인덕션히팅해석의최신기술 (Induction Heating) 2015.05.13 ED&C 박기윤대리 ky.park@ednc.com
Induction Heating & RHCM(Steam 해석 ) 급열급냉 (Rapid Heat & Cool Molding) 의이란? RHCM 공정의기본원리는수지가금형내부로주입이될때금형온도를급속가열하여열변형온도이상을유지하고, 보압및냉각공정에서는제품의고화를촉진하기위하여금형의온도를급격히떨어뜨리는방식이다. 주요목적은제품의외관특성 ( 웰드라인, 고광택 ) 을개선하고자하는성형가공기술이다. 2
Induction Heating & RHCM(Steam 해석 ) 급열급냉 (Rapid Heat & Cool Molding) 의종류 RHCM (Rapid Heat & Cool Molding) 열수관과냉각수관이분리열효율측면에서매우비효율적되어있다. 열수 / 냉각수 / 공기분사겸용관을이용 Moldflow RHCM 해석 3
Induction Heating & RHCM(Steam 해석 ) 급열급냉 (Rapid Heat & Cool Molding) 의종류 Electricity RHCM Mold E-Mold F-Mold 4
Induction Heating & RHCM(Steam 해석 ) Induction Heating 소개 5
Induction Heating & RHCM(Steam 해석 ) Induction Heating 소개 http://www.hl-hf.com/index.htm 6
목표 At the end of this class, you will be able to: Induction Heating 해석방법을익힘 전기저항력의개념은알게됨. 투자율 or 상대투자율의개념을알게됨. Induction Heating 의해석결과확인 7
Induction Heating 소개 8
Induction Heating 해석소개 1. Induction Heating 의예 9
Induction Heating 해석소개 1. Red-hot ice cube by induction heating 10
Induction Heating 해석 11
Induction Heating 해석이론 1. Electrical 이란? Electrical resistivity of material( 단위 : ohm-m) 재료의전기저항률 : 단위길이를갖는물체또는어떤물체의단위용적 (1cm^3) 의전기저항 Relative magnetic permeability of material 재료의상대투자율 12
Induction Heating 해석이론 1. 재료의전기저항률 (Electrical resistivity of material) 이란? 어떤물체가전기를흐름성을비교하기위한물성수치 ( 단위 : Ωm) 전기저항률이낮을수록전기는흐르기쉽다. 금속 Metals (Ωm) Steel,low carbon 142e -8 Titanium 42.0e -8 Platinum 10.60e -8 Nickel 6.84e -8 Aluminum 2.65e -8 Gold 2.35~2.65e -8 Copper 1.67~2.65e -8 Silver 1.59e -8 반도체 Semiconductors GaAs Silicon (pure) Silicon (.0025 ohm-cm) Silicon Dioxide (amorphous) Silicon Nitride.16 -.33 Silicon Carbide 절연체 Insulators Air Diamond Epoxy Glass water Liquid Nitrogen(77K) Liquid Argon(85K) 전기저항률참고 : http://www.reade.com/particle_briefings/elec_res.html http://www.matweb.com/ 13
Induction Heating 해석이론 1. 재료의상대투자율 (Relative magnetic permeability of material)? magnetic permeability = 투자율 = 透투과하다 ( 투 ) 磁자석 ( 자 ) 率비율 ( 율 ) 상대투자율 μ r = 물질의투자율 μ / 진공의투자율 μ 0 14
Induction Heating 해석이론 1. 재료의상대투자율 (Relative magnetic permeability of material)? 상대투자율 = 물질의투자율 / 진공의투자율 물질투자율물질의자기적성질을나타내는양물질의종류에따라달라진다. 강자성체 > 1 ( 철, 코발트, 니켈종류의원소또는합금 ) 상자성체 = 1 ( 산화알미늄 ) 반자성체 < 1 ( 구리, 안티몬, 물 ) 진공투자율물질이진공환경에서자기적성질을나타내는양매우작은값으로거의 0 에가깝다. (µ 진공 = 4π 10 7 1.26 10 6 H m 1 ) 자기장 : 자석이나전류, 변화하는전기장등의주위에자기력이작용하는공간. 15
Induction Heating 해석이론 1. 재료의상대투자율 (Relative magnetic permeability of material)? 상대투자율 = 물질투자율 / 진공투자율 물질투자율? ex) 순수구리의투자율 (1.2566368 10 6 H m 1 ) < 1 이하 진공투자율? ex) 진공투자율은 0 에가깝다. (µ 진공 = 4π 10 7 1.26 10 6 H m 1 ) 구리의상대투자율 = 순수구리의투자율 (H m 1 ) 진공의투자율 (H m 1 ) = 1.2566368 10 6 4π 10 7 = 0.999999791955 1 자기장의세기 H [ 단위 (A/m)] 재료의투자율확인 : http://en.wikipedia.org/wiki/permeability_(electromagnetism) 자기장 : http://ko.wikipedia.org/wiki/%ec%9e%90%ea%b8%b0%ec%9e%a5 16
Induction Heating 해석이론 1. 재료의상대투자율 (Relative magnetic permeability of material)? 자력선속밀도 : 단위면적을수직으로지나는자기력선의수, 이를자속밀도 Wb/m 2 = N/(Am) [ 단위 : 국제단위계가우스 (G), CGS 테슬라 (T)] 전류밀도 = A m 2 자속밀도 = Wb m 2 단위면적당흐르는전류 단위면적당흐르는자기력 단위면적당흐르는전류의수 Output: 10A Input: 10A 전류밀도 : http://ko.wikipedia.org/wiki/%ec%a0%84%eb%a5%98_%eb%b0%80%eb%8f%84 17
Induction Heating 해석이론 1. Elemental properties 는 Coil 로지정해야함. 유도가열을목적으로하는 coil 은동을추천 18
Induction Heating 해석이론 1. 전류또는전압의크기지정.( 전류의방향 ) 19
Induction Heating 해석이론 Induction heating 해석에서신뢰도를높이기위한도체의매싱기법 유도전류의 86% 가도체표면레이어에집중되어있음. ( 최외곽표면층의두께 ) δ = 1 πfμσ f: 발전기의주파수 (s -1 ), μ : 재료의투자율 (H ㆍ m -1 = kg ㆍ m 2 ㆍ s -2 ㆍ A -2 ㆍ m -1 ), σ : 재료의전기전도율 (S ㆍ m -1 =kg -1 ㆍ m -2 ㆍ s 3 ㆍ A 2 ㆍ m -1 ) δ= 1 πfμσ = 1/ π (s 1 )(kg m 2 s 2 A 2 m 1 )(kg 1 m 2 s 3 A 2 m 1 ) =m 도움말참고 «meshing guidelines for induction heating» 유도단위 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docid=1661982&cid=42330&categoryid=42330 20
Induction Heating 해석이론 해석신뢰도를높이기위해 Mold Insert( 가열체 ) 의 1 st layer 두께는 δ( 델타 ) 가중요한이유는? 자기장밀도에따른금속표면의가열범위 제품표면 제품중심 21
Induction Heating 해석이론 Meshing 고려대상 Mold Insert( 가열체 ) Mold Insert( 가열체 ) 표면 Mesh size mesh size = δ 0.8 Mold Insert( 가열체 ) 의 1 st layer 두께는 δ( 델타 ) 로지정 표면부위는 4 Layer 를추천함. 표면에서중심까지의 Layer 수 ( 6-Layer 생성 ) 표면에서중심까지의두께증가비율 (1.3배로증가 ) 1st Layer 두께사이즈 (1 st layer 두께 0.8mm) 1 st Layer 두께의개수결정 (1 st layer 0.8mm가 2개 ) 1 st Layer 두께사이즈에 Scale 적용 Ex) 1 st layer 0.8mm 일때 0.5를입력하면 0.4mm 두께 22
Induction Heating 해석이론 1st Layer 두께사이즈 (1 st layer 두께 0.2mm / 1mm) 23
Induction Heating 해석이론 1 st Layer 두께의개수결정 (1 st layer 1mm 가 1 개 / 2 개 ) 24
Induction Heating 해석이론 1 st Layer 두께사이즈에 Scale 적용 Ex) 1 st layer 1mm 일때 1 / 0.5 25
Induction Heating 해석실습 1. Mold Surface Wizard(FEM) 1. 제품모델링 2. Runner 모델링 (Beam or 3D CAD) 3. Channel 모델링 (Beam) 4. Coil 모델링 (3D CAD) 5. Insert 모델링 (3D CAD) 2. Mold Block(FEM) 1. 제품모델링 2. Runner 모델링 (Beam or 3D CAD) 3. Channel 모델링 (Beam) 4. Coil 모델링 (3D CAD) 5. Insert 모델링 (3D CAD) 6. 금형모델링 (3D CAD) 26
Induction Heating 해석실습 제품모델링 Runner 모델링 (Beam or 3D CAD) Channel 모델링 (Beam) Coil 모델링 (3D CAD) Insert 모델링 (3D CAD) 27
Induction Heating 해석실습 제품, Runner, Coil, Mold insert - Import 28
Induction Heating 해석실습 Induction Coil 로속성설정 29
Induction Heating 해석실습 Mold insert 로속성설정 30
Induction Heating 해석실습 Induction Coil High/Low Potential Terminal 설정 (Boundary Condition) 31
Induction Heating 해석실습 Induction Coil Mesh 생성 32
Induction Heating 해석실습 Channel Beam Mesh 생성 33
Induction Heating 해석실습 Mold Surface 생성 34
Induction Heating 해석실습 Mold Surface Mesh 생성 35
Induction Heating 해석실습 Induction Coil high potential terminal 에전류및전압설정 36
Induction Heating 해석실습 Induction Coil 속성설정 (Electrical- 전기저항및상대투자율 ) 37
Induction Heating 해석실습 Induction Coil 속성설정 ( 시간설정 ) 38
Induction Heating 해석실습 Mold Insert 속성설정 (Electrical- 전기저항및상대투자율 ) 39
Induction Heating 해석결과 Joule heating 결과 단위체적당 (m 3 ) 발생하는전력 (W) 1W=1J/s, 1J=1Nm 40
Induction Heating 해석실습 Magnetic flux density, real part 제품에생성되는자속밀도단위 T 전력단위 : http://blog.naver.com/dhksrl0508/220025162629 41
Induction Heating 해석실습 Induced current density, real part 제품에발생하는유도전류밀도 H/m=A/m 42
Induction Heating 해석실습 Magnetic vector potential, real part 잠재적인자기벡터결과 Joule heating 결과를생성시키기위한중간결과로자기장의방향및크기를확인 43
Induction Heating 해석실습 Temperature, mold(transient) 금형온도결과 Induction Heating 결과는? 44
Induction Heating 해석실습 어떤결과가 Induction Heating 일까요? Steam 해석 Induction Heating 45
Conclusions 1. Induction Heating 해석을위해서는 재료의전기저항, 상대투자율, 전류 or 전압을정확히입력해야함. 2. Mold Insert 의표면에서 1 st Layer의두께는 1 δ = πfμσ 전력주파수, 재료의투자율, 재료의전기전도율을알아야함. 3. Mold Insert 의표면매시사이즈는 mesh size = δ 로정해야한다. 0.8 4. Induction Heating 의장점으로 복잡한형상도균일한가열이가능하다. 급속가열이가능하다. 열전도에대한손실이우수하다.
감사합니다 47