应用CAE模流分析技术改善手机产品开发之收缩翘曲变形问题.doc

應用CAE模流分析技術改善手機產品開發之收縮翹曲變形問題郭瑞坤、吳燕玲J.K.KUOAnn-Wu大霸電子股份有限公司研發/機構摘要近年來隨著全球網路通訊產業的發達手機市場成長快速由於產業的逐漸成熟、換機市場的熱絡各廠商紛紛推出適合不同消費族群的產品在功能與外型上也做不斷的創新與研發除了卓越的技術與嚴格的品質控管外掌握時間與速度才能擁有競爭優勢面對輕便小巧外觀時尚的多功能手機的趨勢機構設計空間也變的相當有限在開發時間緊縮而良率需兼顧的考驗下產品本身的設計顯得相當重要。為確保產品設計的正確性本公司利用MOLDEX3D軟體在產品設計階段同時進行電腦模擬分析預測產品在成型過程可能發生的問題避免因設計不當影響產品的開發時間。一、案例簡介A.產品說明產品為Base手機下蓋幾何尺寸(mm)：長*84寬*43.6高*9.3平均厚度=1.4最厚2.2最薄0.55；模具設計：三板模採一模一穴三點直接進澆。B.問題焦點此分析針對模具廠澆口選用在薄肉區與產品設計有部份肉厚差異較大造成射出成型時保壓階段塑料提早固化壓力傳遞不良產品開模後有縮水情況進行電腦模擬分析。C.使用材料此產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。二、模流分析-原始設計圖1為產品厚度分佈由2.2~0.55mm。1）流動不平衡、結合線、包封產生圖2流動波前85%澆口徑向充填並非均勻流動在靠近薄肉區呈現遲滯有流動不平衡的情況。圖3流動波前等位線圖圖中有部份等位線過密情形代表此區流動阻力較大塑料流動通常往流動阻力小的區域流最後才回填流動阻力較大的區域造成流動末端有結合線與包封產生有時甚至有短射之慮。圖4充填/中心溫度分佈圖平均溫度在308℃上方澆口附近出現255℃的溫度差異過大末端結合線將非常明顯。2)保壓效果不良圖5保壓/中心溫度分佈圖分佈範圍在42.6℃~322℃之間大部分塑料溫度在130℃左右都低於塑料本身的不流動溫度。代表保壓結束瞬間塑料受冷模影響熱傳效應明顯塑料迅速降溫凍結。圖6澆口感測節點的中心溫度曲線圖在保壓未結束前澆口a、b溫度已低於塑料Tg點143℃代表澆口提早封口固化保壓時間太長造成保壓失效亦有保壓不足的情況發生。圖7保壓/壓力分佈圖壓力分佈範圍由澆口127Mpa至流動末端已降為0Mpa壓降過大壓力傳遞不良無法補充縮水區之塑料反而使澆口處殘留應力增加。3)縮水情況產生圖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離澆口之體積收縮率最大為（5.86%）代表縮水情況的發生當保壓結束瞬間塑料有膨漲與縮水情況同時發生時成型條件與成型機台的選用相當重要。三、模流分析-設計變更針對縮水問題的改善方式有許多以下建議三個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間使澆口保壓階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行縮水補償。圖9保壓/中心溫度分佈圖分佈範圍由47℃~327℃大部分塑料溫度提昇至166℃左右。圖10保壓/壓力分佈圖分佈範圍澆口壓力為156Mpa流動末端提昇為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圍由（-2.57%~3.92%）膨漲的情況稍增縮水率則下降。Revised_2：產品設計變更澆口區域過薄所遭受的流動阻力甚大因此大的壓降會消耗許多射出壓力因此增加進澆處肉厚由0.55mm改為0.65mm使熔塑流動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309℃上方澆口附近提昇為290℃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℃左右。圖14保壓/壓力的分佈圖澆口壓力分佈範圍為159Mpa流動末端提昇為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：模具設計變更為使達流動平衡增加一組進澆點平均分擔模穴的充填與保壓壓力的傳遞採用如表二相同的成型條件使塑料溫度提昇黏度降低流動阻力變小。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℃上方澆口附近提昇為305℃的溫度使塑料分佈相當均勻。圖18保壓/中心溫度分佈圖大部分塑料溫度提昇至171℃左右。圖19保壓/壓力分佈圖分佈範圍澆口壓力為160Mpa流動末端提昇為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。增加進料點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口是最佳的改善方式。案例追蹤的結果模具廠在增加進料點後縮