Moldex3D模流分析之怎样改善单穴阀式热浇道之流动不平衡及型蕊偏移现象

Moldex3D模流分析之怎样改善单穴阀式热浇道之流动不平衡及型蕊偏移现象的图1

大纲

本案例为生产消费性家庭用之易拨罐,如图一所示,主要功能为盛装食物或原料的食品储存用容器,由于产品为狭长型罐身,决定了公模仁的结构与刚性,在射出过程中模壁易形成模内压,以及因流动不平衡导致公模仁翘曲,进而产生产品肉厚偏移及严重的包封和结合线问题。在本研究中,飞绿股份有限公司使用 Moldex3D,优化模具设计与射出成型制程,改善狭长形罐身问题所造成的成型缺陷,提升产能与质量的稳定度。

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挑战

改善缝合线、包封…等外观缺陷

降低产品肉厚偏移的问题

解决方案

飞绿股份有限公司使用 Moldex3D Advanced 和型芯偏移模块进行流固耦合分析来诊断公模仁位移的问题,使用双流阀针式热流道改善流动平衡,另外也透过变更产品肉厚、公母模温等设计,来改善产品结合线与优化流动平衡问题。

效益

有效优化流动平衡,控制公模仁型芯偏移问题

消除结合线,预防产品破裂

符合产品外观质量要求

生产良率由0% 提升至99.7%

案例研究

本案例藉由模流分析结果解析热流道形式对流动平衡与模具钢材、公模仁平移量,及利用正反操作侧模具温差观察公模仁翘曲效应,进而评估各项差异并找出最佳组合参数,克服狭长几何之公模仁所造成的潜在缺陷。第一部分,如图三所示,分别以两种热流道形式观察转角温度效应造成的流动不平衡,结果发现使用TypeA单流阀针,会导致内外两侧温度分布差异,使熔胶在流道内发生转角效应,导致流动并非完全平衡。而使用Type B双流阀针式平衡度即获 
得改善,成功改善流动不平衡缺陷。

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图三 不同流道形式之温度与流动波前比较

在第二部分,为了解决公模仁翘曲现象,团队分别观察模具钢材、公模仁平移与正反操作侧模温对型芯偏移之影响。如表一 所示,以2234模具钢材对型芯偏移之翘曲量最小,且透过公模仁材质与流动平衡分析,以2234流动平衡之结果最好,流动差异在80%以后趋于明显,而内外两侧模腔内压差异亦在此阶段发生,如图四所示。

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图四 公模仁材质与流动平衡分析


不同模具钢材与型芯偏移之翘曲量

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其次,透过公模仁平移,母模固定不动,如图五所示,利用垫片将公模仁沿Y方向调整,使原本平均肉厚的模型空间产生肉厚差异变化,并透过公模仁位移观察流动结果。结果如图六所示,在原始状态未进行偏移时,包封位于+Y方向中间位置,公模仁位移-0.08mm后,包封位移到-Y方向且缝合线会合角度明显变大,减少包封情形进而控制公模仁翘曲的情形。

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图五 公模仁往-Y方向平移

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图六 公模仁位移对流动结果影响

透过调整正反操作侧模温差异产生对型芯偏移的影响,模具设计时间将正反操作侧水路设定为独立循环(如图七所示),以利两侧模温独立控制。原始两侧模温设定50℃,透过调整正反操作侧温度观察,当操作侧温度为40反操作侧温度为49.9℃时,流动波前落差明显改善,解决包封问题(如图八所示)

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图七 冷却水路设计

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图八 公模仁位移0.06mm搭配模温控制对流动结果影响

最终,根据以上不同设计变更,如热流道形式、模具钢材、公模仁平移量以及正反操作侧的模具温度设定等,可以观察到这些因素对产品的流动行为、包封位置、缝合线位置以及公模仁的翘曲造成不同程度影响。如图九 (a) 显示,在进行Moldex3D科学试模之前,试模产品因为公模仁翘曲而造成严重的脱模痕、缝合线和包封问题。然而,透过Moldex3D的分析,判断形成缺陷的原因并且优化操作条件,最终成功达到质量标准。如图九 (b) 显示,最佳的操作条件是使用双向热流道系统、公模仁平移0.06毫米、正操作侧的模具温度设定为35℃以及反操作侧的模具温度设定为70℃,作为最终的操作条件。

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图九 产品改善前后质量大幅提升

结果

飞绿股份有限公司藉由Moldex3D的模流分析掌握影响成形的有效因子,分别为模具钢材、公模仁位移及正反操作侧模温差控制…等,掌握塑料流动状况,判断最佳流道形式,并以最适当且具有效率的方式调整制程参数,最终达到消除包封、结合线,符合产品外观质量…等要求,并达到成形生产良率由0%99.7%良率的提升(0.3%不良为其他因素),且稳定连续24小时生产的目标。因此,透过Moldex3D强而有力的分析模块,整合材料、模具设计、成型参数,可有效预测缺陷并制定调整对策,缩短开发时间与减少模修次数,大幅降低开发成本。

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