流動平衡的案例
Moldex3D模流分析之飛綠產品的流動不平衡改善了99%！
圖六 透過流道翻轉設計，通過閥針后的溫度差異減少(左)，進而改善流動平衡(右)
圖七 設計優化后，流動平衡明顯改善(右)
飛綠團隊透過Moldex3D的分析及一系列低成本的實際驗證，找出造成產品問題的根本原因，并藉此改善了閥針設計，使得流動不平衡不良率從100%降低至0%；實際生產總不良率降至0.05%，避免無效的生產和成本的浪費。
結果
透過Moldex3D的流動及Hexa-based網格技術，飛綠工程師能夠仿真產品的流動不平衡現象、找出引發轉角效應的原因，并呈現高解析的溫度分布情形。此外經由比對模擬分析和實驗結果，也證實閥針的設計是造成流動不平衡的關鍵。Moldex3D協助飛綠團隊優化流道設計，降低熔膠通過閥針后的溫度差異，進而改善流動平衡。
展開 Moldex3D模流分析之一次解決電子零件的流動不平衡、縫合線及包封問題
圜達團隊使用Moldex3D分析并設計變更出解決方案，使充填產品流動平衡及縮短成型周期，并改善包封、結合線、缺料等外觀缺陷，應用模流分析來提升產品之良率及降低成本。
挑戰
改善包封、結合線、缺料等缺陷
改善流動不平衡之流道
縮短周期時間
解決方案
圜達團隊藉由使用Moldex3D分析來幫助改變并設計流道位置，使產品充填時流動平衡，并降低殘留應力及縮短成型周期。后又藉由增加溢流區及變更產品外型等設計，來改善包封、縫合線、缺料等外觀缺陷。最終應用Moldex3D將整體良率提升了39.68%，生產周期也降低16%。
效益
有效控制縫合線位置
流動平衡
減少澆道料頭節省材料
縮短成型周期
提升良率
案例研究
本案例之T3C輕觸零件尺寸為3mm * 2mm * 0.6mm，模具為八個模穴的設計(圖一)，內側模穴的平均厚度為0.06~0.09mm，使得制造技巧難度較一般產品高。
圖一 本案例產品之原始設計
經由Moldex3D模擬，發現確實有流動不平衡的問題。由于魚骨型的流道設計，造成內側的塑料會流動得比外側還要快(圖二)。
圖二 分流道區域有流動不平衡的情形
此外因流道區域的最大冷卻時間過長，使得成型周期也連帶拉長，達到7~8秒(圖三)。
圖三 仿真顯示冷卻時間過長
進一步觀察到縫合線(圖四紅線處)集中在產品背部凹孔處，此將導致流體容易滲入，使產品導通不良。
圖四 潛在的縫合線位置
此外，最大剪切應力(圖五)約為6MPa也過高，將使塑料產生裂解及過多殘余應力。
圖五 產品有過高的剪切應力
仿真結果及實驗都清楚顯示，流道設計為影響流動不平衡的主因。因此根據Moldex3D的分析及多次實際驗證結果，設計了新的流道以取代原始方案。
展開 Moldex3D模流分析之怎樣改善單穴閥式熱澆道之流動不平衡及型蕊偏移現象
大綱
本案例為生產消費性家庭用之易撥罐，如圖一所示，主要功能為盛裝食物或原料的食品儲存用容器，由于產品為狹長型罐身，決定了公模仁的結構與剛性，在射出過程中模壁易形成模內壓，以及因流動不平衡導致公模仁翹曲，進而產生產品肉厚偏移及嚴重的包封和結合線問題。在本研究中，飛綠股份有限公司使用 Moldex3D，優化模具設計與射出成型制程，改善狹長形罐身問題所造成的成型缺陷，提升產能與質量的穩定度。
挑戰
? 改善縫合線、包封…等外觀缺陷
? 降低產品肉厚偏移的問題
解決方案
飛綠股份有限公司使用 Moldex3D Advanced 和型芯偏移模塊進行流固耦合分析來診斷公模仁位移的問題，使用雙流閥針式熱流道改善流動平衡，另外也透過變更產品肉厚、公母模溫等設計，來改善產品結合線與優化流動平衡問題。
效益
? 有效優化流動平衡，控制公模仁型芯偏移問題
? 消除結合線，預防產品破裂
? 符合產品外觀質量要求
? 生產良率由0% 提升至99.7%
案例研究
本案例藉由模流分析結果解析熱流道形式對流動平衡與模具鋼材、公模仁平移量，及利用正反操作側模具溫差觀察公模仁翹曲效應，進而評估各項差異并找出最佳組合參數，克服狹長幾何之公模仁所造成的潛在缺陷。第一部分，如圖三所示，分別以兩種熱流道形式觀察轉角溫度效應造成的流動不平衡，結果發現使用TypeA單流閥針，會導致內外兩側溫度分布差異，使熔膠在流道內發生轉角效應，導致流動并非完全平衡。而使用Type B雙流閥針式平衡度即獲
得改善，成功改善流動不平衡缺陷。
圖三 不同流道形式之溫度與流動波前比較
在第二部分，為了解決公模仁翹曲現象，團隊分別觀察模具鋼材、公模仁平移與正反操作側模溫對型芯偏移之影響。
展開 流動平衡案例！！！
產品流動平衡問題是最簡單的，同時也是最基礎的，很多人都了解也很熟悉。下面就簡單介紹一下流動平衡的案例：
來源：模流分析Moldflow
決定多模穴射出件的流動平衡性
一模八穴短射樣品的重量平均數據作圖
多模穴模具在設計上的先決條件是需要設計成幾何平衡，也是在流道的lay-out 設計上，由豎澆道(sprue)到達各模穴的澆口距離，需要設計成流動長度是一樣的，所以幾何平衡在理論上如果各分流的熔膠質量相同，那在射出過程中到達各模穴，甚至到達射出充填結束時，各模穴的射出狀況與條件都應該是相同的。所以流道的幾何平衡設計對于多模穴模具是首要的設計準則。
決定多模穴平衡性的實驗程序
將飽壓壓力條件設定為0
將飽壓作用時間條件設定為0
將螺桿塑化后退延遲時間設定成預估的保壓時間近似值
設定冷卻時間約為此產品足夠冷卻可頂出的時間
將射出速度條件設成由塑料黏度曲線研究上所得到的射出速度值
其余的射出條件設定與另一文件- 黏度研究所使用條件相同，開始進行射出實驗
調整切換VP位置，以得到射出短射樣品，若有不平衡現象則以最大量模穴樣品產生短射件的條件進行樣品射出 取樣
以所決定的條件進行樣品射出 ，取得三模樣品將各模穴樣品重量平均后作成數據表格。
如何使用實驗信息
檢查多模穴充填實驗各模穴樣品的重量偏差值的最大值與最小值，在大部分多模穴模具案例中一般偏差值不會超過5%。對于精度要求較嚴格的產品一般偏差值會要求在3% 以內，但如果成品沒有精度要求那偏差值超過5% 有時也是可以接受的。
下列事項需要加以考慮
非結晶性塑料比結晶性塑料較能忍受流動不平衡性
模具精度越高多模穴的流動不平衡性會越小模穴的排氣溝設計與精度，對塑料充填影響很大，由其對于多模穴充填的平衡性也有很大影響。雖然流道尺寸與澆口大小尺寸精度已達要求，但是若排氣機構的精度有誤差，也會影響到各模穴的流動平衡性，所以也須嚴格檢查各模穴的排氣溝尺寸精確性。
展開 Moldex3D模流分析之如何應用熱流道穩態分析改善多模穴成型流動平衡
Moldex3D 針對熱流道系統仿真量身打造的解決方案──熱流道穩態分析(Hot Runner Steady, HRS)，可支持復雜熱流道和進階熱流道模塊的快速分析，并協助使用者優化多模穴的熱流道設計，評估該熱流道系統的流動行為，例如流率及流動平衡比。熱流道穩態分析不需模擬模穴內流動，即可提升迭代計算效率，達到改善熱流道設計的目的，因此可大幅減少分析時間。以下將深入說明如何應用熱流道穩態分析。
應用一：在不須模擬模穴的情況下，使用熱流道穩態分析優化熱流道設計：
步驟1：新增射出成形項目，網格模型必須含有進澆點、模穴與熱流道。雖然熱流道穩態分析會忽略模穴的計算，但使用者仍必須在項目中提供模穴。
注：用戶必須擁有進階熱流道模塊的授權，才可在計算參數內設置熱流道穩態功能與啟動相關計算
步驟2：在計算參數內的熱流道穩態分析下指定入料口流率、收斂精度及各澆口壓力。
注：在CAE模式下，入料口流率的默認值為模穴體積除以填充時間；在機臺模式下，入料口流率的默認值則為模穴體積除以行程時間。
注：熱流道澆口壓力代表該澆口所受到的外部流動阻力(預設為0MPa)，建議使用者可先試行一組單模穴分析(不需包含流道系統，只需指定進澆點)，取得澆口壓力結果后代入熱流道穩態分析的澆口壓力設定。這種做法可獲得更精確的預測，并節省分析時間。
步驟3：于分析順序設定內選擇熱流道穩態分析，開始分析。
步驟4：開啟熱流道穩態結果記錄文件，檢查各澆口流率與流動平衡比，根據這兩項結果進一步修改熱流道幾何與配置，例如更改特定區域熱流道直徑或流道長度，以獲得更為平衡的流動。
注：熱流道穩態分析提供多種分析結果，對于此做法來說，較為關鍵的結果是流率與流動平衡比
步驟5：修改熱流道設計后重復步驟1至4。
展開 從此告別單一注塑，多模腔技術引領未來！
但仍有許多因素，即使是對稱式的流道設計仍無法順利解決熔體流動平衡的問題，舉例如下：
■高速充填在流道產生剪切熱，導致流動不對稱( 如圖2、３所示)
圖2、3: 剪切升熱造成流動不平衡
■水路設計導致模具的冷卻不均( 如圖4 所示)
圖4: 水路設計導致模具的冷卻不均
■模具變形造成模腔厚度偏差
■非均質性熔膠( 熔化不均、溫度不均) 造成流動不對稱
■排氣阻塞造成流動阻力不對稱
■冷料團的堵塞造成流動阻力不對稱
■熱澆道的溫度控制不穩定或不佳
為解決上述問題，本專案架構多模腔熔體流動平衡智慧控制模組，各模腔內部相同對應位置埋設模腔訊號傳感器( 如首圖左所示)，當熔體流動波前觸碰到模腔傳感器時，傳感器發出一觸發訊號，智慧控制模組以偵測各腔熔體流動波前抵達模腔傳感器的觸發訊號時間差Δt，作為辨別熔體在各腔流動的平衡狀態，當時間差Δt 過大表示各腔熔體流動波前不平衡( 或快或慢)。
注塑成型過程中監視各模腔熔體流動平衡狀態，當環境、模具、塑料變異與機臺磨耗老化影響各腔流動不均齊時，多模腔熔體流動平衡智慧控制模組將模腔傳感器訊號傳送至注塑機控制器( 如首圖右所示)，注塑機控制器透過傳感器回饋時間差Δt 訊號，計算與執行熱澆道溫度補償數值與機械手臂不良品自動檢出作業，達到各腔流動平衡狀態與少人化的目的，以節省生產SQC(Statistical Quality Control) 過程中人工檢驗與材料浪費的成本。
展開 Moldex3D模流分析之筆電字鍵Family Mold開發與自動化導入
首先，進行不同材料是否可以共享同一套模具的驗證， (圖2為不同材料間的黏度對剪切率圖)，可以發現四支材料之間的黏度差異甚大，但不同材料分別進行分析后，可以發現不管是流動行為、射出壓力與鎖模力皆有相似的結果，代表這四支材料可以使用同機臺、同模具進行生產。
圖2 不同材料之黏度比較圖
圖3 不同材料之流動波前圖(80%)
圖4 不同材料之進澆口壓力曲線圖
圖5 不同材料之鎖模力曲線圖
接著進行成套制品模具(family mold)流動平衡分析，業界在進行成套制品模具流道設計時，通常會使用魚骨型流道與雙澆口設計(圖6)，但這兩個設計都會帶來流動不平衡及流動遲滯的問題。因此透過Moldex3D分析，適時改動流道尺寸、澆口位置、澆口數量來達到流動平衡的設計(圖7為原始設計，圖8為優化后設計遮蓋處為機密，不可公開)。當原始設計在充填比例42%時，第一排體積較小的模穴已經充填完成，但其余幾處模穴皆尚未填飽，如此將造成部分穴數過保壓容易有毛邊等問題；而經過優化后設計的組別，在充填比例70%時，所有模穴相較于原始設計有更平衡的充填行為，表示此優化設計解決流動不平衡問題。不僅如此，優化設計甚至還改善了結合線數量(圖9)、剪切應力分布(圖10)，與降低進澆口壓力(圖11)，降低生產時的困難度。
展開 Moldex3D模流分析之提供正瀚家電空調面板優化方案提升OEM設計競爭力
以空調外殼這類大型件來說，多半采用多點進澆方式，所以在流動平衡性以及產品變形上不易掌控，容易造成翹曲問題。
解決方案
多澆口位置優化設定：比較不同的流道和澆口設計的流動結果，以獲得最佳多澆口與流道設計。
控制單一變形方向以及達到較小變形量：透過Moldex3D精準的模流分析，進行可以獲得變形方向一致且變形量較小的優化流道設計。
效益
正瀚家電目前已將Moldex3D模流分析軟件視為模具設計和驗證的標準工具，其精準的模流分析結果更成為有效說服客戶進行模具優化的優質工具，不但可以有效降低試模次數與開模風險，更可以進一步為每一項產品與模具建立設計規范數據庫，成功開發更多的新客戶，提升OEM接單競爭力。
案例分析
在模流分析的過程中，有許多部分是可依據不同觀點和需求另外提出討論，就模具制造廠商的角度而言，由于模具制造時間受限于上市時程，因此明確的分析重點是客戶在短時間內成功解決問題的關鍵。
以下為正瀚家電分離式空調外殼設計優化案例，透過Moldex3D精密的模流計算，正瀚家電得以進行模具設計驗證，針對客戶的設計要求進行設計變更，再依據分析結果選出最佳設計方案。
不同流道與進澆位置評估：流動平衡與變形問題的優化方案
針對像案例中的大型平面產品，為了要克服流動平衡以及產品翹曲問題，Moldex3D提出流動平衡優化方案；根據不同的流道設計方案(見圖一)，Moldex3D真實三維分析軟件皆可提供精準的分析結果比較，從圖二中流動波前 90％的比較圖可以得知，方案四的流動設計較佳。得到流動平衡的評估數據篩檢出平衡性較佳的方案，在進行變形量的比較，目標以空調面板兩側變形方向一致變形量較小為相對性優化的選擇。
展開 Moldex3D模流分析之仿真分析成功克服產品開發挑戰，實現優化產品設計
案例研究
首先，為了初步了解原始設計的流動現象和所需的射出機鎖模力，Shape選擇Shell網格技術和利用全8 CPU核心運算能力，跑了一次模擬分析，并且在短時間內就得到初步分析結果。然而，初步仿真結果顯示原始的設計所需要得鎖模力明顯的超過原射出機的最大負載，Shape勢必要進行設計變更。透過改變澆口數量與位置和增加導流的設計，在不增加鎖模力的狀況下，改善流動平衡，達到理想狀態。然而每個導流的設計建議都必須事先經過Shape內部工程團隊與客戶的同意才可進行變更，而且加上嚴峻的時間限制，必須在有限的時間內完成設計變更，所以Shape決定利用Moldex3D Shell 網格技術快速地進行模擬驗證，多次修改導流位置和厚度設計以確保流動平衡達到優化，在兩個星期內進行了多達20幾次設計變更與模擬驗證
最后，透過Moldex3D的模擬分析幫助，Shape 最終得以將鎖模力降至原射出機可負載的范圍內，并且把對象左右兩邊原本相差懸殊的充填結束時間控制在只有0.2秒差之內。另外設計變更后，產品缺陷如包封等問題都能有效的控制解決，而且把后處理工作降低至最小，即可達到理想流動平衡狀態。
利用Moldex3D Shell 網格技術快速的得到模流分析結果，爭取時間進行設計變更，
如增加導流設計和改變原始塑件設計，成功在短時間內達到佳理想設計
接下來，Shape工程團隊把仿真結果反饋給產品設計端，以修改最后部分產品設計。在決定最后的產品設計后，Shape 工程團隊也利用Moldex3D eDesign 3D網格進行全方面模擬分析，并將Shell 和eDesign的模擬結果與真實試模結果進行交叉比對，無論是Shell 還是3D建模分析都提供了可靠與貼近真實射出成型的分析數據。
展開 致命的0.088秒
圖3：流動不平衡流道設計
圖4：流動平衡流道設計
對于上述提到的挑戰，圜達團隊使用Moldex3D分析并改變流道位置及方向，使充填產品流動平衡并降低殘留應力及縮短成型周期，后又藉由增加溢流區及變更產品外型等設計，改善包封、結合線、缺料等外觀缺陷，應用Moldex3D將整體良率提升了39.68%，生產周期也降低16%。
圖5：流道設計不平衡與平衡的短射比較
效益
有效控制結合線位置；
流動平衡；
減少澆道料頭節省材料；
縮短成型周期；
提升良率。
此文章摘錄自ACMT- SmartMolding雜志-(2022/10月刊)
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Moldex3D模流分析之宗瑋工業使用Moldex3D模具開發至交貨周期有效縮短20%
屏幕前殼產品( 圖4. a )則可透過充填分析預測流動平衡、結合線與包封位置。透過保壓、冷卻分析了解產品的保壓與冷卻效果是均勻，以降低因收縮或散熱不均所造成的變形 ( 圖4. b )。
屏幕前殼產品( 圖4. a )則可透過充填分析預測流動平衡、結合線與包封位置。透過保壓、冷卻分析了解產品的保壓與冷卻效果是均勻，以降低因收縮或散熱不均所造成的變形 ( 圖4. b )。
屏幕底座上蓋有遲滯與包封的問題( 圖5. a)。可透過 Moldex3D 充填分析預測散熱孔區域遲滯與包封的現象，并藉由 CAE 模流分析協助使用者在進行設計變更的依據與驗證( 圖5. b)。
宗瑋工業與科盛科技相輔相成
對宗瑋工業來說，Moldex3D 軟件的優點是可立即反映問題且立即解決，降低開發模具風險，一組模具的開發至交貨周期可有效縮短 20%，而且與客戶更容易達成共識。林總經理笑說，有位客戶原本只打算詢問報價，但宗瑋除了報價之外，還立即以 Moldex3D 為對方做出一份模流分析報告，結果這位客戶隔天就下訂單。
臺灣的塑料業發展，近年來敵不過對岸同業的成本低廉而逐漸萎縮，但宗瑋工業的業務仍然一枝獨秀的蓬勃發展。林總經理強調，透過Moldex3D 的專業輔助和宗瑋本身的經驗，有信心能繼續將競爭力保持最佳。
展開 Moldex3D模流分析之Design Parameter Study
?通常 CAE 分析結果中沒有包含兩個質量因子： 回流檢測 和 流動平衡檢查。 詳細如下：
-回流檢測 (Back Flow Detection)
?如果選擇 回流檢測(BACK FLOW DETECTION)，您必須給予參考曲線。下面將說明選擇參考項目的目的。
?下面的分析結果顯示了回流的樣子。為了改善這種不良流動，用戶必須透過制作曲線來標記流動緩慢或遲滯的區域。之后，在分析中觀察標記的區域以檢測回流。
?雙擊來選擇參考曲線，將會彈出設定的對話框。在對話框中選擇曲線。在選擇后，曲線將會被附加到參考曲線列表中。透過單擊列表中的曲線，曲線將會被突顯出來并顯示其方向。曲線方向代表流動方向，這在前面我們解釋過。
-流動平衡檢查(Flow Balance Check)
?如果選擇流量平衡檢查，您必須給予參考項目。下面將說明選擇參考項目的目的。
?為了檢查流動是否平衡，使用者需要透過選擇面來標注您希望同時分流的區域。 之后，在分析中觀察所標記的區域，以檢查流動平衡。
?雙擊列表中的流量平衡，將會彈出設定的對話框。在對話框中選擇曲面。在選擇后，曲面將會被附加到參考曲面列表中。透過單擊列表中的曲面，該曲面將會被突顯出來。
展開 Moldex3D模流分析之電池制造商如何利用CAE模流分析軟件讓設計問題迎刃而解
比較多組分析結果后發現，增加澆口尺寸才是更簡單也是更有效的方法，不但可以達到滿足客戶對流動平衡的需求，同時還可以解決短射、結合線、邊緣毛邊等問題，并將凹痕減至更低。
利用Moldex3D進行不同設計變更方案驗證，不必透過實體生產，即可將各種模擬結果可視化進行比較。
仿真結果顯示，左圖有充填遲滯問題，而右圖的流動模式較為平衡。
兼顧成本與高質量
透過Moldex3D模擬分析，Ramcar成功解決電池外殼設計上的許多問題，諸如流動不平衡、針孔和毛邊。此外，Moldex3D也幫助RAMCAR優化整個制程，提高生產力。下列為模擬分析帶來的顯著成效：
改善翹曲問題并符合尺寸公差要求，X軸方向位移量減少30％
達到流動平衡，保壓時間減少50％
消除針孔及表面縫合線
解決毛邊問題，減少后處理加工
降低生產周期，提升生產率達41.3％
通過電解測試，沒有不良率發生
RAMCAR現在仍持續利用Moldex3D降低產品開發的成本及時間，同時提升產品質量。藉由Moldex3D的模擬預測分析能力，現在大部分的設計變更都在Moldex3D完成，無須實際試模。未來RAMCAR更計劃擴大應用Moldex3D模流分析解決方案至更大型的塑料件，如：工業電池組件等。
展開 Flownex管網系統設計軟件
典型應用
Flownex軟件在石油化工領域應用十分廣泛：
給水系統泵汽蝕余量（NPSH）問題分析、熱管破裂問題分析、流動空化/相變現象的檢測等；
冷卻水循環系統流動平衡分析、泵及管路設計、熱負荷計算及熱交換器設計、水網系統設計、水錘現象分析與預防、環境-冷卻塔-工廠整體系統匹配；
自然循環鍋爐中網狀率和蒸汽產量計算，并預測干涸情況；過熱設備和蒸汽管道金屬溫度和換熱率的計算；
蒸汽渦輪及其輔助系統啟動和關閉過程仿真；
單程流通式鍋爐流動平衡計算及沸騰穩定性評估等。
Flownex還能計算非牛頓流體的壓降及其管網系統流動平衡分析，并進行瞬態壓力脈動評估。
應用Flownex能快速模擬不同熱交換器，如翅片管熱交換器、管殼式熱交換器、管-管熱交換器及盤式熱交換器的換熱和壓降，計算加熱或冷卻設備中的蒸發、冷凝、溫度控制等不同過程，可以計算瞬態金屬溫度變化率等。
Flownex軟件在能源動力領域應用也十分廣泛：
能夠模擬余熱蒸汽發生器（HRSG）穩態及瞬態過程，計算氣體與水蒸汽的熱交換過程，模擬整個HRSG系統，包括過熱換熱器、蒸發器、泵及透平等，并輔助設計最優的操作環境，檢測各材料的溫度變化并設計最優的控制策略，確定功率輸出等，同時，FLownex能夠計算非設計工況或者緊急情況下的參數，計算啟動過程的溫度梯度，模擬系統啟動、關閉過程及負載變化過程，并對系統進行穩定性分析等。
Flownex軟件能夠對給水系統泵汽蝕余量、熱管破裂問題以及空化/相變問題進行分析；對冷卻水循環系統中的管路、閥門和泵進行分選，設計熱交換器，分析水錘現象、冷卻塔響應，并對水網系統進行流動平衡分析及效能優化；Flownex也能計算蒸汽渦輪及其輔助系統的啟動、關閉及各種變化過程，還能模擬油封系統及輪滑系統等。
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