설치 용이성을 높인 사출금형 내압 및 형체력 측정용 소형 센서 개발
Development of easy-to-install pressure and clamping force sensor with compact size
- 주제(키워드) 사출성형 사출성형 , 금형 내압 , 캐비티 압력 , 형체력 , 설치가 용이한 용이한 압력 센서 , 센서 측정 시스템
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이병옥
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000027541
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
사출성형 공정상태를 파악하기 위해 다양한 형태의 압력센서를 이용하여 사출성형 공정 모니터링을 하고 있다. 상용되고 있는 압력센서는 센서 설치에 필요한 깊은 구멍가공과 미세한 나사가공으로 금형 가공의 어려움을 만들고 큰 센서 설치 면적으로 인하여 자유로운 센서 설치 위치 선정에 어려움을 만든다. 센서의 미세한 측정값을 증폭하기 위해 금형이나 성형기에 설치된 증폭기(Amplifier)까지 신호선이 금형 외부로 노출될 때 미약한 전기 신호로 인하여 전기적 잡음이 발생할 우려가 있다. 또한 많은 신호선은 작업자에게 불편함과 사고를 일으킬 위험이 있다. 본 연구에서는 이젝터핀으로 금형 내압을 전달하도록 하여 설치가 용이하며 설치면적을 최소화한 센서를 개발했다. 신호에 발생하는 전기적 잡음을 개선하기 위해 증폭기를 금형 내부에 묻히도록 하였다. 스트레인게이지를 부착한 봉 로드셀을 설계하였다. 금형 가공이 용이하도록 금형 후방에 나사를 가공하여 체결하도록 하였다. 스트레인게이지는 금형 내압에 의한 스트레인이 균일하게 분포하는 지점에 부착하였다. 봉을 따라서 분포하는 스트레인을 확인하기 위해 ABAQUS 유한요소 구조해석 소프트웨어를 사용하였다. 센서의 선형성을 확인하기 위해 중량 추 방식으로 센서를 교정하였다. 동일한 센서를 이용하여 이젝터 핀을 용융수지와 닿지 않고 금형 내부 구멍에 삽입하도록 하여 형체력을 측정할 수 있었다. 전기적인 잡음 문제를 개선하기 위해 소형의 스트레인 증폭기를 금형 내부에 장착하도록 설계하였다. 개발한 센서의 성능 검증을 위해 캐비티 내부의 같은 지점에서 Kistler 상용 센서와 개발 센서를 캐비티 압력을 측정하여 비교 분석하였다. 개발 센서와 상용 센서는 약 2 – 5 % 정도의 차이를 보였다. 형체력 측정에서는 작은 신호 때문에 해상도가 높은 DAQ를 필요로 하였으며 충분히 예민한 신호 측정 결과를 보였다.
more초록/요약
Various pressure sensors are used in the process monitoring of the injection molding process. However, a deep small hole with tapping makes mold machining work difficult when commercial sensors are used, and a large sensor footprint at the back surface of mold makes locating sensors in the mold difficult. Another problem in the use of sensors at molding shop is signal wires. Signal wires from sensors may cause electric noise in the harsh shop environment. In addition, the signal wires exposed to outside of the mold may cause accidents by operators. It is desirable to make the signal wires as simple as possible. In this study, to make the sensor installation easier with ejector pin and to take as small sensor footprint as possible, a pressure sensor was designed and tested in this work. Also, amplifier is embedded in the mold to improve the signal wire problems. Rod type load cells with strain gauge were designed to measure the cavity pressure transmitted by an ejector pin exposed to the melt. To make the sensor hole machining easier fastening thread was built at the back surface of the mold. Strain gauges were installed in the rod at the location where the strain by the cavity pressure was stabilized and a full bridge circuit was made to compensate temperature change. To check the distribution of strain along the rod, CAE structural analyses using the ABAQUS were performed. Linearity of the sensor was calibrated by dead weight. Instead of exposing the ejector pin to the melt, the pin can be inserted in the closed hole in the mold to measure the clamping force with the same sensor. Small strain-gauge amplifiers were embedded in the mold to improve the noise problem. To verify the performance of the sensors, pressure changes measured by the sensors and commercial sensors of Kistler were compared at two locations in the mold. Also, the clamping force was measured at a location. The pressure results showed 2 – 5 % difference between the sensors and the commercial sensors. Clamping force measurements required a higher resolution in DAQ due to relatively small signal, but the sensor showed a sufficiently sensitive signal.
more목차
제 1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
1. 금형 내 센서 설치의 필요성과 상용 센서의 문제점 1
2. 센서의 신호선 처리 문제 5
제2절 연구 동향 7
제3절 연구 범위 8
제 2장 연구 내용 9
제1절 센서 설계 9
1. 센서 설계 방안 9
2. 금형 내 설치를 위한 구조 11
3. 봉(Sensing rod) 설계 13
4. 하우징(Housing) 설계 17
제 2절 CAE 해석 18
1. B.C 및 구속 조건 18
2. Mesh & Load 20
3. 해석 결과 22
제 3절 센서 제작 27
제 4절 개발 센서 검증 29
1. 센서 Calibration 29
2. 성능 검증 방법 및 표기 31
3. 금형 가공 및 센서 설치 방법 33
4. 실험 장비 및 성형 조건 39
제 3장 연구 결과 40
제 1절 캐비티 압력 (CP 1) 측정 결과 40
1. 실험 결과 비교 분석 40
2. 재현성 분석 42
제 2절 캐비티 압력 (CP 2) 측정 결과 43
1. 실험 결과 비교 분석 43
2. 재현성 분석 44
제 3절 형체력 (CF 1) 측정 결과 46
1. 실험 결과 분석 46
제 4장 결론 48
참고 문헌 50
ABSTRACT 51
