模流分析的基本教程

1.使用Moldflow的目的盡早在設計階段使用Moldflow以獲取最大的利益預先確認可能存在的問題使產品的品質比以往所做的更好使產品成本降低在相同或更短的時間內製造更多的產品2.分析前的準備決定分析路徑新的模具;避免可能的問題及憂慮既有的模具;解決目前存在的問題搜集正確的輸入資料,包括:產品模具原料製程3.四種基本的分析

a.充填(Filling)確認澆口位置達到平衡充填使原料的用量最小化排除短射現象確認熔合線和逃氣位置預估所需的射出壓力和鎖模力MeltFrontAdvancement(seconds)MeltFrontAdvancement(seconds)b.後充填(Post-Filling)決定澆口凝固時間使模穴內的體積收縮差異最小化驗證及降低成品的表面凹陷決定適當的保壓壓力變化設定決定成品整體重量c.冷卻(Cooling)確認局部熱點的位置確認那些冷卻管路的效率不佳達到均勻冷卻降低成型週期時間及增進生產力增進產品品質d.收縮翹曲變形

(Shrinkage&Warpage)冷卻不均收縮翹曲效應公母模模面冷卻速率不同收縮不均收縮翹曲效應在塑膠件中不同區域的收縮變化分子方向收縮翹曲效應在分子排列平行及垂直方向的收縮變化角落效應引起的翹曲效應4.射出成型之認識與了解射出成型機模具成形條件分析過程a.射出成型機鎖模機構液壓機構料斗螺桿料管加熱器模具冷卻系統膠口與料管射出成型機射出機選擇細節設定機器鎖模力:如果分析超過預設值;其分析結果會提出警告塑膠/液壓壓力比:使用分析決定實際上塑膠壓力在整個週期之設定液體壓力:通常注射壓力的10%壓力切換:沒有典型使用形式但可以用來設限其最高壓力模穴壓力切換:如果壓力超過設定自動切換至壓力控制保壓時間與壓力設定射出行程:螺桿在料管裡面移動的距離射出率:機器每秒注射塑料體積量螺桿直徑:以射出率決定螺桿前進速度b.射出成型模具靜模動模c.射出成型週期冷卻時間開模時間充填時間保壓時間成形條件熔膠溫度:實際上在機器“空射”的溫度能夠設定模具溫度冷卻時間:影響模具冷卻開模時間:影響模具冷卻充填充填時間是指射出機螺桿向前移動並推動塑料前進所費的時間,即在壓力維持段之前的時間,保壓在充填結束後到開模前的這段時間稱為“後充填時間”充填結束後以某一壓力維持住螺桿直到澆口冷卻凝固所費的時間稱為“保壓/維持時間”彌補材料本身的可壓縮性及冷卻收縮HopperBarrelScrewMoldScrewisapplyingaspecifiedpressuretothepolymermeltinordertopackmoreplasticintothecavity.Alsocalled“compensationstage”.d.射出成型過程InjectionMoldingProcess冷卻時間壓力維持結束後壓力開始釋放,一直到成品固化到足以頂出時所需的時間稱為冷卻時間也是一般所稱的固化時間(CureTime)開模時間整個行程包括公模後移,模具打開,成品頂出及移出,模具關閉等5.材料的選擇對製程的影響塑膠材料的種類塑膠在模具內的流動模式流動性質的影響溫度性質的影響a.塑膠材料的種類非結晶性Amorphous在成型過程中分子鏈的結構不變半結晶性Semi-crystalline冷卻時分子鏈結構會壓縮，加熱後變成非結晶性b.塑膠的流動模式凝固層FrozenLayer熔融塑膠模具MoldWallMoldWall噴泉流區域

FountainFlowRegionc.塑膠的黏度定義:流動時的抵抗力黏度會隨著剪切率或是溫度的提高而降低Material ViscosityWater 10-1 10Polymer 10,000Glass 1020IncreasingtemperatureShearRate(1/s)Viscosity(Pa-s)LowresistancetoflowHighresistancetoflowd.塑膠的溫度特性Cp-specificheatcapacity吸熱的能力k-thermalconductivity傳熱的能力e.PVT特性p–壓力;

v–比容;

T–溫度描述塑膠如何隨著壓力及溫度的變化而發生體積上的變化在充填及保壓的階段，塑膠隨著壓力的增加而膨脹在冷卻的階段，塑膠隨著溫度的降低而收縮PressureIncreasesTemperatureSpecificVolume非結晶性材料的PVT特性IncreasingPressureTemperatureSpecificVolumep-pressurev-specificvolumeT-temperatureBAnD半結晶性材料的PVT特性BAnDTemperatureSpecificVolumeCrystallizationPhase6.製程條件對產品的影響壓力對產品收縮的影響壓力對翹曲變形的影響保壓的影響保壓時間對產品收縮的影響熔融溫度的影響冷卻對於收縮及翹曲變形的影響冷卻溫度的影響a.壓力對產品收縮的影響高保壓壓力能夠降低產品收縮的機會補充入模穴的塑料越多，越可避免產品的收縮PackPressureShrinkageb.壓力對翹曲變形的影響高保壓壓力通常會造成產品不均勻收縮，而導致產品的翹曲變形對薄殼產品而言，由於壓力降更明顯，上述之情況更加嚴重PackPressureWarpagec.保壓的影響Overpacking過保壓保壓壓力高，澆口附近體積收縮量少遠離澆口處保壓壓力低且體積收縮量較大導致產品翹曲變形，產品中央向四周推擠形成半球形(DomeShape)Underpacking保壓不足澆口附近壓力低遠離澆口處壓力更低導致產品翹曲變形，產品中央向四周拉扯形成馬鞍形Twistedshaped.保壓時間對產品收縮的影響保壓時間如果夠長，足夠使澆口凝固，則可降低體積收縮的機會澆口凝固後，保壓效果就無效果PackTimeShrinkagee.熔融溫度的影響熔融溫度越高，塑膠維持熔融狀態越久，越容易造成體積收縮冷卻時間越長，產品體積收縮的機會越大MeltTemperatureShrinkagef.冷卻對於收縮及翹曲變形的影響冷卻時間越短，翹曲變形的機會越低對半結晶性材料尤其明顯ShrinkageMoldTemperature

g.冷卻溫度的影響不均衡的冷卻溫度會造成產品的翹曲變形產品變形時會向較熱的一側彎曲WarmCold7.澆口位置的選擇澆口位置的考量澆口位置對生產的影響澆口位置對產品的影響如何選擇良好的澆口位置a.澆口位置的考量外觀要求(澆口痕跡,熔接線)產品功能要求模具加工要求產品的翹曲變形澆口容不容易去除WeldlinesGatesb.對生產的影響流長（FlowLength）決定射出壓力，鎖模力，以及產品填不填的滿流長縮短可降低射出壓力及鎖模力LongFlowLengthShortFlowLengthHigherPressureLowerPressure澆口位置與流長的關係GEPlastics/PCLexan101Melttemperature:624(F)PartThickness(in)25201510500.0200.0400.0600.0800.1000.120Max.FlowLength(in)Pressure(psi)2205017985139239863c.對產品功能的影響澆口位置會影響保壓壓力保壓壓力大小保壓壓力是否平衡保壓壓力不均勻容易導致產品不均勻的體積收縮不均勻的體積收縮會導致產品的翹曲變形對產品的其他的考量將澆口遠離產品未來受力位置（如軸承處）以避免殘留應力澆口位置必須併入產品美觀上考量澆口位置必須考慮排氣，以避免積風發生不要將澆口放在產品較弱處或嵌入處，以避免偏位（CoreShaft）d.選擇適當澆口位置的技巧將澆口放置於產品最厚處如果可能的話，盡量將澆口放置在產品中央澆口放置最好考慮到對稱性考慮分子配向的影響從最厚處進澆可提供較佳的充填及保壓效果如果保壓不足，較薄的區域會比較厚的區域更快凝固避免將澆口放在厚度突然變化處，以避免遲滯現象或是短射的發生將澆口放置於產品最厚處NotRecommended可能的話，從產品中央進澆將澆口放置於產品中央可提供等長的流長流長的大小會影響所需的射出壓力中央進澆使得各個方向的保壓壓力均勻，可避免不均勻的體積收縮澆口的對稱性澆口對稱可以避免產品翹曲變形不對稱的流長會導致某些區域先填滿，甚至先凝固可能造成產品不均勻的體積收縮，而導致產品翹曲變形考慮分子配向性如果產品為狹長形，從單側進澆可提供單一方向的均勻塑流雖然產品兩端的體積收縮會不同，但是不會有翹曲變形的問題發生分子配向方向不同通常會導致翹曲Non-uniformMolecular/FiberOrientationMorePartWarpageUniformMolecular/FiberOrientationLessPartWarpage澆口與流道設計澆口設計的影響衝擊澆口形式流道系統的形式流道形式的考慮決定模穴的數目流道平衡較大澆口LowerPressureHigherPressure狹窄澆口澆口尺寸對模穴充填保壓的影響ShrinkageGateDiameter/Thickness澆口尺寸對體積收縮的影響較小的澆口更大的限制性較低的保壓壓力會有較高的收縮較小的澆口較易凝結較低的保壓時間會有較高的收縮澆口形式人工修整澆口在典型的模具中澆口更容易設計典型的兩板模具自動脫模澆口在模具設計中更加困難經常需要使用兩板模或熱流道設計3聯結到KnowHow!模具形式二板模模具三板模模具流道系統形式熱流道MeltShut-OffPinGateCavityMeltNozzleFrozenLayerCartridgeHeaterMeltHeater隔熱式內熱式外熱式好的流道系統設計特性。

正確的流道設計將:必須迅速充滿整個模穴在流道系統中使廢料減到最少盡可能一致地傳送熔膠不須額外冷卻時間進而增加整個生產週期時間如何決定流道直徑尺寸?由別處推薦圖表經驗使用Moldflow充填分析剪應力溫度的上升/下降流道平衡人工的平衡冷卻分析檢查所需要之冷卻時間一般所建議的流道直徑MaterialDiameter(in.)Diameter(mm.)ABS,SAN0.187-0.3754.7-9.5Acetal0.125-0.3753.1-9.5Acrylic0.312-0.3757.5-9.5Cellulosics0.187-0.3754.7-9.5Ionomer0.093-0.3752.3-9.5Nylon0.062-0.3751.5-9.5Polycarbonate0.187-0.3754.7-9.5Polyester0.187-0.3754.7-9.5Polyethylene0.062-0.3751.5-9.5Polypropylene0.187-0.3754.7-9.5PPO0.250-0.3756.3-9.5Polysulfone0.250-0.3756.3-9.5Polystyrene0.125-0.3753.1-9.5PVC0.125-0.3753.1-9.5使用Moldflow

預估流道直徑利用充填分析決定澆口及流道的尺寸剪應力<所建議的最大值熔膠在流道中的溫度變化應小於8℃在不平衡的多模穴系統中利用流道平衡分析(RunnerBalanceanalysis)決定流道的直徑在相同形狀之多模穴系統中使用不對稱的流道路線不同形狀的多模穴系統(Familymold)平衡與不平衡流道設計自然平衡人工平衡人工平衡之家族模穴8.產品肉厚的設計產品肉厚的考量製造生產上的影響補強與防止變形的方法a.產品肉厚的選擇考量結構需求成本外觀及觸感模具容不容易開產品凹陷、翹曲變形等控制成型週期品質及成本考量

成型週期時間隨著肉厚增加而增加較厚的產品容易翹曲較薄且均一肉厚的產品品質較佳一般利用減少肉厚的方法來控制ThickPartWarpedPartUniformThicknessb.對製造生產的影響一般而言，減少肉厚需要增加壓力來填滿模穴有時候，材料的剪切熱反而會使塑料更容易流動，降低射出壓力HigherPressureThinPartThickPartLowerPressure肉厚的改變肉厚的突然改變會改變充填模式塑膠會往較厚的地方充填可能會發生許多問題，包括了短射，不均勻的體積收縮，以及翹曲變形其他肉厚變化問題當接觸模具面的塑膠面積增加時，射出壓力也隨之增加表面缺陷的問題可能會隨之發生HigherPressureMoreCooling&DragForceLessCooling&DragForceLowerPressure肉厚與成型視窗的關係InjectionPressure(psi)MeltTemperature(F)65064063062061060059050001000020000短射溢料，毛邊成型區肉厚與成型視窗的關係InjectionPressure(psi)MeltTemperature(F)0.100”thickness6506406306206106005905000100002000015000InjectionPressure(psi)MeltTemperature(F)0.075”thickness6506406306206106005905000100002000015000肉厚與保壓的關係薄殼成型會限制保壓壓力流長越