澆口設計的案例
Moldex3D模流分析之強化建議澆口位置精靈快速優化澆口設計
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品質量的好壞與模具結構設計息息相關，其中澆口的位置與數量則是模具結構設計中的重要參數。因此，澆口設計對產品質量的影響極為重要，不良的澆口設計可能會造成外觀不佳、縫合線質量差、剪切應力高與翹曲變形等缺陷。本次Moldex3D 2023建議澆口位置精靈進一步強化澆口設計的支持性，可以針對澆口位置的設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計。
?Step1. 匯入幾何模型
于Studio中準備含有塑件(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 不可進澆側(Non-gating side direction) 或 進澆區限制(Constrain gating region)優化澆口設計。本文范例在側邊進澆，故點擊 進澆區限制(Constrain gating region) 后如下圖選擇指定的進澆面。
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，不可進澆側及不可進澆區通常是指公模(可動)側。
展開 模具澆口設計考量及最大剪切速率
模具澆口設計考量及最大剪切速率
■劉文斌/型創科技 技術總監
關于模具澆口設計
對于澆口(gate) 尺寸大小優化設計考慮上，影響的主要參數包括了─射出件產品的厚度、產品的體積、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作用，才能有效將額外的塑料擠壓進入模穴內，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計原則上，如果是針對無填充劑(filler) 補強的塑料應用時，一般澆口厚度至少需要在產品厚度的一半以上( >1/2H )。對于產品要求高表面光澤度或對成品表面質量需要更加注意的澆口設計場合，例如產品背面有補強肋(rib) 或螺絲孔突起特征(boss)等機構時，在這些位置上其表面容易發生收縮痕現象，針對這類成品其澆口尺寸厚度設計考慮上，則會建議尺寸設計至少為產品厚度的2/3 (>2/3H )。
澆口尺寸的設計考量
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，將會延長生產成型周期。如果澆口設計過小，則除了會增加流動阻力，容易發生短射現像外，也容易在澆口處產生過大的流動剪切速率(shear rate)，另外因為澆口過小冷卻較快，所以容易發生澆口過早固化，而造成保壓無法順利進行或是可保壓時間過短，所以澆口尺寸設計時不宜設計過小的尺寸。
展開 CAE模流分析101招 -第 41 招、澆口位置設計與尺寸大小對于充填與保壓的影響
CAE模流分析101招 -第 41 招、澆口位置設計與尺寸大小對于充填與保壓的影響
▎Moldex3D/林秀春 協理
【內容說明】
3C 產品常因外觀要求，使澆口設計往往被安排在不重要的位置上，如牛角澆口、潛伏式澆口等設計，且為了好拔除而將澆口尺寸設計到低于 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，所以產品質量的好壞，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，則會使產品出現凹痕尺寸不穩定的情形。
圖1：多材質多色注塑的手機外殼
圖2：埋入鐵件的手機外殼
圖3：埋入鐵件的手機外殼
圖 1~3：圖中案例為典型流道與澆口設計方式。
圖 4：在澆口位置的感測節點，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 的設計顯示截面大、保壓較佳，且不易固化。
產品的模具剖面溫度顯示，有高溫積熱的區域。
圖 7：充填階段感測點放在各區的位置。
充填階段 (filling stage)：
充填階段即是塑料在設定射壓作用下由螺桿計量區經噴嘴、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 變速箱外殼壓鑄工藝的內澆口設計
上方影片為汽車工業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，這是模具設計中階段評估內澆口好壞的一種方式，影片中顯示五個內澆口的流況結果，以80毫秒的時間完成充填。
本文應用CFD軟件FLOW-3D CAST，影片中的左側仿真（案例1）顯示了內澆口的流況是在分型面下方朝上進料，而右側模擬（案例2）則顯示了在同一位置內澆口成45度角的進料。這個結果比較可幫助設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澆口位置和方向流入模腔。
下方圖片是顯示填充結束時兩種澆口設計的卷氣結果：
案例1 卷氣結果
案例2 卷氣結果
雖然這兩種內澆口設計都還不是最完美情況，但重點在于了解與設計的相關性以及結果的判讀，來修改并完成進一步的設計工作。不同的內澆口設計會導致鑄件內的含氣量及區域不同。這可以歸咎于熔體從內澆口進入的動量，導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計中，高含氣量區域是否以消除來改善鑄件質量。
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域，有助于了解熔體前沿的進料方向、速度、氣蝕引起的模具腐蝕、以及澆口配置可能導致的潛在問題。
案例1 完整填充動畫
案例2 完整填充動畫
依據最佳模具設計的步驟，此初步分析進料方向，所以會忽略流道、模腔中的真空度、壓室模擬或渣包，這些設計通常在之后合并到更完整的模型中。
展開 
模具設計：澆口的位置，正確的澆口位置如何選擇
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量產生一定的影響。因而，設計部門決不能低估澆口位置的重要性。
設計者不但要進行塑料制品的設計計算，還必須特別注意模具的澆口設計。他們必須選擇正確的澆口體系以及澆點的數目和位置。澆口的類型和位置不同都將對制品的質量產生較大的影響。
澆口位置的選擇將決定塑料制品以下性質：
填充行為，制品的最終尺寸（公差）
收縮行為，翹曲
機械性能水平
表面質量（外觀）
如果設計者選擇了錯誤的澆口，成型加工時幾乎不可能從優化加工參數來矯正由此產生的后果。
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，這導致了部件性能對方向的相關性（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，這將異致部件發生翹曲。
圖2
圖3
由于熔合線和空氣存集引起部件質量下降
當模具中2條或更多的熔流會聚到一起時，就會產生熔合線。例如，在熔體需要流經嵌件，或制品同時在幾點進行澆注時，就會出現熔合線（見圖2和圖3）。而且，同一制品中不同的壁厚可能導致熔體前方分離，從而產生熔合線。當應從模具中排除的空氣被熔體封閉在模具中無法溢出時，就會產生空氣存集（出現氣泡）。熔合線和空氣存集通常被作為表面缺陷的表現。除了會使表面難看外，它們還會明顯降低受影響區域的機械性能，特別是沖擊強度（見圖4和圖5）。
展開 模具設計澆口位置（入水口）的選擇技巧
澆口設計要點可歸納如下：
1）澆口開設在塑件斷面較厚的部位，使熔料從厚料斷面流入薄斷面保證充模完全；2）澆口位置的選擇，應使塑料充模流程最短，以減少壓力損失；3）澆口位置的選擇，應有利于排除型腔中的空氣；4）澆口不宜使熔料直沖入型腔，否則會產生漩流，在塑件上留下旋形的痕跡，特別是窄的澆口更容易出現這種缺陷；5）澆口位置的選擇，應防止在塑料表面上產生拼縫線，特別實在圓環或是圓筒形的塑件中，應在澆口的面的熔料澆合處加開冷料井；6）帶有細長的型芯的注塑模的澆口位置，應當離成型芯較遠，不使成型芯受料流沖而變形；7）大型或扁平塑件成形時，為防止翹曲、變形、缺料可采用復式澆口；8）澆口應盡量開設在不影響塑件外觀的位置，如邊緣底部；9）澆口的尺寸取決于塑件的尺寸、形狀和塑料的性能；10）設計多個型腔注塑模時，結合流道的平衡來考慮澆口的平衡，盡量做到熔融料同時均勻充。
展開 弧形內澆口設計，只需兩步
隨形內澆口/弧形內澆口的設計，復雜的鑄件中，會經常用到
即使是使用傳統的三維CAD工具，設計弧形內澆口，也是讓人頭痛的事情
新版本中專門開發了弧形內澆口設計功能，只需兩步
詳細操作視頻請微信搜索：C3PChina
再次說明了Cast-Designer并不只是一個模流分析軟件，對于前期的工藝設計也非常專業，經過專門定制化，易用性和方便性甚至超越了一些三維造型軟件。同時結合了各種鑄造類型的鑄造經驗，讓設計師從一開始就實現經驗設計。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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展開 UG丨模具設計澆口位置（入水口）的選擇技巧，你知道嗎？
內容涵蓋：
UG編程~UG設計資料一份
產品實例模具設計視頻教程
其他模具設計設計相關素材資料等
Moldex3D模流分析之利用建議澆口位置精靈快速優化澆口設計
Moldex3D建議澆口位置功能可針對澆口位置設計快速提供初步建議。首先在前處理流程中的步驟2：建立流道系統，打開建議澆口位置精靈，其工作區包含了澆口和顯示流/長比。接下來在模穴添加澆口，然后根據既有的澆口計算流/長比分布。通常不同的澆口流/長比的分布應該最小化和均勻。軟件另有進階的流/長比功能，提供有經驗的使用者來使用。
以下說明建議澆口位置操作步驟。
1.點擊建議澆口位置以啟動工作欄。設定澆口則有兩種不同的模式：全自動和手動。
2.在全自動模式下， 設定澆口數量和選擇不可進澆側或進澆面限制。
注：這兩種模式不能同時被選取。
注：不可進澆側一般而言是指公模的部分
3.以下列幾何為例，當建議澆口位置以不可進澆測方式選取時（在本例中是-Z軸方向），澆口就會放置在其他方向（在本例中放置于+Z方向）。
或是在建議澆口位置里可經由特定的進澆面或不可進澆面限制，來選取想要限制或是放置澆口的區域。
4.設置完成后，點擊套用計算出最佳的澆口位置并自動設置澆口。
注：計算方式是基于流動長度與厚度比。若使用手動模式，用戶須點擊新增去設置澆口。
5.使用顯示流/長比來檢查結果，此功能會在既有的澆口顯示流/長比范圍帶。若欲改變澆口，可在此功能下選擇手動或自動更新。
展開 外觀面不能設計澆口？潛伏式多點位進膠模具設計，這想法真牛！
上蓋模具設計圖見圖 1，塑件外形為近似矩形的扁平殼體，頂部光滑，口部內部邊緣有多處扣位，用來與下蓋組裝。此處的多個扣位無法直接出模，需要設計斜頂。塑件尺寸較大，型腔排位采用 1 出 1 設計。模胚 4 邊分別設計一個錐形定位塊，提高合模精度，防止模具錯位。塑件頂面屬于外觀面，不能設計點澆口。
由于塑件尺寸較大，需要設計兩個潛伏式澆口，在塑件背面接近邊緣的部位將澆口設計在頂針上，通過頂針 18 潛入塑件背面。此處潛伏式澆口的頂針直徑為 2mm，頂針直徑不宜選大，以免氣紋影響外觀面。澆口位置的選擇，盡可能選擇在塑件外觀面有臺階、文字圖案、或者截面變化處，這時潛伏式澆口對塑件外觀的影響較小。模具采用了細水口轉潛伏式澆口的模具設計方式，細水口的垂直主流道與潛伏式澆口的斷點選擇在前模仁的底面，這樣的設計方式能夠縮短細水口的流道凝料長度，降低模具水口推板與 A 板的分開距離，縮短模具開模行程。設計細水口轉大水口的流道系統時一定要注意在流道末尾各處設計足夠的冷料穴，便于調整機器參數，保證注塑正常進行。
水口推板與 A 板之間設計了彈性元件 29，材料為聚氨酯橡膠，用螺釘 30 固定。也可以將聚氨酯橡膠換成彈簧，套在小拉桿上。這種彈性元件的作用是輔助順序分型，使得水口推板與 A 板首先分型，模具運作平穩。彈性元件主要用于大中型三板模具上。細水口模具采用三板模，模具的順序打開需要使用限位螺栓、小拉桿和樹脂開閉器（或扣機）。樹脂開閉器采用特殊尼龍制成。樹脂開閉器通過對錐形螺栓的鎖緊，調整模板與塑料套之間的磨擦力。樹脂開閉器分白、黃、橙、藍四種，藍色可耐高溫 160 度。
展開 模具的澆口位置設計總結，不看不知道
澆口設計要點可歸納如下:
1.澆口開設在塑件斷面較厚的部位,使熔料從厚料斷面流入薄斷面保證充模完全;
2.澆口位置的選擇,應使塑料充模流程最短,以減少壓力損失;
3.澆口位置的選擇,應有利于排除型腔中的空氣;
4.澆口不宜使熔料直沖入型腔,否則會產生漩流,在塑件上留下旋形的痕跡,特別是窄的澆口更容易出現這種缺陷;
5.澆口位置的選擇,應防止在塑料表面上產生拼縫線,特別實在圓環或是圓筒形的塑件中,應在澆口的面的熔料澆合處加開冷料井;
6.帶有細長的型芯的注塑模的澆口位置,應當離成型芯較遠,不使成型芯受料流沖而變形;
7.大型或扁平塑件成形時,為防止翹曲、變形、缺料可采用復式澆口；
8.澆口應盡量開設在不影響塑件外觀的位置，如邊緣底部；
9.澆口的尺寸取決于塑件的尺寸、形狀和塑料的性能；
10.設計多個型腔注塑模時，結合流道的平衡來考慮澆口的平衡，盡量做到熔融料同時均勻充。
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如果您想學模具設計、模流分析不知道怎么入手
學習過程中遇到問題不能及時得到解決影響學習積極性
覺得學習太難了
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免費、免費、免費。重要的事情說三遍
展開 
澆口位置選擇與流長比結合產品設計估算器之應用
圖7：二個澆口的流動波前_流長比76.2
圖8：一個澆口的流動波前_流長比159.0
圖9：三個澆口的流動波前_流長比116.0
圖10：產品設計估算器
快速澆口決定進一步鏈接產品設計估算器
當應用快速澆口決定了澆口數量與位置，就能用產品設計估算器設計澆口樣式，如針點、扇形、牛角等澆口幾何，并決定流道長度，主要是針對產品初期的設計與成型信息進行快速估算，包括澆口剪切率、流道壓降、塑件冷卻時間及纖維增強塑料特性預測。
圖11：估算澆口剪切率
圖12：估算流道壓降
澆口剪切率
可先透過左邊的材料搜尋面板找到要導入材料數據，并可設定圓型或網關型澆口的幾何，如：設定澆口最大與最小半徑及對應的單位選項，再點擊計算按鈕以求得不同設計下的體積流率所對應的最大剪切率。
注：可透過勾選來顯示或隱藏澆口類型結果；流體種類可切換為非牛頓流體或牛頓流體行為。（牛頓流體的黏度為恒值。）
圖13：估算塑件冷卻時間
流道壓降
可先透過左邊的材料搜尋面板找到要導入材料數據至流體條件，并可設定流道可能的幾何范圍，包括：半徑與長度的最小至最大值，再點擊計算按鈕，即可求得不同幾何設計所對應的流道壓降。
圖14：估算纖維增強塑料特性
塑件冷卻時間
可先透過左邊的材料搜尋面板找到要導入材料數據至塑料的熱性質與加工條件，在設定塑件的厚度范圍，點擊計算按鈕，即可求得不同厚度所需的平均冷卻時間與達到冷卻時間下的塑件內部的溫度分布。
展開 案例 | 重力鑄造澆注系統的氣泡追蹤
澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.3mm, 部分耦合。
澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.5mm, 完全耦合。
澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.8mm, 完全耦合。
結論
1. 原本預測氣泡是在鑄造凝固過程中產生的缺陷。
2. 根據數值模擬，確認了氣泡真正發生的原因。
3. 可針對澆注系統進行優化設計，以減少氣泡產生的問題。
Moldex3D模流分析之北京化工大學以Moldex3D控制儲罐封頭螺紋精度
根據模擬結果(圖四)，6個澆口的設計，變形量比4個澆口低。至于澆口類型的比較，則以潛式澆口的變形量最低。因此6個澆口與潛式澆口的組合為所有設變中的最佳設計。除此之外，改變了產品結構設計之后(圖五)，變形分析結果(圖六)也顯示產品收縮更均勻，并可符合所有的規格需求。
圖四 不同澆口設計的翹曲結果比較
圖五 產品結構改善：將原始設計(左)下側肉厚處減為1 mm(右)
圖六 改善結構后的位移量(右)比原始的結構(左)降低
結果
本案例中，Moldex3D所帶來的最大效益是可幫助使用者在實際修模前驗證并優化產品和模具設計。這樣的仿真方法不但為制造過程提供了彈性，也降低成本支出。最后成功將廢品率由90%大幅降低至5%，有效減少資源浪費，為企業帶來可觀的利益。
展開 Moldex3D模流分析之北京化工大學以Moldex3D控制儲罐封頭螺紋精度
圖二 含量測節點的網格模型
原始設計(側邊澆口x 4)
設變1(針點澆口x 4)
設變2(潛式澆口x 4)
設變3(側邊澆口x 6)
設變4(針點澆口x 6)
設變5(潛式澆口x 6)
圖三 不同澆口設計之下的產品翹曲變形結果
Moldex3D提供豐富的模擬工具，讓使用者便于比較和評估不同產品設計的質量。根據模擬結果(圖四)，6個澆口的設計，變形量比4個澆口低。至于澆口類型的比較，則以潛式澆口的變形量最低。因此6個澆口與潛式澆口的組合為所有設變中的最佳設計。除此之外，改變了產品結構設計之后(圖五)，變形分析結果(圖六)也顯示產品收縮更均勻，并可符合所有的規格需求。
圖四 不同澆口設計的翹曲結果比較
圖五 產品結構改善：將原始設計(左)下側肉厚處減為1 mm(右)
圖六 改善結構后的位移量(右)比原始的結構(左)降低
結果
本案例中，Moldex3D所帶來的最大效益是可幫助使用者在實際修模前驗證并優化產品和模具設計。這樣的仿真方法不但為制造過程提供了彈性，也降低成本支出。最后成功將廢品率由90%大幅降低至5%，有效減少資源浪費，為企業帶來可觀的利益。
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