Moldex3D模流分析之一次解决电子零件的流动不平衡、缝合线及包封问题

大纲

T3C轻触零件为圜达电子开关中产量最高产品之一，电子开关主要目的为触动开关使电路导通，导通性是开关产品中最重要的关键，而此产品在制程中容易有包封、结合线、缺料等问题，造成产品之导通不良。

圜达团队使用Moldex3D分析并设计变更出解决方案，使充填产品流动平衡及缩短成型周期，并改善包封、结合线、缺料等外观缺陷，应用模流分析来提升产品之良率及降低成本。

挑战

• 改善包封、结合线、缺料等缺陷

• 改善流动不平衡之流道

• 缩短周期时间

解决方案

圜达团队藉由使用Moldex3D分析来帮助改变并设计流道位置，使产品充填时流动平衡，并降低残留应力及缩短成型周期。后又藉由增加溢流区及变更产品外型等设计，来改善包封、缝合线、缺料等外观缺陷。最终应用Moldex3D将整体良率提升了39.68%，生产周期也降低16%。

效益

• 有效控制缝合线位置

• 流动平衡

• 减少浇道料头节省材料

• 缩短成型周期

• 提升良率

案例研究

本案例之T3C轻触零件尺寸为3mm * 2mm * 0.6mm，模具为八个模穴的设计(图一)，内侧模穴的平均厚度为0.06~0.09mm，使得制造技巧难度较一般产品高。

图一 本案例产品之原始设计

经由Moldex3D模拟，发现确实有流动不平衡的问题。由于鱼骨型的流道设计，造成内侧的塑料会流动得比外侧还要快(图二)。

图二 分流道区域有流动不平衡的情形

此外因流道区域的最大冷却时间过长，使得成型周期也连带拉长，达到7~8秒(图三)。

图三 仿真显示冷却时间过长

进一步观察到缝合线(图四红线处)集中在产品背部凹孔处，此将导致流体容易渗入，使产品导通不良。

图四 潜在的缝合线位置

此外，最大剪切应力(图五)约为6MPa也过高，将使塑料产生裂解及过多残余应力。

图五 产品有过高的剪切应力

仿真结果及实验都清楚显示，流道设计为影响流动不平衡的主因。因此根据Moldex3D的分析及多次实际验证结果，设计了新的流道以取代原始方案。最后圜达团队决定采用S型流道，来改善流动不平衡问题(图六)。

图六 新的S型流道设计

多模穴模具若达到流道平衡，每个模穴就会在同样的时间点进行充填和保压。增加模穴有助于提高产能，因此对于多模穴模具而言，流道平衡显得至关重要。圜达团队以Moldex3D评估新的流道设计，发现包括流动不平衡(图七)、高剪切应力和过长的成型时间等原本困扰团队的问题，都已成功解决。

图七 流动不平衡问题已显著改善

在改为S型流道后，剪切应力也从原本的7MPa降至3MPa(图八a)，最大冷却时间也从8秒降为5秒(图八b)。

图八 (a)剪切应力成功降低；(b)成型周期成功缩短

此外，S型流道系统更帮助节省了11%的原料，降低生产成本(图九)。

图九 原始设计(左)与设计优化(右)之后的流道重量比较

然而若只变更流道系统，却无法解决缝合线和包封问题。此外还有背部0.03至0.05深的凹孔必须解决(图十a)，以及须将外观更改为外部四个顶针(图十b)以解决缝合线和包封问题。

图十 消除背部凹孔(a)及变更为外部四个顶针(b) 的最终优化设计

实际制造后的产品显示，缝合线位置已移动道产品上方(图十一红圈处)，比原始设计改善许多。实际验证后也发现与模拟结果高度相符。

图十一 模拟的流动波前趋势与实验结果高度相符

进一步观察发现，有凹孔的原始设计呈现明显的缝合线(图十二红圈处)。在消除凹孔并更改顶针设计后，新的设计就达到了制造所需的质量。

图十二 原始设计(左)与设计优化(右)后的缝合线比较

结果

Moldex3D可帮助圜达团队以更低的成本进行试模工作，并早期诊断流动不平衡、缝合线及包封等成型缺陷，最后成功省下制造成本、降低制造风险。