运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计

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■诚模精密科技 / 李海 模流分析高级工程师
(ACMT SMARTMolding 2022年8月刊)    
运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图2
前言
NB上的网孔设计,其目的在于增强散热或声音的通透性。而在模具设计时,网孔区域应特别引起重视,因为其流动阻力大,压力损失高,极容易形成充填短射,需要较高的充填压力;但过高的充填压力,也容易使其产生毛边溢料,在模具加工时,此区域就要做相应的预留,使其能够配合更紧密。无论是出现短射还是毛边,模具的维修成本都比较高,所以在设计时,浇口位置和流道大小的选择就相当重要。那么,怎样在多种方案中挑选最佳设计,使出现上述不良的几率降至最低呢?
CAE模流分析的产生,为我们的选择提供更多参考。而模拟网孔流动的准确度能否保证,分析结果是否可信?在模拟网孔流动时,又该注意什么?本文为网孔仿真分析提供一个实例。  


案例简介

产品说明

此案例为NB下盖(如图1),其尺寸为261.27*212.55*12.5mm,肉厚为1.2mm,使用的成型材料为PC+20% Mineral、Mitsubishi / BCB992

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图3

图1:产品模型

成型机台与成型条件

使用的机台为台中精机350T,其螺杆直径50mm,最大射速172mm/s,最大射出压力187Mpa,最大射出量372g。其中成型条件设定如表1。

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图4

表1:原始设计成型条件

问题点

因产品网孔较多,肉厚为1.2mm,较薄。成型后,局部网孔易出现毛边,调机无法解决;经过3次变更浇口流道设计,改善仍不明显。经检查,模具上网孔区域高度公差为正0.03mm,属紧密配合。需用CAE模拟流动分析,寻找解决对策。


模流分析

原始设计

本产品采三板模四点进胶(一处针点、三处侧浇口),横流道尺寸为上7*下4.88*高6mm,等同于Φ6.73mm圆形;针点进胶点尺寸为a:Φ1mm;侧浇口进胶点尺寸为c:7*1mm、b:8*1mm、d:6*1mm。
运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图5

图2:原始设计

情景重现(依据成型短射,修正网格)

网孔区域影响流动原因在于模壁对塑料流动产生的摩擦阻力,从而导致流动性下降;另外,网孔区域与模壁接触面积增大,散热加快,易产生冷料,降低料温,黏度上升。

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图6

网孔   处肉厚设定不能直接定义量测厚度,需要用到等效设定(如图3);   通过等效设定后的模拟分析结果(图4)与实际成型短射(图5)对比,相似度为70%;   在等效设定后,再将肉厚减少0.15mm模拟分析(图6)与实际样品相似度为90%,所以,肉厚修正是必要的。   修正网格后,成型条件如表2。
运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图7

表2:网格修正成型条件

原因分析

产品(如图7)
运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图8

图7:流动波前95%

红圈中网孔处是易产生毛边的区域,其原因:

  • 流动不平衡:后充填处需要持续加压,先充填处已进入保压状态;

  • 压力集中:毛边处为a、c、d三浇口结合交汇处,易产生压力过剩现象(如图8);

  • 需求锁模力过大(如图9)。

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图9

修改对策

  • 针对上述可能造成网孔毛边的原因,制定相应对策:

  • 变更浇口大小及位置,达到流动平衡;

  • 移动浇口位置,解决压力集中现象;

  • 建议客户更改网孔结构;

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图10

图10:原始设计运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图11

方案一:

  • b处浇口向下移动14mm,由8mm宽加大至12mm;

  • c处浇口由7mm宽加大至12mm;

  • d处浇口向右移动35mm;

方案二:

  • 在方案一变更基础上,将图12红圈中盲孔区域肉厚由0.6mm加胶至0.9mm;    
运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图12

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图13

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图14

结论
在运用CAE模拟网孔流动前,定义其肉厚非常关键,一般需要在等效肉厚基础上再减少15%的厚度,以此表现出网孔充填困难的特征:正确的输入模型,不仅是CAE仿真的基础,也是达到真实模拟效果的首要条件。
而CAE模流分析模型建构中,无法建构毛边的模型,只能借助模拟分析流动波前、压力、锁模力等数据综合分析,提前预测最可能出现毛边的区域,并且通过仿真分析找到最行之有效的解决方案。  
正确运用CAE模拟分析,能避免因重复修改和多次试模造成不必要的成本浪费。■

运用CAE 模流分析解决网孔毛边之模具设计的图15          

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