3C制造商利用Moldex3D 一举解决薄件应力痕、缝合线难题
大纲
为降低生产成本与能源的消耗，CAE辅助射出成型技术在业界已逐渐被广泛运用。在生产制造电信通讯、机壳类等产品上，以Moldex3D Professional来进行产品的验证及优化。透过Moldex3D Professional的模流分析，在实际试模和生产前，就可先行了解塑料的流动行为及注塑过程中会产生的问题，并通过调整进胶方式、更改水路布置与优化成型条件，不只节省了塑料材料，更提升产品质量、缩短成型周期。
挑战
· 翘曲变形
· 缝合线
· 应力痕
解决方案
籍由Moldex3D Profession，在开发初期验证产品设计(图一)与模具设计，并比较实际试模与模拟分析的差异。随后根据模拟结果，改变进胶方式及变更设计，再进一步运用此模块进行分析验证。
图一 产品设计
案例研究
此案例主要目的，是希望藉模流分析结果来评估最佳的进胶方式、水路布置与成型参数设定，以解决手机电池盖类产品因厚度太薄而产生的难充填、压力过大及变形的难题。目前手机类产品常选用的三点和多点潜式浇口进胶，则使产品的压力分布不均匀，造成收缩不均而出现翘曲变形(图二)。要解决此问题，就必须进行后续的加工校正，制造成本便随之提高。这样的设计也容易产生缝合线，使得产品的表面要经过多次喷涂才能掩盖痕迹。然而现在客户对产品外观的要求越来越严格，喷涂方式渐不可行，且会使成品完成周期过长。
图二 传统三点进胶，产生压力分布不均情形(左图圆圈处)，以及明显的缝合线(如右图红线所示)。
针对这个难题，利用Moldex3D Professional找出合理的进胶方式，将原本三点进胶的设计改为单点进胶(图三)。分析结果显示，这项改良使得压力分布变得均匀许多，顺利解决收缩不均导致的变形问题。同时缝合线也大幅改善，剩下产品结构中的孔洞所导致的轻微缝合线，只要增加成型后期的模具温度就可轻易遮盖。
图三 改为单点进胶后，产品浇口处的压力虽相对较大(如左图圆圈所示)，但其他区域的压力分布相对较均匀；缝合线问题也大为改善，只剩产品结构造成的轻微缝合线(如右图圆圈所示)。
除了进胶方式的问题之外，原始产品设计还有厚薄不均而容易产生应力痕的问题。因此在使用单胶口位置的前提下，进行设计变更，在产品厚度变化处增加了过渡区域(图四)。
图四 原始产品(左图)在中央区域有较薄的设计；设计变更后，在厚度变化处增加了过渡区域(如右图红色区块所示)。
变更设计之后，利用Moldex3D Professional针对原始和改良后的设计分别进行模拟分析。从分析结果(图五)可看出，原始设计在厚度变化处有明显的剪切应力集中，进而产生应力痕。改良后的设计则没有剪切应力特别明显的区域，最后制造出的产品表面光滑，应力痕问题顺利解决。
经模流分析之后再进行产品实际试模，赫然发现Moldex3D的模拟结果与试模结果具有高度的一致性。(图六)
图五 模流分析结果显示，原始设计有产品厚薄不均问题而导致剪切应力明显集中(如左图)，改良后的设计则没有应力明显的区域(右图)。
图六 实际试模结果显示，原始设计的厚薄不均造成应力痕(左图)，改良后的设计顺利解决此问题(右图)，与模流分析结果有高度一致性。
Moldex3D Professional可以让使用者自行更改进胶方式以及水路位置，也可选择材料和设定成型参数，包括塑料充填时间、充填压力、螺杆的位置、冷却水温和成型周期等。透过仿真分析结果，可充分了解到塑料产品在充填过程中的流动情形、充填压力的分布情况等，以达到理想的效果。藉由Moldex3D Professional的帮助，福昌公司得以全面地验证原始设计，增加新的改善方案，并了解到模拟分析与实际试模结果的差异，并一举解决了缝合线问题、减小了产品的充填压力、降低翘曲变形量，进而缩短产品的成型周期。
效益
分析结果显示，经过Moldex3D Professional的仿真之后，产品的压力减少20%，变形量获得了控制：X轴方向的变形量降低了50%；Y轴的变形量降低了55%；Z轴的变形量降低了30%，产品因薄件所导致的压力过大及变形等问题已明显改善，使产品尺寸能够符合要求(图七)。同时产品的缝合线问题和厚薄不均导致的应力痕问题也顺利解决，缩短了成品生产周期，进而降低产品后续加工校正的成本。
图七 改善前的翘曲情形(左图)与改善后(右图)比较。
藉由Moldex3D Professional的分析，公司能够在制造产品前就对各种设计方案做可行性检验，对产品注塑过程中会出现的缺陷也进行了合理预测并预防，以提升产品质量，并大幅降低试模成本。经实际产品试模后，也验证了Moldex3D Professiona的模拟分析与试模结果的高度一致性。