先进CAE模拟技术 有效验证气辅成型制程

in Top Story on 9 月 01, 2016

气体辅助射出成型 (GAIM) 是在充填阶段将气体引入模穴内的过程,利用压缩气体作为保压媒介,确保产品尺寸稳定性和机械强度。相较于传统射出成型,气辅成型较能达到省料及缩短成型周期成型周期也较短,但缺点是气体流动的过程不易观察和控制。此外,气辅成型引入的气针位置和数量、气体射出时间、射出压力和流率等参数等,对于模具研发制造成本也影响甚巨,因此也必须严加控制。

为解决上述问题,Moldex3D气辅成型模块能帮助用户观察气体穿透行为,可视化产品肉厚和掏空率分布,并预测溢流情形。透过Moldex3D,使用者可以进一步优化成型参数,包括:气体射出时间、气体进口、溢流区等,同时预测缝合线、流痕、体积收缩、塌陷等潜在的产品缺陷。

以下将以一个半圆形横切面气体流道的平板(图一)案例作说明。Moldex3D预测不同阶段的气体流动行为如图二所示。根据实验测量结果(注1)显示,气体穿透长度为15.8cm;Moldex3D预测的长度为16.0cm,二者相当接近。 

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图一 附有气体流道的平板几何
investigating-the-gas-core-out-ratio-of-gas-assisted-injection-molding-through-advanced-cae-technology-2(a) 充填比率75%
investigating-the-gas-core-out-ratio-of-gas-assisted-injection-molding-through-advanced-cae-technology-3(b) 充填比率94%
investigating-the-gas-core-out-ratio-of-gas-assisted-injection-molding-through-advanced-cae-technology-4(c) 充填结束
图二 平板在不同充填阶段的气体流动波前

图三为气体穿透方向掏空率的模拟与实验结果对照图(掏空率定义请参照图四),图中显示二者的趋势相当符合,在一次渗透(Primary penetration)阶段的掏空率几乎都呈现持平状态,随后在二次渗透(Secondary penetration)则迅速下降至0。由此可见,Moldex3D能够准确地预测气辅制程中常见的一次和二次渗透气体穿透行为。

investigating-the-gas-core-out-ratio-of-gas-assisted-injection-molding-through-advanced-cae-technology-5图三 气体穿透方向的掏空率(R-S)/R分布
investigating-the-gas-core-out-ratio-of-gas-assisted-injection-molding-through-advanced-cae-technology-6图四 气体掏空率(R-S)/R示意图

由上述案例可得知,Moldex3D的分析结果与实验结果相当一致,能够准确模拟气辅成型过程中的熔胶流动行为和气体穿透情形,并可视化产品表层厚度和掏空率分布,让用户得以在实际制造前就可达到产品设计优化。

Ref. 1 Chen S. C., Cheng N. T., Hu S. Y. Simulation of primary and secondary gas penetration for a gas-assisted injection-molded thin part with gas channel. Journal of Applied Polymer Science 1998; 67: 1553-1564.

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