模擬規劃

本研究的對象為一矩形平板，詳細尺寸為 70mm(長) x 20mm(寬) x 5mm(高)，澆口型式為邊緣澆口，使用的材料為 GE 公司生產的 PC LEXAN 141。實驗因子有 4 個:產品肉厚/澆口厚度(Aspect ratio)、澆 口速度(Velocity)、進料溫度(Temperature)、模具表面粗糙度

(Roughness)。

Aspect ratio 有 3 個水準、Velocity 有 4 個水準、Temperature 有 3 個水準，Roughness 有 4 個水準。實驗共有 144 組。詳細實驗規劃如 表4-2 所示。

4.4.1 基本假設

由於塑膠的實際射出過程，是一個非常複雜的高分子熱力與流動 的變化歷程，熔融塑料在充填、保壓、冷卻過程中，經歷了溫度、壓 力與液、固相的變化，及分子結構配向性等改變，有許多的因子會影

響到射出品的結果，所以在分析的過程當中，為了要使求解的方便 性，因此做了以下的一些假設：

1. 塑膠熔融液屬於不可壓縮流。

2. 平板內流動假設雷諾數低於紊流產生的條件，流動為層流，如圖

4-16 所示。流動時呈分層狀，並不互相混合。

μ ρ / dv

R

=

R

d

v

ρ：密度(g/cm³)；

μ：黏度(g/cm‧s)。

當

R

3. 塑膠熔融液屬於非牛頓流體，即黏度為剪切率和溫度的函數。

4. 假設模穴皆有良好的排氣設計，充填階段模穴內壓力為一大氣壓。

5.在模穴內只考慮塑膠的存在，不考慮空氣。

4.4.2 材料性質的蒐集

塑膠材料的資料有以下的網站[23,24,25]可供參考，但這些取得 的資料還是多偏向於材料的機械性質及成型條件的建議。對於做塑膠 模流分析方面，材料的流變及熱性質是重要的參數，塑膠不像傳統的 材料從固態到液態間的相變化會有明顯的溫度區隔開來，其典型的相 變化如圖 4-17 [26]。其中 Melting Range 通常介於 100℃~300℃之 間，在此區間的材料可視為具彈性效應之高黏度流體，而一般成型的 最低溫度約在Melting Range 之上限±10℃。比熱可由圖上的斜率判 別，可知在固態和熔融態(Melt)的比熱並不相同；在固態和熔融態之 熱傳導係數對成型亦是一個重要參數，但其值相當小，約為鋼的 1/100，因此很難精準測得。

目前線上的資料並非所有的塑膠材料都有列出其流變及熱性質，因此 我們倚賴Moldflow 的材料資料庫作為參考的依據，加上材料商所提 供的數據建立起材料的基本性質。表 4-3 為 GE Plastics 提供的 PC LEXAN 141 材料物性。表 4-4 為射出成型時的參考建議值。

4.4.3 網格分割

為了減少不必要的計算時間，在網格建置的部份，我們選擇兩個 Mesh Block 分別建構模穴和澆道這兩部份，如圖 4-18。Block 1 為矩

形平板的部分，Mesh 量為 25200 個；Block 2 為流道及澆口的部分，

Mesh 量為 23200 個。分開 Mesh 的原因是澆口的尺寸較小，如果均 勻切得很密，雖說模型能夠非常精確的表現出來，但在數值的計算上 會發生不收斂且計算時間過長的問題。

因此採取分開Mesh 是一項選擇。此外，Flow-3D 還有另一項選 擇，局部網格加密，這兩項功能提供了我們在遇到需要對局部的模型 表現較精確時採用。

4.4.4 邊界及初始條件

在進行網格切割時，為了結省計算的時間，並增加其準確性，平 板(Block 1)和澆流道(Block 2)的部份分開 mesh，接著對進料的那一面 (Block 2_z direction)給定一個進料的速度 Specific Velocity，其餘的五 個面則設為Wall。如圖 4-19 所示。模穴內的初始壓力假設為一大氣 壓(101300Pa)，溫度為室溫 25℃。

此外，數值迭代的部份，有一項為 Minimum time step，我們將 Minimum time step 定為 1.0e^-24。由於軟體本身的預設值為1.0e^-4，如 果此值不去設定的話，就會以為是預設值，往後在執行分析時，若計 算的time step size 小於我們定的值，執行則會卡住。所以一開始將此 值設定小一點比較不會發生問題。