mold

【國立勤益技術學院CAE實驗室】講義

《模流分析基礎入門》謝慶雄博士編著

@版權所有

允許下載、複製、列印，但禁止販售或用於商業用途

/

第九章C-MOLD軟體與模型網格

C-MOLD起源於1974年康乃爾大學(王國欽)之Cornell

InjectionMoldingProgram(CIMP)計劃，最初之軟體是由和他的

學生(王文偉)開發，並於1986年成立AdvancedCAETechnology

Inc.銷售C-MOLD軟體，於1988年成立C-MOLDPolymerLaboratory建立塑膠

材料性質的測試。AdvancedCAETechnologyInc.於2000年被澳洲的Moldflow

Corp.併購，並於2001年底發布將C-MOLD整合到MoldflowPlasticsInsight3.0

(MPI3.0)，號稱為Synergy。

C-MOLD的主要產品包括：

(1)7個processsolutionpackages，

(2)2個productivitysolutionpackages，

(3)2個performancesolutionpackages。

C-MOLDProcessSolutionPackages製程解決方案

MoldingProcessC-MOLDModules

InjectionMoldingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling

Injection/Compression

Molding

ProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Injection/CompressionMolding

Gas-AssistedInjection

Molding

ProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Gas-AssistedInjectionMolding

Co-InjectionMoldingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Co-InjectionMolding

ReactiveInjection

Molding

ProcessEstimator,Modeler,Visualizer,ReactiveMolding

BlowmoldingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,BlowMolding

ThermoformingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Thermoforming

C-MOLDProductivitySolutionPackages產品解決方案

MoldingProcessC-MOLDModules

InjectionMoldingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Cooling

Injection/Compression

Molding

ProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Injection/CompressionMolding,Cooling

C-MOLDPerformanceSolutionPackages性能解決方案

MoldingProcessC-MOLDModules

InjectionMoldingProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Cooling,FiberOrientation,ResidualStress,Shrinkage&

Warpage

Injection/Compression

Molding

ProcessEstimator,Modeler,Visualizer,Filling,Post-Filling,

Injection/CompressionMolding,Cooling,Fiber

Orientation,ResidualStress,Shrinkage&Warpage

C-MOLD之ProcessSolution整合模組以提供元件和模具設計的基礎，提供

功能包括：

防止短射

平衡流動

評估縫合線位置

評估設置澆口位置

流道尺寸最佳化

設定排氣孔位置

設計導流器與限流器

射出壓力最小化

評估需求之鎖模力

螺桿速度曲線最佳化

C-MOLD之ProductivitySolution整合ProcessSolution之功能和冷卻模擬，提供：

冷卻系統對於元件和模具的影響之視覺效果。

改變參數以獲得最佳的冷卻條件。

C-MOLD之PerformanceSolution擴充ProductivitySolution的功能，進一步提供：

纖維配向性(fiberorientation)。

凝固應力(Frozen-instress)。

預測射出成形品的最後形狀。

進行材料選擇、緣建設計、模具設計和製程條件的最佳化。

評估成形品尺寸的適當性和結構的完備性。

C-MOLD的各模組的功能簡要說明如下述：

ProcessEstimator應用於最初選用材料和執行模尼之前的條件確認。

․可以從數千種熱塑性材料、述種熱固性材料、廣泛採用的冷卻液和模具

材料和數百種射出成形機中進行選擇。

․預估一特定樹脂材料在選定的輸入變數下的流動長度。

․根據前項結果以迅速決定所選定輸入變數可能的最佳組合

․根據前項結果以準確預測開始C-MOLD模擬的最佳製程條件。

․所需輸入資料包括元件之流動長度、壁厚和投影面積。

․軟體可以幫助決定應該使用什麼樹脂材料，應該使用什麼製程條件，元

件成形需要多少個澆口，需要多大的成形機，成形的壓力、鎖模力、大

約的週期時間和大約的製造成本。

C-MOLDModeler

․提供編修幾何模型的工具。

․自動產生幾何模型的有限元素往格(finiteelementmeshes)檔。

․也可以匯入CAD軟體的幾何模型(/E,UG)。

․也可以匯入FEA軟體的幾何模型(erp7,PATRANNeutral)。

C-MOLDVisualizer

․應用OpenGL硬體提供觀察C-MOLD模擬分析結果的介面。

․支援colorcontours、colorshadesplots、highlight等六種顯示格式。

C-MOLDFilling模擬塑料流經流道、澆口到模穴的流動行為。

․方便決定元件壁厚、澆口位置、熔合線、射壓、鎖模力。

․事先檢驗出昂貴的生產問題，例如短射、毛邊、包風等。

․可以檢視充填模擬過程的任一時間的溫度分佈，以發現局部的熱集中

點，具以判斷是否需要使用冷卻系統。

C-MOLDCooling可以幫助評估對於製造成本和原件品質有最大衝擊的變數。

․模擬模具冷卻的整個循環的現象。

․提供需求的關鍵資訊以最佳化冷卻液的製程條件、模具設計和原件設計。

․顯示部隊秤冷卻條件效的模心側和模穴側的溫度，以便消除不均衡冷卻

造成的翹曲問題。

C-MOLDShrinkage&Warpage配合其他模組以獲得穩定的成品尺寸和公差。

․幫助找出影響成品變形的最主要因素，例如不一致的收縮、不均勻冷卻。

STLExpert

․量測、refine、修正STL格式之實體表面模型的工具。

․可以將IGES檔之表面模型及邊界網格檔轉換成STL檔。

MeshExpress

․是建構midplanemesh及最佳化midplanemesh的工具。

DesignOptimization

․optimizingthelocationofgates

․sizingrunners

․determiningappropriateprocessconditions

․calculatethepartvolumeandrunnervolume

․->Injectionentrance->DesignOptimizationtab

C-moldHotkeys

․Hotkeys:Rightbutton

Ctrl+LeftbuttonRotate-XY

Ctrl+MiddlebuttonCenter

Ctrl+RightbuttonPan

Alt+LeftbuttonZoom

Alt+MiddlebuttonRotate-Z

Alt+RightbuttonExpand/Shrink

․Toolbar

․

Whilemodelinggeometrywithgrillsofwhichsizeismuchsmallerthanmeshsize,

thetotalgrillareashouldbemodeledastriangularelementswithequivalentthickness

pefactorforatriangularelementisdefinedastheratio

sameequivalent

thickness,largershapefactormeansagivenvolumehasmorecontactsurfaceand

morecoolingeffectfromthewallaswellasflowresistancefromthegeometric

irregularity.

Aboundaryconditionisanentitythatisappliedtoanodeoranelementinorderto

“bind”processconditions,physicalconstraints,etc.,

fpossible

boundaryconditionsare:(Mesh->CreateBoundaryConditions)

․Injectionentrance

․Coolantentrance

․Coolantexit

․Partingplane

․Innerfeature(suchasholes,regionsofdifferentthickness,etc.,)

․potentialgatenode

․prohibitedgatenode

․nodalforce

․nodalmoment

․nodaldisplacement

․nodalrotation

塑膠射出成形的製程

充填階段－－＞影響熔合線、分子配向性

․澆口和熔膠波前的壓力差是推動熔膠流動的主要力量，塑料會在模穴內

朝向阻力最小的不為流動。

․塑料的黏度會影響流動性。塑料黏度受溫度級剪切率的影響很大，局部

溫度高低、熱傳速率和塑件厚度都會影響局部的塑料黏度，導致不同的

流動阻力。

․具體而言，熔膠的流動行為取決於流動性和熱傳能力的競爭，流動行為

可以區分成為流動主控模式(flowcontrol)和熱傳主控模式(heattransfer

control)。

高速充填：流動主控模式－＞流動行為取決於充填體積的大小。

低速充填：熱傳主控模式－＞流動行為取決於肉厚，肉厚處易充填。

目前對於熔膠流動的預測具有相當高的準確性，可以獲的的資訊包括熔

膠流動波前、包風、熔合線、壓力和溫度變化曲線等。

保壓階段：

․此階段的模穴壓力到達最高。

․壓力是影響保壓過程的主因。

․充滿模穴的塑料扮演傳遞壓力的介質，使壓力傳遞到模壁表面，有稱開

模具的傾向，假如保壓壓力過高，而鎖模力太小，可能造成成品的毛邊

或溢料，使成品的殘留應力過高，甚至撐爆模具。

․保壓壓力不足，成品容易產生收縮凹陷和級空洞現象。

․收縮率受到保壓壓力和保壓時間的影響。保壓壓力越大，保壓時間越

長，則成品的收縮率越小。

․此階段的熔膠流動率低，塑料受模壁冷卻而固化，流速不再主導製程。

目前對於保壓結果的預測也具有相當高的準確性。

冷卻階段：從澆口凝固開始，直到脫模為止。

․熔膠無法持續補充，塑件的重量保持不變；而冷卻效應使得體積收縮，

密度提高。收縮行為決定在塑料的pvT方程式(狀態方程式)，模溫越

高，成品的收縮率越大。

目前對於冷卻效應的預測具有相當的可靠性，但是實驗數據比較缺乏。

脫模階段：

․此階段為自由收縮。收縮應力源自於流動所造成的殘留應力(residual

stress)以及脫模溫度和環境溫度差異所造成的熱應力(thermalstress)。

․假如收縮應力超過塑件的機械強度，將會造成變形(distortion)。假如塑

件強度足以抵抗收縮應力，則塑見外觀無明顯的變形，而內部則產生

收縮空洞(voids)，塑件易受外力而斷裂或破壞。

目前對流動殘留應力和熱應力的理論模型比較不成熟，再加上充填和冷

卻分析結果的誤差，使得翹曲分析的預測結果脂可靠性較低。

仍待研究之微觀現象：

․熔合線的結構

․針孔(pinhole)現象

․充填玻纖支配向性(fiberorientation)

․分子配向性(molecularchainorientation)

․塑料微觀結構的變化(如再結晶等)

【國立勤益技術學院CAE實驗室】講義

《模流分析基礎入門》謝慶雄博士編著

@版權所有

允許下載、複製、列印，但禁止販售或用於商業用途

/