Moldex3D模流分析之塑化、纤维

Moldex3D 中国 2023年9月8日浏览：1387

塑化 (Plasticizing)

塑化结果提供了塑化模拟的结果输出，需要将塑化加入分析序列并有Plastification授权以及进阶流动加工条件参数的设置。塑化结果项共有两种XY曲线，并使用了去缠绕法(Unwound Method)的简化几何(如下图所示)。

Moldex3D模流分析之塑化、纤维的图1

1. 沿螺杆流通方向 (Profile Along Screw)

此XY曲线表示了结果数值在沟槽(通道)截面的平均值在不同信道(螺杆)位置的变化。图中的Y轴为结果项而X值表示螺杆位置 (单位为螺杆直径D因一般螺杆直径等同齿距)

-容积温度 (Bulk Temperature)：用速度配重得出的熔胶温度平均值，其在熔胶截面的分布。可以评估加热器的效率是否适合来材料进行塑化铜是避免可能的过热降解。

-剪切率 – 近螺杆测/近料管侧 (Shear Rate – Screw/Barrel)：剪切率过高会导致塑料分子被过度拉扯甚至过度的剪切生热影像熔胶的质量，在螺杆侧也可能导致塑料无法带向喷嘴处残滞留在螺杆表面。

-压力(Pressure)：沟槽截面的压力平均值沿螺杆通道的分布，而在螺杆前方近喷嘴侧所形成的压力称之为背压(Back Pressure)。当螺杆转动之时，背压会让螺杆缓缓后退并将材料塑化带往前方形成注塑计量。充分的背压能够让熔胶充分混和性质均匀，但太多的话会影响计量效率。

-剪切应力 - 近螺杆测/近料管侧 (Shear Stress – Screw/Barrel)：与剪切率结果项类似，剪切应力是由熔胶在料管中被塑化推进时的剪切行为衍生的应力项。

-固体床比例 (Solid Bed Ratio)：未熔解的塑料占整个螺杆通道的百分比，所以当时值为0时代表塑料在被推着通过螺杆的给料、压缩与计量段后已全都成液态，也代表塑化功能正常运作。

-相对未熔化比 (Relative Un-melted Ratio)：沟槽截面整体单位时间，流过的塑料中未熔化的比例，与固体床比例相同可用来检测塑化能力。
2. 沿沟槽深度方向 (Profile Across Channel)

此XY曲线表示了在特定螺杆位置两齿之间性质的平均值沿沟槽深(高)度方向分布。X轴为结果数值的变化而Y轴为沟槽从螺杆至料管侧的位置。

-温度(Temperature)：塑料主要是被料管上的加热片加热但因为螺杆转动时流动的剪切生热又会更进一步升温。足够的温度能够帮助材料塑化，但温度太高则会导致塑料降解。

-剪切率(Shear Rate)：过高的剪切率可能会导致材料过过度拉扯或者因剪切而升温进而引响塑料的品质。随着沟槽中的位置不同，温度与速度等性质也不同，而理所当然的剪切率也会变化。

-侧向速度(Spanwise Velocity)：因为塑料是因为螺杆的转动与后退而被向前带，故除了沿螺杆向前移动的速度，也会有在沟槽中的侧向(X)塑度。当螺杆转速越高时侧向塑度也会越明显，还会产生涡流掏取固体床的材料。

-螺杆方向速度(Streamwise Velocity)：螺杆方向速度为当螺杆转动并将熔胶向前带时，沿着螺杆方向的速度在沟槽内熔流区侧向的平均值。

-黏度(Viscosity)：当熔胶在料管中向前流动时，其黏度也会因升温时跟整下降。而较低的黏度提供了成型过程中更好的充填性来塑造最终成品的形状。

纤维

1. 纤维配向 (Fiber Orientation)

显示塑料当下的纤维配向向量分布情形1/3 代表配向为随机 (random) 配向；1 代表纤维被100%配向.配向值越高代表纤维被流场在该方向配向的程度越高。纤维的排向会被充填时的流动所影响，较高的配向会使纤维排列方向的强度提升更多。纤维配向结果可以介由计算参数的纤维配向分析选项来启用 (请参考纤维分析章节于进阶分析)。

纤维排向在X方向

塑料在充填/保压结束时纤维排向的X方向分量。

纤维排向在Y方向

塑料在充填/保压结束时纤维排向的Y方向分量。

纤维排向在Z方向

塑料在充填/保压结束时纤维排向的Z方向分量。

纤维配向

纤维配项结果显示主要纤维指向的配向分布，也因此其最小值为随机数配向的1/3。

2. 表层纤维配向 (Fiber Orientation (Skin))

显示塑料当下的表层纤维配向分布情形一般而言此配向值因为靠近模壁高剪切流动区，因此被流场剪切配向的情形较为明显。

3. 平均纤维长度 (Average Fiber Length)

当融胶进入喷嘴,流道与闸口，高剪切应力很容易造成纤维断裂。如需此结果项，请至计算参数的进阶流动设定。

平均纤维长度(依数量)

在一空间区域内显示的预测数值表示纤维断裂后平均长度 (依照纤维的数量作为权重)。

平均纤维长度(依重量)

在一空间区域内显示的预测数值表示纤维断裂后平均长度 (依照纤维的重量作为权重)。

4. 纤维浓度 (Fiber Concentration)

纤维浓度结果显示了纤维浓度在塑件中的分布。适量的的含有纤维能够加强成品的结构强度。但是过度不均匀的纤维浓度分布，会导致翘曲或表外观的瑕疵。如需输出纤维浓度结果，请在进阶计算参数中启用纤维浓度的计算。

纤维浓度(体积百分比)

纤维浓度(体积百分比) 结果将纤维浓度以体积百分比表示。

纤维浓度(重量百分比)

纤维浓度(重量百分比) 结果将纤维浓度以重量百分比表示。

5. 颜色强度 (Color Intensity)

射出成型塑件的表面质量会受到塑件中，可利用颜色强度作评估。当薄片充填物的排向分布不均匀，连带会导致塑件成品表面质量不均匀。当薄片排向完全朝着厚度方向(表面的法向)时，会有最高的颜色强度。反之，当薄片全部朝侧向排列时，则会有最低的颜色强度。

如需要检视颜色强度与表面质量的结果，需选用含薄片的材料并在计算参数中启用计算薄片/纤维配向(参照进阶分析中纤维下的章节)。

Moldex3D模流分析之塑化、纤维的图2

颜色强度(Color Intensity)

颜色强度结果项利用色阶显示了颜色强度在塑件表面的分布。颜色强度 (Color Intensity, I) 的定义是纤维配向张量考虑比重因素后在厚度方向的积分平均质，表示如下：

Moldex3D模流分析之塑化、纤维的图3

其中w为比重方程；Pii微纤维配向的分量；z为厚度方向的位置；H为塑件的区域厚度。

表面质量(Surface Appearance)

表面质量结果项将颜色强度分布以灰阶方法显示，介此可以更容易地看出纤维配向对视觉上表面质量的影响。

6. Shell 模型结果 (Result with Shell Model)

纤维配向(平均)

纤维配向 (平均) 结果显示塑件厚度方向平均的纤维配向分布。1/3量值的纤维配向表示纤维随机数均匀分布，而1则表示纤维的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纤维配向表示纤维的方向越一致的由熔胶流向引导。如需启用此功能，需要使用Shell 网格模型。

纤维配向层

纤维配向层结果显示塑件薄壳网格各层的纤维配向分布。1/3量值的纤维配向表示纤维随机数均匀分布，而1则表示纤维的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纤维配向表示纤维的方向越一致的由熔胶流向引导。纤维配向层i 代表从中心层 (=1) 数来第i层的结果，i 值越高则越靠近表层。如需启用此功能，需要使用Shell网格模型。