■Moldex3D 全球模流達人賽，作者：陳韋安 主任工程師
摘要
智慧插頭產品由於產能增加，因此評估加開模具，並導入異形水路降低Cycle Time。由於產品肉厚存在差異，成型窗口較窄，容易出現應力痕。因此需要在加開模具中進行改善，降低產生應力痕的風險。
案例簡介
產品說明：智慧插頭尺寸(mm)為長82 x寬85×高70、平均厚度5，成品重量55.1g，穴數為1出2，外觀做咬花處理，產品及流道、水路如圖1所示。
問題焦點：圖2為產品產生應力痕的位置。
使用材料：PC，縮水率為4/1000。
圖1：塑料射出成型部件
圖2：產品肉厚差異區域產生應力痕
模流分析：原始設計
通過充填保壓分析，判斷原始模具設計產生應力痕的原因，通過冷卻分析評估當前週期時間及溫度分布。
充填分析
圖3為充填分析，兩穴產品流動平衡，無明顯遲滯現象。流動末端經過圓孔設計，可能會產生縫合線，但後期做咬花處理可避免該外觀問題。
圖3：流動波前20%~100%
保壓分析
如圖4，由體積收縮率結果可看出，保壓結束後主體肉厚區域處於高收縮狀態，收縮率為8.8%，而美工縫肉薄區域處於低收縮狀態，收縮率為2%。圖5為剪切應力結果，可觀察到產品厚薄差異區域，由於溫度及體縮率差異大，產生剪切應力，外觀容易產生應力痕。
圖4：厚薄區域的體積收縮率結果
圖5：剪切應力結果
冷卻分析
圖6所示，冷卻時間60sec結束後，公模的溫度約為160℃，存在積熱問題。可判斷公模的冷卻設計較為薄弱。
圖6：公模冷卻時間及溫度結果
以上結果可判斷，產品美工縫處因為肉厚差異過大，造成體積收縮差異及剪切應力過大，產生外觀應力痕問題。另外公模水路不足，易產生積熱，增加週期時間。因此改善對策可對公模仁進行異形水路設計，並降低美工縫處的厚度差異，改善應力痕問題。
模流分析：改善設計
要改善此部件的週期問題及外觀問題，需要對模具水路設計進行優化，如圖7為針對公模進行的異型水路設計。圖8為針對美工縫做加膠0.4mm的設計變更。
圖7：異形水路設計方案
圖8：美工縫加膠設計
保壓結果對比
圖9為加膠前後剪切應力結果對比。加膠後，側壁剪切應力降低到0.8MPa。圖10為冷卻水路改善前後對比，異形水路設計的最高公模模溫由160℃降到112℃。週期時間由60sec降到22sec，如圖11。模具剖視圖可看到積熱區域溫度降低60℃，如圖12。
圖9：加膠前後剪切應力結果對比
圖10：改善前後公模高溫溫度對比
圖11：改善前後公模冷卻至頂出時間對比
圖12：改善前後模具溫度結果對比
翹曲結果觀察
更改肉厚及冷卻設計後，產品各方向收縮值也有所改善。圖13、圖14、圖15分別為X、Y、Z方向的收縮對比。
圖13：X方向翹曲結果線性收縮率對比
圖14：Y方向翹曲結果線性收縮率對比
圖15：Z方向翹曲結果線性收縮率對比
結論
最終透過異形水路設計可有效降低冷卻時間，改善Cycle Time由67sec降至30sec，如圖16。以一模兩穴每月400K產能需求，模具套數可由14套降至6套，如圖17。產品底部組裝接觸面，因肉厚差過大產生應力痕，在進行加膠處理後，也得以改善。
圖16：改善前後Cycle Time對比
圖17：改善前後效益對比
本篇文章經科盛科技授權後轉載
參考文獻
[1]. 陳韋安，模流分析運用於3C產品外觀及成型製程改善解析2019/9
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