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.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.4
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pp.92-99
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2015
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.340-348
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2002
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.
Park, In-Soo;Won, Chong-Jin;Yim, Hong-Jae;Jeong, Jay-I.
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1939-1943
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2008
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.719-725
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2014
In the present study, a numerical analysis of an injection molding process was conducted for predicting the mold deformation considering non-Newtonian flow, heat transfer, and structural behavior. The accurate prediction of mold deformation during the filling stage is important to successfully design and manufacture a precision injection mold. While the local mold deformation can be caused by various factors, a pressure induced by the polymer melt is considered to be one of the most significant ones. In this regard, the numerical simulation considering both the melt filling and the mold deformation was carried out. A mold core for a 2D axisymmetric center-gated disk was used for the demonstration of the present study. The flow behavior inside the mold cavity and temperature distribution were analyzed along with the core displacement. Also, a Taguchi method was employed to investigate the influence of the relevant parameters including flow velocity, mold core temperature, and melt temperature.
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.
The carbon fiber reinforced plastic manufacturing process has a problem in that a dimensional error occurs due to thermal deformation such as residual stress, spring-in, and warpage. The main causes of thermal deformation are various, including the shape of the product, the chemical shrinkage, thermal expansion of the resin, and the mold effect according to the material and surface condition of the mold. In this study, a viscoelastic model was applied to the plate model to predict the thermal deformation. The effects of chemical shrinkage and thermal expansion of the resin, which are the main causes of thermal deformation, were analyzed, and the analysis technique of the 3-D viscoelastic model with and without mold was also studied. Then, the L-shaped mold effect was analyzed using the verified 3D viscoelastic model analysis technique. The results show that different residual deformation occurs depending on the surface condition even when the same mold is used.
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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