大綱

塑料成型制品往往在小批量產(chǎn)后便進(jìn)行各項的測試，包含落摔、熱傳等。測試過程中有時必須回到產(chǎn)品設(shè)計上去進(jìn)行設(shè)計變更，以符合各項規(guī)范。過去僅能憑經(jīng)驗進(jìn)行試誤(try-and-error)，有時往往造成額外的成本。因此，能夠在設(shè)計變更前有量化的數(shù)據(jù)可供參考，將可避免此狀況的發(fā)生。

挑戰(zhàn)

此產(chǎn)品為LED TV的支撐架，主要功能為鎖附屏幕與底座。在組立電視時，凸轂(boss)，即鎖附的位置 (如下圖所示)，會隨機(jī)發(fā)生斷裂狀況。由于此產(chǎn)品具有負(fù)載功用，強(qiáng)度必須列入產(chǎn)品設(shè)計的重要考慮之一。 

圖一  LED TV支撐架實際產(chǎn)品圖以及其易發(fā)生斷裂問題的地方

解決方案

為了找出影響產(chǎn)品的強(qiáng)度的癥結(jié)，嘉捷科技團(tuán)隊透過Moldex3D模流分析進(jìn)行充填(Filling)分析后，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品強(qiáng)度的縫合線容易集中在凸轂(boss)處。從分析結(jié)果得知(圖二)，鎖附位置的流動波前會合角度落在30~140度；依此案例所使用塑材，會合角的角度越大，縫合線就會越趨明顯。

圖二  Moldex3D 充填分析可以顯示縫合線會合角

另外，透過充填剖面圖也同時發(fā)現(xiàn)凸轂的厚度中心溫度溫差約為10℃(見圖三)。以此案例而言，其溫度均已低于塑料工作溫度10℃左右，在此條件下也導(dǎo)致該區(qū)域易產(chǎn)生結(jié)合線。流動波前的會合角度再加上兩股流動波前的溫度差，皆造成凸轂降低縫合線強(qiáng)度。

圖三  透過Moldex3D充填溫度剖面結(jié)果，發(fā)現(xiàn)凸轂的溫差易導(dǎo)致結(jié)合線發(fā)生

為了找出更好的機(jī)構(gòu)設(shè)計來增強(qiáng)產(chǎn)品的強(qiáng)度，嘉捷科技透過Moldex3D模擬鎖附的應(yīng)力分析，找出發(fā)生斷裂的問題點，并針對斷裂處進(jìn)行設(shè)計變更。除了從Moldex3D充填流動分析中，觀察到凸轂的流動波前會合角度及其中心溫度剖面，在分析過程中也使用Moldex3D FEA Interface將塑料數(shù)據(jù)匯至Abaqus進(jìn)行應(yīng)力分析，取得斷裂處的應(yīng)力-應(yīng)變圖來進(jìn)行比對(見圖四)。

分析后可看到應(yīng)力集中在鎖附的位置，其最大值為2.73 kgf / mm2，應(yīng)變值則是1.59e-03。從曲線圖可觀察到該位置于33 kgf會有斷裂機(jī)率。于是，團(tuán)隊著手進(jìn)行凸轂特征的設(shè)計變更，并同時重復(fù)進(jìn)行模流分析及應(yīng)力分析。經(jīng)過設(shè)變和模擬之后，成功將凸轂斷裂處的強(qiáng)度從33kgf提升至40kgf，改善度達(dá)21% (見圖五)。 

圖四  利用Moldex3D FEA Interface判別最大應(yīng)力集中區(qū)域

效益

此產(chǎn)品在初次量產(chǎn)時，不良率為30%，經(jīng)由Moldex3D模流分析并重新設(shè)計后，良率提升了10%。 以該產(chǎn)品年產(chǎn)量150,000件/年，共可省下約USD $41,012。未來在設(shè)計類似產(chǎn)品時，除了可先行檢視結(jié)構(gòu)特征設(shè)計是否符合強(qiáng)度需求，嘉捷科技將以此開發(fā)經(jīng)驗套用到其他產(chǎn)品上，將Moldex3D模流分析的效益發(fā)揮到更大。