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Polymer(Korea), Vol.39, No.5, 775-781, September, 2015
DOI10.7317/pk.2015.39.5.775  Export Citation
열 및 구조해석을 통한 사출성형기용 바이메탈 실린더의 구조적 안정성 연구
Structural Stability Study Using Thermal and Structural Analysis of a Bimetal Cylinder in an Injection Molding Machine
박성열, 이강혁1, 남윤효1, 류민영2, †
  • 서울과학기술대학교 일반대학원 제품설계금형공학과
  • 1(주)우진플라임 Woojin Plaimm Co., Ltd., 100 Woojinplaimm-ro, Jangan-myeon, Boeun-gun, Chungbuk-do 376-840, Korea
  • 2서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과
Seong Yeol Park, Gang Hyuck Rhee1, Yun Hyo Nam1, and Min-Young Lyu2, †
  • Department of Product Design & Manufacturing Engineering, Graduate School of Seoul National University of Science and Technology, 232 Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul 139-743, Korea
  • 1Woojin Plaimm Co., Ltd., 100 Woojinplaimm-ro, Jangan-myeon, Boeun-gun, Chungbuk-do 376-840, Korea
  • 2Department of Mechanical System Design Engineering, Seoul National University of Science and Technology, 232 Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul 139-743, Korea
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초록
사출성형기는 사출장치와 형체장치로 구분된다. 사출장치에서 고체의 플라스틱 수지는 밴드히터에 의한 열과 수지간, 스크류 면, 그리고 실런더 내부 면과의 마찰로 인해 발생하는 열로 인해 용융된다. 용융된 수지가 특정한 형상을 가진 몰드 내로 사출될 때 실린더 선단부에는 높은 압력이 형성된다. 높은 압력으로 인해 실린더의 내부 면에 크랙이 발생한다. 실린더 내부의 압력을 지지하고 마모를 방지하기 위해 2개의 층으로 구성된 바이메탈 실린더가 제작되고 있다. 본 연구에서는 2개의 층으로 구성된 바이메탈 실린더의 구조적 안정성에 관하여 연구하였다. FEM 프로그램을 사용하여 열해석과 구조해석을 연계하여 분석하였다. 열해석을 통해서 바이메탈 실린더의 온도분포를 얻었다. 이 온도분포를 구조해석으로 연계하여 열과 사출압력에 따라 나타나는 실린더 선단에 발생하는 응력과 변형을 관찰하였다. 해석결과 실린더의 응력은 사출압력에 지배적이며 변형은 고온의 열에 지배적인 것으로 나타났다.
There are two sections in an injection molding machine: the injection unit and the clamp unit. Solid plastics are melted in the injection unit using heat from a band heater and from frictional heat between the resins and between the resin and the inside surface of the cylinder or screw surface. When the melted resin is injected into the mold, which has a unique geometry, high pressure is developed at the fore-end of the cylinder, which can cause damage to the cylinder. The bimetal cylinder consists of two layers and is manufactured to sustain the pressure inside the cylinder and prevents abrasion. This study was conducted to analyze the structural stability of the bimetal cylinder. Computer simulation has been performed through structural analysis coupled with thermal analysis using a commercial FEM program. Thermal analysis showed that a temperature distribution occurred within the bimetal cylinder. Structural analysis was used to obtain stress and deformation occurring at the fore-end of the bimetal cylinder in relation to heat and injection pressure, and showed that the stress in the bimetal cylinder is influenced by the injection pressure more than the high temperature. However, the deformation of the bimetal cylinder was found to be dominated by thermal expansion in relation to high temperature, more than by injection pressure.
Keywords:bimetal cylinder;injection molding;injection molding machine;structural stability;thermal and structural analysis
  1. Osswald TA, Turng LS, Gramann PJ, Injection Molding Handbook, Hanser, Munich, 2002.
  2. Lyu MY, Kim HY, Polym. Sci. Technol., 20, 157 (2009)
  3. Cox WG, Chou SF, U.S. Patent 5,565,277 A (1996).
  4. Maddy WD, Rajendran G, E.P. Patent 0202208 B1 (1991).
  5. Kim CL, Cho SH, Trans. of the KSME, 11, 30 (2002)
  6. Nagrale NB, Baxi RN, Int. J. Eng. Technol., 3, 191 (2011)
  7. Kim DW, Kang M, Kim H, Lyu MY, Polym.(Korea), 36(6), 685 (2012)
  8. Huang Y, Zhao S, J. Mater. Sci. Res., 2, 43 (2013)
  9. Lutchman A, Dubay R, Hernandez JM, Imbert CAC, SPE ANTEC Proc., 1, 364 (2008)
  10. Cho SH, Kim CK, Lee IK, Proc. of the 37th KSTLE Annual Conference, 37, 341 (2003)
  11. Kim CK, Kim KS, J. KSMTE, 20, 401 (2011)
  12. Incropera FP, Dewitt DP, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 5th ed., John Willey & Sons, New York, 2001.
  13. Bae JH, Lee JH, Trans. of the KSME. B, 22, 79 (1998)
  14. Johnston S, Kazmer D, Fan Z, Gao R, ANTEC Conference Proceedings, 2, 1098 (2007)
  15. Vermeulen JR, Scargo PG, Beek WJ, Chem. Eng. Sci., 26, 1457 (1971)