完美整合模流和结构分析 Moldex3D嘉捷科技改善产品断裂问题

in 成功故事 on 9 月 21, 2013

 

客户简介
TPV-Technology-Limited

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、俄罗斯厂;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、Smart TV)产品开发,以追求卓越,居世界知名品牌,提供物美价廉产品及满意的售后服务为宗旨。(数据源:www.tpvaoc.com)

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。测试过程中有时必须回到产品设计上去进行设计变更,以符合各项规范。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。 

MI-SEP-2013_Customer-Success-1ch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。

MI-SEP-2013_Customer-Success-2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。

MI-SEP-2013_Customer-Success-4a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)。 

MI-SEP-2013_Customer-Success-5a图四  利用Moldex3D FEA Interface判别最大应力集中区域

MI-SEP-2013_Customer-Success-6a

 
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%↑
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更大。 

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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