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文檔簡介

1、應(yīng)用CAE模流分析技術(shù)改善手機(jī)產(chǎn)品開發(fā)之收縮翹曲變形問題郭瑞坤、吳燕玲J. K. KUO, Ann-Wu大霸電子股份有限公司 研發(fā)/機(jī)構(gòu)摘要近年來隨著全球網(wǎng)路通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá),手機(jī)市場成長快速,由於產(chǎn)業(yè)的逐漸成熟、換機(jī)市場的熱絡(luò),各廠商紛 紛推出適合不同消費(fèi)族群的產(chǎn)品,在功能與外型上也做不斷的創(chuàng)新與研發(fā),除了卓越的技術(shù)與嚴(yán)格的品質(zhì)控管 外,掌握時(shí)間與速度才能擁有競爭優(yōu)勢,面對輕便小巧外觀時(shí)尚的多功能手機(jī)的趨勢,機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)空間也變的相 當(dāng)有限,在開發(fā)時(shí)間緊縮而良率需兼顧的考驗(yàn)下,產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)重要。為確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性, 本公司利用MOLDEX 3D軟體在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段同時(shí)進(jìn)行電腦模擬分析,

2、預(yù)測產(chǎn)品在成型過程可能發(fā)生的問題, 避免因設(shè)計(jì)不當(dāng)影響產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。一、案例簡介A.產(chǎn)品說明產(chǎn)品為Base手機(jī)下蓋,幾何尺寸(mm):長*84寬*43.6高*9.3,平均厚度=1.4最厚2.2最薄0.55 ;模具設(shè)計(jì): 三板模採一模一穴三點(diǎn)直接進(jìn)澆。B. 問題焦點(diǎn)此分析針對模具廠澆口選用在薄肉區(qū)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有部份肉厚差異較大,造成射出成型時(shí)保壓階段塑料提早固化壓力傳遞不良,產(chǎn)品開模後有縮水情況,進(jìn)行電腦模擬分析。C. 使用材料此產(chǎn)品分析所採用的材料為PC。D. 加工條件本文所採用之加工條件如表一所示。、模流分析-原始設(shè)計(jì)圖1為產(chǎn)品厚度分佈由 2.20.55mm。1)流動(dòng)不平衡、結(jié)合線、包封產(chǎn)生

3、圖2流動(dòng)波前85%,澆口徑向充填並非均勻流動(dòng),在靠近薄肉區(qū)呈現(xiàn)遲滯,有流動(dòng)不平衡的情況。圖3流動(dòng)波前等位線圖,圖中有部份等位線過密情形,代表此區(qū)流動(dòng)阻力較大,塑料流動(dòng)通常往流動(dòng)阻力小的 區(qū)域流,最後才回填流動(dòng)阻力較大的區(qū)域,造成流動(dòng)末端有結(jié)合線與包封產(chǎn)生,有時(shí)甚至有短射之慮。圖4充填/中心溫度分佈圖,平均溫度在308 C,上方澆口附近岀現(xiàn) 255 C的溫度,差異過大,末端結(jié)合線將非常明顯。2)保壓效果不良圖5保壓/中心溫度分佈圖,分佈範(fàn)圍在42.6 C 322 C之間,大部分塑料溫度在130 C左右,都低於塑料本身的不流動(dòng)溫度。代表保壓結(jié)束瞬間塑料受冷模影響,熱傳效應(yīng)明顯,塑料迅速降溫凍結(jié)。圖

4、6澆口感測節(jié)點(diǎn)的中心溫度曲線圖,在保壓未結(jié)束前,澆口a、b溫度已低於塑料 Tg點(diǎn)143C,代表澆口提早封口固化,保壓時(shí)間太長,造成保壓失效亦有保壓不足的情況發(fā)生。圖7保壓/壓力分佈圖,壓力分佈範(fàn)圍由澆口127Mpa至流動(dòng)末端已降為 OMpa,壓降過大,壓力傳遞不良,無法補(bǔ)充縮水區(qū)之塑料,反而使?jié)部谔帤埩魬?yīng)力增加。3)縮水情況產(chǎn)生圖8體積收縮率分佈圖,澆口附近體積收縮率為(-2.02% ),代表有膨脹的情況,遠(yuǎn)離澆口之體積收縮率最大為(5.86% ),代表縮水情況的發(fā)生,當(dāng)保壓結(jié)束瞬間塑料有膨漲與縮水情況同時(shí)發(fā)生時(shí),成型條件與成型機(jī) 臺(tái)的選用相當(dāng)重要。三、模流分析-設(shè)計(jì)變更針對縮水問題的改善方式

5、有許多,以下建議三個(gè)solution提供工程師參考。Revised_1 :成型條件變更變更成型條件如表二,降低保壓時(shí)間,使?jié)部诒弘A段塑料溫度提昇,增加保壓壓力,因保壓壓力需足夠克服 澆口阻力進(jìn)行縮水補(bǔ)償。圖9保壓/中心溫度分佈圖,分佈範(fàn)圍由47 C327 C,大部分塑料溫度提昇至166 C左右。圖10保壓/壓力分佈圖,分佈範(fàn)圍澆口壓力為156Mpa,流動(dòng)末端提昇為 37Mpa,代表壓降變小。圖11體積收縮率分佈圖,體積收縮率分佈範(fàn)圍由(-2.57%3.92% ),膨漲的情況稍增,縮水率則下降。Revised_2 :產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更澆口區(qū)域過薄,所遭受的流動(dòng)阻力甚大,因此大的壓降會(huì)消耗許多射岀壓力

6、,因此增加進(jìn)澆處肉厚,由0.55mm改為0.65mm,使熔塑流動(dòng)阻力降低,採用如表二的成型條件。圖12充填/中心溫度分佈圖,平均溫度在309C,上方澆口附近提昇為290C的溫度,使塑料分佈較均勻。圖13保壓/中心溫度分佈圖,大部分塑料溫度提昇至171 C左右。圖14保壓/壓力的分佈圖,澆口壓力分佈範(fàn)圍為159Mpa,流動(dòng)末端提昇為 48.2Mpa,代表壓力有效傳遞。圖15體積收縮率分佈圖,體積收縮率分佈範(fàn)圍為(-2.45%3.32% ),膨漲的情況稍增,縮水率則有明顯的下降。Revised_3 :模具設(shè)計(jì)變更為使達(dá)流動(dòng)平衡,增加一組進(jìn)澆點(diǎn),平均分擔(dān)模穴的充填與保壓壓力的傳遞,採用如表二相同的成

7、型條件,使 塑料溫度提昇,黏度降低,流動(dòng)阻力變小。圖16澆道配置變更圖。圖17充填/中心溫度分佈圖,平均溫度310 C,上方澆口附近提昇為305 C的溫度,使塑料分佈相當(dāng)均勻。圖18保壓/中心溫度分佈圖,大部分塑料溫度提昇至171 C左右。圖19保壓/壓力分佈圖,分佈範(fàn)圍澆口壓力為160Mpa,流動(dòng)末端提昇為 37.4Mpa,代表壓降變小。圖20體積收縮率分佈圖,體積收縮率分佈範(fàn)圍由(-2.42%3.00% ),膨漲的情況稍增,縮水率有大幅度的降低。增加進(jìn)料點(diǎn),以相同的流速,使塑料溫度均勻分佈,壓力均勻傳遞,壓降變小,讓各澆口有效發(fā)揮,使縮水率 降低。圖21改善成效比較表,由比較表中得知增加澆

8、口是最佳的改善方式。案例追蹤的結(jié)果,模具廠在增加進(jìn)料點(diǎn)後,縮水問題已完全解決,結(jié)合線處也較不明顯,對於澆口區(qū)有過度膨脹情況,因此區(qū)是貼貼紙的區(qū)域,在尺寸上的影響有限,過度膨脹因應(yīng)力集中所產(chǎn)生的翹曲變形問題,因成品外緣將此區(qū)keep住,因此此情況並不造成成品的不良。圖22市面銷售手機(jī)圖。四、結(jié)論澆口位置的決定應(yīng)位於塑件肉厚處,以使塑料由較厚處流至薄處,如此可使塑料分配較均勻;而澆口數(shù)量的選定,除需注意結(jié)合線發(fā)生外,更重要的是流動(dòng)平衡,避免成型品有應(yīng)力集中現(xiàn)象。保壓階段塑料並未完全的固化,且有塑料不斷被擠進(jìn)模穴當(dāng)中,所以模穴內(nèi)的塑料為固體液體之混合狀態(tài)。在此階段流動(dòng)為不穩(wěn)定的,塑料流速極低,流動(dòng)不

9、再起主導(dǎo)作用,壓力為影響保壓過程的主要因素。在保壓的過程中,最重要的操作變數(shù)為保壓壓力及保壓時(shí)間,保壓壓力大約是整個(gè)射出成型週期中最高的壓力,決定於射出機(jī)鎖模力大小。保壓時(shí)間則控制保壓的程度。保壓壓力太高或保壓時(shí)間太長,產(chǎn)品容易產(chǎn)生毛邊且有較高的殘留應(yīng)力;而保壓壓力太低或保壓時(shí)間太短,產(chǎn) 品容易發(fā)生收縮現(xiàn)象,影響產(chǎn)品品質(zhì),因此成型機(jī)臺(tái)與成型條件的選用相當(dāng)重要。五、參考文獻(xiàn)1)科盛科技,” CAE模流分析技術(shù)入門與應(yīng)用(一天學(xué)會(huì) Moldex3D模流分析軟體)”,全華科技圖書岀版,2002。3)張榮語,射岀成型專書(H)模具設(shè)計(jì),高立圖書岀版,1998。2) CAE研究室,”案例分析小手冊”,國

10、立 清華大學(xué)化工系 CAE研究室六、圖表彙整項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)充填時(shí)間0.26sec充填壓力136Mpa保壓時(shí)間1.0sec保壓壓力136Mpa塑料溫度305C模具溫度70 C頂岀溫度127C表一:成型加工條件表項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)充填時(shí)間0.26sec充填壓力136Mpa保壓時(shí)間0.7sec保壓壓力164Mpa塑料溫度305 C模具溫度70 C頂岀溫度127C表二:成型加工條件表(Revised)il Vi inm I mni0 / mu圖一:成品肉厚分佈圖圖二:流動(dòng)波前 85%圖圖三:流動(dòng)波前等位線圖圖四:充填/中心溫度分佈圖I WllMftw圖五:保壓沖心溫度分佈圖 圖六:感測節(jié)點(diǎn)的中心溫度曲線圖圖七:保壓/壓力分佈圖圖八:保壓/體積收縮率分佈圖圖九:保壓/中心溫度分佈圖(Revised_1)圖十:保壓/壓力分佈圖(RevisedME圖一:體積收縮率分佈圖(Revised) 圖十二:充填/中心溫度分佈圖(Revised_2)圖十三:保壓/中心溫度分佈圖(Revised_2)圖十四:保壓/壓力分佈圖(Re

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