■ Moldex3D/ 林秀春 協理
【內容說明】
本電池蓋尺寸為長度55mm，寬度32mm，主平面厚度0.45~0.35mm，塑料使用PBT；因主平面上如圖2方格線所示，有貼標籤紙的需求。因本塑件主要平面厚度已經是很薄了，所以擔心現場射出的問題無法解決，現場有毛邊、壓力過大與翹曲變形量值過大的狀況如圖1、圖2。因此透過模流分析找到問題與設計變更，以重現原始的試模結果，可以看到流動阻力比較大流動波前如圖10所示，在末端有結合線產生，整體壓力曲線也走高，在變形尺寸上明顯偏大，所以整體的肉厚設計是有問題的。
目前分析是將此案例貼標籤位置如圖3的藍色區域進行設計變更，將貼標籤位置移位如圖4，將此最薄處移到最角落末端處。原始設計的澆口與水路如圖5所示，設計變更後的澆口與水路如圖6所示都沒更動，分析所使用的射出機的成型條件與塑膠材料都相同。
翹曲分析在射出過程中塑件的收縮說明
射出成型過程塑件的收縮行為可以分成以下幾個階段來討論：
流動及保壓過程的收縮
由於溫度壓力變化，引發的塑料比容跟密度發生變化。此案例屬薄肉的塑件在充填階段，塑料冷卻熱傳快速；塑料溫度不斷下降，造成熱塑料不易補入。壓力在模穴內傳遞的阻力一直竄高。充填結束即保壓結束，因此如何控制流動末端的收縮是設計的關鍵。
圖1：流道與澆口區域毛邊現象圖2：產品翹曲變形量值1.0~0.8mm
圖3：貼標籤位置藍色區域
圖4：貼標籤位置藍色區域在流動末端
圖5 ：原始設計的澆口與水路
圖6 ：設計變更的澆口與水路
冷卻過程的收縮
由澆口凝固開始至塑件脫模為止。此階段塑料持續冷卻，且無熱塑料持續補入，因此塑件重量保持固定，體積逐漸收縮使塑件密度提高，收縮行為決定於塑料之狀態方程式(PVT)。
影響塑件收縮率較高的原因探討
在塑件設計方面，此產品屬薄肉的設計，但是主平面仍有肉厚分布不均(0.45~0.35mm)，中間區域有標籤設計所以肉厚更薄，在充填時有擋料的情況如圖7（左）所示，因冷卻快速讓保壓較困難不易傳遞到末端，因此圖8（左）末端有較大收縮路徑，造成主平面翹曲量值偏大（如圖9（左）所示，往上翹0.75mm，往下降低0.4mm）。設計變更將標籤區域移到末端，主平面仍保持高溫，持續冷卻中因末端比較薄所以不需要傳遞，因此圖7（右）流動末端為凸型波前，圖8（右）中標籤肉薄區溫度很低，末端已經沒有高溫路徑，所以也沒有較大收縮路徑。圖9（右）標籤肉薄區翹曲方向往下0.16mm，兩側往上0.25mm，已較原始設計改善50%以上。因此對於有肉厚變化的塑件，進澆位置選擇在較厚處可有利於保壓，而在流動末端肉薄處發生固化，讓收縮均勻可以改善翹曲現象。
圖10、11、12等位線判讀重點為「充填是否完全？」與「有無短射(short shot) 問題？」
- 由充填過程判斷，是否有局部區域流動阻力過大而有遲滯(hesitation)現象？遲滯現象發生區域容易造成塑料提早凍結(freeze)，使該區域發生滯料或充填不飽的問題。
- 充填過程中是否有流動阻力差異過大造成的賽馬現象(race track)？賽馬現象容易造成內部縫合線(internal welding line)、燒焦、充填不飽的缺陷。
圖7：設計變更前（左），標籤肉薄區在充填時有擋料情況，末端V型波前；設計變更後（右），標籤肉薄區在充填擋料消除，末端凸型波前
圖8：設計變更前（左），標籤肉薄區溫度很低,末端有高溫路徑；設計變更後（右），標籤肉薄區溫度很低，末端已經沒有高溫路徑
圖9：設計變更前（左），肉薄區翹曲方向往下0.4mm、兩側往上0.75mm；設計變更後（右），肉薄區翹曲方向往下0.16mm、兩側往上0.25mm，比變更前改善50%以上
圖10：標籤肉薄區在充填時有擋料情況末端V型波前容易形成結合線、包封以及翹曲變形
圖11：標籤肉薄區在充填擋料消除末端凸型波前穩定
圖12：流動問題將延續到保壓、冷卻與翹曲變形的問題
