Moldex3D模流分析之北京化工大学以Moldex3D控制储罐封头螺纹精度

大纲

高分子复合材料储罐具有无毒性、耐用、抗冲击、耐腐蚀、寿命长、无焊接缝、不渗漏、符合卫生标准等优点，因此被广泛用于各个产业。本案例的高分子复合材料储罐由罐体和封头组成，封头中的螺纹孔结构之成型精度控制，是整个制程中的关键；而浇口设计则是影响螺纹孔精度的主因。本案例探讨使用Moldex3D决定较佳的浇口设计，以达到产品质量要求。

挑战

• 对尺寸精度的容忍度低和渗漏问题，导致产品组装困难

• 废品率超过90%

解决方案

使用Moldex3D评估不同的浇口设计，以改善翘曲问题，避免修模成本

效益

• Moldex3D的量测节点功能是让用户能有效取得所需信息的最大关键

• 废品率由90%大幅降低为5%

案例分析

本案例的储罐封头产品(图一)有2.5英吋NPSM螺纹，目标是使该产品可以达到可容忍的精度，同时也必须建立起长期的标准作业程序。

图一 本案例储罐封头之几何

储罐封头的几何相当复杂且精度要求高，Moldex3D所提供的网格建造和求解器功能，让用户可以不必简化网格，直接在软件中进行仿真。此外软件中的量测节点也是一项实用功能，可帮助在翘曲分析结果中，撷取螺纹上不同部位的变形资料。

除了原始设计之外，本案例中进行了5项设计变更。设变的差异主要为浇口数量、浇口类型和位置。量测节点已是县设置在网格模型中(图二)，以便从分析结果中观察翘曲和尺寸变形状况。最后的仿真结果中(图三)显示，6个浇口的设计，整体收缩分布是最均匀的；由此结果也可推论，浇口数量越多，收缩就会越均匀，产品真圆度也越佳。

图二 含量测节点的网格模型

原始设计(侧边浇口x 4)	设变1(针点浇口x 4)	设变2(潜式浇口x 4)
设变3(侧边浇口x 6)	设变4(针点浇口x 6)	设变5(潜式浇口x 6)

图三 不同浇口设计之下的产品翘曲变形结果

Moldex3D提供丰富的模拟工具，让使用者便于比较和评估不同产品设计的质量。根据模拟结果(图四)，6个浇口的设计，变形量比4个浇口低。至于浇口类型的比较，则以潜式浇口的变形量最低。因此6个浇口与潜式浇口的组合为所有设变中的最佳设计。除此之外，改变了产品结构设计之后(图五)，变形分析结果(图六)也显示产品收缩更均匀，并可符合所有的规格需求。

图四 不同浇口设计的翘曲结果比较

图五 产品结构改善：将原始设计(左)下侧肉厚处减为1 mm(右)

图六 改善结构后的位移量(右)比原始的结构(左)降低

结果

本案例中，Moldex3D所带来的最大效益是可帮助使用者在实际修模前验证并优化产品和模具设计。这样的仿真方法不但为制造过程提供了弹性，也降低成本支出。最后成功将废品率由90%大幅降低至5%，有效减少资源浪费，为企业带来可观的利益。