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■本案例由宗瑋工業(yè)股份有限公司堤供 圖1：模具中模仁傳統(tǒng)水路 圖2：模具中模仁異型水路 圖3：模具模仁溫度剖面分布圖，左為傳統(tǒng)水路，右為異型水路 圖4：翹曲變形總位移的分布情形，左為傳統(tǒng)水路，右為異型水路

然而對許多大型產(chǎn)品的模具而言，水路數(shù)量多且復(fù)雜，這導(dǎo)致在分析之前，須耗費(fèi)大量時間整理模具中各群水路的進(jìn)出途徑。Moldex3D Studio的冷卻水路回路精靈提供可整理、編輯水路線條的便利工具，能有效、快速整理復(fù)雜的水路路線，加速前處理進(jìn)程；并以線條代替3D實(shí)體水路，減少網(wǎng)格生成的失敗率，提升仿真分析速度。冷卻水路回路精靈能自動生成最長的適當(dāng)水路曲線，并標(biāo)示進(jìn)出口。

重點(diǎn)：模具成型周期中冷卻時間占成型周期75%以上，所以說水路設(shè)計是直接決定產(chǎn)品成型周期和產(chǎn)品質(zhì)量的最重要的因素。如圖所示：水路設(shè)計原則：1，水路中心距控制在水路直徑的3~5倍；2，水路與產(chǎn)品面的中心距控制在1.5~2.5倍。

圖三 不同水路系統(tǒng)在達(dá)到脫模溫度時的冷卻時間比較圖四 不同水路系統(tǒng)下，杯子內(nèi)部的產(chǎn)品溫度差異：(a)無水路、(b)傳統(tǒng)水路、(c)異型水路圖五 不同水路系統(tǒng)中的模具溫度差異：(a)無水路、(b)傳統(tǒng)水路、(c)異型水路圖六 不同水路系統(tǒng)在三個方向位移之比較：(a)X軸位移、(b)Y軸位移、(c)Z軸位移、(d)整體位移為驗(yàn)證模擬結(jié)果，便以填鋁環(huán)氧樹脂來制作模具和冷卻系統(tǒng)。

模溫機(jī)與模具水路搭配是否合適呢？射出成型制程中控制模溫的方式，通常是由模溫機(jī)提供之冷卻液通過模具，利用冷卻液溫度使模具保持在固定溫度。然而每一副模具的水路設(shè)計都不同，為不同設(shè)計的水路購買模溫機(jī)會產(chǎn)生大量成本，所以要怎么確認(rèn)目前手上的模溫機(jī)可以與水路搭配呢?在回答這個問題之前，我們先要來了解甚么是水路系統(tǒng)。

在回答這個問題之前，我們先要來了解甚么是水路系統(tǒng)。水路系統(tǒng)如圖1所示，模具冷卻液的流動路徑上，除了模具內(nèi)水路之外，模具水路會利用軟管(hose)或岐管(manifold)串接，將來自模溫機(jī)的冷卻液分散至模具內(nèi)，冷卻液通過模具之后再匯流到一起，導(dǎo)引至模溫機(jī)。

挑戰(zhàn)? 評估在投入生產(chǎn)前設(shè)計不銹鋼異型水路取代鈹銅高導(dǎo)熱的效益? 模擬結(jié)果須與真實(shí)匹配性高? 測試系統(tǒng)做為3D打印異型水路模具的效能驗(yàn)證工具解決方案利用模座預(yù)熱模塊重現(xiàn)異型水路模具的熱成像溫度分布效益? 模擬與實(shí)際測試結(jié)果一致? 模具壽命增加一倍? 模具制造成本為原本鈹銅模具的一半案例研究水路設(shè)計對于塑料成型的模溫差與翹曲的影響甚為重要

為什么使用異型水路?異型水路是一種特殊的冷卻水路設(shè)計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復(fù)雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達(dá)20 ~ 60%)、提升產(chǎn)品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內(nèi)用來進(jìn)行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。

由圖8可得知模溫機(jī)與模具已完全整合于射出成型機(jī)上進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。并于手動射出步驟完成后，進(jìn)行100模次自動射出程序，模擬產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下個設(shè)備運(yùn)行與動作之流暢度，并于自動生產(chǎn)100模后確認(rèn)模具表面與水路及模溫機(jī)各接口狀況，皆無松脫與漏水現(xiàn)象。 圖8：動態(tài)模溫設(shè)備與模具整合上機(jī)測試完成抬頭顯示器鏡片模具與動態(tài)模溫設(shè)備系統(tǒng)整合測試。

為什么使用異型水路? 異型水路是一種特殊的冷卻水路設(shè)計。冷卻水路的配置可以做到幾何變化非常彈性與復(fù)雜。對于射出成型的主要的幫助是可以縮短成型周期時間(可達(dá)20 ~ 60%)、提升產(chǎn)品尺寸精度、改善表面凹痕…等。異型水路的定義是指模具內(nèi)用來進(jìn)行冷卻或加熱的水路是隨著模具的成品表面保持一定距離，以利有效的控制與管理模具的溫度條件。

圖一 CFD板實(shí)驗(yàn)配置與仿真配置示意圖圖二 冷卻設(shè)計實(shí)驗(yàn)配置與仿真配置示意由圖三可以看到三種不同冷卻設(shè)計與單純金屬模具加工冷卻水路測試示意圖，分別以加熱棒、銅針和噴泉式水路進(jìn)行冷卻，以上透過實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行模擬分析的設(shè)定。

為了要提高產(chǎn)品良率，欲采用異型水路來提高冷卻效率。由于異型水路成本昂貴，因此在建造新的模具前，鑫銓借助Moldex3D仿真分析軟件來驗(yàn)證異型水路的成效，以降低生產(chǎn)風(fēng)險和成本。透過模擬結(jié)果，鑫銓發(fā)現(xiàn)新的異型水路系統(tǒng)能夠有效解決產(chǎn)品內(nèi)部的積熱問題，并且有效縮短冷卻時間，改善產(chǎn)品變形。

透過異型水路的技術(shù)。變更水路配置，縮小公母模溫度差異同時改善翹曲量值，以提供正確的設(shè)計方案給3D金屬打印進(jìn)行模具加工。最終結(jié)果，翹曲變形改善49%，并減少25%的成型周期。

異型水路技術(shù)是運(yùn)用3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模具內(nèi)一體化建置冷卻水路的過程。異型水路主要應(yīng)用在易發(fā)生冷卻不均勻和翹曲的產(chǎn)品設(shè)計上，可以讓水路發(fā)揮先前無法達(dá)成的均勻冷卻效果。參加完Moldex3D訓(xùn)練課程后，我已具備評估模具設(shè)計的能力。

圖2 模具隨形水路自動設(shè)計操作流程 經(jīng)過我們的實(shí)際驗(yàn)證，隨形水路自動設(shè)計算法能夠?qū)崿F(xiàn)單條和多條水路自動設(shè)計、依據(jù)模具和膠位面形狀自動變徑變截面的水路設(shè)計、特殊模具需要長直段非隨形水路設(shè)計以及適用嫁接打印模具應(yīng)用等情況，可以滿足注塑模具、壓鑄模具80%以上的水路設(shè)計要求，對各種模具樣式均具有普適性。

圖三 變更后的水路設(shè)計圖四 水路設(shè)計變更后的仿真結(jié)果，溫度分布均勻度顯著改善Moldex3D的分析技術(shù)，成功協(xié)助Linear AMS將成型周期從112秒縮減為35秒。這項突破讓客戶將來能夠在不必增加模具與射出機(jī)的支出成本下，大幅提高產(chǎn)能。

模具嵌入件 (Mold Insert)本章節(jié)將演示如何設(shè)置模具嵌入件(Mold Insert)和其相關(guān)參數(shù)。?雙擊Mold Insert在樹狀菜單中選擇您的模具嵌入件(Mold Insert)。?單擊您的模型進(jìn)行選擇，Moldex3D材料精靈將會被啟用。?從下拉式選單中選擇所需的材料并單擊OK；使用者可以選擇 金屬(metals)。

圖二、非線性主成分分析（Non-Linear Principal Component Analysis，NL-PCA）于優(yōu)化目標(biāo)選取之應(yīng)用AI作為加速器，仿真作為基石IPC團(tuán)隊再次透過上述流程驗(yàn)證異型水路設(shè)計，進(jìn)一步證實(shí)該方式不僅限于單次實(shí)驗(yàn)，而是一套能重復(fù)導(dǎo)入的方式，能實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的模具設(shè)計、更短的成型周期。AI雖能加速探尋，但以物理為基礎(chǔ)的模擬仍是不可或缺的核心。

?查驗(yàn)水路設(shè)計于成型過程中之效益，及對產(chǎn)品質(zhì)量之影響，包括體縮率，翹曲，雷諾數(shù)，等。 ?優(yōu)化模具及產(chǎn)品設(shè)計。 ?加速了解問題原因及解決問題。 ?知識累積進(jìn)而制定設(shè)計準(zhǔn)則。 1. 準(zhǔn)備模型 (Prepare Model) 此章節(jié)介紹冷卻分析模塊特點(diǎn)。3D 實(shí)體水路分析支持eDesign mode 及 Solid/BLM mode生成的網(wǎng)格。

圖四 最終決定的流道設(shè)計接下來日芯團(tuán)隊希望決定適合的冷卻水路設(shè)計。在進(jìn)行多組不同的水路設(shè)計模擬后(圖五)，日芯發(fā)現(xiàn)水路對于產(chǎn)品平坦度及收縮距離的影響并不大。因此在考慮模具結(jié)構(gòu)的情形下，決定選擇Run 16作為最終的水路設(shè)計。圖五 不同的冷卻水路設(shè)計最后一個階段，則是要找出最合適的副流道方案，以使產(chǎn)品上下蓋可共模成型。