설계 인자이다. 따라서 본 연구에서는 사출 성형 제품의 두께가 휨 변형과 중량에 미치는 영향을 평가하고 휨 변형과 중량을 동시에 최소화할 수 있는 최적의 두께 분포를 결정하고자 한다. 이를 위해 정사각형과 직사각형 형태의 기본적인 판형 제품을 모델링하고 판형 제품의 대칭성을 고려하여 격자 단위의 두께를 설계변수로 설정하였다. 최적설계는 기본적으로 반복 해석을 요구하며 전체 해석 횟수는 설계변수 개수에 의해 결정되는 것이 일반적이다. 본 설계문제와 같이 설계변수 개수가 많은 경우 최적설계에서 과도한 해석 횟수가 필요하므로 효율적인 설계전략이 필요하다. 본 연구에서는 상용 사출 성형 해석 프로그램인 Moldflow 2015의 API를 활용하여 해석 자동화에 필요한 명령어를 생성하였고 상용 최적화 툴인 PIAnO를 이용하여 해석 및 설계 절차를 자동화하였다. 효율적인 설계를 위해 PIAnO에서 제공하는 실험계획법 중의 하나인 직교배열법을 이용하여 설계를 진행하였고, 휨 변형의 원인을 분석하였으며, 휨 변형과 중량을 동시에 최소화 할 수 있는 최적의 두께 분포를 결정하였다. 또한 사용 수지 재료를 변경하여 수지별 최적의 두께 분포를 결정함과 동시에 두께 분포를 서로 비교함으로써 그 유사성을 분석하였다.; Deflection is one of the main injection molding defects which must be minimized to improve the quality of an injection molding product. In particular, the thickness of the injection molding part is a major factor affecting the deflection of the product. In this study, unit grid thickness distribution of a model mesh is determined as the design variables exploiting the symmetry of a rectangular plate, in order to minimize both the deflection and mass of the injection molding part. Since the optimization problem with many design variables requires a lot of iterations of analysis, a commercial process integration and design optimization (PIDO) software, PIAnO 2017, is employed for efficient optimization procedure. The PIAnO provides orthogonal array tables for design as well as a capability of file parsing, which helps to automate the Moldflow analysis procedure. Also, the causes of the deflection are analyzed by comparing the thickness distribution pattern of different resin materials.