布達(dá)佩斯科技經(jīng)濟(jì)大學(xué)(BME)冷卻水路設(shè)計(jì)案例-馬路科技
布達(dá)佩斯科技經(jīng)濟(jì)大學(xué)(BME)是匈牙利最大且最知名的科技大學(xué)。其機(jī)械工程學(xué)院則是全校最負(fù)盛名的學(xué)院，其中高分子工程學(xué)系更是歷史悠久。
概覽
射出成型中，質(zhì)量不佳的冷卻系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致溫度分布不均，造成冷卻時(shí)間延長(zhǎng)，以及翹曲增加；有銳角的冷卻水路更會(huì)提高應(yīng)用上的難度。
冷卻水路的優(yōu)化，過(guò)去需要耗費(fèi)大量的資金和時(shí)間；但在導(dǎo)入Moldex3D后即可大幅改善這些問(wèn)題、縮短優(yōu)化流程，并減少資源的消耗。在本專案中，BME團(tuán)隊(duì)提出運(yùn)用智能成型以簡(jiǎn)化工作流程的想法，并說(shuō)明如何藉由冷卻優(yōu)化流程節(jié)省制造時(shí)間。
該團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)三種不同材質(zhì)之模具嵌件（圖1）、以及用傳統(tǒng)方法及Moldex3D打造的冷卻水路（圖2）。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)不同組合（圖3），順利選出最佳冷卻水路設(shè)計(jì)，從而縮短周期時(shí)間并減少翹曲。
(a)P20模具搭配傳統(tǒng)水路、(b) 銅制模具搭配傳統(tǒng)水路、(c)DMLS──MS1模具搭配異型水路、(d)Hybrid──MS1和銅復(fù)合模具，搭配異型水路
面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)
本次案例面臨的主要挑戰(zhàn)分別為「?jìng)鹘y(tǒng)的冷卻水路設(shè)計(jì)，無(wú)法適當(dāng)?shù)乩鋮s車頂零件」、「冷卻不當(dāng)時(shí)，冷卻時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，連帶導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升」、「冷卻不均勻會(huì)導(dǎo)致較大的翹曲」，以及「?jìng)鹘y(tǒng)方式的冷卻優(yōu)化需要耗費(fèi)大量資源」。
(a)4秒、(b)5秒、(c)5.5秒及(d)6秒之后，于頂出時(shí)的溫度分布
對(duì)于上述提到的挑戰(zhàn)，研究人員試驗(yàn)了三種材質(zhì)的模具嵌件，并分別搭配傳統(tǒng)及異型水路。Moldex3D能幫助加快冷卻優(yōu)化的速度、簡(jiǎn)化作業(yè)，并降低成本消耗。透過(guò)Moldex3D可視化模穴內(nèi)部的功能，BME團(tuán)隊(duì)得以檢驗(yàn)溫度分布及冷卻效率。使用異型冷卻水路時(shí)，能均勻地進(jìn)行冷卻、縮短周期，以及減少翹曲（圖5、6）。帶來(lái)的效益如下：
冷卻時(shí)間縮短80%；
材料用量從5kg減為0kg；
減少能源用量；
翹曲減少30%；
冷卻時(shí)間縮短18%。
案例研究
本項(xiàng)目目的為比較傳統(tǒng)水路與「智能」水路設(shè)計(jì)的效率。BME團(tuán)隊(duì)透過(guò)實(shí)驗(yàn)嘗試縮短成型周期并減少翹曲。首先以原始的成型參數(shù)進(jìn)行仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品翹曲后的形狀維持不變；在使用異型水路時(shí)，翹曲程度則較傳統(tǒng)的輕微。而P20嵌件的設(shè)計(jì)翹曲量最??；混合嵌件的翹曲量最大（圖7）
BME團(tuán)隊(duì)使用GOM光學(xué)量測(cè)儀來(lái)測(cè)量實(shí)際翹曲，如圖8所示。使用銅制水路的產(chǎn)品翹曲量最大，與模擬結(jié)果不同，原因應(yīng)是實(shí)際上的冷卻時(shí)間較短（圖9）。銅制嵌件冷卻外殼的速度很快，核心處溫度卻還是很高，因此產(chǎn)品頂出后會(huì)有較大的翹曲。
接著透過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)與智能水路的檢驗(yàn)結(jié)果相同；實(shí)際上，用銅制嵌件可達(dá)到快速生產(chǎn)的目標(biāo)，但產(chǎn)品卻會(huì)產(chǎn)生極大的翹曲。故BME團(tuán)隊(duì)認(rèn)為最佳的設(shè)計(jì)為混和模具嵌件，可達(dá)到最少的翹曲和最短的周期時(shí)間（圖10）。透過(guò)Moldex3D的幫助，他們將整體的檢驗(yàn)時(shí)間縮短四分之一，且減少資源消耗。
結(jié)論
相較于未使用Moldex3D的情形，BME團(tuán)隊(duì)在Moldex3D的輔助下，將冷卻時(shí)間縮減了80%，將材料的使用從5公斤降至0，并節(jié)省能源消耗。經(jīng)過(guò)冷卻優(yōu)化后，冷卻時(shí)間則縮短18%，翹曲也成功降低了30%。
本文來(lái)源：ACMT協(xié)會(huì)
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