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