应用 CAE 模流分析技术在阀式热浇道系统之模具设计

■刘文斌/型创科技 技术总监

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前言

有鉴于模具的后加工便利性与成品质量考量，热浇道系统已普遍被大形式的模具所采用，其优势具备节省塑料、避免结合线、降成型周期、与控制塑件翘曲变形。由于大型式的模具修模费用相当昂贵且加工时间冗长，若再以传统式的设计思维”凭过去的设计经验决定未來的产品设计”，试模次数与模具成本的支出将无法有效被预测，产业间的竞争优势将因此散失。运用CAE 模流分析的计算机试模观念，协助设计人员检视其产品与模具设计的可行性，并透过分析数据的相互比较寻找出最适当的设计组别，使产品在开发阶段即可将浅在的设计盲点挑出。由此方式后续实际试模的次数与修模的机会将可大大减少，成品获利将可大幅提升。本文藉由一件保险杆分析，透过多项參数比较阀式浇口的设计优势。

 

何谓热浇道系统

热浇道模具是将传统式模具或三板式模具的浇道与流道经加热，于每一成形时即不需要取出流道和浇道的一种崭新设计且在射出成形模具产业中扮演关键零件性角色，它提供着射出成形模具中从射出机的喷嘴处到模具的模穴之间塑料流动的控制。透过热流板、热嘴、及其控制系统的功能，让模具在成形时能提升塑品质量、加快生产速度、降低生产成本、做出高难度产品。

 

何谓阀式浇口

阀式浇口是热浇道模具的另一种设计，透过” 时间序列控制器” 让浇口可以分段开启与关闭，在多浇口的模具设计中避免结合线与减少翘曲变形的产生。此技术目前在国内已逐渐广泛被使用在汽机车产业与计算机周边产品。以Amold 热浇道系统而言，阀浇口共有3种设计方式，包括” 单点模具中心进浇”、” 多点组合式热流板进浇” 及” 多点整体型热流板进浇” 方式可供选择。

 

CAE模流分析对热浇道系统的影响

塑件的产品型态千变万化，配合不同的材质及机台的设定，须找出调校至最佳途径实为困难，因此，配合CAE 模流分析软件，有助于切入问题的核心，缩短产品开发时程及避免不必要的错误造成更多资源的浪费。透过CAE 分析可以评估单模穴或多模穴配置、浇口型式与位置、热流道断面尺寸及长度，成型机台顿数等，透过分析数据在模具开发阶段便可以事先预知缝合线位置与成品翘曲变形的趋势与数值，如此科学化的工具对于竞争激烈的模具产业而言是一项不可或缺的利器。

图1: 90% 充填进度 ( 定时控制案例) ; 

阀式浇口控制：缝合线和非均匀流动的最佳解决方案阀式浇口是热流道系统中的一个重要组件。关闭控制阀可避免熔胶进入模穴，因此能准确地控制熔胶进入模穴的时机。这项特性相当重要，尤其对于多浇口系统，当流动波前通过热浇道后才开启控制阀，就可以预防缝合线问题。此外，适当使用阀式浇口也可帮助使用者降低压力分布不均而产生的熔胶密度变化，以避免应力痕或阴阳面等表面缺陷。

Moldex3D 让使用者能够自由地针对阀式浇口的特定条件作设定，例如可依据时间、流动波前、螺杆位置来设定控制阀的开启或关闭。除此之外，Moldex3D阀式浇口控制功能不仅支持充填阶段的模拟，也支持在保压阶段时，为了平衡模穴压力而进行的浇口开关动作。

 

制作网格模型，以进行阀式浇口控制分析

以使用Moldex3D 为例，步骤1 在Designer 先准备一个热流道系统模型，然后使用下表中两种方式指定阀式浇口的控制阀编号。

注：在Moldex3DMesh 中，控制阀编号只能在热流道实体网格属性设置中指定，因此使用者必须先完成热流道实体网格的生成。设定控制阀分析Moldex3D项目

图2: 设定控制阀分析项目

步骤2 在项目中建立新项目以进行分析，接着汇入网格模型，并进行一般默认分析设定。在控制阀设定部分，点选充填/ 保压设定选项中的进阶设定，再进到阀式浇口控制选项。

步骤3 设定每个控制阀将分别执行多少动作，并指定要在达到控制点时进行控制阀打开或关闭的动作。为了显现不同的控制设定，须使用三个不同的控制选项，来改变每一个控制阀的开启和关闭之驱动类型：依时间、依流动波前到达、以及依螺杆位置。■

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