模流分析基本课程

模流分析的流程
Professional CAE for Injection Molding
分析技巧

比较分析 曲线分析
Professional CAE for Injection Molding
判图知识

充填
肉厚效应 充填迟滞效应 縫合線
• 潛流效應
包封(排气)

保压
粘滞加热效应

1. 若容積溫度高于料溫設定﹐顯示有黏滯加熱的放
熱現象。 2. 若局部容積溫度過高﹐顯示有局部熱點(hot spot)產生,使塑件有燒焦 裂解之虞。 3. 容積溫度較高的區域代表塑料持續流動﹐熱熔膠 不斷注入。反之﹐容積 溫度接近均勻的區域或 低溫區域﹐代表塑料几乎不再流動。 4. 由容積溫度分布可以判別塑件在充填過程中﹐熱 塑料對流傳熱的效應大 小﹐判別滯料 區域所在﹐預測短射現象及發生位置。
Professional CAE for Injection Molding

由于塑料本身具有粘度,粘度越高代表流动越困难.因此塑料局部粘度大小 可以视作是流动阻力的量度.塑料粘度受温度及剪切率影响较大,因此局部 温度大小,热传速率,以及塑件肉厚,均影响局部粘度大小,也就是流动阻力 大小.
Professional CAE for Injection Molding
Professional CAE for Injection Molding
塑料壓力分布(Pressure Distribution)
塑料平均溫度(Average Temperature)
以不同顏色顯示充填結束瞬間﹐肉厚方向的平均 溫度分布情形。可以視作塑件顯示出來的平均溫 度。亦可看出肉厚對溫度分布的效應(越厚處散 熱傳導越不易)﹐如圖所示。 判斷重點﹕

若平均溫度高于料溫設定﹐顯示有黏滯加熱的放熱
現象。 若局部平均溫度過高﹐顯示有局部熱點(hot spot) 產生,使塑件有燒焦裂解之虞。 若局部平均溫度接近模溫﹐顯示該區域塑料接近滯 料靜止狀態﹐或是肉厚相當薄﹐熱量迅速被冷模穴 傳導散逸﹐熱傳導效應(thermal conduction)明顯 ﹐使塑料變冷。 若局部平均溫度接近料溫﹐顯示該區域塑料流動性 良好﹐或肉厚較厚﹐熱塑料不斷流入補充熱量﹐ 熱對流效應(heat convection)明顯,使塑料保持高 溫狀態。 塑料平均溫度分布可用來評估可能發生熱點所在﹐ 作為冷卻水管安排的參考。配合冷卻分析﹐設計適 切的冷卻水管路安排。

冷却 翘曲

纤维配向效应
Professional CAE for Injection Molding
流動分析技朮指引 (Theoretical Notes of Flow Analysis)
• 充填相关背景知识 • 充填结束瞬间变量分布情形 • 充填过程中变量变化历程
Professional CAE for Injection Molding

噴泉流動(Fountain Flow)與縫合線(Welding Line)
塑料在充填過程中﹐流動波前的前進方式為噴泉流動

﹐也就是中間區域的塑料被帶至波前前端后﹐向模壁 兩側甩出﹐固化于模壁區域。由于中間層塑料一般溫 度最高﹐排向最混亂﹐因此噴泉流動影響靠近模壁表 面層(skin layer)的固化層厚度及分子鏈配向性﹐如圖 所示。 由于噴泉流動的原因﹐在流動波前面的塑料高分子鏈 排向几乎平行流動波前。因此兩股塑料熔膠在交會時 ﹐接觸面的高分子鏈互相平行﹔加上兩股熔膠性質各 異(在模穴中滯留時間不同﹐熱力歷程也不同)﹐造成交 會區域在微觀上結構強度較差。就肉眼檢視﹐可以發 現有明顯的結合線產生。﹐稱之為熔接線(welding line)或縫合線﹐如圖所示。
Professional CAE for Injection Molding
充填速率的效應

充填速率決定流體局部剪切率大小及熱塑料補充速率﹐因此影響充填行 為。
高速充填﹕流動控制(flow control)
• 1
低速充填﹕熱傳控制(heat transfer control)
• 1
Professional CAE for Injection Molding
• 熱熔接(hot welding)
•冷熔接(cold welding)
Professional CAE for Injection Molding

縫合線的位移現象﹕
若兩股交會熔膠流動差異性大﹐占
優勢的熔膠波前會推擠弱勢的熔膠 波前﹐使縫合線發生位移現象。由 于靠近模壁側之塑料熔膠率先固化 ﹐表面縫合線亦定型不變。 但內部塑料尚未完全固化﹐此時將 因強勢流動波前的推擠作用﹐造成 內部縫合線發生位移。 此種因內部熔膠流動造成的縫合線 位移現象﹐稱作潛流效應 (underflow effect)﹐將進一步降低 縫合線的強度﹐如圖所示。


Professional CAE for Injection Molding
此多模穴模具由分析流動波前可知各模穴充填是否均勻﹐流動平衡性是否良
好﹐如圖所示。
Professional CAE for Injection Molding
塑料中心溫度(Center Temperature)
Professional CAE for Injection Molding
充填結束瞬間變量分布情形

(Field Variables Distribution after Filling) 波前流動(Melt Front Advancement)
代表不同時間(以不同顏色顯示)的塑料前緣位置﹐由此可知塑料充填過程的
Leabharlann Baidu
Professional CAE for Injection Molding
縫合線

縫合線不僅影響塑件外觀﹐同時由于微觀結構的松散﹐易造成應力集中 而成為產品機械強度弱點所在。
一般而言﹐在高溫區域產生熔接的縫合線強度較佳﹐因為高溫情形下﹐高分

子鏈活動性較佳﹐可以互相穿透糾纏﹐增加熔接區域的強度﹔ 反之在低溫區域﹐熔接強度較差。依熔接位置區分﹐可將熔接現象分為冷熔 接和熱熔接兩類﹕
Professional CAE for Injection Molding

分子鏈配向性的趨勢﹕
1.就整體流場而言﹐分子鏈大體沿主要流動方向排列 2.在厚度方向﹐由于中間層剪切率最低(速度變化最小)﹐排向性最差﹐分子


鏈零亂分布。 3.靠近模壁部分﹐速度變化最大﹐剪切率最高﹐分子鏈配向性較激烈﹐排向 較為整齊。 3.模壁表面層由于噴泉流動影響﹐排向最為混亂﹐如圖所示。


Professional CAE for Injection Molding
塑料容積溫度(Bulk Temperature)
以不同顏色顯示充填結束瞬間﹐肉厚方向考慮速 度加權的平均溫度分布情形。代表動態的平均溫 度。由于靜止區域(速度u=0)加權為零﹐代表忽略 靜止區域對平均溫度的貢獻﹐因此可以看出熱對 流對于溫度分布的效應﹐滯流區域及黏滯加熱區 域的溫度分布情形。一般而言﹐充填過程中之體 積溫度分布情形應反映出塑料充填流動的趨勢﹐ 如圖所示。 判斷重點﹕
充填相關背景知識

(Theoretical Backgrould of Filling) 充填的基本流動方式(Basic Flow Pattern in Filling)
平板间流动
径向(辐射型)流动
Professional CAE for Injection Molding


充填過程中是否有流動阻力差異過大造
成的賽馬現象(race track)?賽馬現象容 易造成內部縫合線(internal welding line)﹑燒焦﹑充填不飽的缺陷﹐如圖所 示。 檢視接近充填結束階段的流動波前﹐有 無包封(air-trap)問題?如圖所示。 由分析流動波前可知是否有縫合線問題 發生。縫合線不但影響外觀﹐同時使成 型品易因此線的應力集中而有斷裂的問 題產生。 多點進澆(multiple gating)情形﹐應注意 流動平衡(flow balance)﹐使各澆口對流 動貢獻均勻。如圖所示。
模流分析基础课程
Professional CAE for Injection Molding
内容摘要


分析技巧与步骤 分析判图背景知识


流动分析判图知识 保压分析判图知识 冷却分析判图知识 翘曲分析判图知识
典型案例介绍 案例制作指导
Professional CAE for Injection Molding
充填過程全為壓力推動塑料熔膠前進﹐由于壓力差使塑料波前(melt front)前進填充模穴。充填過程壓力來源為澆口﹐壓力最高﹔ 越遠離澆口位置﹐由于流體流動摩擦損耗壓力﹐使壓力逐漸降低﹐至熔 膠波前位置壓力為最低。推動熔膠流動的主要力量即為此壓力差 (pressure difference) 一般而言,塑料在模穴中的充填行为是趋向阻力最小的部分流动 单位时间内塑料流动距离越大,代表该区域的流动阻力较小; 反之,若移动越慢(波前等位线越密集)代表该区域流动阻力越大,塑料缓慢 流动
設定之熔膠溫度﹐是溫度較高區域﹐如圖所示。
肉厚較薄處﹐流動阻力較大﹐塑料流動不易。 肉薄處較易冷卻。若塑料流動發生遲滯﹐熱塑料難以補充﹐受冷模壁冷卻結
果﹐塑料溫度迅速下降。若塑料仍可流動﹐則因較高的剪切率(速度梯度 大)﹐反有黏滯加熱(viscous heating)的現象﹐使局部溫度上升。局部溫度 跟高剪切率又與黏度有關﹐因此具體的流動行為取決于流動跟熱傳之間相互 競爭﹐如圖所示。
一般而言﹐在充填過程肉厚中心溫度為肉厚方向最
高溫區域﹐此緣于熱塑料不斷填入﹐對流 (convection)效應使溫度保持高溫﹐且塑料熱傳導 性甚差﹐不易散熱之故。若有黏滯加熱(viscos heating)現象則否﹐如圖所示。
Professional CAE for Injection Molding


Professional CAE for Injection Molding
分子配向性(Molecular Chain Orientation)

分子鏈配向性的成因
高分子塑料是由長鏈高分子(long chain macromolecules)組成﹐在外力作

用下﹐高分子鏈會為流場所排向。分子鏈的配向行為來自于作用在高分子鏈 局部的外力差異﹐也就是速度差異。如圖所示。 由于剪切率(shear rate)是流場速度梯度的度量﹐表示單位距離內的速度變 化大小。因此剪切率大小對分子配向性影響甚大。剪切率越高的區域﹐分子 鏈配向性情形越嚴重。

以不同顏色顯示充填結束瞬間﹐塑件肉厚方向中 心層的溫度分布情形。
• 判斷重點﹕ •若局部中心溫度高于料溫設定﹐顯示
有黏滯加熱的放熱現象。 •若局部中心溫度過高﹐顯示有局部熱 點(hot spot)產生,使塑件有燒焦裂解之 虞。 •若局部中心溫度接近模溫﹐顯示該區 域塑料接近滯料靜止狀態﹐熱量迅速被 冷模穴傳導散逸﹐熱傳導效應(thermal conduction)明顯使塑料變冷。 •若局部中心溫度接近料溫﹐顯示該區 域塑料流動性良好﹐熱塑料不斷流入補 充熱量﹐熱對流效應(heat convection) 明顯,使塑料保持高溫狀態。 •若整體中心溫度分布植甚低﹐代表塑 料迅速降溫凍結﹐有發生短射之虞。
Professional CAE for Injection Molding
Professional CAE for Injection Molding
肉厚(thickess of part)的效應
肉厚較厚處﹐流動阻力較小﹐塑料比較容易流動。 由于塑料是熱的不良導體﹐肉厚處散熱不易﹐熱塑料容易補充﹐溫度較接近
流動動態行為。

判斷重點﹕
充填是否完全? 有無短射(short shot)問題? 由充填過程判斷﹐是否有局部區域流動阻力過大而有遲滯(hesitation)現象?
遲滯現象發生區域容易造成塑料提早凍結(freeze)﹐使該區域發生滯料或充 填不飽的問題﹐如圖所示。
Professional CAE for Injection Molding