澆口設(shè)計
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-17
澆口設(shè)計的視頻教程
澆口設(shè)計對成型品質(zhì)的影響
模具做的好不好，澆口設(shè)計很重要！ 澆口是流道系統(tǒng)中最小截面積及最短的流動通道。 澆口設(shè)計會影響塑膠流動的剪切率、剪切應(yīng)力、局部壓力損失、摩擦升溫現(xiàn)象、塑料黏度變化。 澆口設(shè)計會影響溶膠的分子定向、結(jié)晶度、纖維排向、殘余應(yīng)力及成品外觀。 本次課程，將為大家分享澆口設(shè)計對成型品質(zhì)的影響，以及不同的澆口設(shè)計都有哪些解決方法。
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澆口設(shè)計的實例教程
Moldex3D建議澆口位置精靈，可以提高模具制造的可行性。在射出成型制程中產(chǎn)品質(zhì)量的好壞與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計息息相關(guān)，其中澆口的位置與數(shù)量則是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。因此，澆口設(shè)計對產(chǎn)品質(zhì)量的影響極為重要，不良的澆口設(shè)計可能會造成外觀不佳、縫合線質(zhì)量差、剪切應(yīng)力高與翹曲變形等缺陷。本次Moldex3D 2023建議澆口位置精靈進(jìn)一步強化澆口設(shè)計的支持性，可以針對澆口位置的設(shè)計快速提供初步的建議，讓澆口位置分布更合理；此外，本功能提供進(jìn)階的流長比(Flow length from gate to end/Average wall thickness)工具，提供用戶評估澆口位置的設(shè)計。
?Step1. 匯入幾何模型
于Studio中準(zhǔn)備含有塑件(Part)的模型，完成后點擊 模型 (Model)頁簽、澆口(Gate)、建議澆口精靈(Gate Location Advisor) 來開啟工具接口。
?Step2-1. 澆口位置精靈操作流程
在 建議澆口精靈(Gate Location Advisor) 中，選擇澆口模式為自動(Autiomatic)。如此，使用者能夠依據(jù) 不可進(jìn)澆側(cè)(Non-gating side direction) 或 進(jìn)澆區(qū)限制(Constrain gating region)優(yōu)化澆口設(shè)計。本文范例在側(cè)邊進(jìn)澆，故點擊 進(jìn)澆區(qū)限制(Constrain gating region) 后如下圖選擇指定的進(jìn)澆面。
注 :
1.在手動模式下，用戶須自行點擊新增(Add)/移動(Move)/移除(Remove)澆口位置
2.一般來說，不可進(jìn)澆側(cè)及不可進(jìn)澆區(qū)通常是指公模(可動)側(cè)。
展開 模具澆口設(shè)計考量及最大剪切速率
■劉文斌/型創(chuàng)科技 技術(shù)總監(jiān)
關(guān)于模具澆口設(shè)計
對于澆口(gate) 尺寸大小優(yōu)化設(shè)計考慮上，影響的主要參數(shù)包括了─射出件產(chǎn)品的厚度、產(chǎn)品的體積、射出充填速度、所使用的塑料種類與特性、以及所使用之澆口數(shù)目。澆口尺寸大小及流道厚度尺寸都將會影響保壓作用階段的壓力傳遞能力及保壓效果；適當(dāng)及有效的保壓作用，需在澆口尚有足夠的可流動通道或未完全固化前的時間內(nèi)作用，才能有效將額外的塑料擠壓進(jìn)入模穴內(nèi)，藉以補償熔膠材料的冷卻收縮的體積變化。
通常澆口的尺寸大小在設(shè)計原則上，如果是針對無填充劑(filler) 補強的塑料應(yīng)用時，一般澆口厚度至少需要在產(chǎn)品厚度的一半以上( >1/2H )。對于產(chǎn)品要求高表面光澤度或?qū)Τ善繁砻尜|(zhì)量需要更加注意的澆口設(shè)計場合，例如產(chǎn)品背面有補強肋(rib) 或螺絲孔突起特征(boss)等機(jī)構(gòu)時，在這些位置上其表面容易發(fā)生收縮痕現(xiàn)象，針對這類成品其澆口尺寸厚度設(shè)計考慮上，則會建議尺寸設(shè)計至少為產(chǎn)品厚度的2/3 (>2/3H )。
澆口尺寸的設(shè)計考量
主要是由通過澆口的體積流速(Q) 要求來決定，澆口尺寸設(shè)計越大，將有助于充填流動與保壓壓力的有效傳遞；但是其缺點則是需要較長的冷卻時間，將會延長生產(chǎn)成型周期。如果澆口設(shè)計過小，則除了會增加流動阻力，容易發(fā)生短射現(xiàn)像外，也容易在澆口處產(chǎn)生過大的流動剪切速率(shear rate)，另外因為澆口過小冷卻較快，所以容易發(fā)生澆口過早固化，而造成保壓無法順利進(jìn)行或是可保壓時間過短，所以澆口尺寸設(shè)計時不宜設(shè)計過小的尺寸。
展開 CAE模流分析101招 -第 41 招、澆口位置設(shè)計與尺寸大小對于充填與保壓的影響
▎Moldex3D/林秀春 協(xié)理
【內(nèi)容說明】
3C 產(chǎn)品常因外觀要求，使澆口設(shè)計往往被安排在不重要的位置上，如牛角澆口、潛伏式澆口等設(shè)計，且為了好拔除而將澆口尺寸設(shè)計到低于 1mm 以下，所以充填時容易使剪切速度過大且澆口壓力降也大，當(dāng)塑件在保壓階段的保壓效果不佳時，便容易造成收縮不均，所以產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，主要取決于保壓傳遞效果，也就是塑料補償收縮的程度。當(dāng)塑料溫度不斷下降，造成熱塑料不易補入，若澆口尺寸太小，澆口提早封口，則會使產(chǎn)品出現(xiàn)凹痕尺寸不穩(wěn)定的情形。
圖1：多材質(zhì)多色注塑的手機(jī)外殼
圖2：埋入鐵件的手機(jī)外殼
圖3：埋入鐵件的手機(jī)外殼
圖 1~3：圖中案例為典型流道與澆口設(shè)計方式。
圖 4：在澆口位置的感測節(jié)點，透過溫度隨時間下降的情況，可以判斷出每支位置的有效保壓時間。
圖 5：將四支潛伏式澆口位置比對圖 4 中溫度下降情況，便能知道哪支澆口提早固化。
圖 6：雖然都是潛伏式澆口，但是截面不同，溫度、冷卻也不同，D 的設(shè)計顯示截面大、保壓較佳，且不易固化。
產(chǎn)品的模具剖面溫度顯示，有高溫積熱的區(qū)域。
圖 7：充填階段感測點放在各區(qū)的位置。
充填階段 (filling stage)：
充填階段即是塑料在設(shè)定射壓作用下由螺桿計量區(qū)經(jīng)噴嘴、豎澆道 (sprue)、流道 (runner)、澆口 (gate) 填入模穴的過程（圖 8）。
圖 8：感測點位置的壓力傳遞分布
tf-tf1：流量控制 (flow control) 階段。塑塑料開始充填空模穴，流量保持固定，模穴壓力緩慢上升。
展開 上方影片為汽車工業(yè)的飛輪或變速箱外殼的仿真，可顯示高壓壓鑄過程中高速噴射鋁合金的流況與速度，這是模具設(shè)計中階段評估內(nèi)澆口好壞的一種方式，影片中顯示五個內(nèi)澆口的流況結(jié)果，以80毫秒的時間完成充填。
本文應(yīng)用CFD軟件FLOW-3D CAST，影片中的左側(cè)仿真（案例1）顯示了內(nèi)澆口的流況是在分型面下方朝上進(jìn)料，而右側(cè)模擬（案例2）則顯示了在同一位置內(nèi)澆口成45度角的進(jìn)料。這個結(jié)果比較可幫助設(shè)計者更可視化的觀測流體流向及湍流程度，可看出熔體如何從不同的內(nèi)澆口位置和方向流入模腔。
下方圖片是顯示填充結(jié)束時兩種澆口設(shè)計的卷氣結(jié)果：
案例1 卷氣結(jié)果
案例2 卷氣結(jié)果
雖然這兩種內(nèi)澆口設(shè)計都還不是最完美情況，但重點在于了解與設(shè)計的相關(guān)性以及結(jié)果的判讀，來修改并完成進(jìn)一步的設(shè)計工作。不同的內(nèi)澆口設(shè)計會導(dǎo)致鑄件內(nèi)的含氣量及區(qū)域不同。這可以歸咎于熔體從內(nèi)澆口進(jìn)入的動量，導(dǎo)致湍流場或是熔體前沿包入氣體。更要注意的是在將來的設(shè)計中，高含氣量區(qū)域是否以消除來改善鑄件質(zhì)量。
下方影片是兩個案例的完整填充動畫，控制了影片輸出頻率可清楚表示填充各階段的區(qū)域，有助于了解熔體前沿的進(jìn)料方向、速度、氣蝕引起的模具腐蝕、以及澆口配置可能導(dǎo)致的潛在問題。
案例1 完整填充動畫
案例2 完整填充動畫
依據(jù)最佳模具設(shè)計的步驟，此初步分析進(jìn)料方向，所以會忽略流道、模腔中的真空度、壓室模擬或渣包，這些設(shè)計通常在之后合并到更完整的模型中。
展開 錯誤地選擇澆口體系的類型和，除了會引起加工問題，還會對塑料制品的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。因而，設(shè)計部門決不能低估澆口位置的重要性。
設(shè)計者不但要進(jìn)行塑料制品的設(shè)計計算，還必須特別注意模具的澆口設(shè)計。他們必須選擇正確的澆口體系以及澆點的數(shù)目和位置。澆口的類型和位置不同都將對制品的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。
澆口位置的選擇將決定塑料制品以下性質(zhì)：
填充行為，制品的最終尺寸（公差）
收縮行為，翹曲
機(jī)械性能水平
表面質(zhì)量（外觀）
如果設(shè)計者選擇了錯誤的澆口，成型加工時幾乎不可能從優(yōu)化加工參數(shù)來矯正由此產(chǎn)生的后果。
圖1
制品在不同方向上的性能測定
在注射成型過程中，長鏈的塑料分子、纖維填料和增強材料的取向主要由熔融塑料的流動方向決定，這導(dǎo)致了部件性能對方向的相關(guān)性（各向異性）。例如，流動方向上的伸展性能比垂直方向上的伸展性能要好得多（見圖1）。含有纖維增強材料的部件所受到的影響比不含纖維增強材料的部件要大得多。纖維的取向也引起部件在水平和垂直方向上的收縮差異，這將異致部件發(fā)生翹曲。
圖2
圖3
由于熔合線和空氣存集引起部件質(zhì)量下降
當(dāng)模具中2條或更多的熔流會聚到一起時，就會產(chǎn)生熔合線。例如，在熔體需要流經(jīng)嵌件，或制品同時在幾點進(jìn)行澆注時，就會出現(xiàn)熔合線（見圖2和圖3）。而且，同一制品中不同的壁厚可能導(dǎo)致熔體前方分離，從而產(chǎn)生熔合線。當(dāng)應(yīng)從模具中排除的空氣被熔體封閉在模具中無法溢出時，就會產(chǎn)生空氣存集（出現(xiàn)氣泡）。熔合線和空氣存集通常被作為表面缺陷的表現(xiàn)。除了會使表面難看外，它們還會明顯降低受影響區(qū)域的機(jī)械性能，特別是沖擊強度（見圖4和圖5）。
展開 
澆口設(shè)計的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
澆口設(shè)計的最新內(nèi)容
02設(shè)計思路
澆口位置直接影響產(chǎn)品分型的選擇，在澆口位置的設(shè)計中，團(tuán)隊首先明確了四項原則：一是流程盡量要短，最長流動距離基本控制在550mm以內(nèi)；二是澆口位置要接近并且完全覆蓋產(chǎn)品的重要和風(fēng)險區(qū)域；三是去除方便；四是盡量設(shè)置在壁厚區(qū)域。
芯片布局評估
? 顯示動態(tài)熔膠流動行為
? 評估澆口與流道設(shè)計
? 優(yōu)化流動平衡
? 避免產(chǎn)生氣泡缺陷
結(jié)構(gòu)驗證
? 應(yīng)用流固耦合（fluid-structure interaction）算法預(yù)測金線、導(dǎo)線架、芯片偏移、芯片變形等行為
? 可與ANSYS及Abaqus整合，共同分析結(jié)構(gòu)強度
制程條件影響預(yù)測
? 模擬實際生產(chǎn)的多樣化制程條件
? 計算制程改變所造成的溫度
因此設(shè)計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關(guān)重要。利用MHC設(shè)計估算器的?澆口剪切率?功能，用戶可以藉由調(diào)整澆口尺寸，用公式計算出不同流率下標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)型澆口跟圓型澆口剪切率數(shù)值，圓形澆口的計算公式如下圖五所示。
因此設(shè)計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關(guān)重要。利用MHC設(shè)計估算器的?澆口剪切率?功能，用戶可以藉由調(diào)整澆口尺寸，用公式計算出不同流率下標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)型澆口跟圓型澆口剪切率數(shù)值，圓形澆口的計算公式如下圖五所示。
這意味著測試結(jié)果需結(jié)合實際模具的澆口設(shè)計來綜合解讀。
填料含量的影響：對于玻璃纖維、礦物等填充樹脂，其流動性受填料含量顯著影響。行業(yè)通常通過灰分測試來確定填料百分比，這與流動測試數(shù)據(jù)結(jié)合，能更全面地評估材料。
04
結(jié)論
綜上所述，塑料螺旋流動測試是評估材料充模能力的一種直接、快速且標(biāo)準(zhǔn)化的工程方法。
東風(fēng)本田汽車有限公司 屠浩先生
以《模流仿真技術(shù)運用對缸體加工不良的改善》為題作報告
西峽縣眾德汽車部件有限公司 何磊先生
以《FLOW-3D CAST 在渦殼離心鑄造工藝上的應(yīng)用》為題作報告
中設(shè)集團(tuán)裝備制造有限責(zé)任公司 安朝陽先生
以《基于FLOW-3D 充型模擬的鑄鋼件澆口盆的設(shè)計和應(yīng)用
澆口位置的設(shè)計、流道系統(tǒng)與氣體信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模塊完成，更進(jìn)一步，能偵測可能產(chǎn)生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的縫合線位置，(c) 包封，(d) 流動不平衡／皮層比，(e) 氣體／水滲透或氣體吹穿，(f) 氣體散射分布。
HPDC工藝優(yōu)化與成本降低11個月前
? 體積孔隙率減少 62% – 通過優(yōu)化排氣系統(tǒng)與內(nèi)澆口設(shè)計，顯著減少湍流，提升氣體排出效率。
? 鑄件重量減少 14% – 總重量從 2885 克降至 2470 克，節(jié)省材料同時降低熔煉能耗。
? 節(jié)拍時間縮短 10% – 由于填充階段優(yōu)化及沖頭直徑減小，凝固時間縮短。若提前 6 秒開模取件，每小時產(chǎn)量最多可增加 7 件，生產(chǎn)效率顯著提升。
6.0 - 8.0
鎂合金
5.5 - 7.5
鋅合金
1.0 - 2.5
鋼合金
2.0 - 3.0
影響因素包括：
材料的熱收縮系數(shù)高
澆口與冒口設(shè)計不合理
因此設(shè)計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關(guān)重要。利用MHC設(shè)計估算器的?澆口剪切率?功能，用戶可以藉由調(diào)整澆口尺寸，用公式計算出不同流率下標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)型澆口跟圓型澆口剪切率數(shù)值，圓形澆口的計算公式如下圖五所示。
