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应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题

日期: 2018-08-08
浏览次数: 215

业务挑战

家电外观件对尺寸精度与表面光洁度要求较高;若家电产品的平整度不佳,将影响到后端产品装配,因此控制变形量是生产环节的重要关键。为了优化产品设计和成型参数,避免上述成型问题,业界已广泛使用模流分析软件进行生产前的仿真分析;其中家电、机壳产品、3C产品为主的厂商商,更将模流分析视为产品设计与生产的标准化流程。广州今宏公司借助Moldex3D仿真分析,针对家电产品「播放器前盖」(图一) 进行设计变更与成型参数优化,成功帮助客户改善产品变形问题,并缩短成型周期,达到节省材料与成本。

1.产品收缩率分布不均匀,导致严重翘曲变

2.成型周期过长

3.产品光泽面不能有缝合线、凹陷等外观缺陷



应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题

                          图一 本案例为播放器前盖,其尺寸外观与精度要求甚高

案例分析

首先经由Moldex3D模流分析软件分析,得知该产品有充填流动不平衡的问题,导致保压不均匀、体积收缩不良产生变形;透过软件的翘曲变形仿真结果可以发现,产品在X方向呈现V形变形趋势 (图二),可能导致日后组装困难。另外,Moldex3D保压仿真分析结果显示,产品的保压温度分布几乎都在冻结温度(135°C)以上,代表保压时间十分充足,可尝试减少保压时间。分析还显示冷却时间过长,因此希望藉由降低保压与冷却时间,改善成型周期过长问题

应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题


应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题

图二、X方向呈现V形变形趋势,可能发生组装困难。

图三、浇口已冻结,说明保压时间已经足够,可以尝试减少保压时间。

针对Moldex3D的模拟预测结果,开始进行原始设计(Original 1)设计优化,希望改善流动不平衡及缩短成型时间。由于原始设计的两点进浇方式导致流动不平衡,使产品出现收缩不稳定的现象,因此改为单点进浇,并选择在产品中间位置进浇(图四)。同时,也进行保压时间(8.7秒à7秒)与水温温度(55°Cà25°C) 两个制程参数优化,以利缩短成型周期。

应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题
图四、原始设计vs. 设计变更组1的浇注系统设计

完成设计变更组1后,再次利用Moldex3D进行模拟分析后,获得以下结果和结论:

1.降低了水温,使温差增大,冷却效率提升且冷却时间缩短,但公母模温加大,也提升翘曲变形可能性。

2.改变进浇位置无法改善翘曲变形,再加上采用低模温可能使翘曲加大,因此改采修正产品肉厚方式进行第二组设变。

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图五、设计变更组1(右)总翘曲变形量比原始设计(左)稍大。

由于产品两侧肉厚不同,导致流动行为与体积收缩不均,即使进行设计变更组1,产品变形也无法获得明显改善,因此修正产品肉厚设计为下一步主要的变更方向。

设计变更组2(Revised 2)沿用原始设计组的两点进浇方式,进浇位置也保持一致,水温则调整为25°C (同设计变更组1)。第二次的设计变更主要方向为修正较厚的一侧,减少0.15 mm 厚度(图六),同时保压时间再降低为5秒,而冷却时间由原先20秒降低为18秒。

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图六、原始设计 vs. 设计变更组2产品厚度比较

完成设计变更后进行模拟分析,获得以下结论:

1.三种设计变更组都能满足客户在表面质量的要求,在产品主要外观上不会出现缝合线与包封问题(图七)。

2.修正产品肉厚和调整冷却水温为25 °C后,能够有效改善冷却效果与缩短冷却所需时间(图八)

3.保压时间降至5秒,比原始成型时间减少了7秒(图九)。

4.设计变更组2的翘曲变形量获得显著改善(图十) 。

应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题
应用Moldex3D成功克服家电外观件翘曲变形、成型周期过长难题
图七、以上三组的缝合线和包封分布都能满足生产的要求,杜绝主要外观上产生明显缺陷。
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图八、比较三个设计方案的模流分析结果发现,设计变更2在减少冷却时间上,效果最佳
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图九、产品保压温度分布在冻结温度(135°C)以上区域。由分析结果得悉,保压时间5秒左右已足够,故设计变更组2为最优的设计。

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图十、由模拟分析结果得知设计变更组2的变形量值最小,且体积收缩问获得有效改善。

由此可知藉由Moldex3D模拟分析,可以精准掌握最适化的产品设计与成型参数,有效改善产品变形问题,缩短成型周期。

总结

透过Moldex3D分析,进行产品肉厚变更与优化成型参数,成功降低40%变形量,达到尺寸稳定度要求,并且减少5.7秒的成型周期,有效提升生产效率。另外在修模成本上费用降低了近50%近(表一),验证充分利用模流分析不但能提高产品质量和生产效率,还能降低生产成本。


原始设计

变更设计

模具成本

10万 x 8套

80万

10万 x 4套

40万

试模费用

0.5万 x 8次

4万

0.5万 x 2次

1万

修模费用

0.4万x 5次

2万

0.4万 x 1次

0.4万

工程师差旅费

0.5万 x 4次

2万

0.5万 x 1次

0.5万

人民币(CNY)

成本总计

88万

成本总计

41.9万

                          表一、导入Moldex3D应用效益分析。



案例中心 / Case
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挑战光学性质欠佳翘曲问题体积收缩过高(图三)残留应力集中(图四)   图三 透过Moldex3D充填分析温度等位面分布图,可以看到产品有严重的积热和收缩问题图四 Moldex3D光学分析 可以辨识残留应力集中在浇口处效益透过Moldex3D塑料射出模拟分析与实际试模,成功验证射出压缩制程能有效改善车灯件质量。改善体积收缩44%降低翘曲量29%残留应力与光弹条纹均匀,光学性质大幅改善案例研究有别于一般传统射出成型制程,射出压缩成型具有以下优点:(1) 降低射出压力 (2) 降低残余应力 (3) 减少分子定向 (4) 均匀保压减少不均匀收缩 (5) 克服凹陷及翘曲 (6) 减少成品双折射率差 (7) 缓和比容积变化 (8)增进尺寸精度。本案例希望藉由Moldex3D射出压缩模块来模拟分析验证利用射出压缩制程生产车灯透镜的可行性,分别以产品翘曲量、体积收缩率及光学特性进行两个制程的比较。透过仿真结果与实际射出产品结果皆证实,射出压缩成型对于产品质量能有效的改善。首先藉由Moldex3D分析传统射出成型制程的翘曲量,发现由于车灯透镜肉厚不均的设计,容易使得其核心层与外表层散热不一致,及产生内应力集中问题,进而导致翘曲现象。改用射出压缩制程之后,由于压缩阶段为模壁全面施压,因此可以降低射压,以大幅降低因压力不均所造成的翘曲变形。图五、图六分别显示利用射出压缩制程,翘曲量可从0.7mm降低至0.5mm,成功减少29%的产品翘曲量。 图五 传统射出成型:最大翘曲量约为0.7mm (除去浇口与冷料井)图六 射出压缩成型:最大翘曲量约为0.5mm (除去浇口与冷料井)   接下来观察Moldex3D分析结果中的透镜中央积热问题。传统射出成型制程的产品中心处体积收缩率达12.1%,相当严重 (图七)。而利用射出压缩制程后,透镜中央温...
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