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三维实体网格模流分析介绍及应用 (台湾)科盛科技股份公司 张政亿 刘文斌 摘要：由于塑料射出产品大多为薄壳产品，因此在模流分析上多使用薄壳模型(shell model)并指定厚度；或用STL格式模型，再依薄壳理论分析之。但由于薄壳理论的简化太多，在先天有诸多的限制，无法完全仿真塑料流动上的的所有现象;再加上部份的塑料件实为粗厚件，其厚度已超出薄壳理论的范围，且网格厚度定义不易，种种的误差累积可能会使分析结果的参考性变低。新一代的三维模流分析技术，使用三度空间的实体元素，不需做任何厚度的假设；再加上统御方程式不做任何的减化。可忠实的表现出所有塑料流动上的现象，其参考性也大为提高。本文即藉由Moldex3D以及数个实际案例来说明三维模流分析技术的优异性能。 关键词 : 三维模流分析、Moldex3D、shell model、薄壳理论 一、 案例 因为使用实际3D理论来求解，因此对于塑料射出的应用不再局限于薄壳件，应用的范围更为广泛，且所得到的结果更为准确，在此列举连结器─如图1及图2所示、手机上盖─如图3及图4所示的实际短射与Moldex3D分析结果比较以供参考。下文中并将列举不同案例以说明3D模流分析在实际产品上的应用。 图1、连接器产品模流分析与短射样品比较 图2、连接器产品模流分析与短射样品比较 图3、手机外壳产品模流分析与短射样品比较 图4、手机外壳产品模流分析与短射样品比较 A.喷流现象 非薄壳件的一个常见的流动现象为喷流(jetting)，通常这种现象会在成品表面留下皱折的痕迹。以薄壳理论为基础的mid-plane及STL 网格对于这种肇因于厚件及高射速的流动现象均无法做正确的仿真。本案例的几何如图5; 一模四穴含流道的体积约为635c.c.， 充填时间为5秒，每一穴的每秒流率约为32c.c.，对一般射出而言并不算高速，但因为本案例几何造形不属于薄壳件，如此射速已足以让熔胶突出模壁表面，依此即可预测此处将有熔胶皱折的喷流现象产生。分析结果如图6。 图5、喷流案例之几何外观 图6、Moldex3D预测的喷流现象 B. 变形扭曲 本案例为一电子产品的传动齿条，几何形状如图7。此产品的主要扭曲原因是来自于斜向齿形的排列。以薄壳网格来建立本模型的话，不容易正确的表达齿形特征; 三维网格则无此限制。三维网格产生如图8。图9则为放大四十倍的变形扭曲情形。 图7、齿条之几何外观 图8、齿条之实体三维网格 图9、扭曲变形的预测结果(放大40倍) 图10、机车后把手几何外观 C. 纤维配向 为了增加产品的机械强度，在塑料中加入纤维已是一个非常普遍的做法。但在强度增加的同时，却也往往会有不等向收缩的问题发生。通常如果纤维配向性越高，则不等向收缩变形的问题会越严重。解决的办法通常是尽量把纤维的配向打乱，然而纤维配向的预测向来是薄壳理论分析较弱的一环;而立体的3D网格则可不受此限。本案例为一机车的后把手，几何形状如图10。实体网格则如图11。由图12的纤维配向仿真结果可看出有明显的配向，业者即可则可参考此图来重新选择进胶口位置。 图11、实体三维网格 图12、机车后把手流动仿真结果 模流分析 通过模流分析，可以鉴别和避免注塑成型件和注塑成型模具开发中出现的严重设计失误。而有些错误只有在不断试模后的模具修改中花费大量资金和时间来加以改正。泰科纳有能力进行基本的充填分析和保压分析，我们还可以提供更高级别的冷却，收缩和翘曲分析等。 信息输入： 零件几何尺寸 材料流变数据 加工参数 结果树出： 充填图形 压力分布 温度分布 剪切应力，熔接线位置等 模流分析技巧 模流分析在如今的塑料注塑成型工业中使用越来越普遍。从模流分析中获取最大价值的关键在于必须了解你要解决什么及知道如何去分析以达到这个目的。 模流分析好处： 可以知道部件能否充满。分析还可提供其它有用的信息如需要的注塑压力和合模压力。 可以知道零件是否有充填问题。很多充填问题，例如短射，气泡和不平衡充填，都可以通过仔细分析充填曲线来确定。模流分析允许你改变浇口的位置，注塑速度和其它加工条件，从而可以知道这些问题是否可以得到改善或者纠正。 可以预测零件的变形。通过变形分析来预测变形的绝对值，使用时需十分慎重。变形的预测可用来比较浇口位置，壁厚的变化或设计改变。 可以检查并纠正有问题的模具原型。检测模具中出现的问题的最好方法是用模具原型来做‘短射’。模流分析可得出哪些改动会有效及更快并比修模的花费更少。 可以知道冷却循环水路的效率。把冷却分析加入到变形分析中可以增加精度。因冷却水路是在模具中的，一旦完成就很难再修改，所以在开模具前，这类分析是非常有用。 修复熔接线问题。模流分析可以预测熔接线发生的位置