CAE模流分析101招-第47 招、模流分析對輪轂的結合線改善預測【輪轂篇】

■ Moldex3D/ 林秀春協理

【內容說明】

縫合線也稱作熔接線、結合線，是指兩股以上的塑料熔膠流動波前(Melt Front) 交會所形成的表面流痕（如圖1、圖2 所示）。

本案例中結合線的位置如圖3。由於以下因素使結合線區域產生外觀缺陷及強度較弱，特別是此案例的多個輪轂都是有裝配受力的功能，因此需要事先預防，改變設計以避免結合線不佳的狀況。熔接塑料流動溫度越低，結合線越明顯，強度也越弱。產生熔接區域由於波前交會形狀會產生V 型缺口，此種近似裂紋(Crack-like) 結構容易產生應力集中如圖5 所示，使此部份力學性質與強度較差，同時也是裂紋潛伏地區。

產生結合線的原因

結合線由嵌入件、多點進澆，以及幾何與肉厚變化等原因造成。本文討論簡單的擋料設計，塑料在肉厚具變化的模具中充填時，由於流動阻力的差異，造成領先- 落後流動(Lead-Lag Flow)，形成不同的塑料流動。流速不同的塑料流在介面交會處亦會形成結合線。圖6、圖7 所示的結合線即是由於塑件幾何差異所引起。此類結合線的熔接強度也與溫度以及熔接角度有關，當熔接溫度越高，強度越強；角度越大，強度亦越強。觀察圖8、圖9 所產生的結合線溫度差異，圖9 輪轂結合線的溫度高於圖8，屬於熱結合線高溫結合，有助於改善結合線的強度。

結果與討論

在此案例中，透過局部擋料的設計改變輪轂區的流動行為，由斜V 字波前改為圓柱形的流動，由底部往上充填可以讓結合線長度縮短或移除，可以大幅改善輪轂裝配受力不足的問題。此外，還可以透過一些特殊設計達到改善結合線的效果，條列如下：
• 採用延伸射嘴(Extended Nozzle) 或熱澆道(Hot Runner) 可以更有效控制料溫，提高熔接強度。
• 真空排氣(Vacuum Venting)，透過抽真空以協助排氣並增加熔接強度。採用抽真空通常也有縮短成型時間的額外好處。
• 對於結晶性或半結晶性塑料可利用回火(Annealing) 提高結合線強度。
• 採特殊設計，如SCORIM 射出機、抽拉式射出機，以及往復式心形銷等設計。基本觀念就是在結合線形成但未完全固化前，以機械方式強迫塑料在結合線區域往復流動，以破壞結合線界面分子鏈排向，增加分子鏈相互交錯糾纏，以提升熔接強度。■

圖1：由於肉厚變化所形成的內部結合線