科盛科技材料科學研發中心 工程師 蔡友傑

在實務上，為了能完整的重現射出成型結果，我們建議使用Moldex3D進行完整的成型分析，以利於掌握所有細節。不過在投入時間進行建模與分析前，過去科學家們已經利用各項理論計算出：特定情況下的理論數值，並將其轉化為標準計算公式。例如計算非牛頓流體在特定澆口尺寸與外型下，不同流率對應的剪切率；或是計算指定厚度下，平板的冷卻時間與溫度分布等。對此MHC也整合這些理論公式，並建立互動介面，供使用者方便進行理論計算。我們將使用兩個理論數值計算的案例進行說明。

圖一 利用MHC設計估算器，能立刻利用經典理論求得指定參數的理論值

塑件冷卻時間理論計算

在射出成型中，冷卻時間是影響產品品質與產能的重要因素。在成型週期中，冷卻到開模並取出塑件將佔據絕大部分的時間，若能正確的評估冷卻時間，將有效的提高產能，降低時間成本。塑料是熱的不良導體，塑件的厚薄將會影響冷卻效率。為了能正確的評估不同塑件厚度下的冷卻時間，科學家們針對平板塑件在模座中的冷卻行為進行完整的分析，包含塑件平均溫度降溫到頂出溫度所需的時間，塑件在特定時間下的溫度分布等等，推導出的平板冷卻時公式如圖二所示。

圖二 平板平均溫度達頂出溫度的理論公式

利用MHC設計估算器的｢塑件冷卻時間｣功能，為方便計算平板塑件的理論冷卻時間，使用者可以直接從材料數據庫中導入材料參數：包含材料的熱性質與加工條件，並依需求調整計算的塑件厚度區間。估算器會把不同厚度下塑件降至頂出溫度的時間計算出來，並繪製該時間點距離中心位置的溫度分布曲線圖。

圖三 MHC設計估算器的｢塑件冷卻時間｣中，可以直接導入材料庫數據

圖四 MHC估算器能繪製：(1)不同厚度塑件的冷卻時間評估與(2)達冷卻時間時的溫度分佈

澆口剪切率理論計算

塑料在充填過程中會發生剪切生熱，過大的剪切率會導致塑料異常高溫，進一步發生裂解或黃化現象。澆口的橫截面通常是整個零件最小的區域，使該處常伴隨著最大剪切率。因此在澆口尺寸最佳化上，其中一項重要的考量因素就是澆口最大剪切率。在選定澆口尺寸時，若澆口過大將導致冷卻時間的增加，進而影響產能；而如果澆口過小，則會使保壓效果降低，也容易使塑料流過澆口時剪切率過大。因此設計澆口尺寸時，評估最大剪切率至關重要。利用MHC設計估算器的｢澆口剪切率｣功能，使用者可以藉由調整澆口尺寸，用公式計算出不同流率下標準的閘道型澆口跟圓型澆口剪切率數值，圓形澆口的計算公式如下圖五所示。

圖五 圓形澆口與閘道型澆口的剪切率理論公式

圖六 不同流率與澆口外型/尺寸下的剪切率計算結果

總結

透過設計估算器，在進行搭建模型並進行完整的模流分析之前，使用者可以先藉由經典理論來初步評估澆口尺寸、冷卻時間等問題的理論值。MHC將各種經典理論公式計算出的結果以視覺化的方式呈現、並搭配簡易的輸入介面，方便使用者在不需深入了解理論基礎的情況下，也能快速計算出理論值，以利進行CAE模擬之前對於各項成型參數能完成初步的評估。