什么是模流分析?

发布日期:[08-12-28 01:10:09] 浏览人次:[]

以下简单介绍模流CAE的起源与历史﹐冀能帮助工程人员有不同角度的省思与了解。

各领域的CAE应用功能不尽相同,早期主要是用在结构体强度计算与航天工业上。但应用于塑料射出与塑料模具工业的CAE在台湾我们称为模流分析,这最早是由原文MOLDFLOW直译而来。

MOLDFLOW是由此领域的先驱 Mr. Colin Austin在澳洲墨尔本创立﹐早期(1970~)只有简单的2D流动分析功能,并仅能提供数据透过越洋电话对客户服务﹐但这对当时的技术层次来说仍有相当的帮助﹔之后开发各阶段分析模块, 逐步建立今日完整的分析功能。

同一年代﹐美国Cornell大学也成立了CIMP研究项目,由华裔教授Dr.K.K.Wang所领导﹐针对塑料射出加工做系统理论研讨,产品名为C-MOLD。 自1980年代起,随着理论基础日趋完备,数值计算与计算机设备的发展迅速,众多同类型的CAE软件渐渐在各国出现﹐功能也不再局限于流动现象探讨。约1985年工研院也曾有过相似研发,1990年起清华大学化工系张荣语老师也完成CAE-MOLD软件提供会员使用,目前则由科盛公司代理销售。

MOLDFLOW公司创办人Colin Austin是个机械工程师﹐1970年前后在英国塑料橡胶研究协会工作。1971年移民澳洲﹐担任一家射出机制造厂的研发部门主管﹔在当时﹐塑料材料在应用上仍被视做一种相当新颖的物料﹐具备了一些奇异的特性。但在塑料加工领域工作了几年后﹐他开始对一般塑料产品的不良物性感到疑虑﹐一般的塑料制品并没有达到物品的适用标准﹐相反的﹐塑料已逐渐成为''便宜''、''低质量''的同义字﹔但他却发现﹐多数主要不良质量的成因却是因为不当成品设计不良加工条件所造成的﹐所以他开始省思﹐产品设计本身需同时考虑成型阶段﹐才是成功最重要的关键。

他开始花费大量时间在研究塑料流动的文献上﹐但发现这些理论并不能合理解释他在工厂现场所看到的许多问题﹔因此他开始换角度去思考这些问题﹐将射出机台视为一整组加工程序﹐螺杆正是能量的传递机构﹐而模具内部的流动形态﹐才是决定成品质量的最主要因素。具体的关键问题是﹐浇口位置?在何处进浇? 几个浇口? 尺寸为何?

 

这是一个革命性观念的启示﹐模具内部的成形型态才真正决定了产品质量﹐而不仅是机台参数设定或产品外观设计﹔最佳产品是需要完整考虑、系统化的设计观念才有办法得到! 但即使了解了这个观念﹐问题仍未解决﹐因为在当时﹐模具内部成型时的流动形态﹐仍无法在试模前判断﹔而要去预测流动形态﹐必须依据非常复杂的流体力学与热传问题的联立方程式求解﹐以人力来做几乎是不可能。

随着学术理论发展﹐计算机计算功能的进步﹐正式为模流CAE开启了一扇门﹐1978年﹐MOLDFLOW公司成立﹐提供初步的计算机辅助分析技术给世界上不同国家的塑料制造公司﹐包括汽车业﹐家电业﹐电子业﹐以及精密模具业等。

现今﹐模流技术已普遍为世界各国所肯定﹐功能也加强到成型各不同阶段﹔而台湾也已开始起步﹐坊间自三重五股以至于台南高雄乡间的模具厂﹐总数可能超过五千家﹐九成以上仍传承着师徒相授与摸索得来的经验﹐不知其所以然但仍努力接单﹐持续着台湾经济的奇迹﹔只是订单愈来愈少﹐利润愈来愈薄﹐竞争愈来愈激烈... 现在正是一个转型的时机﹐可以预见﹐当计算机技术帮助缩短成本与时间的同时﹐没有跟上脚步的会愈落后愈远﹐可能终将被淘汰!

容许的误差

CAE是一项计算机工具﹐其效益大小决定于操作者如何发挥﹔但错误的输入可能得致反效果,遭受更大的损失。要能发挥CAE的功能﹐关于准确性的一些基本的观念需要事先了解:

*理论未完全发展完成前,仍有简化与假设,可能导致误差。

*计算机运算与数值方法求解时,为求达到收敛得解﹐会有部份计算误差发生。

*物性数据的真实性(测试误差与制程稳定性)

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