【技術新知】CAE模流分析101招-第51 招、如何成功應用模流分析在產品模具設計上解決生產問題【產品設計篇】

Moldex3D/ 林秀春 協理

【內容說明】

塑膠射出的產品幾何複雜變化多端,且設計越來越輕薄,所以大多屬於薄壁設計(1~0.1mm)。如果有埋入金屬件,則模穴內的流動阻力更大,在速度與溫度分布變化更劇烈。若塑料維持流動,一般而言剪切率較高,黏滯加熱效應明顯;但若塑料呈現滯流(Hesitation Flow) 情形,模具冷卻效應也較明顯,塑料會很快冷卻,造成溫度較低。因此,肉薄處一般是模流較為敏感,且不易控制的區域,容易形成包封與短射、結合線等問題。

案例分享

本文案例中的達人賽論文作品是由圜達實業(股)公司CAE 團隊所執行的,公司於1985 年在臺灣創立,專業研發製造各類程式開關、觸動開關、旋轉開關、微動開關、滑動開關、複合功能開關等微型產品。本案例為典型的薄肉產品,生產過程中出現許多問題,於是希望透過CAE 模流分析改善本案一模八穴的生產問題,以達到「降低不良率」、「節省射出材料費」、「縮短成型週期」之目的。其應用CAE 的優勢成功改善模穴內流動問題,並達成降低不良率、移除結合線、節省材料成本、縮短成型週期等目標。

圖1:輕薄短小之輕觸開關產品2D 圖面
圖2:產品幾何+ 鐵件埋入幾何
圖3:傳統一字型流道
圖4:S 型流道設計

設計變更說明

1. 將一字型流道改成S 型流道,並縮小流道直徑,讓模穴內流動平衡,使壓力與應力大幅降低;
2. 改變產品背面方孔型的設計,降低滯留問題產生的結合線,並將頂真移到四個角落;
3. 流道變細並未增加壓力,可降低用料成本;
4. 因流道變細,可同時縮短冷卻時間。結果與討論
• 由一字型流道→ S 型流道,各模穴間之流動波前時間已接近平衡。
• 移除結合線,完全改善助焊劑滲透問題,降低不良率。
• 剪切應力由6~7MPa →小於3MPa。
• 冷卻時間由8sec → 5.2sec。
• 省料設計1.8 → 1.6g(每模次省0.2g,10 萬模次省20 公斤)。

圖5:一字型流道重量 圖6:S 型流道設計重量
圖7:原始產品設計為方孔且深,並有結合線 圖8:設計變更產品設計為圓孔且淺
圖9:產品薄肉0.06~0.09mm,成型工藝技術難度較高 圖10:剪切應力由6~7MPa →小於3MPa
圖11:一字型流道; 圖12:結合線(圖形中紅色線段)集中於產品背部凹孔處,助焊劑容易滲入,導致產品導通不良
圖13:模穴內充填分析;圖14:結合線薄肉區溫度下降快速
圖15:S 型流道並縮小流道直徑,模穴內流動平衡; 圖16:模穴內同時進料
圖17:剪切應力由6~7MPa →小於3MPa; 圖18:薄肉區溫度可以維持在比較高溫

文章來源:SMART Molding雜誌

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