布达佩斯科技经济大学利用Moldex3D缩短18%冷却时间

in 成功故事 on 2 月 08, 2022

 

客户简介

布达佩斯科技经济大学(BME)是匈牙利最大且最知名的科技大学。其机械工程学院则是全校最负盛名的学院,其中高分子工程学系更是历史悠久(来源)。

大纲

射出成型中,质量不佳的冷却系统会导致温度分布不均,造成冷却时间延长,以及翘曲增加;有锐角的冷却水路更会提高应用上的难度。冷却水路的优化,过去需要耗费大量的资金和时间;但在导入Moldex3D后即可大幅改善这些问题、缩短优化流程,并减少资源的消耗。在本项目中,BME团队提出运用智慧成型以简化工作流程的想法,并说明如何藉由冷却优化来程节省制造时间。该团队试验三种不同材质之模具嵌件(图一)、以及用传统方法及 Moldex3D 打造的冷却水路(图二)。经过试验不同组合(图三),顺利选出最佳冷却水路设计,从而缩短周期时间并减少翘曲。

图一 不同材质的模具嵌件

图二 (a)传统水路;(b)异型水路,包括(b1)双模穴及(b2)单模穴

图三 用不同的模具材质与水路组合进行实验:(a) P20模具搭配传统水路、(b) 铜制模具搭配传统水路、(c)DMLS: MS1模具搭配异型水路、(d) Hybrid: MS1和铜复合模具,搭配异型水路

挑战

  • 传统的冷却水路设计,无法适当地冷却车顶零件
  • 冷却不当时,冷却时间会变长,连带导致生产成本上升
  • 冷却不均匀会导致较大的翘曲
  • 传统方式的冷却优化需要耗费大量资源

图四 图为实验中使用DMLS设计(上排)与Hybrid设计(下排)分别在冷却(a)4秒、(b)5秒、(c)5.5秒及(d)6秒之后,于顶出时的温度分布。

解决方案

研究人员试验了三种材质的模具嵌件、并分别搭配传统及异型水路。Moldex3D能帮助加快冷却优化的速度、简化作业,并降低成本消耗。透过Moldex3D可视化模穴内部的功能,BME团队得以检验温度分布及冷却效率。使用异型冷却水路时,能均匀地进行冷却、缩短周期,以及减少翘曲(图五、六)。

图五 仿真周期开始后,达到顶出温度时的等值面:(a) t = 9.95 s (b) t = 10.95 s (c) t = 11.95 s and (d) t = 12.95 s

图六 模拟开模时的表面温度:(a) t = 0 s (b) t = 1.5 s (c) t = 3 s and (d) t = 4.5 s

效益

  • 冷却优化时间缩短 80%
  • 材料用量从 5 kg 减为 0 kg
  • 减少能源用量
  • 翘曲减少 30%
  • 冷却时间缩短 18%

案例研究

本项目目的为比较传统水路与「智能」水路设计的效率。BME团队透过实验尝试缩短成型周期并减少翘曲。首先以原始的成型参数进行仿真,结果发现产品翘曲后的形状维持不变;在使用异型水路时,翘曲程度则较传统的轻微。而P20嵌件的设计翘曲量最小;混和嵌件的翘曲量最大(图七)。

图七 模拟模具嵌件的翘曲结果:(a)P20、(b)铜制、(c)DMLS、(d) Hybrid

BME团队使用GOM光学量测仪来测量实际翘曲,如图八所示。使用铜制水路的产品翘曲量最大,与模拟结果不同,原因应是实际上的冷却时间较短(图九)。铜制嵌件冷却外壳的速度很快,核心处温度却还是很高,因此产品顶出后会有较大的翘曲。

图八 GOM光学量测仪

图九 实际测量不同嵌件的翘曲:(a)P20、 (b)铜制、(c)DMLS、(d) Hybrid

接着透过实验来验证设计。传统与智能水路的检验结果相同;实际上,使用铜制嵌件可以达到快速生产的目标,但产品却会产生极大的翘曲。因此BME团队认为最佳的设计为混和模具嵌件,可达到最少的翘曲和最短的周期时间(图十)。透过Moldex3D的帮助,他们将整体的检验时间缩短了四分之一,且减少资源消耗。

图十 实验及模拟结果对照

结果

相较于未使用Moldex3D的情形,BME团队在Moldex3D的辅助下,将冷却时间缩减了80%,将材料的使用从5公斤降至0,并节省能源消耗。经过冷却优化后,冷却时间则缩短18%,翘曲也成功降低了30%。


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