张文彦 高级工程师 技术支持处

大纲

汽车装饰条在成型过程中，浇口附近经常出现色泽不均的白斑，严重影响产品外观。白斑的生成与成型参数和模具结构有关，对比Moldex3D模拟结果与实际实验，可知Von Mises应力与白斑生成与否有高度关联性，通过对成型参数优化的模流分析，可大幅降低产品形成白斑风险。

挑战

在浇口附近流经凹槽区域常常出现色泽不均的白斑，成因复杂且难解。通过模拟，在复杂的成型影响因素中，研究「白斑」产生的原因和改善方法。建立起光泽度与成型参数的关系模型，并对成型参数进行优化。

解决方案

利用Moldex3D模拟ASA车件装饰条之研究模型的成型过程，通过设定不同的射出温度、射出速度、模具温度及浇口尺寸等成型参数与模具设计，研究白斑产生的原因和改善方法。研究寻找降低白斑产生风险的最佳成型参数，并通过实验验证仿真结果与实际产品的相关性，提出改善ASA研究模型白斑的可行性方案。

效益

在各种成型参数中，找出ASA研究模型表面白斑生成的主要影响因素。找出模拟分析中，可行的白斑风险评估指标，提前回避白斑生成问题，降低实际试模次数，有效提升产品开发效率

案例研究

本研究为探讨汽车装饰条产生白斑的原因和模拟预测方法，设计一简化模具模拟ASA材料通过浇口后流经一凹槽的行为如图一，ASA从侧边浇口流入，在距离浇口20mm的位置经过深度1mm宽度5mm的凹槽，然后进入均匀厚度的形腔。实验挑选了四个不同的射速和料温，共16组进行测试，得到严重程度不一的白斑。

图一：简化的白斑试验模型模具与示意图

由于白斑无法藉由绒布擦拭去除，因此可以排除是塑料添加剂释出产生的色块。挑选白斑最严重和最轻微的组别进行比较，模拟结果的Von Mises应力分布如图二，可以发现在凹槽后方的区域，Von Mises应力存在明显的高值，且严重组别的数值明显大于轻微组别。

图二：Von Mises应力分布 (a) 白斑严重组别 (b) 白斑轻微组别

进一步在凹槽后方的区域设置7个探针，其中探针1作为近端参考点，探针7作为远程参考点，中间5个探针等距离排列，如图三。从16组数据可以发现，随着探针与浇口距离增大，Von Mises应力都先急遽增大，然后逐渐减小，峰值大多出现在距离凹槽5mm的探针2，而不是最靠近沟槽的探针1。

图三：Von Mises应力随探针位置的变化

除了Von Mises应力变化外，厚度方向速度随探针位置变化也有类似的趋势，如图四，各探针处厚度方向速度变化明显，先急遽增大再逐渐减小，在凹槽附近区域流动极不稳定，速度最大值出现在探针2处，厚度方向速度和Von Mises应力似乎可以用来判断白斑问题。

图四：Von Mises应力和厚度方向速度随探针位置变化曲线

为了找出影响白斑产生的关键因素，本研究选择浇口厚度、形腔厚度、射出温度和射出速度四个变量进行表面光泽度实验，由正交实验数据分析可知浇口厚度相较于其他三个因素与光泽度的关系并不显著，而形腔厚度、射出温度与射出速度则为光泽度的显著因素，其重要性依序为射出温度>形腔厚度>射出速度。各因素与光泽度的趋势曲线如图五。

图五：控制因子与光泽度趋势曲线 (a)形腔厚度 (b)射出温度 (c)射出速度

比较模拟的Von Mises应力与实验的光泽度如图六，进行相关度分析可知光泽度与Von Mises应力呈现显著相关，因此透过模流分析预测Von Mises应力作为评估白斑风险的指标应是合理可行的方法。

图六：Von Mises应力与光泽度散点图

本研究藉由各因素与光泽度的趋势曲线，经回归分析可在给定的条件范围内得到解决白斑问题的最佳解为形腔厚度3mm，射出温度280度，射出速度15mm/s，及浇口厚度2.5mm。

从模拟结果可以看到，与白斑严重的原始组别相比，优化组别的Von Mises应力与厚度方向速度明显减小如图七，白斑的状态也明显消失。

图七：优化前后Von Mises应力与厚度方向速度比较

结果

本研究展示了使用模流分析中的残留应力和厚度方向速度，可作为评估白斑风险的工具。结合实验设计方法，可以分析各个变量和白斑生成之间的相关性，从而有效地优化模具和成型条件，以避免白斑的发生。