Moldex3D模流分析之双料共射模拟成型教程

双料共射成型简介
双料共射成型是制造双色／双料塑件且不使用二次旋转模成型法的革新性制程之一，两种材料分别从不同浇口射入单一模穴中，不论结构简单或复杂。除了减少成型周期之外，使用双料共射成型的另一项主要的优点是由于高温时分子间有较高的渗透力，所以在两种材料的汇流处可有较佳的黏着性。双料共射成型制程设计的挑战是浇口位置与加工条件的选择，因为熔胶的流动行为会影响两种材料的材料界面。为了达成所要的材料界面，需要对流动有深入了解，而这也是moldex3d能协助您达成最佳制程设计的着力点。

双料共射成型制程中两股熔胶（蓝、黄）同时在模穴内流动
 Moldex3D双料共射成型模块功能导览
Moldex3D双料共射成型模块（BiIM）能仿真三维双料共射成型制程，具有类似传统射出成型模块简便的精灵功能，以协助用户设定双料共射成型的制程参数，并产生充填／保压、冷却及翘曲的分析结果。

注意：Moldex3D双料共射成型模块只支持Solid网格模型。
 

1. 前处理

Moldex3D双料共射成型模块其前处理阶段的步骤与基本模块相似：

 

步骤1：建立新项目

步骤2：设定分析系统并建立网格

步骤3：设定材料及成型参数

步骤4：执行分析并观测分析结果

以下将列出特定步骤的操作说明。

2. 准备分析

1. 建立新项目

第一步开启Moldex3D Studio，选择新增建立新项目，第二步按下确定。

 

在第三步，选择双料共射成型制程。

 

2. 设定分析系统并建立网格

在项目建立完后汇入几何，也可以汇入在Moldex3D Mesh建立好的网格。

 

汇入完几何后检查几何，几何没问题后设定几何属性。

 

依用户需求建立流道与冷却系统，也可以将绘制好的流道与冷却系统汇入Moldex3D Studio，汇入后再确认属性是否正确。双料共射成型需要设定第二射的进浇口。由于两种材料的射出需分开控制，因此在设定时需设定个别加工条件。

 

使用Moldex3D Studio网格功能建立所需网格，网格建立完成后执行最终检查，即可进行分析设定。

 

3. 分析参数设定

双料共射成型需要指定两种材料及其个别的加工条件。

在材料标签，从材料精灵中选择两种材料。

 

在加工精灵中的充填／保压设定页，输入每支材料完全充填模穴所要的充填时间。如果两种材料有相同的流率如50/50比，充填时间将会相同。亦可指定最大流率与压力多段设定。

 

完成这些设定后即可进行分析。返回Moldex3D Studio主接口，点击分析序列并选择完整分析－CF/PCW，以执行双料共射成型分析。

 

3. 后处理

成功的双料共射成型控制设定将可让界面落在外观想要的位置，并使两种材料的界面强度更佳。相关的分析结果将在下列叙述。

1. 两种材料分布

在充填／保压分析中，可从浇口贡献度的结果来观看材料分布情形。流动波前动画更可显示动态的流动波前发展过程，包含可能产生严重产品瑕疵的迟滞与竞流现象。控制材料界面的最简单方法就是调整两种材料的相对充填速率，提高其中一种材料的充填速率即可将界面推离该材料的浇口。操控熔胶流动的其他方法还有改变塑件几何、浇口位置，甚至是材料选择。Moldex3D流动波前分析提供最适合的工具来协助使用者变更制程设定，以在试模前便能取得想要的充填结果。

 

2. 界面强度

材料界面强度主要取决于材料选择及其接合质量，包含接合角与温度。而材料兼容性信息大多由材料供货商或机台制造商所提供。另一方面，Moldex3D分析提供缝合角与温度的分析结果，协助用户评估缝合线的质量。在充填／保压分析中，使用者皆可检视缝合线会合角与缝合线温度的分析结果。为求良好的缝合线强度，通常需要提高熔胶温度。而缝合线角度大通常意味缝合线区域有更佳的分子渗透力，因此界面强度也会更高。

 

4. 参考数据

1. 制程特色

双射成形（Bi-Injection），相较于共射，在机台与模具设计上是最简单的两成分射出类型，两个颜色材料从两个不同的独立浇口进入，两者波前在模具中相交，而形成了不定型的界面。

 

使用双射主要有两个目的，一是藉由不同材质的组合来达成产品功能，二是藉由不同色彩/图案的组合来传达产品设计，例如汽车仪表板的双色组合以区分仪表板上部或是正面，避免喷涂的二次加工。

2. 数学模型及其假设

当两种塑料同时在模穴里移动，分别称之为EM#1 及 EM#2，其皆为可压缩的泛牛顿流体，波前表面张力忽略，因此三维瞬时非等温下的统驭方程式为：

•质量守恒：

 

•动量守恒：

 

•能量守恒：

 

其中 ρ 是密度；u 是速度向量；t 是时间；τ 是应力张量；g 是重力向量；p 是压力；η 是黏度；CP 是比热；T是温度；k 是热传导系数；  是剪切速率。

本构方程式：由于塑料被视为是泛牛顿流体，应力张量可表示为：

τ = -η (∇u + ∇uT)

我们利用Cross 黏度模型加上Arrhenius温度相关性来描述熔胶黏度。

 

其中

 

其中η 为剪切稀薄指数，η0 是零剪切速率黏度，τ* 决定由低剪切牛顿区至高剪切非牛顿指数关系区。

波前追踪：

体积分率 fi 用来表示第一种熔胶(EM#1)／空气(i=1) 以及第二种熔胶(EM#2)／空气(i=2) 间的界面。当 f = 0为未填满，当 f = 1 为完全填满，接口波前在流动末端 f 在0与1之间的元素上。波前发展依据以下质传方程式：

 

在熔胶充填阶段，速度与温度由熔胶入口处决定。于射出过程，流率由熔胶入口处决定。在模壁上，熔胶边界层不滑动，模温预设为定值。