如何用最少时间找出最佳的产品几何设计？

■ 科盛科技产品处 / 胡珅滕 技术经理

（ACMT SMARTMolding 21年12月刊）

前言

一般塑胶制品的生产流程，从产品造型及结构设计、模具设计、模具制造到射出成型，须历经许多阶段。若在前段设计上有不周全的地方，就会造成后段生产的困难，或是需要来回沟通以调整产品设计、模具设计或修整模具。本文即着重在塑胶产品设计阶段，说明如何透过模流分析找较佳的产品设计，藉此预先排除潜在问题，使产品能顺利量产。

图1：肉厚变化时的建议设计准则

Moldex3D SYNC大幅简化CAE分析的工作

在产品设计阶段，通常会有可制造性(DFM)的规范检查；而常见的DFM项目包括塑胶材料的预放值、拔模角度、是否有倒钩，也会有建议的肉厚设计、肋条或突起(boss)设计，以及公差等等。这些规范检查可以靠CAD的功能或利用人工检查图面完成，例如：一般会希望产品厚度一致，但在需要厚度变化时，会有如图1的建议设计；在做肋条的设计会给予如图2、图3的建议；突起部分也同样有建议的设计尺寸，如图4。

图2：建议的肋条尺寸设计

图3：等校的肋条参考设计

图4：参考肉厚及建议的突起物设计

然而在实际上，塑胶射出成型是动态的生产过程，即使是相同种类的塑胶材料，不同厂商、型号在材料特性可能就有很大的差异；而使用不同的射出机，就会有不同的机台响应，不同的加工条件也可能对产品质量造成影响。这也是为何有了DFM，实际生产时仍会有问题的原因之一。例如：已依照建议的肉厚和肋条进行设计，成品却还是发生翘曲变形过大、结构强度不足、外形缺陷甚至填不饱而无法成型的状况。

因此，在进行产品尺寸设计时，没有绝对正确的做法，不如将其视为设计建议的起始标准。除了利用CAD做DFM检查，还可进一步透过CAE模流分析重新调整几何尺寸，并反覆分析验证优化设计或排除问题。然而这样的反覆改变设计和验证，是一段冗长的工作流程；为了解决这项难题，Moldex3D SYNC在2021的版本推出了几何最佳化工具，帮助使用者大幅简化CAE分析的工作，只要几个简单的操作步骤，就可以得到所有的尺寸变化与相对应的CAE分析结果。

案例说明

以下透过一连接器案例来示范如何利用Modex3D SYNC做出最佳化的几何设计。图5是已通过DFM检查的原始产品模型，图6则是一开始的模拟结果；从流动分析来看，连接器两侧都有流动不平衡的现象。图7则为翘曲变形结果，此翘曲情形会造成排针无法正常插入，必须在生产前改善。从原始设计剖面来看，两边厚度不同，而较厚的那端可进行些微的厚度修正。推测改变厚度可以改善流动平衡与翘曲（仍须做结构强度分析），却无法判断应修改多少才能达到最佳厚度。若一一分析不同厚度的设计，必然旷日费时，如图8所示。这时若使用Moldex3D SYNC几何最佳化工具，便可快速指定变化的参数，并设置所有分析组别。最后也从中获得一组最佳化分析结果（图9），波前几乎在末端重合，也因此改善了翘曲结果。

图5：连结器案例及其剖面图

图6：CAE模拟结果，显示两侧流动不平衡

图7：可能因流动不平衡而造成的翘曲变形

图8：对几何参数设置变化范围并一次产生所有分析组别

图9：某一组分析结果，两侧波前几乎在末端重合

结语

从上述的例子可得知，可制造性(DFM)的静态的规范检查，无法百分之百反映动态生产过程所造成的问题。CAE模流分析则可协助用户弥补这一部分；而Moldex3D SYNC几何最佳化工具更可进一步帮助使用者简化分析所需的工作。若将模流分析提供的分析结果项目也视为产品可制造性的一环，结合CAD与CAE的优点与功能，即可有效提升产品设计效率，缩短产品上市时间。

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