模流分析理论

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ProductionCostofPlasticParts1.MoldCost~15%2.ResinCost40%3.ProcessingCost35~40%

(I/MOperating)4.CommissioningCostLess10%1)InjectionTime15%2)HoldingTime15%3)CoolingTime60~65%4)ClampOpenTime10%ProportionofCoolingTimeinTotalCost:25%SameAsCycleTime$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:空氣濾清器物料:GlassFilledPP製造廠商:Nippondenso成品MoldflowCAEModelShading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.....AirTrap

(包風)缺陷:1.原設計均勻肉厚2.5mm2.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.PartA填滿時PartB仍未滿二模穴未平衡AB2.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CADModeling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-