在現(xiàn)今塑膠的發(fā)展已經(jīng)是達(dá)到尖峰的時(shí)代，更是日常生活中不可或缺的元素之一，像是現(xiàn)在的智慧型手機(jī)、液晶熒幕、冷氣機(jī)、電風(fēng)扇、居家擺設(shè)、五金零件還有高精密電子零件、光學(xué)零件等等，都是由塑膠為主體制造而成的，正因?yàn)樗苣z有重量輕、堅(jiān)固耐用、電絕緣性、耐蝕性、成型復(fù)雜性高的產(chǎn)品、一體成型、生產(chǎn)效率高、原料豐富且價(jià)格低廉、色彩鮮明種種的優(yōu)點(diǎn)，許多零組件都逐漸被塑膠制程所取代。

盡管塑膠有著許多優(yōu)點(diǎn)但也有必須克服的困難，在射出成型時(shí)會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而造成許多成型缺陷，譬如產(chǎn)品厚度不均會(huì)產(chǎn)生翹曲變形、收縮不均、凹陷、空孔等等，這些都會(huì)影響產(chǎn)品的美觀、外觀尺寸、裝配精度甚至是產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，因此如何應(yīng)付產(chǎn)品的多樣性，以及制品逐漸趨向高精密、高品質(zhì)的需求，確實(shí)仰賴于塑膠成型技術(shù)以及制程不斷的精進(jìn)與研發(fā)。

影響產(chǎn)品凹陷與空孔的因素

射出成型過(guò)程中會(huì)因?yàn)殒i模力、模具溫度、塑料溫度、射出溫度、射出速度、保壓壓力的高低或者保壓時(shí)間的不同的因素，而造成產(chǎn)品發(fā)生表面或者內(nèi)部的缺陷。

而形成凹陷與空孔會(huì)因?yàn)楹穸炔痪?、有轂或肋的設(shè)計(jì)、保壓壓力不足、冷卻時(shí)間過(guò)短、澆口提早凝固等等所影響。

凹陷與空孔的形成是一體兩面的，其主要原因如下：

1. 凹陷(Sink Mark):

為冷卻期間的熱收縮所致，當(dāng)外部材料冷卻并凝固之后，公模仁材料便會(huì)開始冷卻，它的收縮會(huì)將主模壁表面向內(nèi)拉，進(jìn)而造成凹陷。

2. 空孔(Void)：

各位讀者應(yīng)該比較熟悉表面的凹陷，而對(duì)于空孔就比較陌生了，空孔的成因?yàn)楫?dāng)表面凹陷不再發(fā)生了，表層夠硬造成表面不會(huì)出現(xiàn)變形，零件外部表層的勁度足以抵抗收縮力進(jìn)而阻止表面凹陷時(shí)，而材料公模仁也會(huì)收縮，影響零件內(nèi)產(chǎn)生空孔(圖1)。

圖1

實(shí)際案例與Plastics模流分析比較

本案例主要是透過(guò)solidworks Plastics Advanced 2014版本進(jìn)行分析測(cè)試，并且與實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行比對(duì)與結(jié)果驗(yàn)證，其相關(guān)資料如下：

1. 產(chǎn)品描述:

本案例產(chǎn)品為門窗輥輪，主要用途為門窗的帶動(dòng)零件，本產(chǎn)品為一模四穴，輥輪尺寸直徑40mm，高度10mm(圖2)。

圖2

2. 模型配置:

本案例透過(guò)SOLIDWORKS處理模型配置，并且使用SOLIDWORKS Plastics進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為四面體混種網(wǎng)格，水路使用同軸網(wǎng)格，模具則使用四面體網(wǎng)格建立，網(wǎng)格總數(shù)約為159萬(wàn)元素(圖3)。

圖3

3. 材料:

本案例輥輪產(chǎn)品材質(zhì)選用日本旭化成株式會(huì)社的POM，型號(hào)為Tenac 3010(圖4)，嵌件材質(zhì)為AISI E52100精煉軸承鋼，冷卻液為軟體預(yù)設(shè)值水，模具材質(zhì)為預(yù)設(shè)值Stell-420SS。

圖4

4. 參數(shù)配置:

本案例充填設(shè)定為一段，料溫200℃，模溫65℃，螺桿直徑35mm，最大射出壓力178.68 MPa，參考射出率164 cc/s；保壓設(shè)定為一段，保壓壓力時(shí)間1 Sec，保壓壓力50 MPa，純粹冷卻時(shí)間25 Sec；翹曲設(shè)定環(huán)境溫度為30℃，重力方向?yàn)?Y方向；冷卻設(shè)定公模側(cè)路溫度為13℃，母模側(cè)度65℃；嵌件初始溫度30℃(圖5)。

圖5

5. 結(jié)果驗(yàn)證:

本案例相關(guān)參數(shù)輸入完成后執(zhí)行冷卻、充填、保壓、翹曲進(jìn)行分析，得到以下的分析結(jié)果并與實(shí)際射出產(chǎn)品對(duì)照：

● 充填短射圖－從模擬與實(shí)際的射出短射產(chǎn)品可看出，此產(chǎn)品的流道設(shè)計(jì)為不平衡的，在短射圖中可看出上下兩個(gè)輥輪為流動(dòng)的末端，但如果此產(chǎn)品為對(duì)稱的應(yīng)該會(huì)是同時(shí)充填完成，從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)上方比下方流動(dòng)的慢，其主要的原因?yàn)槭艿街亓?chǎng)的影響，再者此副模具因?yàn)樾弈６啻?，造成模具品質(zhì)下降，因此人為因素也有影響產(chǎn)品的流動(dòng)狀況(圖6)。

圖6

●  凹陷結(jié)果-從SOLIDWORKS Plastics的凹陷結(jié)果看出，整體凹陷最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)樨Q澆道的底部，此處也是整體肉厚最厚的區(qū)域，在流道的表面也可看出淺綠色的凹陷分布，而產(chǎn)品與嵌件接觸面凹陷值為0mm，主要的原因是金屬能夠幫助熱的降溫，所以此處受到有效的降溫并且表面產(chǎn)生足夠抵抗收縮的勁度，不過(guò)之前提到雖然表面不再產(chǎn)生凹陷了，但內(nèi)部卻有可能產(chǎn)生空孔現(xiàn)象，目前的軟體包括其他同業(yè)軟體都還不能夠呈現(xiàn)內(nèi)部空孔的結(jié)果顯示，因此可以從體積收縮率的結(jié)果預(yù)測(cè)空孔的產(chǎn)生(圖7)。

圖7

● 體積收縮率-從SOLIDWORKS Plastics的模擬結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品比較，實(shí)際產(chǎn)品經(jīng)過(guò)切割機(jī)切開之后，以影像處理方式將內(nèi)部空孔明顯化，在模擬結(jié)果當(dāng)中可以看出體積收縮在進(jìn)澆處的發(fā)生率比較高，跟實(shí)際產(chǎn)品比較可以看出與模擬結(jié)果相近似，都有出現(xiàn)大片體積收縮和空孔的區(qū)域，因此模擬結(jié)果是值得參考的(圖8)。

圖8

結(jié)論

從分析結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品歸納以下幾點(diǎn)做結(jié)論：

1. 此模型造成凹陷與空孔的原因主要為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的問(wèn)題，必須改善肉厚不均的問(wèn)題。

2. 建議增加保壓壓力以及保壓時(shí)間有效改善凹陷與空孔問(wèn)題。

3. 此模型為單一產(chǎn)品兩進(jìn)點(diǎn)的方式充填，一般建議圓形的產(chǎn)品以三點(diǎn)進(jìn)澆會(huì)改善凹陷與空孔的問(wèn)題，并且改變模穴排列位置以改善流動(dòng)不平衡問(wèn)題。

4. 從此例可以看出，當(dāng)未以模流分析評(píng)估產(chǎn)品是否造成短射、凹陷、空孔、流動(dòng)不平衡等等的缺陷問(wèn)題，就開模具試模生產(chǎn)，而造成日后因碰到這些問(wèn)題而開始胡亂修模填補(bǔ)，造成更多的問(wèn)題出現(xiàn)，因此模流分析還是在塑膠制程中不可或缺的工具。