運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計

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■誠模精密科技 / 李海 模流分析高級工程師
(ACMT SMARTMolding 2022年8月刊)    
運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖2
前言
NB上的網孔設計,其目的在于增強散熱或聲音的通透性。而在模具設計時,網孔區域應特別引起重視,因為其流動阻力大,壓力損失高,極容易形成充填短射,需要較高的充填壓力;但過高的充填壓力,也容易使其產生毛邊溢料,在模具加工時,此區域就要做相應的預留,使其能夠配合更緊密。無論是出現短射還是毛邊,模具的維修成本都比較高,所以在設計時,澆口位置和流道大小的選擇就相當重要。那么,怎樣在多種方案中挑選最佳設計,使出現上述不良的幾率降至最低呢?
CAE模流分析的產生,為我們的選擇提供更多參考。而模擬網孔流動的準確度能否保證,分析結果是否可信?在模擬網孔流動時,又該注意什么?本文為網孔仿真分析提供一個實例。  


案例簡介

產品說明

此案例為NB下蓋(如圖1),其尺寸為261.27*212.55*12.5mm,肉厚為1.2mm,使用的成型材料為PC+20% Mineral、Mitsubishi / BCB992

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖3

圖1:產品模型

成型機臺與成型條件

使用的機臺為臺中精機350T,其螺桿直徑50mm,最大射速172mm/s,最大射出壓力187Mpa,最大射出量372g。其中成型條件設定如表1。

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖4

表1:原始設計成型條件

問題點

因產品網孔較多,肉厚為1.2mm,較薄。成型后,局部網孔易出現毛邊,調機無法解決;經過3次變更澆口流道設計,改善仍不明顯。經檢查,模具上網孔區域高度公差為正0.03mm,屬緊密配合。需用CAE模擬流動分析,尋找解決對策。


模流分析

原始設計

本產品采三板模四點進膠(一處針點、三處側澆口),橫流道尺寸為上7*下4.88*高6mm,等同于Φ6.73mm圓形;針點進膠點尺寸為a:Φ1mm;側澆口進膠點尺寸為c:7*1mm、b:8*1mm、d:6*1mm。
運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖5

圖2:原始設計

情景重現(依據成型短射,修正網格)

網孔區域影響流動原因在于模壁對塑料流動產生的摩擦阻力,從而導致流動性下降;另外,網孔區域與模壁接觸面積增大,散熱加快,易產生冷料,降低料溫,黏度上升。

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖6

網孔   處肉厚設定不能直接定義量測厚度,需要用到等效設定(如圖3);   通過等效設定后的模擬分析結果(圖4)與實際成型短射(圖5)對比,相似度為70%;   在等效設定后,再將肉厚減少0.15mm模擬分析(圖6)與實際樣品相似度為90%,所以,肉厚修正是必要的。   修正網格后,成型條件如表2。
運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖7

表2:網格修正成型條件

原因分析

產品(如圖7)
運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖8

圖7:流動波前95%

紅圈中網孔處是易產生毛邊的區域,其原因:

  • 流動不平衡:后充填處需要持續加壓,先充填處已進入保壓狀態;

  • 壓力集中:毛邊處為a、c、d三澆口結合交匯處,易產生壓力過剩現象(如圖8);

  • 需求鎖模力過大(如圖9)。

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖9

修改對策

  • 針對上述可能造成網孔毛邊的原因,制定相應對策:

  • 變更澆口大小及位置,達到流動平衡;

  • 移動澆口位置,解決壓力集中現象;

  • 建議客戶更改網孔結構;

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖10

圖10:原始設計運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖11

方案一:

  • b處澆口向下移動14mm,由8mm寬加大至12mm;

  • c處澆口由7mm寬加大至12mm;

  • d處澆口向右移動35mm;

方案二:

  • 在方案一變更基礎上,將圖12紅圈中盲孔區域肉厚由0.6mm加膠至0.9mm;    
運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖12

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖13

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖14

結論
在運用CAE模擬網孔流動前,定義其肉厚非常關鍵,一般需要在等效肉厚基礎上再減少15%的厚度,以此表現出網孔充填困難的特征:正確的輸入模型,不僅是CAE仿真的基礎,也是達到真實模擬效果的首要條件。
而CAE模流分析模型建構中,無法建構毛邊的模型,只能借助模擬分析流動波前、壓力、鎖模力等數據綜合分析,提前預測最可能出現毛邊的區域,并且通過仿真分析找到最行之有效的解決方案。  
正確運用CAE模擬分析,能避免因重復修改和多次試模造成不必要的成本浪費。■

運用CAE 模流分析解決網孔毛邊之模具設計的圖15          

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