异型水路设计优化案例分享

■ ACMT/ 刘岩、东莞理工- 陈盛贵& 何伟锋

序言

在塑件成型周期中,冷却阶段占成型周期约2/3时间, 而冷却时间不足可能导致塑件产品产生收缩痕及翘曲 变形等缺陷;冷却周期过长则会影响到产品生产的效率 及成本。传统的模具加工方法会受到产品及模具结构的限制,经常会出现产品结构的温度积热,冷却不均匀以 及凹痕和翘曲等问题。所以改善模具的散热效率,缩短 产品冷却时间并使产品冷却更均匀,就是模具异型水路 的意义。通过金属粉末激光烧结等加工方式引入异型水 路,可以减少设计者在设计水路时所受到的限制,能使 水路更加贴近产品轮廓,以达到有效且均匀排除热量的 效果。

案例分享

 

图 1:名片盒原始方案

本次透过名片盒案例(图1)来解析异型水路设计优 化,该产品原始水路设计为两只并联式的水路,透过 Moldex3D进行冷却分析,利用3D计算流体力学计算 水路中的冷却水流动形为,判断水路设计是否合理。通过冷却温度结果(上方首图)可以发现产品中间结构 (槽)温度最高达到105℃,而产品其他结构温度只有 60~70℃,且温度分布不均匀。所以在此基础上我们 对水路设计进行优化(图2),为了使产品冷却更均匀以及有效改善积热,我们将原有的并联式水路改为覆盖 式水路,并且在中间积热区域导入异型水路。

 

图 2:名片盒异型水路方案

通过冷却温度结果(图3,4)可以发现在异型水路设 计方案中,产品表面温度主要分布在58~65℃,且 冷却温度分布更加均匀。在此基础上我们再去对比两 种设计所需的冷却时间以及产品最终的翘曲变形。
 

图 3:名片盒原始水路 ( 上 ) 与异型水路 ( 下 ) 温度分布 图 4:异型水路方案温度分布

通过对比冷却时间分布(图5,6),可以得出原始水 路方案产品顶出时所需冷却时间约为16s,异型水路方案产品顶出时所需冷却时间约为11s,

图 5:原始水路设计

图 6:异型水路设计

冷却时间缩 短了30 %;对比两种方案最终产品的变形量(图7), 可以看到异型水路方案最终产品的变形相对于原始方 案有明显改善。

 

图 7:原始水路(左)及异型水路(右)(放大三倍)

实际产品比对(图8.9.10)

过实际产品对比可发现,采用异型水路射出出来的 产品变形更小,
且中间结构收缩较小;而采用原始方 案射出出来的产品变形更大,且中间结构有较大收 缩。

 

图 8:原始方案(左)及异型水路(右)                                              图 9:实际模具

 

图 10:成型试模表                                                                              图表:结果对比

总结

“客户的要求越来越高,产品交期越来越短,工厂也 需要更多的利润来运营”,所以利用3d打印等方式 加工的异型水路很符合目前发展的趋势,而且采用异 型水路的模具最终零件强度,硬度还有抛光后的表面 光洁度都能满足客户的需求,所以异型水路的导入是 目前以及未来的必然趋势。
总体来讲,传统加工方法会受到模具以及产品设计等 诸多限制,而异型水路可以突破这些限制来完善最终 的设计。利用Moldex3D进行异型水路3D分析,可以发现传统水路存在哪些问题并导入最合适的异型水 路方案,以快速改善设计,优化产品翘曲及缩短成型 周期,可以根据客户的需求和问题迅速提供相应的解决方案。

※ 备注:案例由东莞理工学院、ACMT、东莞市 3D
打印技术重点实验室共同开发

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