閥式熱澆道系統設計的案例
應用 CAE 模流分析技術在閥式熱澆道系統之模具設計
應用 CAE 模流分析技術在閥式熱澆道系統之模具設計
■劉文斌/型創科技 技術總監
前言
有鑒于模具的后加工便利性與成品質量考量，熱澆道系統已普遍被大形式的模具所采用，其優勢具備節省塑料、避免結合線、降成型周期、與控制塑件翹曲變形。由于大型式的模具修模費用相當昂貴且加工時間冗長，若再以傳統式的設計思維”憑過去的設計經驗決定未來的產品設計”，試模次數與模具成本的支出將無法有效被預測，產業間的競爭優勢將因此散失。運用CAE 模流分析的計算機試模觀念，協助設計人員檢視其產品與模具設計的可行性，并透過分析數據的相互比較尋找出最適當的設計組別，使產品在開發階段即可將淺在的設計盲點挑出。由此方式后續實際試模的次數與修模的機會將可大大減少，成品獲利將可大幅提升。本文藉由一件保險桿分析，透過多項參數比較閥式澆口的設計優勢。
何謂熱澆道系統
熱澆道模具是將傳統式模具或三板式模具的澆道與流道經加熱，于每一成形時即不需要取出流道和澆道的一種嶄新設計且在射出成形模具產業中扮演關鍵零件性角色，它提供著射出成形模具中從射出機的噴嘴處到模具的模穴之間塑料流動的控制。透過熱流板、熱嘴、及其控制系統的功能，讓模具在成形時能提升塑品質量、加快生產速度、降低生產成本、做出高難度產品。
何謂閥式澆口
閥式澆口是熱澆道模具的另一種設計，透過” 時間序列控制器” 讓澆口可以分段開啟與關閉，在多澆口的模具設計中避免結合線與減少翹曲變形的產生。此技術目前在國內已逐漸廣泛被使用在汽機車產業與計算機周邊產品。以Amold 熱澆道系統而言，閥澆口共有3種設計方式，包括” 單點模具中心進澆”、” 多點組合式熱流板進澆” 及” 多點整體型熱流板進澆” 方式可供選擇。
展開 Moldex3D模流分析之怎樣改善單穴閥式熱澆道之流動不平衡及型蕊偏移現象
在本研究中，飛綠股份有限公司使用 Moldex3D，優化模具設計與射出成型制程，改善狹長形罐身問題所造成的成型缺陷，提升產能與質量的穩定度。
挑戰
? 改善縫合線、包封…等外觀缺陷
? 降低產品肉厚偏移的問題
解決方案
飛綠股份有限公司使用 Moldex3D Advanced 和型芯偏移模塊進行流固耦合分析來診斷公模仁位移的問題，使用雙流閥針式熱流道改善流動平衡，另外也透過變更產品肉厚、公母模溫等設計，來改善產品結合線與優化流動平衡問題。
效益
? 有效優化流動平衡，控制公模仁型芯偏移問題
? 消除結合線，預防產品破裂
? 符合產品外觀質量要求
? 生產良率由0% 提升至99.7%
案例研究
本案例藉由模流分析結果解析熱流道形式對流動平衡與模具鋼材、公模仁平移量，及利用正反操作側模具溫差觀察公模仁翹曲效應，進而評估各項差異并找出最佳組合參數，克服狹長幾何之公模仁所造成的潛在缺陷。第一部分，如圖三所示，分別以兩種熱流道形式觀察轉角溫度效應造成的流動不平衡，結果發現使用TypeA單流閥針，會導致內外兩側溫度分布差異，使熔膠在流道內發生轉角效應，導致流動并非完全平衡。而使用Type B雙流閥針式平衡度即獲
得改善，成功改善流動不平衡缺陷。
圖三 不同流道形式之溫度與流動波前比較
在第二部分，為了解決公模仁翹曲現象，團隊分別觀察模具鋼材、公模仁平移與正反操作側模溫對型芯偏移之影響。如表一 所示，以2234模具鋼材對型芯偏移之翹曲量最小，且透過公模仁材質與流動平衡分析，以2234流動平衡之結果最好，流動差異在80%以后趨于明顯，而內外兩側模腔內壓差異亦在此階段發生，如圖四所示。
展開 Moldex3D模流分析之多澆口熱澆道系統
進階熱澆道分析模塊簡介
在塑料射出成型制程中，熱澆道系統相對較為復雜。人們普遍面臨精密溫度控制的挑戰以及塑料材料熱裂解的風險。Moldex3D進階熱澆道分析模塊提供專業仿真工具，協助設計師與工程師取得熱澆道系統的機制與關鍵信息。使用者能詳查制程并發掘潛在瑕疵，進而達成設計優化。Moldex3D協助企業發展高質量產品，降低生產成本，贏得全球市場的競爭力。
單澆口熱澆道系統
多澆口熱澆道系統
進階熱澆道模塊的主要特色
?支持eDesign與Solid項目
?支持全系列的熱澆道組件
熱澆道系統中的金屬組件
熱澆道系統中的加熱組件
?能指定各別不同熱澆道金屬的材料熱性質
金屬材料的設定
?與實際情況相同，熱澆道的熔膠溫度是受加熱線圈影響與控制。
加熱系統的參數設定
?檢視熱澆道系統的溫度分布與變化
進階熱澆道模塊的應用案例
Moldex3D對熱澆道開發之效益
?仿真真實熱澆道系統，提供流道與模座內部的熔膠溫度分布與歷程。
?檢查熱澆道系統設計，改善與優化內部組件設計，如加熱線圈、分流板、熱嘴等。
?深入了解熱澆道設計對成型制程與產品質量的影響，如射壓、鎖模力、縫合線、收縮、翹曲等問題。
?協助模具與產品設計變更。
?幫助診斷問題成因與驗證解決方案。
?快速大量累積專業知識：
?使其成為 know-how
?成為熱澆道系統的設計準則
展開 Moldex3D模流分析之Moldex3D協助YUDO完成熱澆道設計驗證和開發
熱澆道模具成型時不會產生澆道廢料，具備節能省料和縮短開發時間優點。熱澆道可以取代傳統冷澆道并克服產品的缺陷，例如：消弭結合線、提升產品質量、降低射壓/ 鎖模力以及縮短成型周期。更重要的是，熱澆道可以節省廢料產生，達到節能減排，徹底推行”綠色模具”。
但也因為熱澆道系統相對復雜，時常遭遇流動不平衡、流動死角和受熱不均勻等問題。更嚴重的問題像是因過熱產生塑料熱裂解，嚴重影響產品質量。如何能維持熔膠溫度均勻性是一大關鍵，這和模型幾何設計以及整個熱澆道系統和溫控方法有非常緊密的關系。
經過不斷改善設計工藝，Moldex3D有效協助YUDO縮短設計周期，降低成本并鞏固全球競爭力。
“YUDO對模流分析并不陌生，面對市場和客戶的挑戰，我們一直都希望能擁有可以提升質量又能降低成本和縮短上市周期的技術。Moldex3D在熱澆道模具驗證和開發上，能提供進階且精準的分析，尤其具備真實三維分析和高效能計算云端，是我們選擇Moldex3D的理由。”YUDO 總裁 Francis Yu 說道。
Moldex3D 支持建立完整熱澆道系統仿真分析
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殼管式換熱器快速設計系統項目案例分享
殼管式換熱器快速設計系統項目案例分享
隨著現代工業的迅速發展，以能源為中心的環境、生態等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節能新途徑的研發。強化傳熱技術的應用不但能節約能源、保護環境，而且能大大節約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現。隨著經濟的發展，各種不同結構和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如石化、煤炭工業中的余熱回收裝置等。
殼管式(或管殼式)換熱器作為應用最廣泛的傳統換熱器。憑借其堅固的結構，且能選用多種材料制造，適應性極強，而廣泛應用于各個行業。殼管式換熱器是一種換熱傳導裝置，由殼體、管板、管束、擋板及箱體組成。其最基本的構造是在圓形的殼體內加許多熱交換用的小管，當加熱的熱媒為蒸汽時稱為殼管汽一水換熱器；加熱的熱媒為高溫水時稱為殼管水一水換熱器，水一水換熱器由于熱交換小管內外都是水，因為小管兩側水流速接近，圓形外殼直徑不能太大，當加熱面積要求較大時，常幾段連起來，故又稱分段式水一水換熱器。該類換熱器常用于熱水供暖系統，低溫水空調系統及某些連續性用熱水的生產工藝用水。作為生活熱水供應，則需配備貯水罐。近年來，制冷市場呈現迸發趨勢，市場上的換熱設備也多種多樣。其發展與未來創新也一直是市場導向與制造廠商關注的重點。
從企業的設計角度出發，三維、信息、智能是提高設計效率，確保設計質量的必然選擇，三維設計、工藝和制造一體化是現代制造技術的發展趨勢。在如此發展形勢下，如何提高企業的設計規范以及設計效率成為企業必須要認真考慮的一個重大課題。
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