大綱

厚壁塑料產(chǎn)品成型過程中，最大的挑戰(zhàn)之一就是尺寸精度問題。本項目中汽車零件─塑料鉤(圖一)在第一次試模時出現(xiàn)翹曲；即使調(diào)整了制程參數(shù)，翹曲問題仍然存在。斯洛伐克科技大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(MTF STU)使用Moldex3D研究翹曲的起因，并尋找可行的解決方案。最后根據(jù)Moldex3D的翹曲分析結(jié)果，優(yōu)化模具設(shè)計，成功解決翹曲問題，避免不必要的重工。

圖一 本案例之塑料鉤

挑戰(zhàn)

• 必須控制并降低過大的翹曲量

• 須在短時間內(nèi)找到可行的解決方法

解決方案

MTF STU團隊根據(jù)Moldex3D翹曲分析，輔助功能制造者尋找最適的解決方案，以修改模座設(shè)計。

效益

• 達到尺寸規(guī)格要求

• 避免工具制造錯誤和重工所造成的成本浪費

• 縮短校正問題的流程

案例研究

肉厚產(chǎn)品的制造過程中，最大的難題是如何達到所需的尺寸精度。本案例目標為解決此塑料鉤的翹曲問題。該產(chǎn)品的尺寸誤差容忍度為± 1.5 mm，但原始設(shè)計在鉤子區(qū)域的翹曲卻達到1.86 mm(圖二)。

圖二 原始設(shè)計及容易產(chǎn)生翹曲位置

針對這類案例，一般程序是會先進行制程參數(shù)優(yōu)化；然而在多次修改制程參數(shù)后，翹曲結(jié)果仍未見改善。因此工具制造商尋求MTF STU的協(xié)助，藉由Moldex3D的數(shù)值分析技術(shù)來驗證可能的解決方案。

后續(xù)以Moldex3D進行以下研究計劃：

• 設(shè)計變更后的水路系統(tǒng)驗證

• 氣體輔助成型技術(shù)應(yīng)用的驗證

• 模具設(shè)計變更，以達到成型產(chǎn)品所需的幾何和尺寸精度

在此階段中，在模座加入數(shù)條冷卻水路及噴泉式水路(圖三、圖四)，并藉由Moldex3D評估水路系統(tǒng)的設(shè)計變更。然而這仍無法解決產(chǎn)品翹曲問題。Moldex3D冷卻分析結(jié)果顯示，原始的水路系統(tǒng)的冷卻效果已相當(dāng)足夠，無須再添加額外的水路。

圖三 原始水路系統(tǒng)

圖四 添加噴泉式水路后的水路系統(tǒng)

一般而言，若使用氣輔成型技術(shù)，可有效改善肉厚產(chǎn)品的翹曲問題；因此MTF STU接著模擬了數(shù)種氣輔方式(圖五)。然而仿真結(jié)果顯示，使用這些方法，模內(nèi)的氣體流動都未得到優(yōu)化結(jié)果(皆產(chǎn)生氣體指紋效應(yīng))，充填、保壓和冷卻階段無法達到足夠的平衡，若要優(yōu)化制程，就必須進行大規(guī)模的模具修改，有違初衷。

圖五 氣體分別自(a)流道系統(tǒng)、(b)左側(cè)進澆口、(c)右側(cè)進澆口及(d)鉤子前端注入。

最終，工具制造商同意根據(jù)模擬結(jié)果進行模穴的設(shè)計變更，但相較于傳統(tǒng)維持產(chǎn)品外部輪廓，重新配置肉厚、肋條的方式，他們僅根據(jù)Moldex3D的翹曲分析結(jié)果，來反轉(zhuǎn)翹曲歷程，進行幾何的設(shè)計變更(圖六)。

圖六 模具設(shè)計變更過程：灰色為原始模具設(shè)計，藍色則為反轉(zhuǎn)模具設(shè)計

結(jié)果顯示，經(jīng)過此模具修改之后，已可達到鉤子所需的尺寸(圖七)，表一則為原始及修改模具后的尺寸量測結(jié)果比較。

圖七 翹曲結(jié)果驗證: (a)原始設(shè)計及(b)反轉(zhuǎn)翹曲之后的產(chǎn)品

表一 原始及模具設(shè)計變更的最大尺寸偏差值比較

結(jié)果

本案例呈現(xiàn)Moldex3D預(yù)測肉厚產(chǎn)品翹曲的能力，從而以反轉(zhuǎn)翹曲方式進行模具補償，以修正翹曲問題。最終成品達到所需的尺寸精度、滿足幾何偏差容忍度，并解決了翹曲問題。