布达佩斯技术与经济大学（Moldex3D帮助布达佩斯科技经济大学缩短80）

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。

概览

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。在本专案中，BME团队提出运用智能成型以简化工作流程的想法，并说明如何藉由冷却优化流程节省制造时间。

该团队试验三种不同材质之模具嵌件（图1）、以及用传统方法及Moldex3D打造的冷却水路（图2）。经过试验不同组合（图3），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1：不同材质的模具嵌件

图2：(a)传统水路；(b)异型水路，包括(b1)双模穴及(b2)单模穴

图3：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

面临的挑战与应对

本次案例面临的主要挑战分别为「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」，以及「传统方式的冷却优化需要耗费大量资源」。

图4：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

对于上述提到的挑战，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5、6）。带来的效益如下：

图５：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、(d) t = 12.95

图6：仿真开模时的表面温度。(a) t = 0 s、(b) t = 1.5 s、(c) t = 3 s、(d) t = 4.5 s

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；混合嵌件的翘曲量最大（图7）

图7：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8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9）。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8：GOM三维蓝光光学量测仪

图9：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，用铜制嵌件可达到快速生产的目标，但产品却会产生极大的翘曲。故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10）。透过Moldex3D的帮助，他们将整体的检验时间缩短四分之一，且减少资源消耗。

图10：实验及模拟结果对照

结论

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%。

本文来源：ACMT协会

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