編輯：科盛科技技術支援處 工程師 周韋辰

作品大綱

本案例為電磁閥，主要用於自動沖水小便斗，使用的成型材料為POM結晶性塑膠，如圖一所示。產品本身有肉厚條件限制，且需符合尺寸精度。新鷹精器利用Moldex3D判斷最佳的澆口位置並優化製程條件。最終實現以下的目標：(1)成型高精度的唇面，(2)無表面缺陷，(3)減少因產品不均勻厚度所產生的真空泡，如圖二所示。

圖一 HCG小便斗電磁閥

圖二 產品唇面位置與厚度範圍

挑戰

• 成型高精度唇型表面
• 要求外觀完美無缺陷
• 減少產品內部真空泡

解決方案

新鷹精器導入Moldex3D模流分析，判斷最佳的澆口位置與優化製程條件，成功改善產品的缺陷。

效益

• 優化澆口位置減少包封缺陷的數量
• 成型高精度唇形表面，其生產良率高達98%
• 改善產品外觀缺陷，刻字圖案清晰可見
• 縮減40%的真空泡體積，增加其結構強度

案例研究

本案例主要目的是解決小便池電磁閥的三項成型挑戰，分別為高精度唇面尺寸、消除表面缺陷以及減少真空泡。

圖三為原始產品的唇面缺陷，不僅表面光澤度差且真圓度不佳，導致氣密洩漏，作動時產生異音。因此新鷹精器團隊使用Moldex3D重新設計澆口位置。澆口設計優化後，不僅包封的數量明顯減少，更重要的是，唇面獲得較均勻的充填壓力，真圓度也達到R0.02 ~ R0.05 mm的要求，如圖四所示。

圖三 原始產品的唇面缺陷

圖四 澆口位置設計變更的分析結果：(a)澆口位置，(b)包封位置，(c)充填階段壓力結果

其次，在解決產品的外觀缺陷部分，使用原始條件的情況下，因第一段的充填流率設定過快，導致熔膠通過截面積較小的澆口時，發生高剪切生熱與噴流現象。因此調整熔膠進入澆口時的充填流率，由40cm3/sec降低至15cm3/sec，熔膠緩慢地通過澆口，充填進入模腔中，結果顯示噴流缺陷已明顯改善，如圖五所示。然而降低後的充填流率太過緩慢，導致熔膠溫度下降過快，容易發生流動遲滯的現象，因此須再提高熔膠的充填流率。流率提高後，熔膠於產品肉薄處的溫度也隨之提高了7°C，由圖六(c)可發現產品表面更光滑，發生較少的滯流痕。

圖五 比較產品的噴流痕：（a）降低熔膠進入澆口的充填流率，（b）改善流動波前時間的結果，以及（c）實際產品的噴流痕減少。

圖六 比較產品的滯留痕：（a）提高熔膠進入模腔後的充填流率，（b）熔膠溫度增加7°C，以及（c）實際產品的滯留痕減少。

此外，因產品肉厚太厚和嚴重收縮所產生的真空泡問題，也會影響產品的旋轉平衡度和結構強度。圖八為透過X-ray顯示產品真空泡的橫截面結果，該真空泡位置符合體積收縮率上限9%的模擬結果。因此，優化的成型條件的過程中，應確保其體積收縮率小於9%，才能獲得較高強度的產品。

圖七 比較產品的應力痕：（a）優化後成型條件與最後一段的壓力釋放，（b）壓力設定修改後的產品具有較小的剪切應力，以及（c）新的實際產品具有光滑的外觀。

此外，因產品肉厚太厚和嚴重收縮所產生的真空泡問題，也會影響產品的旋轉平衡度和結構強度。圖八為透過X-ray顯示產品真空泡的橫截面結果，該真空泡位置符合體積收縮率上限9%的模擬結果。因此，優化的成型條件的過程中，應確保其體積收縮率小於9%，才能獲得較高強度的產品。

圖八 原始產品的X-ray掃描的真空泡結果(左圖)與體積收縮率9%以上的模擬結果(右圖)

在保壓時間設定部分，產品的澆口處在14秒時已完全固化。圖九為熔膠的分佈情況，原始的保壓時間設定為20秒，這表示14秒後即無法釋放模腔內的壓力。因此，在保壓壓力參數的最後階段多設置一緩衝段、釋放壓力的想法是不可行的。最後EKK團隊將保壓時間設定為11秒，此時的澆口處仍有少量熔融狀態，使產品具有連續的壓力補償，有效釋放應力並減少收縮變形。

圖九 保壓階段的熔融區域結果，保壓時間14秒與保壓時間11秒，無設置壓力釋放段

最後，團隊利用成型條件的優化，不僅改善產品體積收縮，並且減少內部真空泡，且模擬結果與實際產品的X-ray真空泡照片也十分相似(圖十)。

圖十 優化後產品的X-ray掃描結果與保壓階段體積收縮率結果

結果

新鷹精器藉由Moldex3D的模流分析預判成品可能發生的問題點，掌握熔膠流動的狀況，判斷最佳澆口位置，並利用保壓壓力與段數設定，改善產品的唇面精度和外觀缺陷痕問題。也透過調整有效的保壓時間，減少產品的真空泡與增加結構強度，模擬與現場優化相輔相成，事半功倍。