- 客户: 首尔科技大学机械系统设计工程系
- 产业别: 学术
- 解决方案: Moldex3D Advanced Package
- 国家: 韩国
大纲
首尔科大从2005年开始使用Moldex3D模拟结果来进行专注于机械系统设计的实验验证，针对这些验证发表的多篇论文，对于学术界和工业发展方面都带来很大的影响。在此所要介绍的成功案例，是多篇研究结果之一。由首尔科大的Keun Park博士与LG Electronics的模具技术中心共同合作，针对使用脉冲式模具温度控制对冷却效果的影响进行深入研究。首尔科大与LG Electronics都利用Moldex3D仿真结果来优化产品设计及制造。
挑战
近年来制造业面临的挑战是如何制造出更薄、更轻、质量更好，同时又有足够结构强度的电子产品。为了确保产品质量，在射出成型的过程中，必须要提高模具温度以避免潜在的问题如缝合线及残余应力的发生。不过，提高模具温度，虽然可以提升对象表面的质量，相对地，冷却与周期时间也被增长。因此，对于在生产制造中注重效率又有成本考虑的模具设计者，如何同时保持模具温度、缩短冷却时间，是一个很重要的课题。
解决方案
动态模具温度控制就是用来解决类似的问题，此研究建议应用脉冲式模具温度控制在成型阶段的之前和之后交替循环热水与冷水，来提升产品的质量和生产效率。在冷却阶段，模具温度可以被迅速降低而不会影响周期时间。此研究也将这份模拟结果，在加热与冷却效率这个部份来与传统的模具冷却系统作比较。
案例研究
在此研究中，首尔科大依照Moldex3D精准的模拟能力来测量研究模具的瞬时温度。导入脉冲式模具温度控制技术，并将导入后测量出的模具表面温度结果拿来和传统冷却后的结果作比较。图3表示的是使用脉冲式冷却系统与传统冷却系统的比较结果。使用传统冷却技术时，在每个周期注入60°C的水，成型周期时间为21秒；另一方面，不同于传统冷却技术，脉冲式冷却系统在0.5秒的充填阶段期间，注入80°C的水，接着在后续的11.5秒中，将冷却水温降至40°C，最后，在9秒的冷却与开模阶段，注入80°C的水。
图3. 传统冷却系统与脉冲式冷却系统的冷却时间比较
Moldex3D瞬时热传的3D模拟能力，能够准确地预测在任何特定时间的温度分布。图4与图5分别表示使用传统冷却系统与脉冲式冷却系统后，模具温度分布的变化。由图可看出使用脉冲式冷却方法，因为热水和冷水循环交替，可以提高模具温度，却不会增加周期时间。
图4. 使用传统冷却系统冷却后模具温度分布的变化(单位°C)
图5. 使用脉冲式冷却系统冷却后模具温度分布的变化。(单位°C)
如图6(a)所示，使用脉冲式冷却系统可有效率地将成型周期缩减20秒左右，与传统冷却系统比较下，脉冲式冷却系统的最高温比传统冷却系统的最高温高出3.2°C。而图6(b)可看出使用脉冲式冷却系统冷却后的模具至低温度比传统冷却系统冷却过后的至低温度少了7.3℃
图6(a). 总成型周期 图6(b). 最终成型周期
结果
藉由Moldex3D瞬时温度分布的3D模拟结果，使用者可以准确地预测变模温技术带来的影响，并且在开模前就避免成型中会发生的潜在问题。这个研究充分显现加热与冷却的高效率性，且模拟的结果提供了一个快速有效的实验验证方法。首尔科大因为使用Moldex3D Advanced及solution add-on模块，使其能够为不同的特殊工艺。例如: 压缩成型及气体辅助射出成型等，进行实验验证。目前许多全球知名的学术机构都已使用Moldex3D，目的不仅只为了学术研究，也同时为了让学子在学术上、经济上与技术上都能持续提升竞争力。
*备注: 此文章于2012 International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology发表。