- 고객: TPV Technology Limited
- 국가: 대만
- 산업: 전자
- 솔루션: Moldex3D FEA 인터페이스
(출처: www.tpvaoc.com)
수행 요약
초기 생산 후 제조사는 통상적으로 플라스틱 위에 낙하시험이나 열전달시험 등 여러 시험을 수행하는데, 이를 통해 의도된 사용기능을 제품이 수용하는지를 검증코자 한다. 여러 요구사항을 만족시키기 위하여, 시험과정 중에도 설계변경이 종종 불가피하다. 실 제조 전에 설계결함을 여하히 즉각적으로 꼭 집어내는가가 최소 비용으로 고품질을 얻는 주요 관건이었다.
사례
LED TV목(neck)부는 모니터 뒷면에 장착되어 스탠드 바닥을 TV에 연결시키는 역할을 한다. 조립 중, 체결점 역할을 하는 보스가 예기치 않게 크랙이 발생하였다(그림1 참조). 부품이 부하를 수용할 능력이 있어야 하므로 강도를 고려하는 것이 설계에 매우 중요한 역할이 되었다.
그림.1 LED TV 목부 보스가 조립 시 크랙 자주 발생
해결안
제품강도에 미치는 결정적 영향을 규명하기 위하여, TPV 기술부는 Moldex3D를 사용하여 충진해석을 수행하고 웰드라인이 사출품의 강도를 약화시켜 보스상 발생함을 파악하게 되었다. 해석결과로부터 이 경우 사용된 재질기준으로, 유동선단 교차각이30도에서 140도사이에 분포하고, 각도가 클수록 웰드라인이 더욱 명료하였다.
그림.2 Moldex3D유동해석에서 유동선단 교차각
또한, 충진프로파일을 통하여 TVP기술부는 보스중심의 온도차가 10도씨임을 확인하였다. 용융온도보다 10도씨 정도 낮았다. 이러한 조건하에서는 웰드라인이 쉽게 발생할 것이다. 교차각과 더불어 두 선단간의 온도차가 웰드라인의 강도를 감소시키는 요인이었다.
그림. 3 충진온도 프로파일에서 온도차가 웰드라인 형성 원인임을 보여줌
기구설계를 최적화하고 자체 강도를 향상시키기 위하여, TPV 기술부는 Moldex3D를 사용하여 잠금토크공정에 대한 응력해석을 하였고, 해석결과를 근거로, 설계팀은 크랙문제의 주요인을 규명하고 설계변경을 즉시 정확하게 수행하였다. 충진해석결과에서 설계팀은 보스에서의 유동선단 교차각과 중심부 온도분포를 간파할 수 있었다. 또한 Moldex3D FEA인터페이스 모듈을 사용하여, TPV기술부는 ABAQUS응력해석용 재질 성질을 추출하고 응력-변형율 도를 비교할 수 있었다.
해석결과를 살펴보면, 잠금위치상 주 잔존응력은 최대응력 2.73kgf/mm2에 이르고, 잔류응력은 1.59e-03에 이른다. 또한 곡선에서 잠금위치는 33kgf을 받을 때 크랙이 발생되었다. 따라서, 설계팀은 보스의 피쳐를 재설계하기 시작하였고 금형충진을 수행하며 응력해석을 반복하였다. 설계변경과 해석을 완료한 후, TVP 기술부는 해당 강도를 33kfg에서 40kgf까지, 즉 21%까지 증가시키는데 성공하였다.
그림.4 Moldex3D FEA 인터페이스를 사용하여 최대응력 위치를 식별함
| Original Design | Optimized Design | Improvement Rate | |
| Stress(kgf/mm^2) | 2.72 | 2.18 | 19%↑ |
| LE | 1.59 | 1.27 | 20%↑ |
| Max Broken force (kgf) | 33 | 40 | 21%↑ |
그림. 5 보스의 원설계와 최적설계간 응력-변형율 곡선의 비교
결과
Moldex3D의 도움으로 TVP기술부문은 원가를 감소시키고 생산효율을 증진하였다. 초기생산 시 30%의 실패율을 보였지만, Moldex3D시뮬레이션 해석을 설계통찰력을 갖춘 후, 생산율을 10%까지 개선하여, 년간 15만개 생산 시 총 41,012US달러를 절감할 수 있었다. TPV기술부문은 이러한 개발프로세스를 여타 품목에 Moldex3D 시뮬레이션의 최대 잇점을 적용하여 보다 월등한 생산성을 성취코자 계획하고 있다.
| Yield Improvement (%) | Production Capacity (piece/ year) |
Weight (g) | Material Cost (USD/Kg) | Before-improvement Expense (USD) | After-improvement Expense (USD) |
| 10 | 150,000 | 165.4 | 2.5 | $61,518 | $20,506 |