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B09 CAE 技术整合异型水路设计于改善模具热平衡与冷却周期

2011-12-20 17:29| 查看: 51024| 评论: 0|来自: 产学联盟

摘要: 模具热平衡问题一直以来是塑料射出成型的一项重点考虑因素，因为其牵涉到熔胶的流动性、收缩率、冷却周期和产品表面质量。然而冷却周期更是业界所在乎的一项数据，因为其影响到产品的量产值及业者的成本。为了改善模 ...

CAE 技术整合异型水路设计于改善模具热平衡与冷却周期
The integration of CAE and conformal cooling design on improving thermal
balance of mold and cooling cycle
何志忠, 林秀春, 王维达
Alvin Ho, Alice Lin, Marvin Wang
科盛科技股份有限公司
CoreTech System (Moldex3D) Co., Ltd

摘要

模具热平衡问题一直以来是塑料射出成型的一项重点考虑因素，因为其牵涉到熔胶的流动性、收缩率、冷却周期和产品表面质量。然而冷却周期更是业界所在乎的一项数据，因为其影响到产品的量产值及业者的成本。为了改善模具热平衡问题，便产生了异型水路这项技术。异型水路的特性有别于传统水路受限于加工上的限制，采取雷射金属粉末烧结技术，可以不受传统加工上的限制，所以更能贴进产品轮廓。针对一般产品的死角或是容易积热之区域，异型水路能提供良好的散热效率，使冷却周期得以降低。本文以一模一穴传统水路的设计，使用CAE 模流分析的方式，预测易发生热点之范围。在相同的模具设计内，将传统水路的设计更替成异型水路，以期在热点的问题上获得改善。藉由CAE 模拟分析的方式可以帮助了解适当的水路摆放位置与预测冷却周期所需的时间，并可以做为设计异型水路的评估工具。

关键词：Moldex3D、异型水路、模具热平衡、冷却周期。

Abstract

Thermal balance of molds has always been the priority consideration of plastic injection
molding because it is involved with melt flow, shrinkage, cycle time and surface quality. Out of all
these factors, cycle time is concerned most in industry due to its influence on product output and
cost. In order to improve the thermal balance of molds, conformal cooling technology is developed.
Because of unique Direct Metal Laser Sintering (DMLS) technology, conformal cooling design is
much closer to the cavity, which makes the most difference from the one in traditional cooling
design. Conformal cooling can provide a better effective thermal conductivity for part design corner
or areas with easy thermal accumulation, so the cycle time can be reduced. In this paper, it
demonstrates a one cavity mold design with traditional cooling system, using the CAE simulation to
predict the range of hot-spot in product. Later, it replaces the traditional cooling design with the
conformal cooling design to generate improvements of hot-spot reduction. Using the CAE method,
it assists us to understand the appropriate placement and predict the cycle time requirement for
cooling, as the conformal cooling design tool.

Keyword: Stamping die design, Rapid maintenance, Punch, Bush, Slide.

一、前言

随着科技的进步与新产品推出的速度，造成设计周期缩短。因此该如何在有限的时间内，带来更高的量产值并同时兼顾产品的质量，皆考验着塑料射出业的设计与制造能力，为了提高量产值，势必要减少每一模次之间的周期时间。在成型周期里占了绝大部份的是冷却阶段，其在成型周期里最多可超过三分之二的成型时间，然而不足的冷却时间却可能导致产品收缩及翘曲。
通常在模具传统水路制作上，冷却水路仰赖钻孔的方式进行，但是一副模具往往内含复杂的机构，像顶针、插销及滑块，因此在设计水路时，必须避免干涉到模具机构。同时，也要考虑到是否能对产品提供足够的冷却环境，以协助快速且均匀地降温。因此，为模具提供足够的冷却管道是一项困难的工作，在考虑避免与模具机构干涉及提供良好的冷却环境情况下，结果常常无法两者兼具。
理想的冷却系统必须考虑到，水路的布置、型式、冷却温度、水管内的流率及冷却时间，更重要的是水路的位置必须能够贴近产品的轮廓以达到均匀带走热量的目的。因此异型水路这项新的设计概念便因应而生，透过一些新世代的模具加工技术，使得冷却水路可以不必受到传统加工上的限制，模具设计者可更自由地设计出贴近产品的水路设计。

二、产品简介

本研究以事务机外壳件为模型，针对公模面易积热之区域进行探讨，如图一所示。原始模型水路设计将采取传统水路的方式(图二)。设计变更模型则采取异型水路设计(图三)。产品的规格尺寸:主要厚度3mm，长度453mm，宽度314mm，高度56mm，模穴体积727cc，如表一所示。模具的材质采用P20 模具钢材，P20 材料特性如表二。