- 客戶：廣州今宏信息科技有限公司
- 產業： 電子業
- 解決方案： Moldex3D eDesign
- 國家: 中國
大綱
家電外觀件對尺寸精度與表面光潔度要求較高；若家電產品的平整度不佳，將影響到後端產品裝配，因此控制變形量是生產環節的重要關鍵。為了優化產品設計和成型參數，避免上述成型問題，業界已廣泛使用模流分析軟體進行生產前的模擬分析；其中家電、機殼產品、3C產品為主的廠商，更將模流分析視為產品設計與生產的標準化流程。廣州今宏公司借助Moldex3D模擬分析，針對家電產品「播放機前蓋」(圖一) 進行設計變更與成型參數優化，成功幫助客戶改善產品變形問題，並縮短成型週期，達到節省材料與成本。
圖一 本案例為播放機前蓋，其尺寸外觀與精度要求甚高
挑戰
- 產品收縮率分佈不均勻，導致嚴重翹曲變形
- 成型週期過長
- 產品光澤面不能有縫合線、凹陷等外觀缺陷
解決方案
使用Moldex3D eDesign模擬解決方案，在產品設計與製造初期掌握變形程度，以模擬結果為設計變更與優化製程參數的方向，成功改善產品變形問題，縮短成型週期。
效益
- X軸方向的變形量降低近40%、Y軸方向變形量降低45%、Z軸方向變形量降低了3%，成功達到產品尺寸穩定度的要求。
- 成型週期從35.2秒縮短為29.5秒，減少了5.7秒的成型週期，有效提升效率。
- 節省50％修模成本，提升經濟效益。
案例研究
首先經由Moldex3D模流分析軟體分析，得知該產品有充填流動不平衡的問題，導致保壓不均勻、體積收縮不良產生變形；透過軟體的翹曲變形模擬結果可以發現，產品在X方向呈現V形變形趨勢 (圖二)，可能導致日後組裝困難。另外，Moldex3D保壓模擬分析結果顯示，產品的保壓溫度分佈幾乎都在凍結溫度(135°C)以上，代表保壓時間十分充足，可嘗試減少保壓時間。分析還顯示冷卻時間過長，因此希望藉由降低保壓與冷卻時間，改善成型週期過長問題。
圖二 X方向呈現V形變形趨勢，可能發生組裝困難
圖三 澆口已凍結，說明保壓時間已經足夠，可以嘗試減少保壓時間
圖四 原始設計vs. 設計變更組1的澆注系統設計
針對Moldex3D的模擬預測結果，開始進行原始設計(Original 1)設計優化，希望改善流動不平衡及縮短成型時間。由於原始設計的兩點進澆方式導致流動不平衡，使產品出現收縮不穩定的現象，因此改為單點進澆，並選擇在產品中間位置進澆(圖四)。同時，也進行保壓時間(8.7秒-7秒)與水溫溫度(55°-25°C) 兩個製程參數優化，以利縮短成型週期。
完成設計變更組1後，再次利用Moldex3D進行模擬分析後，獲得以下結果和結論：
- 降低了水溫，使溫差增大，冷卻效率提升且冷卻時間縮短，但公母模溫加大，也提升翹曲變形可能性。
- 改變進澆位置無法改善翹曲變形，再加上採用低模溫可能使翹曲加大，因此改採修正產品肉厚方式進行第二組設變。
圖五 設計變更組1(右)總翹曲變形量比原始設計(左)稍大
由於產品兩側肉厚不同，導致流動行為與體積收縮不均，即使進行設計變更組1，產品變形也無法獲得明顯改善，因此修正產品肉厚設計為下一步主要的變更方向。
設計變更組2(Revised 2)沿用原始設計組的兩點進澆方式，進澆位置也保持一致，水溫則調整為25°C (同設計變更組1)。第二次的設計變更主要方向為修正較厚的一側，減少0.15 mm 厚度(圖六)，同時保壓時間再降低為5秒，而冷卻時間由原先20秒降低為18秒。
圖六 原始設計 vs. 設計變更組2產品厚度比較
完成設計變更後進行模擬分析，獲得以下結論：
- 三種設計變更組都能滿足客戶在表面品質的要求，在產品主要外觀上不會出現縫合線與包封問題(圖七)。
- 修正產品肉厚和調整冷卻水溫為25 °C後，能夠有效改善冷卻效果與縮短冷卻所需時間(圖八)
- 保壓時間降至5秒，比原始成型時間減少了7秒(圖九)。
- 設計變更組2的翹曲變形量獲得顯著改善(圖十) 。
圖七 以上三組的縫合線和包封分佈都能滿足生產的要求，杜絕主要外觀上產生明顯缺陷
圖八 比較三個設計方案的模流分析結果發現，設計變更2在減少冷卻時間上，效果最佳
圖九 產品保壓溫度分佈在凍結溫度(135°C)以上區域。由分析結果得悉，
保壓時間5秒左右已足夠，故設計變更組2為最優的設計
圖十 由模擬分析結果得知設計變更組2的變形量值最小，且體積收縮問獲得有效改善
由此可知藉由Moldex3D模擬分析，可以精準掌握最適化的產品設計與成型參數，有效改善產品變形問題，縮短成型週期。
結果
透過Moldex3D分析，進行產品肉厚變更與優化成型參數，成功降低40%變形量，達到尺寸穩定度要求，並且減少5.7秒的成型週期，有效提升生產效率。另外在修模成本上費用降低了近50%近(表一)，驗證充分利用模流分析不但能提高產品品質和生產效率，還能降低生產成本。
| 原始設計 | 變更設計 | |||
| 模具成本 | 10萬 x 8套 | 80萬 | 10萬 x 4套 | 40萬 |
| 試模費用 | 0.5萬 x 8次 | 4萬 | 0.5萬 x 2次 | 1萬 |
| 修模費用 | 0.4萬x 5次 | 2萬 | 0.4萬 x 1次 | 0.4萬 |
| 工程師差旅費 | 0.5萬 x 4次 | 2萬 | 0.5萬 x 1次 | 0.5萬 |
| 人民幣(CNY) | 成本總計 | 88萬 | 成本總計 | 41.9萬 |