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針對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段對(duì)塑件質(zhì)量的控制與模具設(shè)計(jì)方案的確認(rèn),運(yùn)用CAE 模流分析軟件已廣為模具業(yè)者使用,本文藉由實(shí)際產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)階段,評(píng)估傳統(tǒng)冷流道設(shè)計(jì)與熱澆道技術(shù)的差異性,并透過(guò)CAE 的模擬分析,提供科學(xué)化的數(shù)據(jù)讓使用者更清楚熱澆道的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
一、簡(jiǎn)介
何謂熱澆道系統(tǒng)
熱澆道模具是將傳統(tǒng)式模具或三板式模具的澆道與流道經(jīng)加熱,于每一成形時(shí),即不需要取出流道和澆道的一種嶄新設(shè)計(jì)且在射出成形模具產(chǎn)業(yè)中扮演關(guān)鍵零件性角色,它提供著射出成形模具中從射出機(jī)的噴嘴處到模具的模穴之間塑料流動(dòng)的控制。透過(guò)熱流板、熱嘴、及其控制系統(tǒng)的功能,讓模具在成形時(shí)能提升塑品質(zhì)量、加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、做出高難度產(chǎn)品如圖1、2 所示。(圖1、熱澆道系統(tǒng),圖2、溫度控制器)
CAE 模流分析對(duì)熱澆道系統(tǒng)的影響
塑件的產(chǎn)品型態(tài)千變?nèi)f化,配合不同的材質(zhì)及機(jī)臺(tái)的設(shè)定,須找出調(diào)校至最佳途徑實(shí)為困難,因此,配合CAE 模流分析軟件,有助于切入問(wèn)題的核心,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)程及避免不必要的錯(cuò)誤造成更多資源的浪費(fèi),如設(shè)計(jì)熱澆道時(shí)常考慮的因素、選用的塑料,如玻纖或其它添加物的影響、塑件的要求品質(zhì),如縫合線(weldline)、翹曲量(warpage)等、單模穴或多模穴(Multi-cavities)配置、澆口的型式的及位置、熱流道斷面尺寸及長(zhǎng)度選用、加工參數(shù)的控制建議,如熱澆道的并列與序列,流率,充填及保壓壓力、其它因子,如冷卻水路、射出機(jī)規(guī)格等上述幾項(xiàng)考慮事項(xiàng),經(jīng)由模流分析運(yùn)算結(jié)果后,可針對(duì)上述所提出的變量進(jìn)行交叉分析,裁定熱澆道的設(shè)計(jì),對(duì)于爾后的類似案例可迅速調(diào)閱參考,做為最佳的數(shù)據(jù)庫(kù)。
二、應(yīng)用研討(鼠標(biāo)下蓋)
三板模與熱澆道之模具結(jié)構(gòu)上比較
三板模在設(shè)計(jì)時(shí),模具較復(fù)雜,因要考慮料頭取出、母模部份之結(jié)構(gòu)移動(dòng)之尺寸要計(jì)算,反之,熱澆道因?yàn)橐严到y(tǒng)化,故沒(méi)有上述之問(wèn)題如圖3、4 所示。(圖3、熱澆道結(jié)構(gòu),圖4、熱澆道感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置圖)
塑件使用的材料為ABS 其性質(zhì)如圖5,6所示用(圖5、材料黏度曲線,圖6、材料PvT曲線)。運(yùn)用CAE 模流分析分別計(jì)算有熱澆道與無(wú)熱澆道設(shè)計(jì)的差異性,比較的感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置如圖7、8 所示。(圖7、熱澆道感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置圖,圖8、三板模感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置圖)
圖9~14 為分析模型與流動(dòng)波前,由結(jié)果可知成品在流動(dòng)過(guò)程中平順。
圖15 為成型壓力-時(shí)間歷程曲線,由資料可知三板模的成型所需壓力較高為68MPa,熱澆道的成型壓力為51MPa。由資料可知熱澆道可以降低成型射壓。
圖16、17 為澆口壓力-時(shí)間歷程曲線,由資料可知三板模的流道壓力損失為58Mpa,熱澆道為37MPa,由此可知熱澆道系統(tǒng)可以降低過(guò)高的流道壓力損失,此組的改善幅度為36%。
圖18 為感測(cè)節(jié)點(diǎn)溫度曲線,由數(shù)據(jù)可知流道內(nèi)部的溫度差異以三板模較高48 度,熱澆道只有20 度,由此可知熱澆道系統(tǒng)可以降低過(guò)高的溫度差異,此組的改善幅度為58%。
圖19 為澆口壓力-時(shí)間歷程曲線,由資料可知三板模的澆口壓力在保壓階段的下降幅度很快,但是熱澆道系統(tǒng)的澆口壓力仍維持在40MPa,由此可知熱澆道系統(tǒng)對(duì)成品收縮補(bǔ)償?shù)男в眠h(yuǎn)高于三板模。
圖20 為澆口流量-時(shí)間歷程曲線,由資料可知熱澆道在塑件保壓階段可以提供較多的流量進(jìn)入模腔。
圖21、22 為冷卻時(shí)間分布圖,由數(shù)據(jù)可知三板模的冷卻時(shí)間為44 秒,采用熱澆道的冷卻時(shí)間僅需14 秒,由此可知采用熱澆道系統(tǒng)可以大幅縮短成型周期,改善的幅度為68%。
三板模與熱澆道之優(yōu)缺點(diǎn)
為獲得平衡的流道及穩(wěn)定質(zhì)量的塑件,常使用熱澆道節(jié)省流道的塑料、降低制造成本,減少流道壓力,取得良好質(zhì)量的成形射出。整體分析表如下表所示:

三、結(jié)論
透過(guò)上述的分析可得知,在現(xiàn)今以”生產(chǎn)力”、”質(zhì)量”、”重視環(huán)保”及”節(jié)省人力資源”的情況中,三板模模具在不論生產(chǎn)或設(shè)計(jì)上,都快沒(méi)有”競(jìng)爭(zhēng)力”,而現(xiàn)熱流道系統(tǒng)再搭配模流分析,將使得產(chǎn)品生產(chǎn)能有效的提升效率及改善問(wèn)題,若在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期能善用模流分析,將有助于切入問(wèn)題的核心,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)程及避免不必要的錯(cuò)誤造成更多資源的浪費(fèi)。”熱澆道搭配模流分析”相信在未來(lái)的模具業(yè)中,將掀起另一波模具業(yè)的高峰。
四、參考文獻(xiàn)
1. 映通股份有限公司,“Amold熱澆道系統(tǒng)使用手冊(cè)”,映通股份有限公司,2000.
2. 映通股份有限公司,“塑料模具設(shè)計(jì)與熱澆道系統(tǒng)規(guī)劃”, 映通股份有限公司,1999.
3. 張榮語(yǔ),“射出成型專書(shū)(I)(II)(III)”,高立圖書(shū)出版社,1998.
4. 科盛科技股份有限公司,“專業(yè)射出成型─CAE 實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用與問(wèn)題剖析”,科盛科技股份有限公司,2002.
五、圖表匯整
圖1、熱澆道系統(tǒng);圖2.溫度控制器;圖3、熱澆道結(jié)構(gòu);圖4、三板模結(jié)構(gòu);圖5、材料黏度曲線;圖6、材料PvT 曲線;圖7、熱澆道感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置圖;圖8、三板模感測(cè)節(jié)點(diǎn)位置圖;圖9、熱澆道CAE 分析模型;圖10、熱澆道流動(dòng)波前40%;圖11、熱澆道流動(dòng)波前80%;圖12、三板模CAE 分析模型;圖13、三板模流動(dòng)波前40%;圖14、三板模流動(dòng)波前80%;圖15、成型壓力-時(shí)間歷程曲線;圖16、澆口壓力-時(shí)間歷程曲線(三板模);圖17、澆口壓力-時(shí)間歷程曲線(熱澆道);圖18、感測(cè)節(jié)點(diǎn)溫度曲線;圖19、澆口壓力-時(shí)間歷程曲線;圖20、澆口流量-時(shí)間歷程曲線;圖21、熱澆道冷卻時(shí)間;圖22、三板模冷卻時(shí)間。
編者注:本文因網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面篇幅關(guān)系,圖表略去。如您有需要,可以來(lái)函或致電索取。
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