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完美整合模流和结构分析 Moldex3D嘉捷科技改善产品断裂问题 客户背景 | | · 客户: 嘉捷科技 · 产业: 电子 · 解决方案: Moldex3D FEA Interface · 国家:台湾 |
嘉捷科技企业股份有限公司(冠捷科技集团)为国际知名专业计算机监视器制造厂商、液晶电视及液晶屏幕研发生产厂商，集团产品销售全球，以AOC及Envision等品牌销售，也为全球知名大厂设计及代工制造计算机监视器、液晶电视。全球各洲设有多处营运据点：在中国地区主要生产据点有福建省福清厂、北京厂、北海厂、武汉厂、合肥厂、厦门厂、青岛厂；欧洲地区有波兰厂、俄罗斯；美洲地区有巴西厂、墨西哥厂。 嘉捷科技专注于计算机用显示器(Smart Monitor)薄型电视(LCD/LED、3D、SmartTV)产品开发，以追求卓越，居世界领导地位，提供物美价廉产品及满意的售后服务为宗旨。
大纲 塑料成型制品往往在小批量产后便进行各项的测试，包含落摔、热传…等等。测试过程中有时必须回到产品设计上去进行设计变更，以达到符合各项规范。过去仅能凭经验进行试误(try-and-error)，有时往往造成额外的成本。因此，能够在设计变更前有量化的数据可供参考，将可避免此状况的发生。
挑战 此产品为LED TV的支撑架，主要功能为锁附屏幕与底座。在组立电视时，凸毂(boss)，即锁附的位置 (如下图所示)，会随机发生断裂状况。由于此产品具有负载功用，强度必须列入产品设计的重要考虑之一。
图一 LED TV支撑架实际产品图以及其易发生断裂问题的地方
解决方案 为了找出影响产品的强度的症结，嘉捷科技团队透过Moldex3D模流分析进行充填(Filling)分析后，发现影响产品强度的缝合线容易集中在凸毂(boss)处。从分析结果得知(图二)，锁附位置的流动波前会合角度落在30~140度；依此案例所使用塑材，会合角的角度越大，缝合线就会越趋明显。
图二 Moldex3D充填分析可以显示缝合线会合角
另外，透过充填剖面图也同时发现凸毂的厚度中心温度温差约为10℃(见图三)。以此案例而言，其温度均已低于塑料工作温度10℃左右，在此条件下也导致该区域易产生结合线。流动波前的会合角度再加上两股流动波前的温度差，皆造成凸毂降低缝合线强度。
图三 透过Moldex3D充填温度剖面结果，发现凸毂的温差易导致结合线发生
为了找出更好的机构设计来增强产品的强度，嘉捷科技透过Moldex3D模拟锁附的应力分析，找出发生断裂的问题点，并针对断裂处进行设计变更。除了从Moldex3D充填流动分析中，观察到凸毂的流动波前会合角度及其中心温度剖面，在分析过程中也使用Moldex3D FEA Interface将塑料数据汇至Abaqus进行应力分析，取得断裂处的应力-应变图来进行比对(见图四)。
分析后可看到应力集中在锁附的位置，其最大值为2.73 kgf / mm2，应变值则是1.59e-03。从曲线图可观察到该位置于33 kgf会有断裂机率。于是，团队着手进行凸毂特征的设计变更，并同时重复进行模流分析及应力分析。经过设变和模拟之后，成功将凸毂断裂处的强度从33kgf提升至40kgf，改善度达21%(见图五)。
图四 利用Moldex3D FEA Interface判别最大应力集中区域
| | 原始组别 | 设变后 | 改善率 | | 应力(kgf/mm^2) | 2.72 | 2.18 | 19%↑ | | 应变值 | 1.59 | 1.27 | 20%↑ | | 最大破断力 (kgf) | 33 | 40 | 21%↑ |
[/table]图五 凸毂断裂处的原始和设变应力-应变图比较图
效益 此产品在初次量产时，不良率为30%，经由Moldex3D模流分析并重新设计后，良率提升了10%。 以该产品年产量150,000件/年，共可省下约USD $41,012。
未来在设计类似产品时，除了可先行检视结构特征设计是否符合强度需求，嘉捷科技将以此开发经验套用到其他产品上，将Moldex3D模流分析的效益发挥到最大。
不良率
(%) 改善后良率
(%) 年产量
(piece) 重量
(g) 材料费用
(USD/Kg) 不良品改善前花费
(USD) 不良品改善后花费
(USD)
30 20 150,000 165.4 2.5 61,518 20,506 图六 使用Moldex3D后，该产品的良率及生产成本均获得改善
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发表于 2017-3-6 16:46:25
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