大綱

威斯康辛大學(xué)普萊維爾分校的學(xué)生利用Moldex3D eDesign仿真刮冰器的制造過(guò)程，并藉此觀察塑料的流動(dòng)行為。首先進(jìn)行原始設(shè)計(jì)的模擬分析，接著進(jìn)行澆口位置和冷卻水路間距的設(shè)計(jì)變更，并分別模擬兩項(xiàng)變更的結(jié)果。學(xué)生們藉由此過(guò)程，比較三種設(shè)計(jì)的模擬結(jié)果，對(duì)塑料射出制程和塑料流動(dòng)行為有更深入的了解，進(jìn)而學(xué)習(xí)如何利用CAE模擬技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)制造前，預(yù)測(cè)產(chǎn)品潛在缺陷，有助于應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)。 

目標(biāo)

利用Moldex3D eDesign仿真三種產(chǎn)品設(shè)計(jì)，檢視流動(dòng)和凹痕及翹曲分析

案例研究

在威斯康辛大學(xué)的課程中，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到塑料射出相關(guān)的知識(shí)，但無(wú)法透視塑料流動(dòng)行為來(lái)觀察不同參數(shù)對(duì)射出制程的影響。因此他們希望藉由Moldex3D模流分析軟件來(lái)加強(qiáng)。

在此案例中，學(xué)生以自行設(shè)計(jì)的刮冰器(圖一)進(jìn)行模擬分析，希望可以預(yù)先了解潛在的設(shè)計(jì)缺陷學(xué)生針對(duì)刮冰器件進(jìn)行了幾組澆口位置和冷卻水路間距的設(shè)計(jì)，并分別進(jìn)行模擬，以觀察不同設(shè)計(jì)對(duì)塑料流動(dòng)行為的影響。

圖一  刮冰器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

三組設(shè)計(jì)如下：

1. 原始設(shè)計(jì)
2. 澆口位置變更(澆口位置#2)
3. 將水路間距由原先的1/2英吋改為1/4英吋

三組設(shè)計(jì)完成分析后，首先進(jìn)行凹痕結(jié)果的比較。

原始設(shè)計(jì)	澆口位置#2	水路間距1/4英吋

圖二 三種設(shè)計(jì)的凹痕結(jié)果比較

其次是Z軸方向位移結(jié)果(圖三)及產(chǎn)品收縮結(jié)果(圖四)比較。如圖三所示，澆口位置#2相較于其他兩種設(shè)計(jì)變更，位移情形較輕微，約在-0.07500至0.09436英吋之間。

原始設(shè)計(jì)	澆口位置#2	水路間距1/4英吋
Z方向位移: -0.07669 ~ 0.09564英吋	Z方向位移: -0.07500 ~ 0.09436英吋	Z方向位移: -0.07856 ~ 0.09831英吋

圖三 三種設(shè)計(jì)變更的Z軸方向位移比較

原始設(shè)計(jì)	澆口位置#2	水路間距1/4英吋

圖四 三種設(shè)計(jì)變更的收縮結(jié)果比較

除了利用Moldex3D軟件進(jìn)行不同設(shè)計(jì)變更的模擬和比較之外，威斯康辛大學(xué)學(xué)生同時(shí)還藉此觀察塑料在制程中的流動(dòng)行為。樹(shù)脂的流動(dòng)行為在射出制程中是相當(dāng)重要，而影響流動(dòng)行為的因素包括澆口位置、模壁厚度及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等。若能對(duì)流動(dòng)行為有較深入的了解，將可幫助用戶決定最佳澆口位置、澆口類(lèi)型以及模壁厚度等。

塑料分子的流動(dòng)速度會(huì)依不同的區(qū)域而有差異。在模腔中心區(qū)域，塑料的流速較快，在接近模壁處則流速較慢。原因是當(dāng)塑料流經(jīng)模壁時(shí)，會(huì)因摩擦而減速；塑料分子之間也會(huì)互相摩擦生熱。形狀狹長(zhǎng)的大型聚合物分子，以及橫切面流速不均一，則會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。藉由Moldex3D的模流分析技術(shù)，使用者能夠觀察到以上提及的塑料流動(dòng)行為，并藉此改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)及質(zhì)量。

結(jié)果

Moldex3D模流分析軟件能幫助學(xué)生將課堂上學(xué)到的塑料射出知識(shí)，應(yīng)用在解決實(shí)際設(shè)計(jì)制造可能面臨的挑戰(zhàn)，包括了解塑料充填過(guò)程及澆口位置如何影響產(chǎn)品質(zhì)量。Moldex3D是一個(gè)能幫助學(xué)生實(shí)踐課堂知識(shí)的平臺(tái)，可以幫助學(xué)生獲得實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，提前為進(jìn)入產(chǎn)業(yè)做準(zhǔn)備，成就塑料產(chǎn)業(yè)界的專(zhuān)業(yè)人才。