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筆電字鍵成套製品模具開發與自動化導入
[作者 科盛科技技術支援處]   2023年12月27日 星期三 瀏覽人次: [2025]

本研究藉由模流分析軟體—Moldex3D預測不同材料的流動情形,供設計者與生產者評估同一套模具是否套用不同材料的可行性。案例為光寶團隊透過Moldex3D整合不同材料及大小的模穴,規劃冷熱流道的配置及結合線的優化處理。光寶團隊先從問題的分析和驗證了解產品及模具的可行性,不僅避免傳統的試誤法,還透過自動化團隊的協助與整合,實現射出後的產品自動壓合等工作,從而減少後段組裝所需的人力。


目前的挑戰為不同尺寸產品若要共用一套模具,須克服以下問題:流動不平衡、外觀澆口應力痕、大尺寸按鍵的外觀結合線、產品尺寸變異與變形問題。而透過Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上不但能夠做有效的剪切生熱評估,透過Moldex3D應用則能夠精準地控制流道直徑、配置,以及生產所需的料溫、模溫;所產生的效益除了評估產品及模具設計的可行性,還能夠解決流動不平衡、外觀結合線等問題。


目前筆記型電腦鍵盤的鍵位佈局可以分為四大語系,分別為US、UK、BZ、JP等四種。以HP為例:紅色圈起處為各語系鍵位佈局不同的地方。故一個機種的開發來說,不同大小的按鍵會需要開各式各樣不同穴數的模具套數來因應。如此將造成模具上的管理不便,需要多組人力去進行頻繁的上模、架模、下模、換模等。


其次後續的人工組裝需要相當多人力一顆一顆按壓組裝,這並不符合成本效益。故需結合成套製品模具(Familymold)射出成型加上自動化組裝來節約人力與機台成本。



圖一 : 不同語系鍵盤按鍵尺寸差異(紅框處)
圖一 : 不同語系鍵盤按鍵尺寸差異(紅框處)

成套製品模具(Familymold)需要精確的考量剪切生熱造成的流動不平衡,且客戶要求使用不同材料進行生產,為了解決上述問題,模流分析勢必不可失的一環,模流分析不僅可以減少實際測試時產生的成本,更可以實現針對問題改善的設計變更驗證,大大降低模具開發及試模成本。


本研究藉由Moldex3D預測不同材料的流動情形,供設計者與生產者評估同一套模具是否套用不同材料的可行性;Moldex3D Designer BLM在實體網格層數上能夠做有效的剪切生熱評估,且可以精準的控制流道直徑、配置、以及生產所需要的料溫、模溫等做精準的預測,以避免成型上可能遇到的問題如流動不平衡、結合線問題。


首先,進行不同材料是否可以共用同一套模具的驗證, (圖二為不同材料間的黏度對剪切率圖),可以發現四支材料之間的黏度差異甚大,但不同材料分別進行分析後,可以發現不管是流動行為、射出壓力與鎖模力皆有相似的結果,代表這四支材料可以使用同機台、同模具進行生產。



圖二 : 不同材料之黏度比較圖
圖二 : 不同材料之黏度比較圖

圖三 : 不同材料之流動波前圖(80%)
圖三 : 不同材料之流動波前圖(80%)

圖四 : 不同材料之進澆口壓力曲線圖
圖四 : 不同材料之進澆口壓力曲線圖

圖五 : 不同材料之鎖模力曲線圖
圖五 : 不同材料之鎖模力曲線圖

接著進行成套製品模具(Familymold)流動平衡分析,業界在進行成套製品模具流道設計時,通常會使用魚骨型流道與雙澆口設計(圖六),但這兩個設計都會帶來流動不平衡及流動遲滯的問題。因此透過Moldex3D分析,適時改動流道尺寸、澆口位置、澆口數量來達到流動平衡的設計(圖七為原始設計,圖八為優化後設計遮蓋處為機密,不可公開)。


當原始設計在充填比例42%時,第一排體積較小的模穴已經充填完成,但其餘幾處模穴皆尚未填飽,如此將造成部分穴數過保壓容易有毛邊等問題;而經過優化後設計的組別,在充填比例70%時,所有模穴相較於原始設計有更平衡的充填行為,表示此優化設計解決流動不平衡問題。不僅如此,優化設計甚至還改善了結合線數量(圖九)、剪切應力分布(圖十),與降低進澆口壓力(圖十一),降低生產時的困難度。



圖六 : 魚骨型流道與雙澆口設計
圖六 : 魚骨型流道與雙澆口設計

圖七 : 原始設計(充填比例42%)
圖七 : 原始設計(充填比例42%)

圖八 : 優化後設計(充填比例70%)
圖八 : 優化後設計(充填比例70%)

圖九 : 設計變更前後之結合線比較圖
圖九 : 設計變更前後之結合線比較圖

圖十 : 設計變更前後之剪切應力比較圖
圖十 : 設計變更前後之剪切應力比較圖

圖十一 : 設計變更前後之進澆口壓力曲線比較圖
圖十一 : 設計變更前後之進澆口壓力曲線比較圖

結果

研究結果顯示,藉由Moldex3D便捷地修改冷流道設計,可有效改善產品流動平衡度,整體的澆口遲滯問題也有效改善。此外,均勻的保壓也有效的降低了毛邊問題。因流動平衡度的改善,射出壓力也由148MPa降低至120MPa左右,有效降低鎖模力,如此甚至可將原本需要350噸的機台降低至250噸。


另外,原本結合線過長造成外觀明顯缺陷以及拉拔強度較弱等問題,也因為使用Moldex3D在初始設計階段即可排除,從而改善外觀與結合強度。


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