北京化工大學以Moldex3D控制儲罐封頭螺紋精度

客戶簡介
北京化工大學創辦於1958年,原名北京化工學院,是中國為培養「尖端科學技術所需求的高級化工人才」而創建的一所高水準大學,肩負著高階創新人才培養和基礎性、前瞻性科學研究及原創性高新技術開發的使命。(來源: http://www.buct.edu.cn/)

大綱

高分子複合材料儲罐具有無毒性、耐用、抗衝擊、耐腐蝕、壽命長、無焊接縫、不滲漏、符合衛生標準等優點,因此被廣泛用於各個產業。本案例的高分子複合材料儲罐由罐體和封頭組成,封頭中的螺紋孔結構之成型精度控制,是整個製程中的關鍵;而澆口設計則是影響螺紋孔精度的主因。本案例探討使用Moldex3D決定較佳的澆口設計,以達到產品品質要求。

挑戰

  • 對尺寸精度的容忍度低和滲漏問題,導致產品組裝困難
  • 廢品率超過90%

解決方案

使用Moldex3D評估不同的澆口設計,以改善翹曲問題,避免修模成本

效益

  • Moldex3D的量測節點功能是讓使用者能有效取得所需資訊的最大關鍵
  • 廢品率由90%大幅降低為5%

案例分析

本案例的儲罐封頭產品(圖一)有2.5英吋NPSM螺紋,目標是使該產品可以達到可容忍的精度,同時也必須建立起長期的標準作業程序。

圖一 本案例儲罐封頭之幾何

儲罐封頭的幾何相當複雜且精度要求高,Moldex3D所提供的網格建造和求解器功能,讓使用者可以不必簡化網格,直接在軟體中進行模擬。此外軟體中的量測節點也是一項實用功能,可幫助在翹曲分析結果中,擷取螺紋上不同部位的變形資料。

除了原始設計之外,本案例中進行了5項設計變更。設變的差異主要為澆口數量、澆口類型和位置。量測節點已是縣設置在網格模型中(圖二),以便從分析結果中觀察翹曲和尺寸變形狀況。最後的模擬結果中(圖三)顯示,6個澆口的設計,整體收縮分佈是最均勻的;由此結果也可推論,澆口數量越多,收縮就會越均勻,產品真圓度也越佳。

圖二 含量測節點的網格模型
原始設計(側邊澆口x 4) 設變1(針點澆口x 4) 設變2(潛式澆口x 4)
設變3(側邊澆口x 6) 設變4(針點澆口x 6) 設變5(潛式澆口x 6)
圖三 不同澆口設計之下的產品翹曲變形結果

Moldex3D提供豐富的模擬工具,讓使用者便於比較和評估不同產品設計的品質。根據模擬結果(圖四),6個澆口的設計,變形量比4個澆口低。至於澆口類型的比較,則以潛式澆口的變形量最低。因此6個澆口與潛式澆口的組合為所有設變中的最佳設計。除此之外,改變了產品結構設計之後(圖五),變形分析結果(圖六)也顯示產品收縮更均勻,並可符合所有的規格需求。

圖四 不同澆口設計的翹曲結果比較

圖五 產品結構改善:將原始設計(左)下側肉厚處減為1 mm(右)

圖六 改善結構後的位移量(右)比原始的結構(左)降低

結果

本案例中,Moldex3D所帶來的最大效益是可幫助使用者在實際修模前驗證並優化產品和模具設計。這樣的模擬方法不但為製造過程提供了彈性,也降低成本支出。最後成功將廢品率由90%大幅降低至5%,有效減少資源浪費,為企業帶來可觀的利益。


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