In order to accomplish injection molding process effectively and to eliminate the need for costly iteration of mold design and tooling, analysis of the filling stage is essential. For complex problems, numerical methods are commonly used for modeling of the filling process. With development of CAD/CAM, numerical methods are widely used for simulation of the injection molding process which is one of the important net shape manufacturing process. Numerical and experimental investigations on injection molding of ceramics and general purpose polymers were carried out. The mold filling process was studied for mixtures of a ceramic material and the selected binder system. A pure polymer was also considered for comparison. Rheological behavior of the ceramic mixture was examined and applied to numerical simulation. Good experimental and numerical results were obtained for tensile and bending specimens and a turbo-charger rotor blade. For better the implementation of numerical analysis, a delivery system was considered by employing tubular elements and three dimensional geometry was modeled easily with coordinate transformations without layflat approximations. To show the effectiveness of the developed program, pressure and mold wall temperature distributions were measured by pressure transducers and thermocouples and the results were compared with simulations. It has been shown that results of the experiment and the simulation are in good agreements with respect to melt fronts and pressure profiles. In this study, a hybrid finite element/finite difference control volume method and an automatic mesh generation scheme for arbitrary three dimensional thin cavity were developed and applied to numerical simulation of filling process in injection molding. A flow analysis program for mold filling which has been running on a work station and PC was developed successfully. The developed program provided useful information on flow front advancement, pressure profile, weld line location and shape, and temperature distribution during mold filling process.
사출성형공정을 효율적으로 수행하고 금형설계와 가공의 반복적인 수정을 절감하기 위해서는 충전과정의 해석이 필수적이다. 복잡한 문제의 경우 충전과정의 해석에 수치해석 방법을 이용하고 있다. 최근에는 전산원용 설계/제조(CAD/CAM)의 발전에 의하여 수치해석 방법을 정형가공방법의 하나인 사출성형공정에 광범위 하게 이용하고 있다. 세라믹(ceramic) 사출성형 충전해석을 위하여 일반적인 고분자와 세라믹 혼합물의 수치 모사와 실험적 연구를 수행하였다. 세라믹과 결합제(binder) 시스템의 혼합물에 대한 충전과정을 연구하였으며 비교대상으로 순수 고분자를 선택하였다. 세라믹 혼합물의 유동 성질을 측정하였고 이를 바탕으로 수치모사에 적용하였다. 인장굽힘 시편과 터보챠저 로터(turbocharger rotor)에 대한 실험적인 결과와 수치모사가 잘 일치함을 알 수 있었다. 정확한 수치해석을 위하여, 축대칭 튜브요소(tubular element)를 이용한 전달 시스템을 고려하였고 좌표변환을 이용하여 전개도(lay flat) 방법을 사용하지 않고 3차원 요소의 충전과정 모사가 가능한 방법을 개발 하였다. 개발된 프로그램의 효율성을 검증하기 위하여 실험을 통하여 충전 시 l}奮驩횬? 압력과 온도를 측정하였으며, 수치모사에 의해 예측된 결과는 실험과 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 본 논문에서는 임의의 3차원 형상에 대한 유한 요소법/유한 차분법(FEM/FDM)을 이용한 검사 체적(control volume)방법과 자동격자 생성방법이 개발되었고 사출성형의 충전과정에 적용하였다. 또한 워크 스테이션(work station)과 개인용 컴퓨터에서 수행할 수 있는 사출성형 충전모사 프로그램을 성공적으로 개발하였고 개발된 프로그램에 의해 충전과정 시 유동 선단의 위치, 웰드 라인(weld line)의 형성 압력및 온도의 분포 등의 유용한 정보의 예측이 가능하게 되었다.
