本文敘述利用Moldex3D模擬ASA車件裝飾條研究模型的成型過程，通過設(shè)定不同的成型參數(shù)與模具設(shè)計(jì)，加以研究白斑產(chǎn)生的原因和改善方法。
汽車裝飾條在成型過程中，澆口附近經(jīng)常出現(xiàn)色澤不均的白斑，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀。白斑的生成與成型參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，對比Moldex3D模擬結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)，可知Von Mises應(yīng)力與白斑生成與否有高度關(guān)聯(lián)性，通過對成型參數(shù)優(yōu)化的模流分析，可大幅降低產(chǎn)品形成白斑風(fēng)險(xiǎn)。
挑戰(zhàn)
在澆口附近流經(jīng)凹槽區(qū)域常常出現(xiàn)色澤不均的白斑，成因複雜且難解。通過模擬，在複雜的成型影響因素中，研究「白斑」產(chǎn)生的原因和改善方法。建立起光澤度與成型參數(shù)的關(guān)係模型，並對成型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
解決方案
利用Moldex3D模擬ASA車件裝飾條之研究模型的成型過程，通過設(shè)定不同的射出溫度、射出速度、模具溫度及澆口尺寸等成型參數(shù)與模具設(shè)計(jì)，研究白斑產(chǎn)生的原因和改善方法。研究尋找降低白斑產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的最佳成型參數(shù)，並通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品的相關(guān)性，提出改善ASA研究模型白斑的可行性方案。
效益
在各種成型參數(shù)中，找出ASA研究模型表面白斑生成的主要影響因素。找出模擬分析中，可行的白斑風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)，提前迴避白斑生成問題，降低實(shí)際試模次數(shù)，有效提升產(chǎn)品開發(fā)效率。
模擬預(yù)測
本研究為探討汽車裝飾條產(chǎn)生白斑的原因和模擬預(yù)測方法，設(shè)計(jì)一簡化模具模擬ASA材料通過澆口後流經(jīng)一凹槽的行為如圖1，ASA從側(cè)邊澆口流入，在距離澆口20mm的位置經(jīng)過深度1mm寬度5mm的凹槽，然後進(jìn)入均勻厚度的形腔。實(shí)驗(yàn)挑選了四個不同的射速和料溫，共16組進(jìn)行測試，得到嚴(yán)重程度不一的白斑。
| 圖1 : 簡化的白斑試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍＞吲c示意圖 |
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由於白斑無法藉由絨布擦拭去除，因此可以排除是塑料添加劑釋出產(chǎn)生的色塊。挑選白斑最嚴(yán)重和最輕微的組別進(jìn)行比較，模擬結(jié)果的Von Mises應(yīng)力分布如圖2，可以發(fā)現(xiàn)在凹槽後方的區(qū)域，Von Mises應(yīng)力存在明顯的高值，且嚴(yán)重組別的數(shù)值明顯大於輕微組別。
| 圖2 : Von Mises應(yīng)力分佈 (a) 白斑嚴(yán)重組別 (b) 白斑輕微組別 |
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進(jìn)一步在凹槽後方的區(qū)域設(shè)置7個探針，其中探針1作為近端參考點(diǎn)，探針7作為遠(yuǎn)端參考點(diǎn)，中間5個探針等距離排列，如圖3。從16組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著探針與澆口距離增大，Von Mises應(yīng)力都先急遽增大，然後逐漸減小，峰值大多出現(xiàn)在距離凹槽5mm的探針2，而不是最靠近溝槽的探針1。
| 圖3 : Von Mises應(yīng)力隨探針位置的變化 |
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除了Von Mises應(yīng)力變化外，厚度方向速度隨探針位置變化也有類似的趨勢，如圖4，各探針處厚度方向速度變化明顯，先急遽增大再逐漸減小，在凹槽附近區(qū)域流動極不穩(wěn)定，速度最大值出現(xiàn)在探針2處，厚度方向速度和Von Mises應(yīng)力似乎可以用來判斷白斑問題。
| 圖4 : Von Mises應(yīng)力和厚度方向速度隨探針位置變化曲線 |
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為了找出影響白斑產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，本研究選擇澆口厚度、形腔厚度、射出溫度和射出速度四個變數(shù)進(jìn)行表面光澤度實(shí)驗(yàn)，由正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知澆口厚度相較於其他三個因素與光澤度的關(guān)係並不顯著，而形腔厚度、射出溫度與射出速度則為光澤度的顯著因素，其重要性依序?yàn)樯涑鰷囟?形腔厚度>射出速度。各因素與光澤度的趨勢曲線如圖5。
| 圖5 : 控制因子與光澤度趨勢曲線 (a)形腔厚度 (b)射出溫度 (c)射出速度 |
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比較模擬的Von Mises應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)的光澤度如圖6，進(jìn)行相關(guān)度分析可知光澤度與Von Mises應(yīng)力呈現(xiàn)顯著相關(guān)，因此透過模流分析預(yù)測Von Mises應(yīng)力作為評估白斑風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)應(yīng)是合理可行的方法。
| 圖6 : Von Mises應(yīng)力與光澤度散點(diǎn)圖 |
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本研究藉由各因素與光澤度的趨勢曲線，經(jīng)回歸分析可在給定的條件範(fàn)圍內(nèi)得到解決白斑問題的最佳解為形腔厚度3mm，射出溫度280度，射出速度15mm/s及澆口厚度2.5mm。
從模擬結(jié)果可以看到，與白斑嚴(yán)重的原始組別相比，優(yōu)化組別的Von Mises應(yīng)力與厚度方向速度明顯減小如圖7，白斑的狀態(tài)也明顯消失。
| 圖7 : 優(yōu)化前後Von Mises應(yīng)力與厚度方向速度比較 |
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結(jié)果
本研究展示了使用模流分析中的殘留應(yīng)力和厚度方向速度，可作為評估白斑風(fēng)險(xiǎn)的工具。結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可以分析各個變數(shù)和白斑生成之間的相關(guān)性，從而有效地優(yōu)化模具和成型條件，以避免白斑的發(fā)生。
（張文彥為科盛科技技術(shù)支援處高級工程師）
