作品大綱

本案例為電磁閥，主要用于自動(dòng)沖水小便斗，使用的成型材料為POM結(jié)晶性塑料，如圖一所示。產(chǎn)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并優(yōu)化制程條件。最終實(shí)現(xiàn)以下的目標(biāo)：(1)成型高精度的唇面，(2)無(wú)表面缺陷，(3)減少因產(chǎn)品不均勻厚度所產(chǎn)生的真空泡，如圖二所示。

圖一 HCG小便斗電磁閥

圖二 產(chǎn)品唇面位置與厚度范圍

挑戰(zhàn)

• 成型高精度唇型表面

• 要求外觀完美無(wú)缺陷

• 減少產(chǎn)品內(nèi)部真空泡

解決方案

新鷹精器導(dǎo)入Moldex3D模流分析，判斷最佳的澆口位置與優(yōu)化制程條件，成功改善產(chǎn)品的缺陷。

效益

• 優(yōu)化澆口位置減少包封缺陷的數(shù)量

• 成型高精度唇形表面，其生產(chǎn)良率高達(dá)98%

• 改善產(chǎn)品外觀缺陷，刻字圖案清晰可見(jiàn)

• 縮減40%的真空泡體積，增加其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

案例研究

本案例主要目的是解決小便池電磁閥的三項(xiàng)成型挑戰(zhàn)，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(chǎn)品的唇面缺陷，不僅表面光澤度差且真圓度不佳，導(dǎo)致氣密泄漏，作動(dòng)時(shí)產(chǎn)生異音。因此新鷹精器團(tuán)隊(duì)使用Moldex3D重新設(shè)計(jì)澆口位置。澆口設(shè)計(jì)優(yōu)化后，不僅包封的數(shù)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(dá)到R0.02 ~ R0.05 mm的要求，如圖四所示。

圖三 原始產(chǎn)品的唇面缺陷

圖四 澆口位置設(shè)計(jì)變更的分析結(jié)果：(a)澆口位置，(b)包封位置，(c)充填階段壓力結(jié)果

其次，在解決產(chǎn)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(shè)定過(guò)快，導(dǎo)致熔膠通過(guò)截面積較小的澆口時(shí)，發(fā)生高剪切生熱與噴流現(xiàn)象。因此調(diào)整熔膠進(jìn)入澆口時(shí)的充填流率，由40cm3/sec降低至15cm3/sec，熔膠緩慢地通過(guò)澆口，充填進(jìn)入模腔中，結(jié)果顯示噴流缺陷已明顯改善，如圖五所示。然而降低后的充填流率太過(guò)緩慢，導(dǎo)致熔膠溫度下降過(guò)快，容易發(fā)生流動(dòng)遲滯的現(xiàn)象，因此須再提高熔膠的充填流率。流率提高后，熔膠于產(chǎn)品肉薄處的溫度也隨之提高了7°C，由圖六(c)可發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品表面更光滑，發(fā)生較少的滯流痕。

圖五 比較產(chǎn)品的噴流痕：（a）降低熔膠進(jìn)入澆口的充填流率，（b）改善流動(dòng)波前時(shí)間的結(jié)果，以及（c）實(shí)際產(chǎn)品的噴流痕減少。

圖六 比較產(chǎn)品的滯留痕：（a）提高熔膠進(jìn)入模腔后的充填流率，（b）熔膠溫度增加7°C，以及（c）實(shí)際產(chǎn)品的滯留痕減少。

此外，因產(chǎn)品肉厚太厚和嚴(yán)重收縮所產(chǎn)生的真空泡問(wèn)題，也會(huì)影響產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)平衡度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。圖八為透過(guò)X-ray顯示產(chǎn)品真空泡的橫截面結(jié)果，該真空泡位置符合體積收縮率上限9%的模擬結(jié)果。因此，優(yōu)化的成型條件的過(guò)程中，應(yīng)確保其體積收縮率小于9%，才能獲得較高強(qiáng)度的產(chǎn)品。

圖七 比較產(chǎn)品的應(yīng)力痕：（a）優(yōu)化后成型條件與最后一段的壓力釋放，（b）壓力設(shè)定修改后的產(chǎn)品具有較小的剪切應(yīng)力，以及（c）新的實(shí)際產(chǎn)品具有光滑的外觀。

此外，因產(chǎn)品肉厚太厚和嚴(yán)重收縮所產(chǎn)生的真空泡問(wèn)題，也會(huì)影響產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)平衡度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。圖八為透過(guò)X-ray顯示產(chǎn)品真空泡的橫截面結(jié)果，該真空泡位置符合體積收縮率上限9%的模擬結(jié)果。因此，優(yōu)化的成型條件的過(guò)程中，應(yīng)確保其體積收縮率小于9%，才能獲得較高強(qiáng)度的產(chǎn)品。

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

在保壓時(shí)間設(shè)定部分，產(chǎn)品的澆口處在14秒時(shí)已完全固化。圖九為熔膠的分布情況，原始的保壓時(shí)間設(shè)定為20秒，這表示14秒后即無(wú)法釋放模腔內(nèi)的壓力。因此，在保壓壓力參數(shù)的最后階段多設(shè)置一緩沖段、釋放壓力的想法是不可行的。最后EKK團(tuán)隊(duì)將保壓時(shí)間設(shè)定為11秒，此時(shí)的澆口處仍有少量熔融狀態(tài)，使產(chǎn)品具有連續(xù)的壓力補(bǔ)償，有效釋放應(yīng)力并減少收縮變形。

圖九 保壓階段的熔融區(qū)域結(jié)果，保壓時(shí)間14秒與保壓時(shí)間11秒，無(wú)設(shè)置壓力釋放段

最后，團(tuán)隊(duì)利用成型條件的優(yōu)化，不僅改善產(chǎn)品體積收縮，并且減少內(nèi)部真空泡，且仿真結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品的X-ray真空泡照片也十分相似(圖十)。

圖十 優(yōu)化后產(chǎn)品的X-ray掃描結(jié)果與保壓階段體積收縮率結(jié)果

結(jié)果

新鷹精器藉由Moldex3D的模流分析預(yù)判成品可能發(fā)生的問(wèn)題點(diǎn)，掌握熔膠流動(dòng)的狀況，判斷最佳澆口位置，并利用保壓壓力與段數(shù)設(shè)定，改善產(chǎn)品的唇面精度和外觀缺陷痕問(wèn)題。也透過(guò)調(diào)整有效的保壓時(shí)間，減少產(chǎn)品的真空泡與增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，仿真與現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化相輔相成，事半功倍。