Moldex3D模流分析之气体辅助射出成型与水辅助射出成型模拟教程

气体／水辅助射出成型简介
气体辅助射出成型（GAIM）与水辅助射出成型（WAIM）发展于1970年代以改善产品的表面质量，减少翘曲、成型周期、锁模力、材料／成本，以及减轻产品重量。其成形过程先将熔胶射入模穴中，待其部分充满模穴后，再将压缩的气体／水通过热喷嘴射入模穴中(氮气是常用的气体)。在气体/水射出阶段时，气体倾向流入肉厚较厚之区域(阻力较小)使产品中心形成中空。当成型制程完成之后，就会产生重量轻的中空产品。

气体／水辅助射出成型制程不仅能节省材料／成本，还能减少产品缺陷。由于气体/水能有效传递压力，提升保压效果，因此能解决深受保压阶段影响的产品缺陷，包含翘曲与凹痕。此外，因熔胶的使用量较少，也能缩短冷却时间；因此，气体辅助射出成型制程所需的成型周期比传统射出成型更短。

气体／水辅助射出成型具有许多优点，能克服生产厚度不均的产品之难题。然而，加工条件控制产品质量，制造商所考虑的问题，包含渗透长度、掏空比、翘曲及渗透行为等，可使用CAE分析工具，预见制程问题，减少试误法消耗的大量时间，进而降低生产成本。
 moldex3d气体／水辅助射出成型模块功能导览
Moldex3D气体／水辅助射出成型模块能仿真气体／水辅助射出成型制程的动态过程，包含塑料熔胶充填阶段与气体／水充填、保压阶段。浇口位置的设计、流道系统与气体信道的配置以及塑件肉厚皆能使用此模块完成，更进一步，能侦测可能产生的成型缺陷，例如：(a) 短射，(b) 不理想的缝合线位置，(c) 包封，(d) 流动不平衡／皮层比，(e) 气体／水渗透或气体吹穿，(f) 气体散射分布。此外Moldex3D气体／水辅助射出成型模块也有优化加工条件，包含充填时间、延迟时间、气体射出时间、转换点、熔胶温度、射压及气体压力多段设定之功能。

注：Moldex3D气体辅助射出成型模块支持shell与solid网格模型；Moldex3D水辅助射出成型模块只支持solid网格模型。
1. 前处理

其前处理阶段的步骤与基本模块相似：

步骤1：新项目建立

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。

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，选择气体辅助射出成型（Gas-assisted injection molding）。

注：Moldex3D Studio 分析引擎支持气体辅助2.5D射出成型模块；因此，气体辅助射出成型分析也可选择使用Moldex3D Studio 2.5D薄壳模型分析引擎分析（2.5D Shell Model Solver）。

 

2. 制程设定

在加工精灵中，输入设定项目的数值。完成制程设定之后，点击储存（Save）。

如果用户选择气体辅助射出成型模块，入口#2（Inlet #2）的设定将列为气体选项。

 

如果用户选择水辅助射出成型模块，在制程类型时就须选择液体辅助射出成型。

3. 执行分析

完成这些设定后即可执行分析。返回 Moldex3D Studio，点击分析顺序 (Analysis sequence)，并选择完整分析 (Full Analysis)－CF/PCW，以执行气体／水辅助射出成型分析。

 

2. 实体网格模型

1. 前处理

 产生网格
对于气辅与水辅射出成型的分析，如果辅助液的进口与进浇点是相同的，则用户不需额外在模型中设置。如果进气/水口与进浇点是不同的，请额外设置一个进浇点再不同处，并在进口点属性页面的其他参数中，将其设为与主要进浇点不同的入口ID。

溢流区是链接产品的一个区域，用于预防气体／水辅助射出成型制程中的潜在缺陷。其一样可以在属性中设置。

 在Moldex3D Mesh产生网格
1. 在网格上，气体与流体的入口与出口ID设定：

当输出气体／水辅助射出成型的网格时，选择不同入口的群组ID以辨识流体入口与熔胶入口。

 

2. 溢流（Overflow）设定：

溢流区是链接产品的一个区域，用于预防气体／水辅助射出成型制程中的潜在缺陷。其设定如下所示：

步骤1：在Moldex3D Mesh中设定溢流区：

在实体网格属性设定（Solid Mesh Attribute Setting）中，设定溢流区的属性为溢流实体网格（Overflow Solid Mesh）。

2. 准备分析

在气体／水辅助射出成型的加工条件设定中，流体入口的设定在材料设定功能选择。

 

 入口类型 (Inlet Type)
在Moldex3D加工精灵中，有三种入口类型可设定组。如果用户选择气体辅助射出成型模块，入口类型的选项为：

•熔胶与气辅助

•熔胶

•气辅助

如果用户选择水辅助射出成型模块，入口类型的选项为：

•熔胶与水辅助

•熔胶

•水辅助
 材料 (Material)
入口#1与#2的材料皆需在Studio设定窗口的材料（Material）标签中指定。

 
 充填时间 (Filling Time)
输入熔胶入口类型的总充填时间。下图为入口#1详细设定与总充填时间，熔胶通过入口#1的时间为1.38秒。

 

流率多段设定与射压多段设定：

此多段设定与传统射出成型的相似。
 气体／水的注入时间 (Gas/Water Enter Time)
使用者能设定第二射通过入口#2射出时的时间。其设定选项包含：

•依充填体积（%）：单位为%。

•依充填时间：单位为秒（sec）。

 关闭喷嘴阀 (Nozzle Shut off)
当定量熔胶注入模穴后若要关闭喷嘴阀，请将保压时间设为0秒。

 延迟时间 (Delay Time)
延迟时间被定义为第二射（气体或水）注入前的空闲时间。注意：如果延迟时间设定为0，表示一旦气体／水辅助的加工过程达到其注入时间的设定标准时，此过程将会启动。换句话说，入口#2注入时间的功能只由体积（%）或充填时间决定。

 气体／水的持续时间 (Gas/Water Duration Time)
此为第二射材料（气体或水）停留在模穴内的时间。

 最大气体／水压力 (Maximum Gas Water Pressure)
最大气体压力可在入口#1的设定窗口中指定。

 气体／水的压力多段设定 (Gas Water Pressure Profile)
此多段设定与传统射出成型的保压压力多段设定完全相同。如下图所示，流体保压压力的多段设定以折线图表示。

注意：多段类型设定提供阶梯式（Stepwise）与折线式（Polyline）的选项。

 流率与气体压力曲线图 (Flow Rate and Gas Pressure Chart)
下图显示熔胶与气体／水的充填行为。

 设定溢流的加工条件 (Process Condition Setting for Overflow)
加工条件中充填体积的设定不包含溢流区的体积。如果在前处理阶段模型有设置溢流区，在加工精灵的充填／保压（Filling／Packing）设定页中点击进阶设定（Advanced Setting），以设定溢流区的开关。提供包刮时间与流动波前等多种开关设定的类型，可以在下拉式选单中选择适合的类型。举例来说，当流动波前抵达预设的网格节点ID时，流动波前类型切换开关；当时间达到预设的时间时，时间类型切换开关。

3. 执行分析

完成这些设定后即可进行分析。返回 Moldex3D Studio，点击分析顺序（Analysis sequence）并选择完整分析（Full Analysis）－CF/PCW，以执行气体／水辅助射出成型分析。

 

3. 后处理

结果分析
分析结果可在展示窗口（Display Windows）中观看，并可用Moldex3D Studio树状目录与显示工具栏（Display Toolbar）调整。流动波前动画也可用动画工具栏（Animation Toolbar）展示与调整。而且，Moldex3D Studio能在结果窗口中显示XY曲线的数字。

最有效检视3D气体／水辅助射出成型模块的分析结果的方法，是在窗口中显示流域分布图标。执行分析的方法与前面章节相似，包含充填、保压、冷却及翘曲分析。

 

下列两张图片为充填分析中气体波前时间与皮层比的结果图。

下图为皮层厚度的结果图。在模穴区域中被掏空的厚度如范例所示。

 

温度结果图可用结果剖面功能检视，并可在不同截面显示。透过不同截面，能观察辅助流体的温度影响。