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瑞萨:洞察压缩成型制程 找出最适叁数
 

【CTIMES/SmartAuto 报导】   2019年08月27日 星期二

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压缩成型主要应用在制造体积较大、较复杂的纤维强化塑胶产品。主要使用的复合材料,包括两大类:热固性的片状预浸材(SMC)与块状模料(BMC),以及热塑性的玻璃纤维强化热塑性片材(GMT)和长纤维强化热塑性复材(LFT)。由於这些材料具备良好的的机械特性、电学特性和可成型性,且可同时可以兼顾成本效益和产品品质,因此数十年来被广泛应用於汽车和电子产业。

Moldex3D与LS-DYNA的压缩成型模拟结果
Moldex3D与LS-DYNA的压缩成型模拟结果

压缩成型制程中,首先模具会快速地关闭,随後透过挤压使复合材料开始流动,直到塑料填满了整个模穴,成型最终产品为止。材料会在受力之下流入尖角和肋条等较难充填的区域。模穴中的局部压力梯度,会造成流动过程中有局部的速度差和纤维配向差异。压缩过程中,常会发生塑料从纤维中挤出的状况,影响整体塑件的纤维密度分布。纤维配向的变化和纤维浓度会影响产品的机械性质和表面品质。除了热的制程叁数之外,流动也是影响塑件特性的一项主要因素。对制造商来说,充分了解塑料流动行为并找出最适合的制程叁数,是非常重要的事,因为这攸关制造时间和成本。

透过电脑辅助工程(CAE)模拟工具,制造商得以预测并优化产品在成型过程中的模流、残馀应力、材料特性、後处理收缩和翘曲等现象,成功降低昂贵的试误成本和时间。Moldex3D与LS-DYNA可结合来进行压缩成型制程分析,如此可同时利用Moldex3D在流体力学以及LS-DYNA在固体力学上的模拟功能。在此整合性的分析中,在固化阶段是藉由LS-DYNA进行塑料变形分析,尤其是针对薄片复材的变形模拟。LS-DYNA提供的塑料变形结果,可直接输入Moldex3D成为初始条件,以进行後续的压缩成型流体阶段分析。这个阶段的分析非常重要,原因是流动特徵、温度和模内塑料固化等因素,对於最终产品的纤维配向分布及纤维浓度影响甚钜。

以下为一压缩成型模拟案例。原始的模温和料温分别为100。C 和300。C,第一阶段以LS-DYNA进行空气冷却分析,接下来再进行考量重力因素的压缩分析。图一(a)和(b)分别呈现空气冷却分析後的温度分布,以及考量重力分析的铺覆温度分布。铺覆分析所获得最终的塑料网格几何和温度分布,输入Moldex3D之後可成为後续流动分析的初始条件。分析过程所侦测到的流动波前及最终翘曲变形结果分别如图一(c)、(d)所示。

综上所述,Moldex3D与LS-DYNA的整合,可让生产者对於压缩成型制程有更全面的了解,并观察到成型过程中塑料的流动和变形行为。同时也可藉此CAE工具来优化制程叁数,包括合适的塑料体积和位置、热条件等,以省下昂贵的试误成本和时间消耗。

關鍵字: 瑞薩 
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