Moldex3D模流分析之塑化、纖維

塑化 (Plasticizing)

塑化結果提供了塑化模擬的結果輸出,需要將塑化加入分析序列并有Plastification授權以及進階流動加工條件參數的設置。塑化結果項共有兩種XY曲線,并使用了去纏繞法(Unwound Method)的簡化幾何(如下圖所示)

Moldex3D模流分析之塑化、纖維的圖1

1. 沿螺桿流通方向 (Profile Along Screw)

XY曲線表示了結果數值在溝槽(通道)截面的平均值在不同信道(螺桿)位置的變化。圖中的Y軸為結果項而X值表示螺桿位置 (單位為螺桿直徑D因一般螺桿直徑等同齒距)

-容積溫度 (Bulk Temperature):用速度配重得出的熔膠溫度平均值,其在熔膠截面的分布。可以評估加熱器的效率是否適合來材料進行塑化銅是避免可能的過熱降解。

-剪切率 近螺桿測/近料管側 (Shear Rate Screw/Barrel):剪切率過高會導致塑料分子被過度拉扯甚至過度的剪切生熱影像熔膠的質量,在螺桿側也可能導致塑料無法帶向噴嘴處殘滯留在螺桿表面。

-壓力(Pressure):溝槽截面的壓力平均值沿螺桿通道的分布,而在螺桿前方近噴嘴側所形成的壓力稱之為背壓(Back Pressure)。當螺桿轉動之時,背壓會讓螺桿緩緩后退并將材料塑化帶往前方形成注塑計量。充分的背壓能夠讓熔膠充分混和性質均勻,但太多的話會影響計量效率。

-剪切應力 - 近螺桿測/近料管側 (Shear Stress Screw/Barrel):與剪切率結果項類似,剪切應力是由熔膠在料管中被塑化推進時的剪切行為衍生的應力項。

-固體床比例 (Solid Bed Ratio):未熔解的塑料占整個螺桿通道的百分比,所以當時值為0時代表塑料在被推著通過螺桿的給料、壓縮與計量段后已全都成液態,也代表塑化功能正常運作。

-相對未熔化比 (Relative Un-melted Ratio):溝槽截面整體單位時間,流過的塑料中未熔化的比例,與固體床比例相同可用來檢測塑化能力。
2. 沿溝槽深度方向 (Profile Across Channel)

XY曲線表示了在特定螺桿位置兩齒之間性質的平均值沿溝槽深()度方向分布。X軸為結果數值的變化而Y軸為溝槽從螺桿至料管側的位置。

-溫度(Temperature):塑料主要是被料管上的加熱片加熱但因為螺桿轉動時流動的剪切生熱又會更進一步升溫。 足夠的溫度能夠幫助材料塑化,但溫度太高則會導致塑料降解。

-剪切率(Shear Rate):過高的剪切率可能會導致材料過過度拉扯或者因剪切而升溫進而引響塑料的品質。隨著溝槽中的位置不同,溫度與速度等性質也不同,而理所當然的剪切率也會變化。

-側向速度(Spanwise Velocity):因為塑料是因為螺桿的轉動與后退而被向前帶,故除了沿螺桿向前移動的速度,也會有在溝槽中的側向(X)塑度。當螺桿轉速越高時側向塑度也會越明顯,還會產生渦流掏取固體床的材料。

-螺桿方向速度(Streamwise Velocity):螺桿方向速度為當螺桿轉動并將熔膠向前帶時,沿著螺桿方向的速度在溝槽內熔流區側向的平均值。

-黏度(Viscosity):當熔膠在料管中向前流動時,其黏度也會因升溫時跟整下降。而較低的黏度提供了成型過程中更好的充填性來塑造最終成品的形狀。

纖維

1. 纖維配向 (Fiber Orientation)

顯示塑料當下的纖維配向向量分布情形1/3 代表配向為隨機 (random) 配向;1 代表纖維被100%配向.配向值越高代表纖維被流場在該方向配向的程度越高。纖維的排向會被充填時的流動所影響,較高的配向會使纖維排列方向的強度提升更多。纖維配向結果可以介由計算參數的纖維配向分析選項來啟用 (請參考纖維分析章節于階分析)

纖維排向在X方向

塑料在充填/保壓結束時纖維排向的X方向分量。

纖維排向在Y方向

塑料在充填/保壓結束時纖維排向的Y方向分量。

纖維排向在Z方向

塑料在充填/保壓結束時纖維排向的Z方向分量。

纖維配向

纖維配項結果顯示主要纖維指向的配向分布,也因此其最小值為隨機數配向的1/3

2. 表層纖維配向 (Fiber Orientation (Skin))

顯示塑料當下的表層纖維配向分布情形一般而言此配向值因為靠近模壁高剪切流動區,因此被流場剪切配向的情形較為明顯。

3. 平均纖維長度 (Average Fiber Length)

當融膠進入噴嘴,流道與閘口,高剪切應力很容易造成纖維斷裂。如需此結果項,請至計算參數的進階流動設定。

平均纖維長度(依數量)

空間區域內顯示的預測數值表示纖維斷裂后平均長度 (依照纖維的數量作為權重)

平均纖維長度(依重量)

空間區域內顯示的預測數值表示纖維斷裂后平均長度 (依照纖維的重量作為權重)

4. 纖維濃度 (Fiber Concentration)

纖維濃度結果顯示了纖維濃度在塑件中的分布。適量的含有纖維能夠加強成品的結構強度。但是過度不均勻的纖維濃度分布,會導致翹曲或表外觀的瑕疵。如需輸出纖維濃度結果,請在進階計算參數中啟用纖維濃度的計算。

纖維濃度(體積百分比)

纖維濃度(體積百分比) 結果將纖維濃度以體積百分比表示。

纖維濃度(重量百分比)

纖維濃度(重量百分比) 結果將纖維濃度以重量百分比表示。

5. 顏色強度 (Color Intensity)

射出成型塑件的表面質量會受到塑件中,可利用顏色強度作評估。當薄片充填物的排向分布不均勻,連帶會導致塑件成品表面質量不均勻。當薄片排向完全朝著厚度方向(表面的法向)時,會有最高的顏色強度。反之,當薄片全部朝側向排列時,則會有最低的顏色強度。

如需要檢視顏色強度表面質量的結果,需選用含薄片的材料并在計算參數中啟用計算薄片/纖維配向(參照階分析纖維下的章節)

Moldex3D模流分析之塑化、纖維的圖2

顏色強度(Color Intensity)

顏色強度結果項利用色階顯示了顏色強度在塑件表面的分布。顏色強度 (Color Intensity, I) 的定義是纖維配向張量考慮比重因素后在厚度方向的積分平均質,表示如下:

Moldex3D模流分析之塑化、纖維的圖3

其中w為比重方程;Pii微纖維配向的分量;z為厚度方向的位置;H為塑件的區域厚度。

表面質量(Surface Appearance)

表面質量結果項將顏色強度分布以灰階方法顯示,此可以更容易地看出纖維配向對視覺上表面質量的影響。

6. Shell 模型結果 (Result with Shell Model)

纖維配向(平均)

纖維配向 (平均) 結果顯示塑件厚度方向平均的纖維配向分布1/3量值的纖維配向表示纖維隨機數均勻分布,而1則表示纖維的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纖維配向表示纖維的方向越一致的由熔膠流向引導。如需啟用此功能,需要使用Shell 網格模型。

纖維配向層

纖維配向 層結果顯示塑件薄殼網格各層的纖維配向分布1/3量值的纖維配向表示纖維隨機數均勻分布,而1則表示纖維的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纖維配向表示纖維的方向越一致的由熔膠流向引導。纖維配向 i 代表從中心層 (=1) 數來第i層的結果,i 值越高則越靠近表層。如需啟用此功能,需要使用Shell網格模型。

纖維配向 (中心層)

纖維配向 (中心層) 結果顯示塑件中心層的纖維配向分布1/3量值的纖維配向表示纖維隨機數均勻分布,而1則表示纖維的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纖維配向表示纖維的方向越一致的由熔膠流向引導。如需啟用此功能,需要使用Shell網格模型。

纖維配向 (表層)

纖維配向 (表層) 結果顯示塑件表層的纖維配向分布1/3量值的纖維配向表示纖維隨機數均勻分布,而1則表示纖維的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纖維配向表示纖維的方向越一致的由熔膠流向引導。如需啟用此功能,需要使用Shell網格模型。

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