1、3C笔记本电脑产品设计优化(宏碁/巨腾案例分享)巨腾国际笔电上盖(A件含纤)进胶方式背景大纲 产品/制程发展趋势 随着Ultrabook的诞生，塑料轻薄化将成为机壳厂的挑战，当下应用十分广泛，于塑料中添加20%50%不等的玻璃纤维，使其所制造的机壳具有超薄且更高强度等特性。但往往客户需求的变形量都会很小，以A件为例，不同的进胶方式，将会得到不一样的结果。本次专题，透过CAE模流分析，探讨A件产品加入30%玻璃纤维，使用三种不同进胶方式，对产品翘曲变形方向、变形大小的影响。探讨三种进胶方式各自的优缺点，提供模具设计工程师，对于A件含纤料之最佳进胶方案，以节省模具开发成本及缩短产品开发周期。当前的
2、挑战/问题是甚么?请阐述其重要性。在现阶段，降低成本、缩短开发周期和提高企业競爭力的必修課，计算机试模显得格外重要。对于含纤维材料的A件产品，进胶方式上存在多样性，如侧边进胶、中间大斜销进胶、倒灌多点进胶等等，但哪种进胶方式最好？最能符合量产需求呢？优化结果往往需要开发模具来求的结果，对于降低开发成本、缩短周期非常很不利，藉由 CAE技术求的结果。本研究利用Moldex3D软件，对不同的进胶口设计形式，进行翘曲变形分析，从而得知最佳设计方案。藉由此方法可避免模具修模与繁琐的试模程序，为模具设计和产品设计，提供优化的设计方案。为何选择Moldex3D?從Moldex3D的使用來看,直觀的人機對話
3、界面,通俗易懂的操作以及圖文並茂的結果呈現,使得Moldex3D成為提升企業競爭力的必備神器.目标 目标 本作品之目标 透过专题论文研究与Moldex3D分析,比较笔电A件三种进胶方式 翘曲变形值,从而得到优化进胶解决方案 长期目标 运用Moldex3D软件,为模具设计人员提供流道/浇口/冷却 优化方案,降低模具修改次数及开发成本.预期效益 请提供本研究之可量化效益分析 通过本专题探讨,得出笔电A件(含纤)优化进胶解决方案.产品介绍产品件名称:LCD_CVOER产品尺寸 长：381.3 mm 宽：245.0mm 高：9.1 mm 厚度：1.8 mm 网格模型 网格型态:A/B/C都采用eDes
4、ign3D实体网格 总网格数 A:1210765万B:1458177万C:1895914万產品外觀:噴漆产品厚度21.0mm11.8mm31.产品平均肉厚1.8mm2.LOGO 处肉厚较薄1.0mm3.LOGO右上方会有结合线产生流道配置1.方案A侧边进胶,此进胶方式 可能会出现产品尺寸大小头.2.方案B倒灌中间大斜销进胶,预估浇口处的剪切应力,造成成品外观的瑕疵3.方案C十点倒灌进胶,预估此方式会有包封的问题,需注意模具排气设计.方案方案A A方案方案B B方案方案C C65160mm114mm652.52.0冷却水路设计方案A方案B方案C1.方案A/B/C:模具水路设计示意公模水路母模水路
5、公模水路母模水路公模水路母模水路材料分析1.材料在加工区域,黏度对温度的敏感性不高2.材料在加工区域,黏度对剪切率的敏感性较高,可以通过调整充填速度降低产品的成型压力3.材料的比容变化不大,模内收缩较小.材料种类PC+30%GF熔胶加工温度范围()285 310材料型号EXTC8143模具加工温度范围()60110材料制造商SabicTg()124成型条件:方案A12431.充填时间2.保压时间3.射出速度4.保压压力1.充填时间2.保压时间3.射出速度4.保压压力成型条件:方案B1243成型条件:方案C1243431.充填时间2.保压时间3.射出速度4.保压压力PART IV:模流分析应用分
6、析方法及流程 使用哪些产品、模块或是功能?有特别着重的部分?采用Moldex3D Cad doctor/3D Mesh/Designer R13/Flow/Cool/Pack/Warp/Fiber等模块,本次专题的重点是塑料粒含GF,所以,纤维配向及纤维影响翘曲程度将是此次的重点.详述分析的执行过程、哪些分析项目以及先后顺序 运用Moldex3D软件,针对各自流道系统的不同,采用与之相吻合的成型参数 来分析A/B/C三种进胶方式能达到的最佳翘曲变形值,再经过 主要参数比较,得出笔电A件(含纤)三种进胶方式中，最具量产性及经济性的方案.流动波前-方案A(60%)(70%)(80%)(100%)(
7、95%)(90%)1.成品左右側 因塑膠流動剪切熱,溫度升高,所以兩側邊的流速較快2.Logo 處肉厚不均,造成塑膠流動過程中的遲滯效應.112流动波前-方案B(60%)(70%)(80%)(100%)(95%)(90%)11.Logo 處肉厚不均,造成塑膠流動過程中的遲滯效應,產生的回包.流动波前-方案C(60%)(70%)(80%)(100%)(95%)(90%)1.中間區域,為多點進膠匯合處,會產生包封,需注意模具排氣.2.Logo 處肉厚不均,造成塑膠流動過程中的遲滯效應,產生的結合線.121.等位线疏密代表流动阻力的大小流动波前等位线-方案A/B/CABC浇口贡献度方案方案A A方案
8、方案B B方案方案C C100%100%1.方案A与方案B 1点进胶 故 贡献度为100%2.方案C浇口贡献度如图所示结合线方案方案A A方案方案B B方案方案C C1231.方案A无结合线2.方案B Logo末端回包产生结合线3.方案C多点进胶 左上区域因肉厚不均,会产生短暂的迟滞,有结合线产生.进胶点分布区,有结合线产生,需考虑母模模温及公模排气.充填压力方案方案A A方案方案B B方案方案C CPmax=175.4MPaPmax=117.3MPaPmax=71.4MPa1.方案A末端压力偏低,压力传导不良2.方案B成品长边末端压力偏低,流长过长,压力传递不良3.方案C多点进胶,流长较短,
9、压力传递良好,Logo处因肉厚关系,压力传递较差1.方案A流道压力降21Mpa2.方案B流道压力降13Mpa3.方案C流道压力降5Mpa4.以上可知 方案C流道压力降较小进浇口压力方案方案A A方案方案B B方案方案C C175.4Mpa-154Mpa117Mpa-104Mpa71Mpa-66Mpa充填温度方案方案A A方案方案B B方案方案C C1.温度分布均匀2.四周因剪切生熱,有升温现象剪切应力方案方案A A方案方案B B方案方案C C1.剪切应力过高,导致产品残留应力2.三种剪切应力最大值 集中在浇口附近最大剪切率方案方案A A方案方案B B方案方案C CV剪切率=11156.4 1/
10、secV剪切率=5511.5 1/secV剪切率=3103.2 1/sec1.剪切率过高会破坏高分子链造成成型塑件局部劣化.2.三种方案最大剪切率均集中于浇口附件3.由上图得知 方案C剪切率较低纤维配向方案方案A A方案方案B B方案方案C C1.1代表纤维被100%配向.配向值越高代表纤维被流场在该方向配向的程度越高.2.由上图看出 方案C配向性较低 方案A/方案B配向性较高1.上图为保压结束时的分布情况2.由图得知 方案A仍有可保压的空间,但存在涨模的风险3.右图得知 方案B/方案C结束时的保压压力停留在浇口附近,外观会有瑕疵保压压力方案方案A A方案方案B B方案方案C C108.1Mp
11、a68.1Mpa43.9Mpa1.正值代表体积收缩,负值代表可能由于过度保压造成的体积膨胀.不均匀的体积收缩率分布会导致塑件翹曲2.由上图得知 方案C体积收缩较为集中,塑料翘曲变形相对比较小体积收缩率方案方案A A方案方案B B方案方案C C1.方案A/B/C所需机台分别为650Ton/450Ton/550Ton2.由上图得知 方案B/C所需机台吨位较符合实际生产锁模力方案方案A A方案方案B B方案方案C C459 ton383 ton606 ton1.方案A/方案C为哭脸2.方案B为S形翘曲变形方案方案A A方案方案B B方案方案C C放大10倍变形量,可判断变形趋势-1.71.8mm-0
12、.61.0mm-0.51.2mm尺寸预测方案AAB11.尺寸大小头相差约0.8mm,A侧偏小1.尺寸大小头相差约0.07mm,B侧偏小尺寸预测方案BAB1尺寸预测方案CAB11.尺寸大小头相差约0.02mm,B侧偏小 设计产品问题 包封 产品有包封现象,模具采用分型面排气或入子方式排气 翘曲变形 方案A -1.71.8mm 方案B -0.61.0mm 方案C -0.51.2mm 大小头 方案A尺寸大小头相差约0.8mm 方案B尺寸大小头相差约0.07mm 方案C尺寸大小头相差约0.02mmPART V:结论及未来应用计算机试模分析结果设计总结综合比较1.由分析数据比较得知由分析数据比较得知 方
13、案方案A成型压力机机台需求比较大成型压力机机台需求比较大,不符合实际生产不符合实际生产2.由分析数据比较得知由分析数据比较得知 方案方案B进胶口处剪切率较大进胶口处剪切率较大,造成胶口处外观瑕疵造成胶口处外观瑕疵,主要主要 为喷漆无法遮蔽为喷漆无法遮蔽.3.由此得出结论由此得出结论 方案方案C符合实际生产需求符合实际生产需求方案A A方案B B方案C C进胶方式侧边大扇形中间大斜销十点进胶成型压力175.4MPa175.4MPa117.3MPa117.3MPa71.4MPa71.4MPa锁模力606Ton606Ton383Ton383Ton459Ton459Ton纤维配向(同向性)高高低大小头
14、差异0.8mm0.8mm0.07mm0.07mm0.02mm0.02mmY Y轴变形(开模向)哭脸1.8mm-1.7mm1.8mm-1.7mmS S形1.0mm-0.6mm1.0mm-0.6mm哭脸1.2mm1.2mm-0.5mm-0.5mm最大剪切率最大剪切率V剪切率=11156.4 1/secV V剪切率剪切率=5511.5 1/sec=5511.5 1/secV剪切率=3103.2 1/sec 研究成果 翘曲变形 产品开发成本论文总结(呈现Moldex3D的价值及带来的效益表）热浇道数量热浇道数量一支热浇道一支热浇道一支热浇道一支热浇道十支热浇道十支热浇道产品重量产品重量(克克)168.
15、4168.4169169168.8168.8料头重量料头重量(克克)7.37.310.210.20.20.2加工料头时间加工料头时间(sec)(sec)101010105 5塑料费用塑料费用(美金美金)1.141.141.161.161.101.10Moldex3D未来应用及研究发展 未来应用计划 未来,希望Moldex3D能搭配实际成型机台,使得分析的数据及参数更加准确,更具参考价值,且,达到公司所开发料件100%全覆盖.期许软件能更加简洁化,操作界面能更加智能化.未来研究计划研究计划,配合公司战略发展,考虑符合材料在笔电行业应用更加广泛,希望藉由Moldex3D软件来实现热压/复合材料成型
16、等等实际中的应用.宏碁集团 IMR平板计算机下盖薄件_冲墨及应力的解决背景大纲 产品/制程发展趋势 平板计算机背蓋減薄，可使其輕量化，提升消费者更佳的使用感受。搭配IMR制程，使其外观拥有丰富多变的色彩 当前的挑战/问题是甚么?请阐述其重要性 一般产品以PC/ABS+talc15%，产品设计均厚为1.31.5/mm 以PC(聚碳酸酯)+玻璃纤维，其材料特性黏度高于PC/ABS材料，玻纤于流动过程对IMR Film油墨印刷层产生强烈冲刷作用，增加模具设计与成型调机的挑战 本案案例将以均厚1.31.5/mm产品，挑战产品设计均厚0.8mm，并搭配IMR制程做为外观装饰，预期挑战的重点在于 1)发生
17、浇口位置局部沖墨现象 2)浇口处外观面发生明显的應力痕存在 本案将透过模流分析软件，进行冲墨现象的原因解析并以计算机试模迭代修正浇口改善及搭配现场试模验证模流分析与现场实际成型的差异，以取代传统的try&error方法，以科学论证搭配现场实务掌控修模方向，达成节省大量修模次数并压缩技术优化验证周期，提升公司技术競爭力。背景大纲 为何选择Moldex3D?挑战产品超薄设计，并运用材料加纖增加模設計及成型試模的困難度，此分析主要针对流道及浇口几何设计優化來達到改善品質 Moldex3D独创的边界层网格技术(BLM)、Moldex3D/eDesign、Moldex3D/Solid三维实体网格對黏滞加
18、热效应、壓力分析、摩擦生热及剪切应力分析精准度高 本案例探讨浇口冲墨及浇口应力痕现象发生原因，透过Moldex3D，技术与软件研发团队密切配合，原厂提供快速与强力的技术支持，让本案得以顺利结案目标 目标 有效利用模流分析软件，在有限的产品开发期间，克服使用塑料添加玻璃纤维材料，搭配IMR于超薄件应用发生薄膜冲墨现象 搭配IMR制程在浇口冲墨问题与发生浇口应力痕的现象，并利用含玻璃纤维材料，弥补产品于薄形化设计所衍生的刚性不足问题 预期效益 目前市面上的平板计算机背盖肉厚1.31.5mm，将背盖由1.31.5mm压缩至0.8mm，对平板计算机内部空间应用规划弹性大幅度增加，单件产品可輕量化38%
19、48%，带来了轻、薄、短、小的使用感受PART III:产品介绍产品件名称:平板计算机下盖 产品尺寸 长：208 mm 宽：148 mm 高：7 mm 厚度：0.8 mm 网格模型 网格型态：mde /mfe 产品网格数:672252/3659496 薄膜网格数：33662 /183243流道配置&冷却水路设计上图水路分布 蓝色冷冻水 深绿色母模水路 淡绿色公模水路材料分析厂商GF%试模塑材料号晋伦40%C222B40D45%C222B45帝人45%GXV-3545WI40%GV-3540RI出光45%GGK1745成型条件 充填时间：0.33Sec 熔胶温度：280300 模具温度：公模65
20、/母模55/冷冻水5 DOE模块&模流分析应用分析方法及流程 一、揭开流道浇口设计的神秘面纱 二、透过DOE模块，避开模具修改的死胡同 三、利用Moldex软件，找出最佳的设计方案 四、实际试模验证与计算机试模的肳合性DOE-分析分析组别组别介介绍绍分析重点：1.剪切率2.剪切应力3.体积收缩率4.密度5.纤维配向分析项目与内容实验设计方法分析结果后，将最佳参数再做质量提升。进行模具变更设计来改善水平值控制因子水平一(LV1)水平二(LV2)水平三(LV3)水平四(LV4)进点种类 网格a-1d-3e-2f-2塑料温度()290300310320模具温度()45505560最大流率(%)202
21、53035品质因子质量特性权重剪切应力分布望小特性50%进浇口射出压力值望小特性50%此组比对为A、B、C、D、E、F、G组最佳组别再次比对，目的为找出最适配的一组设计条件充填结束剪切应力分布(Mpa)影响因素A进点网格B料温C模温D流率12.23945-0.3266-1.223-4.006525.456842.295622.138972.988673-1.59812.739373.008745.5163342.728974.118814.902614.32866影响值7.054944.445466.125589.52283信号噪声比响应-因子效应图进胶口射出压力值(Mpa)影响因素A进点网格
22、B料温C模温D流率1-38.199-40.437-38.521-38.1212-38.648-38.998-38.401-38.0733-38.073-37.516-38.177-38.3454-38.216-36.185-38.038-38.598影响值0.575224.252260.483710.52553信号噪声比响应-因子效应图DOE-分析后组别比较DOE-设计与成型验证GATE原始設計-D3流道&浇口设计变更GATE原始设计-D3设计变更原始设计和设计变更比较_IMR冲墨因子分析与改善原始设计-D3節點11節點1原始设计和设计变更比较_IMR冲墨因子分析与改善原始设计和设计变更比较_
23、IMR冲墨因子分析与改善原始设计和设计变更比较_IMR冲墨因子分析与改善原始设计和设计变更比较_应力痕因子改善原始设计设计变更原始设计和设计变更比较_浇口应力痕(体积收缩率)原始设计设计变更原始设计和设计变更比较_浇口应力痕(剖视图)22原始设计剖视位置图節點1節點1122设计变更剖视位置图節點1節點11原始设计和设计变更比较_浇口应力痕(剖视图)原始设计设计变更充填剪切率充填總速度充填剪切應力色杆数值比例调整-设计变更充填剪切率充填總速度充填剪切應力原始比例比例調整後Moldex3D应用效益分析 采用Moldex3D,找到潜在问题根源，优化设计方案，产品冲墨与应力痕得到解决。使以往认为肯定N
24、G的产品设计及制程，也能产出合格的产品。以往平板下盖肉厚1.31.55mm,肉厚优化至0.80.95mm后，产品可轻量化24%40%，产品厚度减薄26.9%48.4%。带来了直观的经济效益，也提升了产业竞争力。实际量化数据比对如下表：产品（8寸平板后盖）产品厚度(mm)产品重量(g)塑材料号以往平板后盖1.31.5554.3558.10TMB1615现方案平板后盖0.80.9534.8741.33C222B40D优化后百分比减薄26.9%48.4%减轻24%40%结论及未来应用 以往透过资深模具技术者和现场成型技术人员，依靠其经验透过try&error的方式，修改模具浇口设计，改善成型冲墨问题
25、，需要耗时及多次的模具修改，也有可能模具修改方向错误，导致模具需要更换模仁或重要零件，延误机种开发进度 透过Moldex模流分析在模具设计的迭代设计中，以计算机试模快速的验证，找出浇口设计对IMR薄膜冲墨现象解析，并设法从影响浇口冲墨的因子降低其数据值进而获得良好的成型质量，并累积成功的案例数据，让后续产品开发得以延用成功的案例 未来应用计划 3C产业产品生命周期非常短，产品设计挑战轻、薄、短、小，已成常态，如何应用仿真软件，提早发现设计问题点，于模具开始加工前，更能有效的控制模具设计变更的资源 透过DOE模块的分析，掌控模具设计的最佳方案，避免以人工经验及早规划模具采用的设计方案，让工作有更好的效能 未来研究计划 采用Moldex3D，可对新产品的开发/实验模进行可行性分析，在产品开发的前端产品设计，就排除对制程不佳的设计方案。
