Moldex3D模流分析之让塑料制品同时满足轻量化和产品强度需求

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