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1、模流分析理論,課程大綱,前言 模流分析基本原理 實際運用範例 模流分析之成效及限制 問題與討論,前言,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 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？ 同步工程結合CAD/CAM/CAE,甚麼是電腦輔助工程分析?,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 1940年代射出成型流體力學模型提出 1950年代第一次應用電腦計算充填預測 1976年Moldflow發展第一套商業化模流分析軟體,3D實體模型,Moldflow網格模型,Moldflow分析結果,影響CAE分析結果
2、的 三個關鍵因素,使用之塑料 成形條件 (模溫/料溫及射速) 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,設計 幾何模型 網格 分析 顯示 判圖,“Moldflow”射出成形 模具設計哲學(1),單方向流動 流動平衡 壓力梯度 最高剪應力 定出融合線熔合線的位置,“Moldflow”射出成形 模具設計哲學(2),避免潛流 避免流動遲滯 控制黏滯熱 熱閉式流道 可接受的流道模穴比,單方向流動,在充填過程，塑料應以單方向且直線的流動波前流動, 如此才產生單方向配向性模式,流動平衡,所有流動路徑平衡 亦即, 在相同時間及壓力下充填,等壓梯度,最有效率的充填模式為
3、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,充填時剪應力需小於臨界值 此值根據塑料種類及產品應用而定,融合線熔合線的位置,將融合線置於最不敏感區,避免流動遲滯,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,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,設計流道可控制黏滯熱來提高熔膠溫度 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,設計流道當模穴充填完且適當保壓後, 可熱封閉（凝固） 因此在模穴充滿後, 可避免過度保壓及塑料回流,可接受的流道模穴比,設計高壓力降的流道系統，以減少流道內的塑料到最少 這產生低的流道模穴體積比
4、率,成形問題,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 成品重量/成形週期,翹曲,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 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,融合/熔合線在塑膠成品上產生可見及結構的弱點 當兩股或多股塑流相遇即形成融合線,應力龜裂,成形後當成品使用時受力, 在成品內的殘留應力便會顯現 龜裂或變色(白化)可能在生產後一段時間才顯現,凹陷,凹陷為在厚壁區的表面有下陷的情況
5、 可能由於收縮而造成的,短射, 充填不足,短射是成品在模穴內未完全充填, 塑料無法到達模穴的終點 這些瑕疵在薄壁區及成品邊緣常被發現,包風,在模穴內的空氣在充填時將被塑料取代 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,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 溢料像是薄邊或薄膜,成形週期/成品重量,成形有問題不一定會造成成品不良 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 Parts,1. Mold Cost 15% 2. Resin Cost 40% 3. Processing Cost 35
6、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%,Proportion of Cooling Time in Total Cost : 25 %,Same As Cycle Time,$,典型的成形問題解決方式,流動分析結果用來在設計階段找出及定義問題 檢討現有成品的問題 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
7、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,分析流程:,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
8、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
9、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致不 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,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,
