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1、Moldflow模流分析報告33P2256H15747AArthur Chen2003.5,內容提要,1.分析說明-32.塑膠材料介紹-43.產品模型介紹-54.原始方案澆注系統設計-65.原始方案冷卻系統設計-76.原始方案基本成型條件-87.原始方案分析結果-9228.結論與建議 1-239.改善方案說明-2410.幾個捨棄的改善方案-252611.最終改善方案澆注系統設計-2712.最終改善方案冷卻系統設計-2813.最終改善方案基本成型條件-2914.最終改善方案分析結果-304315.結論與建議 2-44,分析說明,此產品在成型時發生比較嚴重的問題，如縮水、拉模、燒焦等，如下圖所示，
2、經過多次調整仍難以改善，因此藉以Moldflow模流分析找出問題點，並提出具體的改善方案，希望可以改善甚至完全克服上述問題，從而達成最佳的產品品質。分析使用客戶指定的塑胶材料，在此報告中以多種方案進行分析比較。Original1和Original2為原始設計方案，Revised1-Revised5為Moldflow改善方案。,縮水,拉模,拉模,燒焦,塑膠材料介紹,ABS+PC Cycoloy C2950 GE Plastics(USA)1.Melt Density 0.97618 g/cu.cm2.Solid Density 1.1161 g/cu.cm3.Ejection Temperatu
3、re 113.000000 deg.C4.Recommended Mold Temperature 70 deg.C5.Recommended Melt Temperature 275 deg.C6.Absolute Max.Melt Temperature 325 deg.C,7.Melt Temperature Minimum 255.000000 deg.C8.Melt Temperature Maximum 285.000000 deg.C9.Mold Temperature Minimum 60.000000 deg.C10.Mold Temperature Maximum 80.0
4、00000 deg.C11.Maximum Shear Rate 40000.000000 1/s12.Maximum Shear Stress 0.400000 MPa,產品模型簡介,產品肉厚較不均勻,紅色和黃色區域較厚，最大的肉厚約為3.0mm（在卡鈎處）,最小肉厚僅為0.5-0.6mm（如圈示藍色處,可能會有成型困難問題）。,肉厚分布,原始方案澆注系統設計,原始方案均為兩板模,一模一穴,Original1為三個澆口,Original2為四個澆口,注入口直徑均為2mm,澆道直徑均為5mm,詳細尺寸請參考2D模具圖。,Original1,Original2,均為扇形澆口,前端厚度均為1.0m
5、m,均為邊門澆口,前端厚度均為1.0mm,潛伏澆口,前端直徑為1.5mm,原始方案冷卻系統設計,原始方案水路相同,母模兩條直徑為10mm的水路,公模四條直徑為9.5mm的Baffle水路（Baffle直徑12mm）,詳細尺寸請參考2D模具圖。,原始方案基本成型條件,充填條件:Mold temperature:70.00 deg.CMelt temperature:260.00 deg.C Injection time:1.0 secTotal volume:32.9 cm3Part volume to be filled:27.8 cm3Total projected area:48.8 cm
6、2冷卻條件:Coolant Temperature(Cavity)25 deg.CCoolant Temperature(Core)25 deg.C,PRESSURE MPa STEP DURATION sec 105.0 0.0 105.0 5.0 58.0 0.0 58.0 2.5 0.0 0.0 0.0 25.5,5.0 7.5 33 t(s),P(MPa),保壓曲線:,兩個原始方案分析均採用實際試模的成型條件,成型周期均為54s,105,58,原始方案分析結果,Original1,Original2,以下解析的包括冷卻、充填、保壓和翹曲分析的較爲重要的結果。,Original1,Ori
7、ginal2,由圖中可知，兩個原始方案的冷卻效果基本相同，水溫升高較小，冷卻水路的長度設計是可以達成冷卻要求的。成型時不要爲了省事而將水路串聯起來，否則會導致水路過長水溫持續升高而降低冷卻效果。,冷卻水溫變化,Original1,Original2,在圈示的三處較厚區域冷卻效果較差，特別是A處公模側存在積熱現象，冷卻凝固必將較慢而可能導致較大的收縮。,模穴表面溫度分佈,A,A,Original1,Original2,Original1充填時間為1.1秒，發生短射現象，如圖中框示處，歸因於該處肉厚太薄(只有0.6mm)，而澆口距離此處太近，塑膠流動到此處時因阻力太大而停滯不前，迅速冷卻凝固，阻礙
8、了後續塑膠的充填。,充填時間,短射,滯流,Original2充填時間為1.2秒，流動較不平衡,局部區域存在過保壓,而在圖中框示處發生滯流現象，原因与Original1相似，成型條件控制不好亦很容易短射。,充填流動過程,Original1,充填流動過程,Original2,Original1,Original2,Original1在充填過程中框示處三條流動路徑的波前溫度均已急劇下降到118度，已接近於此種塑膠的頂出溫度了，故後續塑膠已無法再向前流動而導致短射。,波前溫度分佈,Original2在充填過程中大部分流動波前溫度較爲均勻，但框示處流動路徑1塑膠波前溫度急劇下降而導致滯流，幸好還能由流動
9、路徑2、3的塑膠及時充填，因此沒造成短射，但該處塑膠熔接性极差。,1,2,3,1,2,3,Original1,Original2,因Original1已發生嚴重的成型問題，再討論其分析結果已無意義，故後續只著重解析説明Original2的結果。,充填壓力（充填/保壓切換時）,Original2充填過程中最大壓力為107MPa(在充填/保壓切換時)，充填結束時的壓力為105MPa，壓力較大。,縫合線位置&包風分佈,主要的縫合線如圖圈示處黑線所示，但大部分熔接溫度較高，應不會影響其使用強度。,Original2,包風分佈如圖黑色小圈所示，大部分的包風都較易排除，但紅框内縫合線處的包風包在塑膠内難以
10、排除，可能會受高壓急劇升溫而燒焦成品，這与實際試模結果十分相似。,冷卻凝固過程,Original2,這六個圖表示的是產品和流道的冷卻凝固過程，紅色區域表示最先凝固的區域，一般最薄處最先凝固。從圖三可知，注入口已先行凝固(箭頭指示處)，而此時產品大部分都沒凝固，説明注入口尺寸太小，成品將得不到有效保壓而發生縮水現象。此外分析中也發現澆口亦太薄，凝固太快。,凹陷指數,凹陷指數反映了縮水凹陷相對於產品肉厚的嚴重程度，由圖可見綠色區域可能會有可見凹陷出現，而藍色區域則可能會有負收縮出現(受過大的保壓壓力或過長的保壓時間而膨脹，導致粘模),這与實際試模結果相吻合。,Original2,注射壓力及鎖模力變
11、化,該圖是整個成型周期中注射壓力隨時閒的變化曲綫，最大壓力為107.2MPa，約為130ton注塑机極限壓力的60%。,Max.:107.2MPa,Max.:35ton,Original2,該圖是整個成型周期中鎖模力隨時閒的變化曲綫，所需鎖模力為35ton，約為130ton注塑机鎖模力的27%。,翹曲變形情況放大20倍,Original2,X&Y&Z方向總變形量,X&Y&Z向翹曲變形方向如圖中箭頭所示，主要是由收縮不均引起的，但變形量不大。,Original2,0.2mm,0.3mm,0.2mm,0.1mm,0.2mm,0.2mm,結論與建議1,從分析結果中得知：由於產品結構設計、功能要求和裝
12、配等原因，產品孔洞較多，肉厚亦較不均勻，若澆口大小、位置設計不當或射出曲綫設定不當都很容易發生短射和縮水等成型問題。Original1發生了嚴重的短射現象，歸因於此處肉厚太薄(只有0.6mm)，而澆口距離此處太近，塑膠流到此處因阻力太大而停滯不前，溫度急劇降低，阻礙了後續塑膠的充填。Original2在相同區域發生較嚴重的滯流現象，該處塑膠熔接性极差。大部分縫合綫熔接溫度較高，應不會影響其使用強度。局部區域包風包在塑膠内難以排除，可能會受高壓急劇升溫而燒焦產品。注入口尺寸太小，冷卻太快，成品將得不到有效保壓而發生縮水，有可見凹陷出現，而試模時用105MPa的壓力持續保壓了5s之久，其實此時注入
13、口早已凝固，再加額外的壓力只能使產品出現負收縮(即膨脹)，導致拉模現象。澆口設計得太薄，凝固太快，即使注入口不先行凝固，產品也會有較嚴重的保壓不良現象。另外循環周期過長，造成生産成本的浪費。,改善方案說明,為改善產品的諸多問題，我們經過多次Moldflow模流分析(見25-26頁)，發現用兩板模難以達成較爲理想的效果，因此改用三板模，以三個扇形澆口充填模穴，一方面讓塑膠在充填將要結束時流到薄區域，避免塑膠在此處停留時間過長而像原始方案那樣發生滯流短射現象；另一方面保證左、右、中三個較厚的區域都有澆口來保壓。當然，為使保壓更好一些，增加了澆口厚度；為增強冷卻效果，也調整了水路設計。成型條件等也作
14、了相應調整。,Revised1,Revised2,在原始方案的基礎上改爲三個澆口,如圖中1、2、3，讓澆口2离薄區域遠一些，但沒有達到預期效果，仍發生滯流，故捨棄。,幾個捨棄的改善方案,再繼續調整澆口位置，如圖中1、2、3，讓澆口2离薄區域更遠一些，仍沒效果，故捨棄。,1,2,3,滯流,滯流,1,2,3,Revised3,採用四個澆口，如圖中1、2、3、4，讓澆口2、3离薄區域近一些，試圖以這兩個澆口快速充填該區域，結果反而短射，故捨棄。,幾個捨棄的改善方案,短射,1,2,3,4,Revised4,採用兩個澆口，如圖中1、2，讓薄區域成爲最後充填區域，可以克服滯流、短射問題，然而中部較厚區域卻
15、因离澆口太遠得不到有效保壓而發生嚴重縮水，故也捨棄。,1,2,嚴重縮水,最終改善方案澆注系統設計,該方案採用三板模,三個扇形澆口(尺寸相同),尺寸參考右圖。,Revised5,均為扇形澆口,前端厚度均為1.5mm,100,100,6,5,1.5,2.2,3.5,3.5-6,3-6,1.5-2.5,3,5,最終改善方案冷卻系統設計,公模水路保持不變,母模最好改成三條水路，並位于左、右、中三個較厚的區域上方，以加強散熱。但若模具設計上有困難，例如中間水路与母模鎖模螺釘相干涉的話，仍可沿用原始方案的水路。,Revised5,最終改善方案基本成型條件,充填條件:Mold temperature:70.
16、00 deg.CMelt temperature:275.00 deg.C Injection time:1.0 secTotal volume:39 cm3Part volume to be filled:27.8 cm3Total projected area:58 cm2冷卻條件:Coolant Temperature(Cavity)25 deg.CCoolant Temperature(Core)25 deg.C,PRESSURE%F.P STEP DURATION sec 120.0 0.0 120.0 1.5 0.0 3.0 0.0 12.5,1.5 4.5 12.5 t(s),P
17、(MPa),保壓曲線:,最大保壓壓力取最大充填壓力的120%。採用這樣的保壓曲綫，可使產品收縮均勻一些。成型周期縮短為38s。,Revised5,冷卻水溫變化&模穴表面溫度分佈,Revised5,A,母模側冷卻效果稍有改善，但在公模側圈示的三處較厚區域冷卻效果仍較差，A處仍存在積熱現象，冷卻凝固必將較慢而可能導致較大的收縮，建議加入鈹銅入子幫助散熱。,充填時間為1.1秒，流動較爲平衡,A處薄區域已變爲充填末端，沒有再發生滯流現象。但框示處的紅色區域是最薄的地方(僅有0.5mm)，滯流仍然無法改善，此處仍可能短射，應加以注意，建議加厚或去除(若不影響外觀或裝配的話)。,充填時間,Revised5
18、,滯流,充填末端,A,充填流動過程,Revised5,波前溫度分佈,在充填過程中大部分流動波前溫度較爲均勻，較薄的A處兩股流動波前對接時溫度較高(如右圖)，熔接性應較好。而B處波前溫度急劇下降而導致滯流(如左圖)。,Revised5,B,A,充填壓力,充填過程中最大壓力為105.6MPa(在充填結束時)，充填/保壓切換時的壓力為88MPa，壓力稍大。,Revised5,縫合線位置&包風分佈,主要的可見縫合線如圖圈示處黑線所示，但熔接溫度較高，應不會影響其使用強度。,包風分佈如圖黑色小圈所示，大部分的包風都較易排除，但框示縫合線處的包風包在塑膠内可能較難排除，建議在此處附近設置排氣槽或頂針以幫助
19、排氣。,Revised5,冷卻凝固過程,薄區域仍最先凝固，厚區域仍最後凝固。進行到5.23s時(如圖五)，澆口凝固，此時產品還有幾個較厚區域沒完全凝固，保壓效果仍不是很理想，但澆口不能再設計得太厚，否則不易切除及留有較大的澆口痕跡。,Revised5,凹陷指數,凹陷指數反映了縮水凹陷相對於產品肉厚的嚴重程度。雖然從前頁可知保壓效果不是很理想，但由左圖可知相對于原始方案(如下圖)保壓效果已有較大的改善，除了箭頭指示的三個較厚區域可能會有可見凹陷出現外，大部分區域應不會再有縮水或負收縮出現。,Revised5,Original2,注射壓力及鎖模力變化,整個成型周期中最大壓力為105.6MPa，約為
20、130ton注塑机極限壓力的59%。,Max.:105.6MPa,Max.:35ton,所需最大鎖模力為55.5ton，約為130ton注塑机鎖模力的43%。,Revised5,翹曲變形情況放大20倍,Revised5,X&Y&Z方向總變形量,X&Y&Z向翹曲變形方向如圖中箭頭所示，局部變形量比原始方案稍大，但應可接受。,Revised5,0.4mm,0.2mm,0.3mm,0.2mm,0.1mm,0.4mm,0.25mm,導致翹曲的冷卻不均因素,Revised5,冷卻不均因素對X向翹曲變形有稍大的影響，對Y&Z向則影響較小。,0.15mm,導致翹曲的收縮不均因素,Revised5,收縮不均因
21、素對X&Y&Z向翹曲變形均有較大的影響，是導致翹曲變形的主要因素。,0.65mm,0.2mm,0.35mm,0.25mm,0.15mm,0.45mm,0.3mm,導致翹曲的分子配向因素,Revised5,分子配向因素對X&Y&Z向翹曲變形有影響較小。,結論與建議2,母模水路更改后母模側冷卻效果稍有改善，但在公模側厚區域仍存在積熱現象，建議加入鈹銅入子幫助散熱。此外，成型時切不可爲了省事而將所有水路串聯起來，否則將因冷卻水流動路徑過長逐漸積熱而影響冷卻效果。改爲三板模和三點扇形澆口並調整好成型條件后充填流動較爲平衡，原先發生嚴重滯流問題的薄區域已變爲充填末端順利充填。但最薄的僅有0.5mm的地方
22、滯流仍然無法改善，此處仍可能短射，若不影響外觀或裝配的話，建議加厚或去除。當然，薄區域能加厚的盡量加厚。縫合線熔接溫度較高，應不會影響其使用強度。局部區域注意設置排氣槽或頂針以幫助排氣。因受產品結構的影響，保壓效果仍不是很理想，但相對于原始方案已有較大的改善，主要區域應不會再有縮水出現，產品應不會再發生拉模。循環周期由54秒縮短為38秒，節省了16秒，如果開模和閉模時間還可減少，循環周期將更短，將可大大降低生産成本。使用保壓壓力隨時間而逐漸降低的保壓曲綫可使產品的收縮均勻一些，保壓壓力持續到澆口凝固即可移除。如果澆口凝固后還繼續用較大的保壓壓力長時間保壓，將會導致產品出現負收縮而拉模。收縮不均因素(產品肉厚不均)是導致翹曲變形的主要因素，但變形量不是很大，應可接受。建議採用改善方案Revised5重新進行設計和開模生産。,
