模流分析基本课程

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'模流分析基本课程'
Professional for Injection Moldingq 分析技巧与步骤q 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q 典型案例介绍q 案例制作指导 Professional for Injection MoldingProfessional for Injection Moldingq 比较分析q 曲线分析 Professional for Injection Moldingq 充填 § 肉厚效应 § 充填迟滞效应 § 縫合線 ? 潛流效應 § 包封(排气)q 保压 § 粘滞加热效应q 冷却q 翘曲 § 纤维配向效应 Professional for Injection Molding? 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 for Injection Moldingq (Theoretical Backgrould of Filling)q 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 for Injection Moldingq 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﹔q 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)q 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q 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;q 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 Professional for Injection Moldingq 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 for Injection MoldingProfessional for Injection MoldingProfessional for Injection Molding§ 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 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。 Professional for Injection Moldingq 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 for Injection Moldingq 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 for Injection Moldingq 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﹕ ? 熱熔接(hot welding) ?冷熔接(cold welding) Professional for Injection Moldingq 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 for Injection Moldingq 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。 Professional for Injection Moldingq 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 for Injection Moldingq (Field Variables Distribution after Filling)q 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 流動動態行為。q 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 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。 Professional 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 for Injection Moldingq 以不同顏色顯示充填結束瞬間﹐塑件肉厚方向中 ? 判斷重點﹕ 心層的溫度分布情形。 ?若局部中心溫度高于料溫設定﹐顯示 § 一般而言﹐在充填過程肉厚中心溫度為肉厚方向最 有黏滯加熱的放熱現象。 高溫區域﹐此緣于熱塑料不
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