聚氨酯发泡模拟技术大进化

■Moldex3D

聚氨酯泡沫塑料

汽车产业常用的热固性塑料材料之一,其多孔、低密度且高强度的特性,非常适合作为制造汽车零配件的材料,因此受到广泛应用。最常见的应用包括汽车座椅、引擎盖内零件和内饰件等。聚氨酯具有成型性佳、重量轻及使用壽命长等优点,且比其他的热固性材料更容易转换为原始单体,同时因为热固性的特点,也能够耐高温而不易熔融。

尽管聚氨酯拥有上述优点,但聚氨酯泡沫塑料的加工过程中,仍会面临许多挑战。在实务上,泡沫的位置并不容易观察和掌握;同时在发泡过程中,溢流区域会产生许多聚氨酯废料,必须设法减少和回收。为解决上述问题,可利用CAE模拟技术事先了解充填过程中的模内动态行为,并借此优化产品设计。为了得到更全面的发泡成型分析结果,Moldex3D在即将发行的Moldex3DR15版本中,不但将原有的热塑性材料之微细发泡成型(MCIM)分析功能,扩充至热固性材料,更可进一步模拟发泡动力学。透过聚氨酯发泡模拟分析,用户就能够了解制造过程中,塑料在充填和发泡阶段的动态行为。

图 1: 聚氨酯发泡射出成型过程的流动波前

以下是聚氨酯泡沫塑料制程的案例说明(图一)。设定模温为60oC,入口塑料的温度为30oC。塑料刚开始会受到重力影响而开始充填,当充填到模穴的四分之一时入口不再进料,并借由发泡膨胀充满模穴。在此过程中聚氨脂会因化学反应释出二氧化碳,熔胶的黏度也会因交联反应而提高。而其导致的放热效应,也会使模内温度增高,进一步使二氧化碳在相对高温的状况下不断释入熔胶中,直到模穴内充满聚氨脂泡沫为止。

图 2: 六面体实体网格 (Hexa-based solid mesh)

透过Moldex3D针对聚氨酯发泡新推出的仿真功能,用户对热固性塑料在充填和发泡阶段的动态行能够为有全盘的了解。此外,Moldex3D所提供的深入分析,也可帮助使用者避免重复试误的过程,以省下可观的时间和生产成本。

图 3: 节点型式、节点预览等多项特色

模流分析师的角色转移

模流分析最早仅被运用于诊断塑胶产品设计,协助解决生产问题;如今已进化至被工业界广泛运用于进行产品与模具开发前期的设计、验证与优化,在大多数企业的设计生产流程中扮演不可或缺的角色。这段演变的过程中,全3D的产品与模具设计CAD软体的普遍应用当居首功,而自动化的网格产生工具更是功不可没。

 

图 4: 针对浇口的部份特别加强,可选择符合常用的浇口节点型式来产生网格;图 5: 非匹配模座网格与分析结果

早期分析人员往往需要花费数小时甚至数日的时间处理模型、建立网格,才能开始展开分析工作。现在有了全自动的eDesign与BLM(BoundaryLayerMesh)网格产生技术,已可​​实现单键生成网格,甚至修改产品时同步更新网格的理想。因此标準的模流分析工作已逐渐从专业CAE分析师转移到模具设计师,甚至更上游的产品设计师身上。产品设计与模具设计师也已习惯倚赖模流分析软体来决定浇口位置、平衡流道设计、优化水路配置、解决翘曲问题等等。许多公司甚至已著手将模流分析核心嵌入公司内部的设计导引平台,实现每件产品均经过模流分析自动检验射压上限、收缩量与翘曲变形量的设计品管理想。同时配合内部私有云的电脑丛集平行运算,大幅缩减计算时间,提升反应速度。

为了协助使用者节省大量时间并且获得最适合模流分 析的3D流道网格,Moldex3D R15.0的版本发展了新一代的自动化高品质流道网格建构技术。新的流道网 格技术可自动生成高解析的六面体网格,提供用户多 种节点类型来链接线性流道交界,真实反映流道的原 始几何形状,有助於进一步缩短计算时间并提升模拟精準度。■

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