運用CAE 模流分析優化模具設計改善網孔毛邊

■蘇州誠模精密科技有限公司/ 李海

一、前言

NB 上的網孔設計，其目的在於增強散熱或聲音的通透性。而在模具設計時，網孔區域應特別引起重視，因為其流動阻力大，壓力損失高，極容易形成充填短射，需要較高的充填壓力﹔但過高的充填壓力，也容易使其產生毛邊溢料，在模具加工時，此區域就要做相應的預留，使其能夠配合更緊密。無論是出現短射還是毛邊，模具的維修成本都比較高，所以在設計時，澆口位置和流道大小的選擇就相當重要。那麼，怎樣在多種方案中挑選最佳設計，使出現上述不良的機率降至最低呢？CAE 模流分析的產生，為我們的選擇提供更多參考。而模擬網孔流動的準確度能否保証，分析結果是否可信？在模擬網孔流動時，又該注意什麼？本文為網孔模擬分析提供一個實例。

二、案例簡介

2.1 產品說明此案例為NB 下蓋，如圖1

◆尺寸：261.27*212.55*12.5mm
◆肉厚：1.2mm

圖1: 產品模型

2.2 使用材料

成型材料:PC+20% Mineral

Mitsubishi / BCB992

2.3 成型機台

台中精機350T

螺桿直徑：50mm ／最大射速：172mm/s

最大射出壓力：187Mpa ／最大射出量：372g

2.4 成型條件（CAE 設置條件) 如圖表1 。

三、問題點

因產品網孔較多，肉厚為1.2mm ，較薄。成型後，局部網孔易出現毛邊，調機無法解決; 經過3 次變更澆口流道設計，改善仍不明顯。經檢查，模具上網孔區域高度公差為正0.03mm，屬緊密配合。需用CAE模擬流動分析，尋找解決對策。

圖表1：企業面臨的挑戰;圖表 2：網格修正成型條件

四、模流分析

4.1 原始設計

三板模四點進膠（一處針點、三處側澆口）
橫流道尺寸：上7* 下4.88* 高6mm等同於Φ6.73mm 圓形
針點進膠點尺寸：a:Φ1mm
側澆口進膠點尺寸： c:7*1mm/b:8*1mm /d:6*1mm

圖2: 原始設計

4.2 情景重現（依據成型短射，修正網格）

◆網孔區域影響流動原因在於模壁對塑膠流動產生的摩擦阻力，從而導致流動性下降；另外，網孔區域與模壁接觸面積增大，散熱加快，易產生冷料，降低料溫，粘度上升。
◆網孔處肉厚設定不能直接定義量測厚度，需要用到等效設定( 如圖3); 通過等效設定後的模擬分析結果（圖4）與實際成型短射（圖5 ）對比，相似度為70% ﹔在等效設定後，再將肉後減少0.15mm 模擬分析（圖6）與實際樣品相似度為90% ，所以，肉厚修正是必要的。
◆ 修正網格後，成型條件如圖表2

4.3 原因分析

產品（如圖7）紅圈中網孔處是易產生毛邊的區域,其原因:

◆流動不平衡. 後充填處需要持續加壓，先充填處已進入保壓狀態。
◆壓力集中. 毛邊處為a、c、d 三澆口結合交匯處，易產生壓力過剩現象( 如圖8)。
◆需求鎖模力過大( 如圖9)。

4.4 修改對策

針對上述可能造成網孔毛邊的原因，制定相應對策：
◆變更澆口大小及位置，達到流動平衡
◆移動澆口位置，解決壓力集中現象
◆建議客戶更改網孔結構
方案一：
◆ b 處澆口向下移動14mm, 由8mm 寬加大至
12mm；
◆ c 處澆口由7mm 寬加大至12mm
◆ d 處澆口向右移動35mm
方案二：
◆ 在方案一變更基礎上，將圈中盲孔區域肉厚由
0.6mm 加膠至0.9mm

4.5 模流分析改善對比
◆成型條件(CAE 設置條件)

圖 3：等效肉厚設定;圖4：原始模擬分析

圖5：實際試模短射/ 圖6：網格修正分析/ 圖7：流動波前95%

五、結論

在運用CAE 模擬網孔流動前，定義其肉厚非常關鍵，一般需要在等效肉厚基礎上再減少15% 的厚度, 以此表現出網孔充填困難的特徵﹔正確的輸入模型，是CAE 模擬的基礎，也是達到真實模擬效果的首要條件。而CAE 模流分析模型建構中，無法建構毛邊的模型，只能藉助模擬分析流動波前、壓力、鎖模力等資料綜合研判，提前預測最可能出現毛邊的區域，並且通過模擬分析找到最行之有效的解決方案。真確運用CAE模擬分析，能避免因重複修改和多次試模造成不必要的成本浪費。■

圖 13：方案一流動波前85%/ 方案二流動波前85%/ 方案一流動波前99%/ 方案二流動波前99%