B12 应用CAE技术探讨多模穴流道设计对产品质量之影响

一、前言

一模多穴模具的优点在于可大量生产、大幅降低成本及提高产品的市场竞争力。然而多模穴射出成型因熔胶流动不平衡问题，导致各模穴彼此之间的性质产生差异性，造成组件质量不佳。

本文将流道系统分别采用平衡式及非平衡式布置方式来进行相关分析比对验证。

二、案例简介

A. 产品说明

此案例为LED灯座，为含有镶入件的射出成型产品，为一模32穴模型。

B. 产品几何尺寸

塑件（㎜）：3.14×3.14×1.6（长×宽×高）。

镶入件（㎜）：86×46×2（长×宽×高）。

C. 厚度分布

塑件：平均厚度＝0.82㎜，最厚厚度为0.82㎜，最薄厚度为0.36㎜。图一为成品厚度剖面图，整个产品厚度分布不均匀。镶入件：均一厚度0.18㎜。

D. 流道系统

图二为流道系统布置图，此为一模32穴模型，在此使用Moldex3D的「对称设定」特定功能进行分析。此功能用于对称性模型使用，以此模式而言，仅制作1/4网格模型即可分析全模型成型状态及性质。此功能最主要目的为节省网格制作及计算时间。

三、模流分析－原始设计

此案例采用相关成型条件及材料数据数据进行模流分析，透过模流分析结果可了解熔胶在模穴内的流动型式、温度历程变化及压力传递难易度等情况，以下将会针对分析结果一一判读成型效益及质量影响。

1. 流动不平衡

图三为流动波前图，由图中流动波前可看出，已有部份模穴充填完毕，由于竖浇口到各模穴浇口的流动长度并非相等，以致熔胶无法同时抵达各模穴。

2. 压力分布不均匀

图四为充填结束瞬间压力分布图，由图中压力分布图可看出，较早充填完毕的模穴压力分布较其它晚充填完毕的模穴高，相对之下，早充填完毕模穴已有过度保压情况。

3. 温度分布不均匀

图五为充填结束瞬间温度分布图，图中所显示为350℃以上的熔胶区域。可看出各模穴的熔胶区域体积并不相等，也就是有些模穴温度分布较高且高温区域较多。

4. 体积收缩率不均匀

图六为体积收缩率分布图，此结果可看出保压效益。图中所显示为体积收缩率大于7.14％以上的区域分布，可看出各模穴显示区域体积并不相等，也就是有些模穴收缩量会较高且各模穴收缩量不一致。

5. 总位移量

图七为总位移量分布图，其总位移量范围为0~0.141㎜。

四、模流分析－改善设计

根据原始设计分析结果可知，流道系统在流程较长或是多点进胶设计情况下，会因流道设计的不平衡，而造成各模穴射出流动的快慢差异，同时也会影响后续保压不足或是不均匀收缩而导致成品的翘曲变形问题。

设计上会尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的质量一致性。在此研究藉由更改流道布置方式，采用自然平衡式的布置设计，来分析变更流道设计后对产品质量的影响，图八为平衡式流道系统图。

以平衡式流道系统变更设计进行模流分析，再次进行相关结果判读。

1. 流动平衡

图九为流动波前图，由图中流动波前可看出，塑料同时填满每一个模穴，已达到流动平衡效果。

2. 压力分布较均匀

图十为充填结束瞬间压力分布图，由图中压力分布图可看出，模穴彼此之间的压力分布差异较小，可视为较均匀压力分布。在流动平衡下，所需成形压力也明显降低。

3. 温度分布较均匀

图十一为充填结束瞬间温度分布图，图中所显示为350℃以上的熔胶区域。可看出各模穴的熔胶区域体积大小较为近似，可视为较均匀温度分布。

4. 体积收缩率分布均匀

图十二为体积收缩率分布图，此结果可看出保压效益。图中所显示为体积收缩率大于6.0％以上的区域，可看出各模穴显示区域体积相等，也就是各模穴的收缩量为一致与均匀。整体体积收缩率有明显下降，也就是收缩量有减少趋势。

5. 总位移量

图十三为总位移量分布图，其总位移量范围为0~0.139㎜。可看出其变形量量值有降低趋势并达到改善效果。

五、结论

根据以上两组分析结果可知，不平衡式流道系统，会因流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩导致的成品翘曲变形问题。采用平衡式流道系统会有效改善流动不平衡问题，进而改善成品翘曲变形问题。

在Moldex3D计算快速准确的辅助分析下，可在短时间内找出问题的病兆，进而找出解决方案。可大幅降低成本及提高产业竞争力。