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利用3D TIMON精準預測成形週期

 文:吳勇霖

一、前言
   在射出成形作業中,如果解決了成形不良的問題,工程人員最想做的另一件事就是精準的預測成形週期;成形時間可以算的上是產品成本的一部分,如果能夠縮短成形週期,就可以節省許多時間成本,讓你的產品在價格上更具有競爭力。
傳統的成形廠都是以試誤法不斷的試模來預設未來量產期的成形條件,這不但曠日費時,而且還必須考慮到試模與量產期工作溫度的差異。
塑膠射出產品的成形週期中,保壓與冷卻時間就佔了70~80%,其中又以冷卻時間最長,尤其是粗厚件的產品,冷卻時間不但長且難以預測。接著我們將利用3D TIMON 針對LCD底座在既有的模具設計與成形條件預測保壓時間與冷卻時間。

圖一、成形週期分布圖

二、3D TIMON 分析結果
圖二為LCD底座充填動畫,以時間動態方式顯示模穴在射出成型過程中之充填狀況,3D TIMON 為純三維模擬分析軟體,可以呈現肉厚方向細微部分的動態變化。

圖一、成形週期分布圖

在完成充填分析後,接著將設定保壓冷卻分析的條件,我們試著將保壓與冷卻時間拉長一點,以便觀察過程中溫度與比容隨時間的變化。

圖三、設定保壓/冷卻條件

圖四為保壓冷卻過程,塑料黏度隨時間的變化,黏度分佈代表塑料固化的情況,紅色區域表示已完全固化;另一個可以用來作為參考的物理量是比容,我們可以利用3D TIMON 的時間歷程圖表,在澆口附近打點量測(如圖五),一但澆口附近區域的比容到達固化時,也就表示沒有必要再進行保壓,因為壓力已無法有效的傳遞到模穴的其他位置。

圖四、保壓/冷卻過程黏度變化
圖五、比容時間歷程量測點位置

圖六為各量測點比容隨時間的變化曲線,細部放大 ( 圖七 ) 可以看出,澆口附近在 7 秒左右已完全固化, 7~15 秒比容的變化的幅度已相當的小,此段時間為無效的保壓 。

圖六 、 澆口附近區域比容隨時間變化曲線 -1


圖七 、 澆口附近區域比容隨時間變化曲線 -2

冷卻時間的長短取決於成品是否到達可頂出溫度,我們可以利用相同的手法,在成品 ” 各部位 ” 打點量測,觀察各點溫度隨時間的變化;以 ABS 為例,頂出溫度約 80 度,故此產品的冷卻時間約為 20 秒左右 。

圖八、溫度時間歷程量測點


圖九、保壓 / 冷卻過程溫度隨時間變化曲線 -1


圖十、保壓 / 冷卻過程溫度隨時間變化曲線 -2


圖十一 、 保壓 / 冷卻過程溫度變化

三、結論
模流分析不但可以幫助工程人員在產品開發期間節省大量的時間,提升產品的品質,更能夠在量產期間讓成形廠減少不必要的時間成本,生產的效率提升,生產成本降低,產品價格在市場上就更具競爭力了!