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1、課程: 模流分析理論(一) 課程大綱 n 前言 n 模流分析基本原理 n 實際運用範例 n 模流分析之成效及限制 n 問題與討論 前言 n 塑膠射出成型分析需要結合塑料知識模 具設計及現場經驗 n 要達成品質及生產性需瞭解在模具內 會發生什麼事？ 什麼事應會發生？ n 同步工程結合CAD/CAM/CAE 甚麼是電腦輔助工程分析? n 結合高分子科學,流體力學, 熱傳學, 固體 力學, 數值方法,及電腦程式語言發展之 專門軟體 n 1940年代射出成型流體力學模型提出 n 1950年代第一次應用電腦計算充填預測 n 1976年Moldflow發展第一套商業化模流 分析軟體 影響CAE分析結果的三
2、個關鍵 因素 n 使用之塑料 n 成形條件 (模溫/料溫及射速) n 幾何形狀的設計 (流動路徑長度與厚度) 產生及解釋CAE分析結果的六 個基本步驟 n 設計 n 幾何模型 n 網格 n 分析 n 顯示 n 判圖 Moldflow射出成形模具設計 哲學(1) n 單方向流動 n 流動平衡 n 壓力梯度 n 最高剪應力 n 定出 融合線熔合線的位置 Moldflow射出成形模具設計 哲學(2) n 避免潛流 n 避免流動遲滯 n 控制黏滯熱 n 熱閉式流道 n 可接受的 流道模穴比 單方向流動 n 在充填過程，塑料的流動應以 n 單方向 且直線的流動波前 n 如此才產生單方向配向性模式 流動平
3、衡 n 所有流動路徑平衡 n 亦即，在相同時間及壓力下充填 等壓梯度 n 最有效率的充填模式為沿流動路徑的 壓 力梯度(每單位長度壓力降)為定值 最高剪應力 n 充填時剪應力需小於臨界值 n 此值根據塑料種類及產品應用而定 融合線熔合線的位置 n 將融合線置於最不敏感區 避免流動遲滯 n 將澆口置於離厚與薄兩流動路徑分開點 越遠越好 避免潛流 n 避免潛流，將澆口置於在充填結束時, 兩流動波前正好相遇處 控制黏滯熱 n 設計流道可控制黏滯熱來提高熔膠溫度 n 這樣可降低應力程度，不會因塑料 在長 時間高溫下而造成裂化 熱閉式流道 n 設計流道當模穴充填完且適當保壓後, 可熱封閉（凝固） n 因
4、此在模穴充滿後,可避免過度保壓 及 塑料回流 可接受的 流道模穴比 n 設計高壓力降的流道系統，以減少 流道 內的塑料到最少 n 這產生一低的 流道模穴體積比率 成形問題 n 一般成形問題及正確的 設計方法 翹曲 融合線 應力龜裂 凹陷 短射 包風 毛邊 成品重/成形週期 翹曲 n 翹曲成品顯示形狀變化,例如弓形或 螺 旋形,由於不適當的成形加工條件, 或射 出機不正常的動作,或設計錯誤 n 翹曲在成品製作後變得明顯 翹曲基本原因: 不同收縮量 不同收縮方向 * 分子具有方向性 方向性影響收縮量 壓力不同 方向性不同 冷卻速率不同 融合線 n 融合/熔合線在塑膠成品上產生一可見及 結構的弱點
5、n 當兩股或多股塑流相遇即形成融合線 應力龜裂 n 成形後當成品使用時受力,在成品內的殘 留應力便會顯現 n 龜裂或變色(白化)可能在生產後 一段時 間才顯現 凹陷 n 凹陷為在厚壁區的表面有下陷的情況 n 可能由於收縮而造成的 短射,充填不足 n 短射是一成品在模穴內未完全充填一塑 料無法到達模穴的終點 n 這些瑕疵在薄壁區及成品邊緣常被發現 包風 n 在模穴內的空氣在充填時將被塑料取代 n 聚集會合的流動波前圍繞及將氣體包封, 造成成品上的表面缺陷 溢料 n 在模穴充填時,塑料從分模面或不連續模 具面(例如頂出銷)溢出 n 溢料像是薄邊或薄膜 成形週期/成品重量 n 成形有問題不一定會造成
6、成品不良 n 生產性是在最少費用及最短時間製造 合 乎品質的成品 Production Cost of Plastic PartsProduction Cost of Plastic Parts 1. Mold Cost 15% 2. Resin Cost 40% 3. Processing Cost 35 40% (I/M Operating) 4. Commissioning Cost Less 10% 1) Injection Time 15% 2) Holding Time 15% 3) Cooling Time 60 65% 4) Clamp Open Time 10% Propor
7、tion of Cooling Time in Total Cost : 25 % Same As Cycle Time $ 典型的成形問題解決方式 n 流動分析結果用來在設計階段找出及定 義問題 n 檢討現有成品的問題 n 結合影響Moldflow設計原理的可能因素 並建議解決方法 Moldflow實際運用範例 產品:空 氣 濾 清 器 物料:Glass Filled PP 製造廠商 :Nippondenso 成 品 Moldflow CAE Model Shading 進行最佳化 模具設計 解 析流 程 - 預測充填過程流動型態 預先發現成型問題 計算冷卻管路設計 與模具熱傳問題 進行成品
8、收縮/翹曲值計算 求取尺寸安定性 MF/Flow 流動(保壓)分析 MF/Cool 冷卻分析 MF/Warp 翹曲分析 MF/Flow 流動(保壓)分析 需要條件: 1.模穴 Model (前處理) 2.材料物性 (資料庫) 3.成型條件 (分析計算) 分析程序: 1.各別單一模穴分析 i.決定澆口位置與數目 ii.判斷流動缺陷與成型困難 2.二模穴流道平衡 計算項目: 流動型態(時間) 溫度/壓力 剪力/剪率 黏度/凝固層厚度 包風/縫合線位置 保壓壓力及 有效持續時間 . Air Trap (包風) 缺陷: 1.原設計 均勻肉厚2.5mm 2.修正:局部肉厚加大 引導塑料快速填入 3.流動
9、型態改善 良好排氣,消除包風 充填時間 結果( I ): 消除包風 修改後- 結果( II ): 流道平衡 1. Part A填滿時 Part B仍未滿- 二模穴未平衡 A B 2.採用適當流道尺寸 可得平衡之流動型態 3.平衡結果:二模穴約在 相近時間同時填滿 MF/Cool 冷卻分析 模溫分佈 1.局部熱點 2.在高溫區增加冷卻管路設計 3.降低局部溫度,縮短冷卻時間, 均勻模溫分佈,減少翹曲問題 降低溫度 MF/Warp 翹曲分析 依據最佳流動與冷卻設計 獲得成品翹曲值最大0.6mm 在容許範圍之內 Z方向翹曲值 最大彎翹 MOLDFLOW模流分析 FORD馬達外殼事例介紹: 成品模型 品質要求:接合面不變形 CAD Modeling 物性資料庫 執行分析計算 (材料選擇) (模具幾何尺寸) 流動分析/保壓分析/冷卻分析/收縮分析/翹曲分析 流動分析-計算塑料在模穴中之充填型態 保壓分析-冷卻分析- 收縮分析- 1.原設計因不均勻冷卻導至不? 均勻收縮,成品產生翹曲變形 2.修正冷卻管路設計(如圖,可得 正確尺寸安定性) 結果: 模流分析之成效 n 應用分析與模流設計原理 品質可以改善 單位成本可以降低 縮短產品開發時間 由設計所達到的品質及生產性 問題與討論
