Moldex3D 成功验证异型水路提升冷却效能

K哥

- 株式会社松井制作所案例

以下的案例将就传统水路和异型水路设计的冷却结果作比较。下图为几何复杂且厚度变化极大的产品模型。使用异型水路设计将可大幅降低冷却时间逾33% (10秒)。传统的冷却水路无法贴近产品的几何外形，冷却效果受到局限，在几何复杂的产品上尤为明显。如今，日益月新的制程技术实现了异型水路设计，然而，冷却系统的验证和设计仍因产品的复杂度而备受考验。

Moldex3D冷却分析不仅提供所需的冷却时间，更可进一步提供模内的温度变化。此外，冷却行为如：流率、压力损失、涡旋与死水区域，都可透过Moldex3D真实三维冷却系统分析获得预测结果。要达到异型水路和冷却效率优化不再是遥不可及。

Moldex3D 的异型水路解决方案有：

·        大幅提升冷却效率。异型水路可以将整体的冷却速率差异降至最低。

·        减少生产周期和成本

·        确保最佳产品质量

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本案例的产品规格如下：

·        长度： 162.23 mm

·        宽度：105.15 mm

·        高度：44.51 mm

·        主要的厚度：约3 mm

我们将以这个案例进行传统水路和异型水路的比较；传统的冷却水路设计在公模侧是使用隔板式水路，然而，异型水路则可以依产品而行，满足多变的设计。

a. 传统水路设计                            b.异型水路设计

异型水路设计距离模穴表面等距离，然而，由于受到几何模型的限制，冷却水路仍然无法深入许多地方。在这个案例中，冷却水路的平均值直径是4公厘，模穴与水管相距8.3公厘，水管间则是相距9公厘。，

以下为一些水路设计的模拟结果：

传统的水路设计在冷却结束时的塑件表面温度如下所示，温度从60.04-134.02℃。模穴壁的温度分布相当低且一致；然而，在公模侧，塑件的表面温度会因区域而异。红色圈选处为最高温，很明显地看出，并无水路经过该处。

a. 表面温度分布范围 57.82 – 129.95 ℃ b. 最高温位于红色圈选处

以下的图显示圈选处所需的冷却时间。冷却时间指的是从保压结束之后到脱模，如数值所显示，冷却所需时间约为101.55秒，默认值(20秒)不足。

冷却结束时的表面温度分布如下图所示，温布从57.82-129.95 ℃，低于传统水路设计，除此之外，公模侧的温度分布，异型水路的设计也比传统设计更均匀。

最大所需冷却时间也降低至96.51秒。

如果我们将两组案例设定同样的温度范围，我们可以看到异型水路组能有效移除公模侧大部分的热量，然而，最高温的区域因为没有水路经过，依然存在(红色圈选处)。

以下是冷却效率的比较，在传统的设计里，由于隔板式水路无法接触产品公模侧表面，处于较低的冷却水路只能吸收三分之一的总热量。然而，在异型水路的设计中，贴近产品公模侧表面水路的冷却效率(53.73%)就远高于下方隔板式水路的冷却效率(1.16%)。

生产的周期时间是考虑水路设计的重点之一，比较传统设计，异型水路设计可以减少10秒的周期，将近33%。

举例来说，可以将凹痕值作检视产品质量的指针。以下为传统水路设计(冷却30秒)和异型水路设计(冷却20秒)的凹痕比较图。我们可以由下图中可看出所示的两种水路设计凹痕预测值，异形水路的最大值较小。但是在红色圈圈处的值却接近。这个证明了两个脱模状态的一致性。

传统水路凹痕位移值 0-0.148mm                                 异型水路凹痕位移值 0-0.105mm

整体而言，传统的水路冷却效果遭到局限，由于冷却水路无法触及产品表面因此很难做进一步改善。在这个案例中，我们可以发现异型水路设计可以有效降低冷却时间并提升冷却效率，同时确保产品质量。