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3D TIMON
INSERT Module (嵌入成型模組) 簡介

一般的塑膠模流分析軟體,主要的應用在於預測塑膠在模穴內的充填、保壓以及變形等現象,並且應用在各種不同的塑膠射出製程上。但是在塑膠射出成型製程中,嵌入成型製程雖然常見,但是在模擬上並不容易。最主要的原因,在於必須解決組立件網格自動生成的問題,另外就是必須解決結構分析模擬的問題。

Toray 從 1996 年推出世界上第一套商業版的 3D 模擬的模流分析軟體 3D TIMON塑膠模流分析軟體後,便致力於軟體的操作效率以及分析精確度的提升。 而 3D TIMON塑膠模流分析軟體的嵌入成型模組是在 2003 年發表,並且在日本已經由許多廠商大量採用之特殊應用模組,主要可以提供嵌入件在充填過程中的變形量預測以及嵌入件所承受之壓力分佈;以及組立件之整體變形。以下將以一簡單案例,說明如何利用 3D TIMON 塑膠模流分析軟體搭配結構分析軟體執行嵌入成型模擬。

圖 1 、單一模穴中有三個嵌入件

STL 圖檔格式可以接受多個實體模型,因此使用者可以從 CAD 中轉出單一個 STL 檔,再從3D TIMON塑膠模流分析軟體 讀入圖檔。

圖 2 、圖檔讀入3D TIMON塑膠模流分析軟體

3D TIMON 塑膠模流分析軟體能夠將 STL 檔內的各個實體圖檔做區分,使用者可以手動指定何者為塑膠的部分,何者為嵌入件的部分。

所有的有限元素分析,在作組立件分析時,最頭痛的應該是網格的建立。必須確保節點相連接,作出來的分析結果才有意義。 3D TIMON 塑膠模流分析軟體提供全自動的網格產生器模組,能夠自動產生所需之網格,不需要再經過人工修補圖檔。這對於現場應用軟體尋找問題而言非常重要。
圖 3 、全自動網格建立(不需浪費時間作網格修補)
在執行嵌入成型分析前,必須指定嵌入件材料。除了軟體內建之材料外,使用者可以用 EXCEL 直接編輯常用之材料庫。
圖 4 、指定嵌入件材料
建立基本資訊後,就可以開始執行嵌入成型模組。

一•  Flow-Induced Warpage

塑膠充填模穴過程中,對於塑件內之嵌入件會施加壓力,造成嵌入件變形。 Flow-Induced Warpage 主要就是計算這部分的變形。

3D TIMON塑膠模流分析軟體 在執行嵌入成型模組時,可搭配市面上常見之結構分析軟體進行模擬,包含了 ABAQUS 、 ANSYS 以及 NASTRAN 。
圖 5 、搭配之結構分析軟體
本次案例以 UGS 之 FEMAP V9.0 搭配 NX NASTRAN 3.0 進行結構分析。
圖 6 、分析檔轉入 FEMAP 內之顯示

圖 7 、在 FEMAP 內以 NASTRAN 分析的結果
嵌入件的變形當然可以在結構分析軟體內讀取,不過更方便的,是可以將所有結果再轉入 3D TIMON塑膠模流分析軟體內,直接讀取結果。
圖 8 、嵌入件之壓力分佈
右邊視窗上的藍色箭頭代表進澆點位置,左邊視窗則是三個嵌入件在承受塑膠充填時之壓力分佈。
圖 9 、嵌入件受到充填壓力時造成之變形結果。

二•  Over-Molding Warpage

塑膠與嵌入件在成型過程中因為溫度造成之變形量並不相同,因此組立件的變形量也難以預測。不過3D TIMON塑膠模流分析軟體已經突破此部分的技術門檻。在充填以及保壓階段模擬完,3D TIMON塑膠模流分析軟體同樣可以將分析檔轉至結構分析軟體內做結構變形,由於已經得知嵌入件的變形量,因此可以將整體組立件的變形量藉由結構分析軟體計算出精確的結果。
圖 10 、分析檔轉入 FEMAP 後之顯示
同樣的,分析結果可以在 FEMAP 內直接讀取,也可以轉至 3D TIMON塑膠模流分析軟體 內讀取結果。
圖 11 、整體組立變形

利用3D TIMON 塑膠模流分析軟體能夠在現有的軟體搭配中取得嵌入件以及組立件的變形,這也是日本在模流分析軟體的技術開發上之特殊應用。

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