让塑料制品同时满足轻量化和产品强度需求

in 成功故事 on 6 月 03, 2021
编辑:科盛科技技术支持处 工程师 叶承杰
客户简介

逢甲大学创立超过50年,目前已成为一所学生逾2万人的综合型大学,毕业校友逾19万人,遍布海内外,成为社会及产业不可或缺的中坚栋梁,更是产业发展的支柱。(来源)

大纲

近年来随着綠色环保意識高涨,制造业更重视节能省料、缩短成型周期。由于产业设备的塑料结构件产品,大多经CNC多道加工方式制造,往往需要较长加工时程和较高加工成本,且产生更多加工废料。因此本研究选用尼龙66作为成型材料,玻璃纤维为补强材料,并以塑料射出成型技术取代CNC加工,让产品同时具备功能性、强度及轻量化。

挑战

  • 产品机械性质
  • 产品收缩
  • 产品真圆度

解决方案

逢甲大学团队为了确认产品结构强度是否满足需求,利用Moldex3D模流分析,预测纤维补强和材料改质对产品体积收缩的影响。透过仿真发现,材料改质能有效改善产品收缩。另一方面,逢甲大学团队也利用Moldex3D进行产品孔径真圆度预测,并用实验进行验证。结果显示,孔径收缩的实验结果和模拟结果高度相符,成功改善产品收缩,并满足轻量及强度需求。

效益

  • 改善收缩22%
  • 重量减轻12%,达成轻量化目标
  • 满足结构强度

案例研究

滑块挡板是吹瓶机中用以连接滑块轴承并传送瓶胚的重要零件(图一)。本案例计划以塑料射出成型来取代原先的CNC铣床加工,并透过Moldex3D进行流动行为、纤维排向、产品收缩等现象的预测,期望能藉此降低产品的制造成本,并达到轻量化目标。修改后的产品设计如图二所示。

图一 本案例之滑块挡板

图二 修改后的创新产品设计(a: 2D设计;b: 3D设计)

为了解产品成型过程中可能产生的问题,逢甲大学团队比对了试片的Moldex3D分析与实验结果,并将研究结果应用于实际的产品开发和制造。图三为产品试片尺寸示意图,因其圆孔设计用于连结滑块轴承,故孔径真圆度相当重要。浇口位置包括接近圆孔与远离圆孔等设计(如图四所示);接下来将观察浇口位置对孔径真圆度与收缩特性之影响。

图三 具圆孔设计的试片

图四 不同浇口位置设计

为了确认产品结构强度是否满足需求,透过Moldex3D预测产品在纤维补强后对的体积收缩和真圆度,结果显示仿真结果与实验相符(图五)。

图五 Moldex3D仿真与实验的产品体积收缩比较

结果

透过Moldex3D的协助,逢甲大学团队成功让产品减轻超过12%的重量,达到轻量化目标(图六),并发现纤维补强可使产品达到所需的结构强度。此外也使产品收缩改善22%,确保孔径真圆度。

图六 产品重量比较

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