簡介
模流分析:模流分析這個概念源自與台灣那邊的叫法,實際上就是指運用數據模拟軟件,通過電腦完成注塑成型的模拟仿真,模拟模具注塑的過程,得出一些數據結果,通過這些結果對模具的方案可行性進行評估,完善模具設計方案及産品設計方案,塑膠模具常用軟件有Moldflow、Moldex3D等,而鋁合金壓鑄比較常見的有PROCAST、FLOW3D等
MOLDFLOW。模流分析(Mouldflow)早期主要應用于結構體強度計算與航天工業上,而各領域的CAE應用功能不盡相同。但應用于塑料注射與塑料模具工業的CAE在台灣被稱為模流分析,這最早是由原文MOLDFLOW直譯而來。
發展
MOLDFLOW是由此領域的先驅 Mr. Colin Austin在澳洲墨爾本創立﹐早期(1970~)隻有簡單的2D流動分析功能,并僅能提供數據透過越洋電話對客戶服務﹐但這對當時的技術層次來說仍有相當的幫助﹔之後開發各階段分析模塊,逐步建立今日完整的分析功能。
同一年代﹐美國Cornell大學也成立了CIMP研究項目,由華裔教授Dr.K.K.Wang所領導﹐針對塑料射出加工做系統理論研讨,産品名為C-MOLD。自1980年代起,随着理論基礎日趨完備,數值計算與計算機設備的發展迅速,衆多同類型的CAE軟件漸漸在各國出現﹐功能也不再局限于流動現象探讨。約1985年工研院也曾有過相似研發,1990年張榮語老師于國立清華大學化工系CAE研究室開始研發,
MOLDFLOW公司創辦人Colin Austin是個機械工程師﹐1970年前後在英國塑料橡膠研究協會工作。1971年移民澳洲﹐擔任一家射出機制造廠的研發部門主管﹔在當時﹐塑料材料在應用上仍被視做一種相當新穎的物料﹐具備了一些奇異的特性。但在塑料加工領域工作了幾年後﹐他開始對一般塑料産品的不良物性感到疑慮﹐一般的塑料制品并沒有達到物品的适用标準﹐相反的﹐塑料已逐漸成為'便宜'、'低質量'的同義字﹔但他卻發現﹐多數主要不良質量的成因卻是因為不當成品設計與不良加工條件所造成的﹐所以他開始省思﹐産品設計本身需同時考慮成型階段﹐才是成功最重要的關鍵。
他開始花費大量時間在研究塑料流動的文獻上﹐但發現這些理論并不能合理解釋他在工廠現場所看到的許多問題﹔因此他開始換角度去思考這些問題﹐将射出機台視為一整組加工程序﹐螺杆正是能量的傳遞機構﹐而模具内部的流動形态﹐才是決定成品質量的最主要因素。具體的關鍵問題是﹐澆口位置?在何處進澆?幾個澆口?尺寸為何?
這是一個革命性觀念的啟始,模具内部的流動形态才真正決定了産品品質,而不僅是機台參數設定或産品外觀設計;最佳産品是需要完整考量、系統化的設計觀念才有辦法得到!
但即使了解了這個觀念,問題仍未解決,因為在當時,模具内部成型時的流動形态,仍無法在試模前判斷;而要去預測流動形态,必須依據非常複雜的流體力學與熱傳問題的聯立方程式求解,以人力來做幾乎是不可能。但随着學術理論發展,電腦計算功能的進步,正式為模流CAE開啟了一扇門,1978年,MOLDFLOW公司成立,提供初步的電腦輔助分析技術給世界上不同國家的塑膠制造公司,包括汽車業,家電業,電子業,以及精密模具業等。
Moldflow軟件開始以2D網格分析為主,在單薄零件shell模拟分析中領跑整個模流分析領域。與此同時發展而來的Moldex3D軟件,
現今,模流技術已普遍為世界各國所肯定,功能也加強到成型各不同階段;而台灣正是起步階段,坊間自三重五股以至於台南高雄鄉間的模具廠,總數可能超過五千家,九成以上仍傳承著師徒相授與摸索得來的經驗,不知其所以然但仍努力接單,持續著台灣經濟的奇迹;隻是訂單愈來愈少,利潤愈來愈薄,競争愈來愈激烈...
現在正是一個轉型的時機,可以預見,當電腦技術幫助縮短成本與時間的同時,沒有跟上腳步的會愈落後愈遠,可能終将被淘汰!
■模流分析成型優化實例-解決困氣燒焦
>>模流分析中氣穴的概念;該結果表示的區域是兩股或兩股以上的流體末端相遇的區域,氣泡在這一區域受到壓制。結果中着重指出的區域為可能産生氣孔的區域。
>>氣泡産生的原因: 1、不平衡充填:當幾條流動路徑的充填末端圍繞并壓縮氣泡時發生。如下圖中,兩條流動較快的流動路徑在産品一角與流動較慢的流動路徑相遇,形成被壓縮的氣泡。2、賽馬場效應:此效應的原理類同上。3、滞流:下面的例子中頂面比較薄,兩側面較厚,這樣就會在前面的中間部分形成一個被壓縮的空氣包。在充填末端氣體排放不充分。
注意﹕氣泡能夠引起短射及注射壓力過大的缺陷,而且易在充填末端産生表面斑點。在空氣包中被壓縮的氣體可能加壓、升溫而引起局部燒焦。
>>如何改善:
氣孔主要的産生原因是幾個充填末端圍繞并壓縮氣泡所緻,平衡流動是解決氣孔的關鍵﹕1.采用導流或阻流l2.改變産品肉厚l3.改變進澆位置l假如氣泡仍舊存在,我們應該把它們趕到易排除或是能利用頂出機構排除的部位。
>>CAE技術總結:
通過模流分析軟件的模拟,可以很容易看到是否出現困氣問題,然後根據以上改善方法拟定初步改善方案,然後用模流分析進行模拟驗證,得出模流分析結果,然後對其進行分析比較,這樣就能充分利用模流分析的虛拟模拟仿真,大大節省了試模成本.這就是模流分析之所以能夠得到越來越多的人認可的原因.



















