反转翘曲 解决翘曲

编辑:科盛科技欧洲营业处客户经理 林运融
客户简介

斯洛伐克科技大学材料科学与技术学院(MTF STU)已有约30年历史,其在冶金学、材料工程、生产技术的研究及教学方法极受外界肯定。(来源)

大纲

厚壁塑料产品成型过程中,最大的挑战之一就是尺寸精度问题。本项目中汽车零件─塑料钩(图一)在第一次试模时出现翘曲;即使调整了制程参数,翘曲问题仍然存在。斯洛伐克科技大学材料科学与技术学院(MTF STU)使用Moldex3D研究翘曲的起因,并寻找可行的解决方案。最后根据Moldex3D的翘曲分析结果,优化模具设计,成功解决翘曲问题,避免不必要的重工。

图一 本案例之塑料钩

挑战

  • 必须控制并降低过大的翘曲量
  • 须在短时间内找到可行的解决方法

解决方案

MTF STU团队根据Moldex3D翘曲分析,辅助功能制造者寻找最适的解决方案,以修改模座设计。

效益

  • 达到尺寸规格要求
  • 避免工具制造错误和重工所造成的成本浪费
  • 缩短校正问题的流程

案例研究

肉厚产品的制造过程中,最大的难题是如何达到所需的尺寸精度。本案例目标为解决此塑料钩的翘曲问题。该产品的尺寸误差容忍度为± 1.5 mm,但原始设计在钩子区域的翘曲却达到1.86 mm(图二)。

图二 原始设计及容易产生翘曲位置

针对这类案例,一般程序是会先进行制程参数优化;然而在多次修改制程参数后,翘曲结果仍未见改善。因此工具制造商寻求MTF STU的协助,藉由Moldex3D的数值分析技术来验证可能的解决方案。

后续以Moldex3D进行以下研究计划:

  • 设计变更后的水路系统验证
  • 气体辅助成型技术应用的验证
  • 模具设计变更,以达到成型产品所需的几何和尺寸精度

在此阶段中,在模座加入数条冷却水路及喷泉式水路(图三、图四),并藉由Moldex3D评估水路系统的设计变更。然而这仍无法解决产品翘曲问题。Moldex3D冷却分析结果显示,原始的水路系统的冷却效果已相当足够,无须再添加额外的水路。

图三 原始水路系统

图四 添加喷泉式水路后的水路系统

一般而言,若使用气辅成型技术,可有效改善肉厚产品的翘曲问题;因此MTF STU接着模拟了数种气辅方式(图五)。然而仿真结果显示,使用这些方法,模内的气体流动都未得到优化结果(皆产生气体指纹效应),充填、保压和冷却阶段无法达到足够的平衡,若要优化制程,就必须进行大规模的模具修改,有违初衷。

图五 气体分别自(a)流道系统、(b)左侧进浇口、(c)右侧进浇口及(d)钩子前端注入。

最终,工具制造商同意根据模拟结果进行模穴的设计变更,但相较于传统维持产品外部轮廓,重新配置肉厚、肋条的方式,他们仅根据Moldex3D的翘曲分析结果,来反转翘曲历程,进行几何的设计变更(图六)。

图六 模具设计变更过程:灰色为原始模具设计,蓝色则为反转模具设计

结果显示,经过此模具修改之后,已可达到钩子所需的尺寸(图七),表一则为原始及修改模具后的尺寸量测结果比较。

图七 翘曲结果验证: (a)原始设计及(b)反转翘曲之后的产品
样本 尺寸偏差容忍范围 钩子前端最大尺寸偏差值
单一浇口的原始模穴设计 ± 1.5 mm +1.86
模具设计变更 ± 1.5 mm +0.47
表一 原始及模具设计变更的最大尺寸偏差值比较

结果

本案例呈现Moldex3D预测肉厚产品翘曲的能力,从而以反转翘曲方式进行模具补偿,以修正翘曲问题。最终成品达到所需的尺寸精度、满足几何偏差容忍度,并解决了翘曲问题。


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