밸브 게이트는 핫 런너 시스템의 핵심 요소 중 하나이다. 개폐제어 밸브를 통해 수지가 캐비티 안으로 들어가는 것을 방지할 수 있기 때문에 수지가 캐비티로 들어가는 시기를 매우 정확하게 제어할 수 있다. 이러한 특성은 멀티게이트 시스템에서 특히 중요한데, 유동선단이 핫 런너를 통과한 후에 제어밸브를 열어서 웰드라인 문제를 예방할 수 있기 때문이다. 또한 이밖에도 밸브 게이트 런너를 사용함으로써 사용자는 압력분포의 불균형으로 인한 수지 밀도의 변화를 줄이고, 이를 통해 응력 잔류 또는 유동 선단의 표면 결함을 방지할 수 있다.
시간, 유동선단, 스크류 위치에 따른 제어 밸브 개방 또는 폐쇄와 같이 사용자는 Moldex3D로 밸브 게이트의 특정 조건을 자유롭게 설정할 수 있다. 뿐만 아니라 충진 단계와 보압 단계의 시뮬레이션을 지원하는 Moldex3D의 밸브 게이트 제어 기능으로 캐비티 압력의 균형을 유지한 후 게이트 개폐 동작을 수행하도록 할 수 있다.
Moldex3D Designer를 사용해 메쉬 모델 제작 후 밸브 게이트 제어 분석 진행
1단계 Designer에서 먼저 하나의 핫 런너 시스템을 준비한다. 그리고 아래 표에 나타난 두 가지 방식을 통해 밸브 게이트의 제어 ID를 지정한다.
비고：Moldex3D Mesh에서 밸브 게이트 제어 ID는 핫 런너의 솔리드 메쉬 속성에서만 지정할 수 있다. 이 때문에 사용자는 반드시 핫 런너 솔리드 메쉬를 먼저 생성해야만 한다.
비고：Moldex3D Mesh에서 밸브 게이트 제어 ID는 핫 런너의 솔리드 메쉬 속성에서만 지정할 수 있다. 이 때문에 사용자는 반드시 핫 런너 솔리드 메쉬를 먼저 생성해야만 한다.
| 아래 그림의 2단계(솔리드 메쉬 생성 전) | 아래 그림의 5단계(솔리드 메쉬 생성 후) |
핫 런너 속성을 설정하는 인터페이스에서 밸브 게이트 제어 ID를 설정한다. | 1. 밸브 게이트 제어 ID 설정(Set Valve Gate)을 선택한다. 2. 밸브 게이트 제어 ID 설정  |
비고： 이 두 유형의 경우에는 사용자가 단순히 핫 런너의 핀 게이트만이 아닌 전체 핫 런너 제어 밸브를 통해 게이트를 제어하길 권장한다. 최종 메쉬 모델은 아래 그림과 같다.
제어 밸브 분석 설정 Moldex3D 프로젝트
2단계 프로젝트 내에 새로운 프로젝트를 생성해 분석을 진행한다. 이어 메쉬 모델을 입력하고 일반 기본 분석 설정을 진행한다. 제어 밸브 설정 부분에서 충진/보압을 선택한 후, 설정 항목의 고급 설정 부분에서 밸브 게이트 제어 옵션으로 들어간다.
3단계 각 제어 밸브의 동작량을 개별적으로 설정한 후, 제어 포인트에 도달할 때쯤 밸브를 열거나 닫는 동작을 실행해 본다. 서로 다른 제어 설정이 표시되게 하려면 반드시 서로 다른 제어 선택 항목 3개를 사용해 각각의 제어 밸브 개방 및 폐쇄의 구동 유형을 변경할 수 있다.: 시간, 유동선단의 도달 및 스크류 위치에 따라 변경이 가능하다.
비고： 제어 밸브 ID에 주의해야 하며, 제어 밸브가 설정된 동작에 따라 작동하도록 단일 제어 밸브는 하나의 개방 및 폐쇄 유형의 선택 항목만을 사용할 수 있다.
제어 예약:
수치(단위: 초) 설정을 통해 동작 집행 시간을 표시할 수 있다.
비고: 충진 및 보합 시간이 대응되는 제어 밸브의 시간 수치에 도달한 경우, 충진 및 보압 단계의 동작 집행 중 보압 단계의 제어는 예약 유형의 시간 설정만 가능하다.
비고: 충진 및 보합 시간이 대응되는 제어 밸브의 시간 수치에 도달한 경우, 충진 및 보압 단계의 동작 집행 중 보압 단계의 제어는 예약 유형의 시간 설정만 가능하다.
유동선단 제어 :
- 메쉬 노드 ID를 설정해 언제 조작을 실행하는지 표시한다.
비고： 제어 밸브가 수지 앞에서 특정 메쉬 노드에 도착한 후 동작을 집행한다는 의미이다. 노드 ID는 선택 기능을 통해 획득할 수 있다.
- 수치(단위: 초) 설정을 통해 동작 집행 시간을 표시할 수 있다.
비고： 이곳의 시간 수치(연장 시간)는 예약 제어의 시간 수치(시동 시간)과는 다르다.
비고： 제어 밸브가 수지 앞에서 특정 메쉬 노드에 도착한 후 동작을 집행한다는 의미이다. 노드 ID는 선택 기능을 통해 획득할 수 있다.
- 수치(단위: 초) 설정을 통해 동작 집행 시간을 표시할 수 있다.
비고： 이곳의 시간 수치(연장 시간)는 예약 제어의 시간 수치(시동 시간)과는 다르다.
스크류 위치 제어 :
- 이 기능은 기계 모드(1&2)에서만 사용할 수 있으며, CAE 모드에서는 사용할 수 없다.
수치(단위: mm) 설정을 통해 집행 시의 스크류 위치를 표시한다.
비고： 사용자는 스크류의 위치, 충진 퍼센트 및 일정 시간의 관계를 반드시 정확히 파악하고 있어야 한다.
수치(단위: mm) 설정을 통해 집행 시의 스크류 위치를 표시한다.
비고： 사용자는 스크류의 위치, 충진 퍼센트 및 일정 시간의 관계를 반드시 정확히 파악하고 있어야 한다.
Moldex3D 프로젝트의 제어 밸브 집행 분석 및 결과 설명
4단계 충진 집행 및 보압 분석의 순서에 따라 분석 결과를 통해 웰드 라인, 유동 평형, 압력 변화 등의 성형 결과를 표시한다.
| 50% 충진 진도(예약 제어의 경우) | 90% 충진 진도(예약 제어의 경우) |
제어 밸브 2 및 4가 충진 시간이 1초(또는 50% 충진 진도, 충진 시간을 2초로 설정했기 때문)일 때 열린다.
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충진 진도가 90%일 때 유동 선단이만나는 것을 확인할 수 있다.
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| 27% 충진 진도(유동선단 제어의 경우) | 17mm 스크류 위치(스크류 위치 제어의 경우) |
유동 선단이 대응하는 메쉬 노드에 도착한 후, 제어 밸브 2 및 4가 열린다.
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스크류 위치가 17mm에 도달한 후 제어 밸브 2 및 4가 열린다.
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아래 그림은 상술한 상황에 대응되는 유량 그래프이다 :
| 밸브 게이트 제어 없음 | 밸브 게이트 제어 있음 |
게이트 유량이 4개의 게이트로 균일하게 분산되며, 충진과 함께 종료된다. 4개의 게이트가 충진 시작과 동시에 제어 밸브를 열어 충진 종료 시까지 지속시킨다.
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게이트 유량이 제어 밸브(1과 3)에 균일하게 분산되며, 충진이 절반 정도 완료되었을 때 이 두 유량이 거의 0까지 감소된다. 이때 대부분의 유량이 제어 밸브(2와 4)로 이동한다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 제어 밸브(1과 3)에 이전에 유입된 수지가 남아 있기 때문이며, 이 때문에 비교적 높은 유동 저항력이 발생하는 것이다. 이전의 수지가 남아 있지 않은 제어 밸브(2와 4)의 경우, 유동 저항력이 비교적 작으므로 게이트에서 오는 수지가 저항이 비교적 작은 제어 밸브로 흘러 들어가게 되는데, 이는 충진 완료 시까지 지속된다.
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밸브 게이트 제어 시스템 분석의 응용
- 웰드라인 개선 및 웰드라인 제거
이상 언급된 3개의 사례에는 이미 주요 프로세스 (웰드라인의 발생을 피할 수 없는 상황일 때)에 대한 개선이 적용되었다.
- 유동 밀도 개선
웰드라인 문제 외에 적합한 제어 밸브를 통해 유동 밀도 문제 또한 개선이 가능하다. 이를 통해 더욱 균형 있는 수지 밀도를 확보함으로써 제품의 유동패턴을 균일하게 만들어 준다
이상 언급된 3개의 사례에는 이미 주요 프로세스 (웰드라인의 발생을 피할 수 없는 상황일 때)에 대한 개선이 적용되었다.
- 유동 밀도 개선
웰드라인 문제 외에 적합한 제어 밸브를 통해 유동 밀도 문제 또한 개선이 가능하다. 이를 통해 더욱 균형 있는 수지 밀도를 확보함으로써 제품의 유동패턴을 균일하게 만들어 준다
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