The design of the Metal mold casting should consider several variables such as the material properties and shape of the mold. In particular, the thermal stress generated by the thermal expansion and contraction depending on the thermal gradient of the mold causes partial plastic deformation on the mold, which causes damage or fracture of the cast. Consequently, the thermal deformation along with thermal stress leads to thermal deformation of the cast itself. In this study, the temperature analysis of the cast and mold is simulated by FDM to control the thermal deformation and stress as a result of the thermal gradient of mold. Using the results from FDM simulation, the thermal deformation and stress are analyzed by FEM and, the optimal mold design with minimum thermal deformation of the cast is suggested.
The deformation of injection molding is seriously affected by injection molding conditions, such as melt and mold temperature and injection and holding pressure. In these conditions, the mold temperature is controlled by flowing coolant, which can be classified by the Reynolds number in the mold-cooling channel. In this study, the deformation of the automotive side molding according to the variation of the Reynolds number in the coolant was simulated by Moldflow. In the results, as the Reynolds number was increased, the mold cooling was also increased. However, when the Reynolds number exceeded a certain range, the mold cooling was not increased further. In addition to the Moldflow verification, the mold cooling by the coolant was simulated by CFX. The CFX results confirmed that the Reynolds number significantly influenced the mold cooling. The coolant, which has a high Reynolds number value, quickly cooled the mold. However, the coolant, which has a low Reynolds number value, such as 0 points, hardly cooled the mold. In an injection molding experiment, as the Reynolds number was high, the deformation of the moldings was reduced. The declining tendency of the deformation was similar to the Moldflow results.
Deformation analysis of injection molded articles whose geometry is considered as the assembly of the thin flat plates has been conducted. For the in-mold analysis, thermo-viscoelastic stress calculation of rheologically simple amorphous polymer and in-mold deformation calculation considering the in-plane mold constraint has been done. Free volume theory has been used for the non-equilibrium density state by the fast cooling. At ejection, the redistribution of stress together with instantaneous deformation has been considered. During out-of-mold cooling after ejection, thermoelastic model based on the effective temperature has been adopted for the calculation of deformation. Two typical mold geometries are used to test the numerical simulation.
Deformation analysis of injection molded articles whose geometry is considered as the assembly of thin flat plates has been conducted. For the in-mold analysis, thermo-viscoelastic stress calculation of thermo-rheologically simple amorphous polymer and in-mold deformation calculation considering the in-plane mold constraint have been done. Free volume theory has been used to represent the non-equilibrium density state during the fast cooling. At ejection, instantaneous deformation takes place due to the redistribution of in-mold residual stress. During out-of-mold cooling after ejection, thermoelastic model based on the effective temperature has been adopted for the calculation of out-of-mold deformation. In this study, emphasis is also made on the treatment with regard to lateral constraint types during molding process. Two typical mold geometries are used to test the numerical simulation modeling developed in this study.
Deformation of a mold is measured and analyzed in alignment and curing processes of UV-Imprint Lithography. We are focused on mold deformation caused by a UV resin, which is laminated between a mold and a target glass-panel. The UV resin is viscous in case of liquid state, and the resin will be solidified when being exposed by the ultra-violet light. The viscosity of the resin causes shear force on the mold during the alignment process. Moreover, the shrinkage during phase change from liquid to solid may cause residual stress on the mold. The experiments for measuring temperature and strain are made during alignment and curing process. Strain-gages and thermocouples are used for measuring the strain and variation of temperature on several points of the mold, respectively. The deformation of mold is also simulated and analyzed. The simulation results are compared with the experiments. Finally, sources of alignment errors in large area UV-nanoimprint lithography are discussed.
본 연구에서는 사출성형 충전공정 중 금형의 변형을 예측하기 위하여 비뉴턴 유동, 열전달, 구조해석이 함께 고려된 수치해석 연구를 수행하였다. 정밀 사출성형 금형을 설계/제작하기 위해서는 충전공정 중에 발생하는 금형의 변형을 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 이와 같은 금형의 국부적인 변형은 다양한 요인에 의해 발생할 수 있으나, 용융된 고분자 수지의 유동에 의한 압력이 가장 큰 원인 중의 하나로 여겨지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 2 차원 축대칭 형상의 단순 원형 디스크 제품의 금형을 모델링하고 이에 대한 수치해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 금형 내부의 고분자 수지의 유동 특성과 금형 변형량, 온도 분포에 대한 분석을 수행하였다. 또한 다구치 방법을 기반으로 한 실험계획법을 도입하여 유동 속도, 금형 온도, 고분자 수지의 온도가 금형 변형에 미치는 영향을 파악하였다.
Dimensional defects of castings are mainly due to the stresses and strains caused by a nonuniform temperature distribution and phase transformation during solidification and cooling, and by mechanical constraint between the mold and casting. It is, however, nearly impossible to trace movements of the casting and mold during solidification and cooling by experimental measurements for castings with complex shape. Two and three dimensional deformation analyses of the casting and the mold were performed using commercial finite element code, MARC. It was possible to calculate deformation and temperature distribution in the casting and mold simultaneously. Cooling curves of the casting obtained by calculation were close to that measured in the field since it was possible to treat latent heat evolution of the casting which could be divided into two parts, primary and eutectic parts. Mold bent inward just after pouring due to the temperature gradient across the mold thickness, and mold returned to its previous position with time. Plastic deformation occurred at the part of the casting where solidification was slow.
Recently there have been considerable attentions on nanoimprint lithography (NIL) by the display device and semiconductor industry due to its potential abilities that enable cost-effective and high-throughput nanofabrication. Although one of the current major research trends of NIL is large-area patterning, the technical difficulties to keep the uniformity of the residual layer become severer as the imprinting area increases more and more. In this paper we focused on the deformation of the $2^{nd}$ generation TFT-LCD sized ($370{\times}470mm^2$) large-area soft mold in the UV imprinting process. A mold was fabricated with PDMS(Poly-dimethyl Siloxane) layered glass back plate(t0.5). Besides, the mold includes large surrounding wall type protrusions of 1.9 mm width and the via-hole(7 ${\mu}m$ diameter) patterend area. The large surrounding wall type protrusions cause the proximity effect which severely degrades the uniformity of residual layer in the via-hole patterend area. Therefore the deformation of the mold was calculated by finite element analysis to assess the effect of large surrounding wall type protrusions and the flexiblity of the mold. The deformation of soft mold was verified by the measurements qualitatively.
탄소 섬유 강화 복합재료는 오토클레이브 공정 시 발생하는 잔류응력이 발생하고, 스프링 인, 뒤틀림과 같은 열변형으로 인해 치수 결함이 발생한다. 열변형의 주요원인은 제품의 형상, 수지의 화학 수축과 열팽창, 몰드의 재질과 표면 상태에 따른 몰드 효과 등 다양한 요인에 의해 발생한다. 본 연구는 열변형을 예측하기 위해 점탄성 모델 해석 기법을 평판 모델에 적용하여 열변형의 주요 원인인 수지의 화학 수축과 열팽창의 영향을 분석했고, 몰드 유무에 따른 3-D 점탄성 모델의 해석 기법을 검증했다. 검증된 3-D 점탄성 모델의 해석 기법을 이용하여 L-형상의 몰드 효과를 분석한 결과, 동일한 재질의 몰드를 사용했더라도 표면 상태에 따라 잔류 변형이 다르게 나타났다.
Cavity in the mold is exposed to high pressure during injection molding operation. Injection molded articles with deep depth are often demanded as design variety increases. Subsequently mold becomes weak and deformation increases as the mold depth increases. Thus the injection molds for deep depth articles should be designed to hold out high pressure or stress concentration and large deformation. Through this study, equation for mold design was examined and suggested novel method to determine equation for mold design with deep depth. Novel equation developed in this study was modified from beam theory considering cantilever and two points bending situation while previous equation was modified from just cantilever bending situation. The validity of novel equation was verified through computer simulations for various mold side and wall thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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