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Moldex3D 3D 냉각수 CFD로 가상과 현실의 통합

Edited by Jessie Chen, Intern at Technical Support Team, Moldex3D


 

  • Customer: MGS Mfg. Group Inc.

  • Country: U. S. A.

  • Industry: Toolmaker

  • Solution: Moldex3D Professional Package, 3D Coolant CFD, Designer BLM

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MGS는 1982년 Mark G. Sellers에 의해 설립되었습니다. 광범위한 산업 분야에서 입증된 제조 전문 지식 및 책임의 단일 소스로서 비즈니스 성과와 성장을 주도하는 맞춤형 통합 솔루션을 제공합니다. MGS의 엘리트 엔지니어링 팀과 고급 기술은 “완료” 태도와 혁신의 기업가 정신에 의해 추진됩니다. (Source)

 

요약


본 연구의 목적은 3D 냉각수 CFD 기능을 사용할 수 있는 Moldex3D와 그렇지 않은 Moldex3D의 차이를 연구하여 “가상성”과 “현실”에 필적할 수 있는 환경을 알아내는 것입니다. MGS는 세 가지 다른 냉각 설비를 만들어 실험 및 시뮬레이션과 비교했습니다. 실험은 냉각 효율이 서로 다른 세 가지 재료 설계, 구리 핀, 아이소바 및 버블러에 의해 수행된다. 이들은 Moldex3D를 사용하여 가상 환경에서 이러한 세 가지 냉각 설계를 실험 값과 비교했습니다.



과제


어떤 부품 설계에서든 성형 관련 문제의 가능성을 정확하게 예측하는 것은 어렵습니다. 대부분의 경우, 필요한 냉각 시간을 예측하는 것이 프로젝트의 전반적인 성공에 가장 중요합니다. 표준 냉각 설계와 달리 엔지니어링된 냉각 설계는 툴링 비용을 증가시키지만 높은 수익을 가져올 수 있습니다. 냉각 시간을 정확하게 예측하는 것은 수익성, 품질 및 공학적 냉각이 적절하다고 판단될 때 공구 비용을 정당화하기 위해 매우 중요합니다.



솔루션

  • BLM을 사용하여 “실제 세계”에 도달하기 위한 모든 구성 요소 솔리드 메시 구축

  • “실제” 상황에 맞게 CFD 모듈 사용



효과

  • 난류가 있는 버블러 설계는 실제 데이터와 비교하여9% 오류가 있습니다.

  • 난류가 있는 Isobar 설계는 실제 데이터와 비교하여0% 오류가 있습니다.

  • 난류가 있는 구리 설계는 실제 데이터와 비교하여4% 오류가 있습니다.

  • 층류가 있는 강철 설계는 실제 데이터와 비교하여2% 오류가 있습니다.



사례 연구


MGS는 세 가지 다른 냉각 설비 설계를 만들었습니다. 구리 핀, 아이소바, 버블러의 냉각을 실험한 후 시뮬레이션 결과를 실험값과 비교하였습니다


먼저, 실제 실험에서는 CFD 보드를 사용하여 냉각 속도, 온도 및 압력을 측정하였다. 그림 1과 같이 CFD 보드 시뮬레이션 냉각 설계 구성도를 확인할 수 있습니다.


그림 2는 세 가지 공학적 냉각 방법을 수용하는 고정장치입니다. 냉각 픽스쳐 빌드는 3D 프린팅 금속, 공구강,SLA로 구성되었으며, 냉각 픽스쳐는 카트리지 히터를 사용하여 픽스쳐에 열을 공급하고 열 블록의 온도 변화를 측정하였습니다.












그림. 1 CFD 보드 실험 및 시뮬레이션 개략도




















그림. 2 냉각 설계 및 시뮬레이션 개략도


그림. 3에서 보는 바와 같이, 각각 아이소바, 구리핀, 버블러에 의해 냉각되는 3가지 냉각 설계 및 금속 금형 가공 냉각수 회로 시험 모식도를 확인할 수 있습니다. 설정은 실험 조건을 통해 시뮬레이션되고 분석됩니다.


그림. 3 냉각 설계 및 금형 냉각 개략도


실험 결과에 따르면 연구팀은 5가지 냉각 설계(강층, 강난류, 등온봉, 구리핀, 버블러)의 냉각 효율을 198μF에서 80μF까지 비교했습니다. 그림. 4에서 보는 바와 같이, 오렌지 라인 버블러 설계 냉각 효율이 다른 것보다 우수함을 알 수 있습니다. 80ºF까지 냉각하는 데 654초밖에 걸리지 않았습니다. 기존 냉각을 사용한 층류 방식은 냉각 효율이 가장 낮았습니다. 80ºF 까지 식히는 데 1796초가 걸렸습니다.


위의 실험 및 시뮬레이션 테스트는 5가지 냉각 설계뿐만 아니라 3D 냉각수 CFD 기능을 활성화한 경우와 활성화하지 않은 경우의 실험 값 간의 차이를 비교합니다. 표 1에서 CFD 시뮬레이션 냉각 분석이 활성화되어 있는 것(녹색 범위)이 CFD(빨간색 범위)가 없는 것보다 더 정확하므로 3D CFD 계산 결과는 실험과 잘 일치하며, 시뮬레이션 결과와 실험 대상 사이의 오차는 약 10% 이내임을 알 수 있습니다.


그림. 4 다양한 냉각 설계의 결과


표 1 시뮬레이션 및 실험 데이터



결과


이 프로젝트는 세 가지 냉각 설계를 분석하고 시뮬레이션과 실험을 비교했습니다. 버블러 냉각 설계는 가장 효과적인 설계였고 실제 세계에서 적용될 수 있었다. 이 프로젝트의 결과는 3D 냉각수 CFD 분석이 유용한지 여부를 비교하기 위한 것입니다. 실험에서는 5개의 설계를 비교하고 그 중 4개의 데이터 오차가 10% 미만입니다. 3D 냉각수 CFD를 사용하여 냉각 분석을 시뮬레이션하는 것이 3D 냉각수 CFD를 사용하지 않는 것보다 훨씬 정확하다는 것을 알 수 있습니다. 단, 3D coolant CFD 시뮬레이션 분석을 사용하지 않을 경우 5가지 냉각 설계의 시뮬레이션 및 실험 오차는 30% ~ 55%입니다. 따라서 3D Coolant CFD 분석과 함께 Moldex3D를 사용하면 가장 정확한 냉각 분석 결과를 얻을 수 있습니다.












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