模流分析

5.Fish eyes 魚眼----料桶中未完全混練的塑膠粒進入模穴造成
對策: 1.提高螺桿轉速 2.提高熔膠溫度 3.減少次料使用, 避免混練不均
6.Silver Streak 銀線----塑料未充分乾燥, 在gate附近形成輻射狀線條
對策: 1.充分乾燥塑料避免水氣或污染物 2.避免使用大機台射小東西
對策: 1.減慢射速 2.加強充填末端逃氣
3.Brittleness 脆化----因塑膠裂解導致機械強度下降
對策: 1.塑料勿過度乾燥 2.減少次料回收使用
4.Delamination (Lamination or Layering) 起皮----模穴中過冷之料塊出現在表面造成
對策: 1.減少模具死角 2.提高熔膠溫度與模溫
2. 可作為數值方法之驗證.
常用實驗分析工具
溫度量測 : 成型模具植入Thermocouple 壓力量測 : 成型模具植入壓力Sensor 玻纖排向 : 塑件切片以Microscope (or SEM)觀察 應力分布 : 以偏光儀觀察透明件之應力集中現象
塑膠材料的特性: 黏性+彈性+熔點
塑膠材料的分類:
射出速度 V 螺桿位置 S
MoldSpace Expert Setup Expert
Production Expert
保壓壓力 P
系統架設示意圖
將MPX提供之最佳成形條件 與 最佳成形視窗, 上載至射出機.
射出成形機
由射出機控制電路板, 藉ADAM類比轉數位訊號的 轉換, 將 螺桿位置 螺桿速度 壓力數值 訊號直接傳 入MPX控制器.
外觀件之充填分析
1.縫合線分析
縫合線(WeldinLing) 與 融合線(Melting Ling) 的分辨
賽馬現象(Race Track)縫合線
流動阻力 a 1 /(塑件肉厚)3
“賽馬現象縫合線”出 現
縫合線的強度隨玻纖含量 的增加而急劇下降.以PS 為例, 當玻纖含量達30% 時, 縫合線強度只剩40%.
1.非結晶性(Amorphous) 2.半結晶性(Semi-crystalline) 3.液晶高分子 : Liquid Crystal Polymer(LCP)
液晶高分子 : Liquid Crystal Polymer(LCP)
無論是結晶性或非結晶性塑料, 在較慢冷卻的部位都會收 縮. 除了前述粘彈性在未凝固時會造成高分子“回彈”外, 結晶性塑料還會因為部分結晶晶格重排作用而增加收縮 (熱應力).
b. MoldSpace Expert ---- 在調機完成後, 在軟體與控制器介面卡的輔助下, 以 田口式(Takuchi)方法, 找出以上述三變因為X, Y, Z軸 的 “最佳成形空間”.
c. Production Expert ---- 監控生產過程, 控制成形條件在上述 “最佳成形空間” 中, 並對成形條件異常的狀況發出警告訊號.
9.Halos 暈----在Gate附近一圈陰影
對策: 1.提高模溫使之不明顯 2.增加咬花
Halos 之成因
(Halo Surface Defects on Injection Molded Parts, by Brent A. Salamon etc. )
10.Flow Instibility 流動不穩定現象(起蒼)----塑件上有類似拉傷的痕跡
建議射速設定 作為調機起點
觀念應用: Correct Gate Location (Reading Assignment)
十一. 互動式光碟教學(Paulson Training) 十二. 射出成型的九大迷思(Molding Myths) 十三. 問題與討論(Q & A & D) 十四. 測驗
模流分析:
包括 數值分析(CAE, Computer Aided Engineering) 實驗分析(DOE, Data of Experiment).
構造, 甚至膨脹.
影響翹曲的因素整理
1.肉厚不均熱應力造成的翹曲 2.模溫不均熱應力造成的翹曲 3.玻纖排向對結構強度造成影響 4.剪切應力殘留造成的翹曲 5.異方向性收縮造成的翹曲
1.~3.可由CAE計算出來, 4.~5.目前的商業版模流 軟體仍無法考慮.
結論
1.翹曲問題的發生, 通常不是只有一種應力造成 . 2.需設法使用 CAE 與 DOE 的方式, 將造成翹曲
2.包封問題(Air Trap)
3.毛頭問題(Flash)
4.遲滯問題(Hesitation)
外觀件表面問題
1.Black Speck or Black Streak 黑(棕)色斑點或條紋----尚未燒焦之剪切過熱造成
對策: 1.減慢射速 2.避免污染物進入
2.Burn Mark 燒焦----流動末端因空氣急速收縮高熱所致的燒焦
問題的因素解析出來, 以對症下藥.
MPX製程監控之原理與應用
1.MPX操作原理簡介
MPX 由以下三部份組成
a. Setup Expert ---- 控制射出機的 螺桿位置 射出速度 保壓壓力 三項變因, 按軟體預設的對策, 可解決 毛頭(flash) 短射(short shot) 燒焦(burn mark) 流痕(streak mark) 波紋(grooves) 等問題
常用數值分析(CAE)工具
2.5D Mesh: Moldex, C-MOLD, MPI, etc. STL Mesh: 3D Quick Fill etc. 3D Mesh: Moldex-3D etc.
實驗分析(DOE, Data of Experiment).
1.主要應用於製程問題研究. 目前商業版本的模流 軟體仍有若干製程資料無法獲得, 如 模仁溫度, 玻纖排向(準確度不佳)等, 需以實驗方法補數值 方法之不足.
MPX 控制器軟體介面
可將MoldFlow最佳化模組所得之最佳射速設定 上載至MPX, 作為調機的初始設定. (option)
系統架設實物照片
2. MPX的應用 ---應用 MPX 調機 噴流(Jetting)現象之消除
(Setup Expert)
實例: SimCard Base在過SMT後兩隻腳上翹
慢 快 慢
對策 : 均衡各截面流動波前的速度, 使剪切應力生成均勻一致, 且越小越好. 這須靠“最佳化的射速設定”來達成. MPX 監控射出壓力的訊號, 在“Design Velocity Phase Profile” 選項中維持流動波前等速推進.
2. MPX的應用 ---上載 MoldFlow 成形最佳化模組之
數值分析(CAE, Computer Aided Engineering)
1.設計驗證: 應用數值方法在電腦上模擬運算塑膠射出成形 的過程, 節省實際試模所需耗費的時間與金錢. 可在短時間內作多次的設變.
2.製程改善:
應用數值方法, 探索射出成形時無法 或不易 得到
的數據, 如剪切率, 溫度分布, 壓力分布等, 以探索 塑膠成形不良的原因.
模流分析 理論與應用
Mold Flow Analysis: Theory and Application
一. 模流分析基本概念 二. 塑膠材料的分類 三. 外觀件充填分析與閥式進澆應用 Top Ten Design Tips -- Plastic Is not Metal (Reading Assignment) 四. 外觀件表面問題分析 Top Ten Injection Molding Problem -- Poor Surface Finish
對策: 1.適當調機, 使流動波前維持等速前進, 避免剪切率突增(應用 MPX).
2.妥善設計模具, 避免流動通道忽寬忽窄 增加生產穩定性.

結論
1.外觀件表面問題常同時出現不只一種, 因此 判別上容易混淆.
2.除了噴流(Jetting), 燒焦(Burn), 毛頭(Flash), 短射(Short Shot)等已明確了解其形成機制 外, 其他都還有相關文獻陸續發表.
試分析其原因
根據以上的輸入, 軟體按已有之解決對策輸出 改善方法(紅線), 並上載至機台, 繼續測試.
2. MPX的應用 ---減少塑件過錫爐烘烤後之翹曲
殘留應力的來源(一): 熱應力不平衡
不平衡的熱應力導因於肉厚不均, 此部份的熱應力在 塑件固化之後大部份已釋放, 少部分在過錫爐後釋放.
殘留應力的來源(二): 流動剪切應力不平衡
(Reading Assignment)
五. PVT圖的概念與熱應力造成的翹曲 六. 模溫不均造成的翹曲 七. 造成翹曲的其他原因 Top Ten Injection Molding Problem -- Warpage
(Reading Assignment)
八. MPX製程監控觀念與應用簡介 九. 多模穴流道平衡--Melt Flipper觀念與應用簡介 十. 觀念應用: Optimum Rib Design (Reading Assignment)
1.原則上, 不規則排列的玻纖可增加塑件整體結構強度. 2.若塑件中玻纖有特定排向, 則該排向上結構強度增加.
收縮異方向性影響翹曲
1.不含玻纖材料(PC,PC+ABS…)在流動方向上收縮多. 2.含玻纖材料(PCT, PBT…)因玻纖作用, 流動側向收縮多. 3.液晶高分子(LCP)在流動方向上因液晶排列, 形成強固的
7.Jetting 噴流----由Gate射出不規則之塑料埋在塑件中
對策: 1.妥善設計Gate位置 2.適當調機
妥善設計Gate位置
適當調機
8.Ripple 波紋----在流動波前邊緣或充填末端的皺折
對策: 1.提高模溫使之不明顯 2.增加咬花
Ripple 之成因 (By H.Yokoyi etc, Micro Grooved Flow Marks)
縫合線的移除----應用閥式進澆
熱澆道閥式進澆的應用
(a)絕熱式 (b)內加熱式 (c)外加熱式
熱澆道閥式進澆的主要優點
(1)節省料頭減少廢料 (2)降低成型週期 (3)減少流道壓降與溫度降, 增加生產穩定性
熱澆道閥式進澆的主要限制
(1)設計安裝較費時. (2)不便於更換材料. (3)熱流道設備需定期維護.
PVT圖的概念
熱應力造成的翹曲 --------PVT圖的應用
剪切應力殘留造成的翹曲
高分子(較長)
高分子(較短)
較大的剪切應力使高分子拉伸較長, 而較長的高分子凝固 後“回彈”的力量也較大. 若塑件不同部位“潛藏”的剪 切應力不同, 應力釋放後內應力的不平衡, 會造成翹曲.
玻纖排向影響翹曲
Flow Instibility 之成因 (By M.C.O. Chang, etc. )
在熔膠與模壁的邊界上, 理想狀況是熔膠的邊界層與模壁間沒有滑動現象 (no slip condition). 根據Chang的推論, 此時接近模壁邊界層的剪切應力 小於模壁的摩擦力. 當剪切力大於摩擦力時, 發生滑動. 滑動與無滑動的塑 膠表面, 外觀上會有差異. 這個物理現象是塑件表面問題的來源.
剪切率最大的部分, 正好發生在固化最快的皮層, 塑料高分子變形最嚴 重, 應力最大. 由於這些應力生成沒多久就固化, 因此被“凍結”在塑件 內部, 在塑件受高溫烘烤的情況下機械強度下降, 才顯現出來.
若射出過程從頭到尾都是一樣的推進力量, 的熔融塑膠流動波前在截面寬大 之處流速慢, 截面狹窄之處流速快. 流速快的部位前述皮層殘留應力大, 而流 速慢的部位殘留應力小. 應力釋放後大小應力的差異, 造成翹曲.
不平衡的流動剪切應力導因於並非最佳化的射速設定, 此應力發生塑件皮層, 固化之後大部份沒有釋放, 在過 高溫錫爐後因塑件強度變差, 釋放造成翹曲.
殘留應力的來源(一): 熱應力不平衡
對策: 逃料, 均勻肉厚, 使熱應力平均, 減少體積收縮率差異.
逃料
逃料
殘留應力的來源(二): 流動剪切應力不平衡
上述熱應力在塑件上造成的影響如下圖所示. 避免此種熱 應力的發生, 應從改良設計著手.
由於塑膠材料的粘彈性, 使接近模具表面受拉伸後, 快速 凝固的塑膠潛藏有“回彈”的趨勢.(流動應力)
結晶與非結晶行為在PVT圖上看得尤其明顯. 結晶性塑料有 較明顯的熔點, 非結晶性塑料加熱軟化, 續加熱溫度持續上升, 無明顯熔點.