聚鴻塑膠股份有限公司 塑膠射出成形：模流分析
何謂模流分析？模流分析的目的
模流分析(Moldflow Simulation)是近代新興的技術，是透過軟體模擬塑膠產品在模具中成形的過程，以進行設計的診斷、驗證、進而優化產品的設計，模流分析的應用可以節省使用者大量的時間，不須再使用傳統方式建構模型來進行射出的模擬，並可提前預測產品可能發生的不良，避免在模具完成後才對產品設計進行反覆修改。
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<模流分析示意圖> |
使用模流分析帶來的益處
確保模穴的均勻填充
優化進膠點的位置
預測產品可能發生的缺陷、降低不良率
縮短成形週期
降低試模次數、減少修模成本
節省原料使用
預測射出參數如適當射出溫度、射出壓力、以及鎖模力之需求
綜合以上的模流分析的各項優點，我們可以得知，模流分析為使用者帶來的最大的效益便是效率的提高，透過良好的產品設計，大幅度縮短交貨時間，並減少修改成本，預防不良品的發生，提高企業的競爭力，並達到最大的經濟效益。
模流分析的應用
目前工業界已廣泛的使用應用模流分析，市面上知名的模流分析軟體包含Moldflow, Moldex3D, 3D TIMON等，建議在使用軟體前先進修各品牌推出的模流分析軟體課程，具備基礎的知識背景後，才能正確判讀模流分析，有效的使用這項技術。
如何正確判讀模流分析
模流分析怎麼看呢？模流分析以彩色圖展示熔融塑膠原料在模具中的流動情形、模面溫度、縮水係數等，藉由正確的判讀，可以將模具的設計更加優化，我們將模流分析的解讀簡要列出以下幾個要點：
充填分析
流動波前時間 (Melt Front Time)：利用觀測流動波前時間，可以了解到原料填充的現況，並預測成形品可能產生的不良，當熔融的原料在同一時間填充完各個模穴，即達到最理想的狀態。模流分析在彩色圖中會以灰色呈現短射(Short Shot)或滯流(Hesitation)；當熔體流速不均，部分模穴先被熔融原料填充完畢，則容易發生過保壓(Overpacking)，造成成形品重量不均，部分模穴過度填充，甚至產生翹曲變形。
結合線 (Weld Lines)：又稱熔合線、縫合線，當熔體流速具有明顯差異時就容易發生，主要位於兩道熔體的匯合處，或是於由於肉厚差異造成的流速不均，而產生在厚薄交界處，減少進膠點數量、增設排氣孔、加大進膠點都可以減少結合線的發生、或是透過改變進膠點位置、調整肉厚來改善。需要注意的是：如結合線顏色越深，表示該處結構越脆弱。
- 流痕 (Flow Marks)：出現在進膠點附近的表面瑕疵， 通常呈波紋狀，發生主因是熔體溫度過低而導致局部凝固，在表面產生波痕，可以透過縮小流道，產生摩擦熱、或是提高溫度來改善。
包風 (Entrapped-air, Air-traps)：容易發生在來自各方向熔體的交集處，當包風發生在結合線時，氣體便得以排出，在他處發生時則建議可增設排氣，調整肉厚、進膠點位置、射出週期也有助於消除包風。
- 澆口貢獻度 (Gate Contribution)：表示射出素料的體積的效能，以百分比表示，澆口貢獻度應盡可能達到均值。
流動波前溫度 (Flowfront Temperature)：流動波前溫度代表著熔體截面中心點的溫度，其溫度變化不宜過大，過大的溫度變化容易導致成形品內部有殘餘的應力，甚至導致成形品翹曲的發生。在遲滯發生的區域容易有溫度降低的現象，容易導致流痕或結合線的發生，但溫度過高，也容易造成原料變質劣解。
- 充填結束時的壓力 (Pressure at End of Filling)：主要用於觀察填充結束時的壓力是否平衡，不平衡的壓力分佈會使產品收縮程度不一，在成品中殘餘的應力可能導致區域性的保壓不足或過保壓。
固化層厚度比例 (Frozen Layer Ratio)：模流分析模擬了熔融的塑膠從冷卻開始直至完全凝固的過程，一般最薄處最先凝固、最厚處最後才凝固，以彩色圖來看，紅色表示最先凝固的區域，如果結果為1 (或100%)，表示截面已完全固化，過早達到高比例的固化會導致流動路徑的截面變小，致使流阻增加，產生氣孔的機會也就提高。
體積收縮率 (Volumetric Shrinkage Rate)：零件經過保壓及冷卻直至環境溫度期間收縮率的變化，正值表示體積膨脹，反之負值表示體積收縮。應注意收縮是否呈均值的變化，可以透過調整保壓來盡可能地達到均勻收縮，以避免後續成形品因收縮率不均而產生翹曲。
保壓分析
凹痕指數 (Sink Mark Index)：用以判斷凹痕發生的機率，正值越大表示凹痕越嚴重，負值則表示產品有突出的可能。凹痕指數將體積收縮率及產品肉厚列入計算，是模流分析中一個重要的工具。
XY曲線
鎖模力XY圖 (Clamping Force: XY Plot)：顯示填充過程中鎖模力的變化，可以用於檢測毛邊的發生。
進膠點壓力XY圖 (Sprue Pressure: XY Plot)：能夠檢視近膠點周邊壓力的變化，如出現不尋常的壓力升高，則可能會導致填充不均。
翹曲分析
模具公母模表面溫度 (Temperature〔Top/Bottom〕, part )：Top表示母模面、Bottom則表示公模面，溫度應均勻，且不宜有過大的溫差。
模具公母模側溫差 (Temperature Difference, part )：展現出公母模兩側的溫度差異，其值為母模面減去公模面的數值，差異過大容易引起翹曲。
模流分析的基礎元素
除了須具備模流分析的基本觀念外，要達到高精確度的模流分析結果，還需要達到幾個條件：
正確的材料數據：
是模流分析最重要的基礎，也是進行所有模擬分析的依據，若這個最基礎的數據錯誤，後續模擬出的結果便充滿不確定性，不同的塑膠材質具備不同的物性、機械性能、黏度曲線等重要數據，都是實驗室根據真實測量而記錄於數據庫的。
機台鑑定：
可將模擬出的參數應用到使用者的機台上試驗、或是將操作過的實際參數記錄下來，再到模流分析軟體中複盤模擬，達到模擬的成型參數與現場射出機臺的一致性。
模具加工精度：
模具的真實數據須與模流分析的模型保持一致，技師需要具備一定程度的加工技術，且須配置先進的加工機台及程式，以達到相應的細節，模流分析的資訊才具備參考價值。
模流分析的必要性
那麼問題來了，是不是所有塑膠射出成形工廠都需要使用模流分析呢？其實並不盡然，仍然有許多塑膠射出成形工廠在開模時，是依據累積的行業經驗來判斷商品設計的優劣，但是透過採用模流分析軟體，預先排除不良的成因，避免重複修整模具的步驟，確實大幅改善了模具的精準度，在提升效率上助益良多。
從產品開發初期的設計到量產，甚至後續的維護修繕，模流分析在不同階段的應用都是不容小覷的一大助力：
產品設計
適當的肉厚
材質建議
產品結構優化/輕量化
預測外觀缺陷
結構設計驗證
模具設計
進膠點的建議
流道/冷卻系統的優化
預測收縮率
預測熔體流動情形進而分析成形結果
試模及量產
優化射出參數
降低生產不良率
維護及修繕
檢測不良產生的原因
模流分析軟體的價格
不同品牌的模流分析軟體定價不同，建議洽詢個別廠商以獲取費用明細，本篇文章僅供學術研究參考，恕不提供模流分析軟體之銷售及服務。
射出成形模具開發
聚鴻自設模具部門，我們擁有經驗豐富的專業技師及先進的模具加工設備，搭配Moldex 3D模流分析軟體，提供高效率高品質的塑膠射出成形代工OEM & ODM服務。如有射出成型模具開發需求，歡迎聯絡我們討論更多開模細節！
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