TomTom使用Moldex3D診斷導航車架變形問題 成功提升良率

 

客戶簡介
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TomTom是全球最大導航解決方案供應商,以創新、高品質、容易使用,以及物超所值的產品著稱。其完整的產品線包括TomTom GO系列、TomTom ONE系列,以及TomTom RIDER系列。TomTom亦自行研發導航軟體─TomTom NAVIGATOR,已廣泛被PDA及智慧型手機應用。TomTom產品已推展至全歐洲、北美洲、中美洲及亞洲的市場,藉由各地傑出經銷團隊與網站,成功銷售至25個國家。
(來源: http://www.tomtom.com

大綱

大型聯結車衛星導航車架的前蓋,為了要滿足組裝及外觀需求,必須要克服產品變形問題。在原始設計中,最大變形量已達2.3mm,遠超過標準規格0.3mm以內的範圍(圖一)。TomTom利用Moldex3D模流分析軟體,模擬多項設計變更的翹曲結果,成功選出最佳設計方案,滿足產品尺寸要求。

挑戰

  • 試模結果發現嚴重的產品變形
  • 產品接縫超過規格可容忍範圍(須<0.3mm)
圖一 產品變形導致接縫達2.3mm,超過標準規格

解決方案

TomTom利用Moldex3D eDesign和纖維配向模組進行翹曲變形問題診斷,模擬多項設計變更的溫度、壓力降及機械性質,成功優化產品設計,改善變形問題。

效益

  • 產品接縫大幅縮小,由原本的2.3mm縮小至0.25mm
  • 減少了3次的試模
  • 良率由55%提高至92%
  • 節省USD$20,000的成本,並縮短6週的研發時間

案例研究

本案例的產品是大型聯結車衛星導航車架,主要功能為支撐導航儀器。為了改善嚴重的翹曲問題,TomTom利用Moldex3D eDesign模擬原始設計的成型條件,發現在原始設計中,產品組裝的接合處有2.3mm的縫隙,超過了標準規格(須<0.3mm)。從Moldex3D模流分析結果(圖二)可看出產品邊緣有嚴重的翹曲。圖二的虛線呈現其變形趨勢,此現象會導致組裝困難及外觀瑕疵,也會直接影響產品的功能。

此外,透過Moldex3D模擬分析顯示(圖三),原始設計有劇烈的壓力降,是導致產品變形的主因;另一項因素則是不均勻的熱分佈。因此接下來將以這兩項因素作為設計變更的主要考量,確保產品能兼顧美觀和品質。

tomtom-solved-deformation-issue-of-a-navigation-system-part-through-moldex3d-2圖二 原始設計的CAD模型(左)及模流分析結果(右)
tomtom-solved-deformation-issue-of-a-navigation-system-part-through-moldex3d-3圖三 原始設計的澆口壓力(左)與產品中央區域的積熱(右)模擬結果

TomTom共考慮了產品積熱、結構強度和壓力降三項因素,共進行了六種設計變更,詳細內容如表一所示。

考量的變形因素

設計變更

變更內容

目標

積熱

設變A

在積熱區域增加冷卻水路

提高冷卻效率,並減少模溫差異

結構強度

設變B

在結構較弱處增加肋條

加強結構較弱區域,以維持產品形狀

壓力降

設變C

改變澆口位置及數量

改善流動平衡並減少壓力降,使壓力分佈較均勻

設變D

增加壁厚0.3mm

提高保壓效率及熔膠穿透壓力,以達到均勻的體積收縮

設變E

縮短流道長度

縮短流動路徑,以提高保壓壓力,使體積收縮較均勻

設變F

將冷流道改為熱流道

縮短流道長度(手法同設變E)

表一 六種設計變更

表二為原始設計及上述六種設變的壓力降和翹曲模擬結果比較。結果顯示,設變C、D、E、F對減少翹曲的效果較為顯著,因此TomTom結合這四種設計變更,做出最佳設計。圖四為最佳設計與產品CAD模型的比較,可看出最佳設計的壓力已達到最小(31.25MPa),形狀偏移情況也最輕微。

設計

壓力降(MPa)

側面曲線翹曲情形(與CAD模型相比)(%)

原始設計

138.33

31

設變A

138.28

30

設變B

137.31

28.2

設變C

88.26

15.71

設變D

86.58

14.32

設變E

73.21

17.26

設變F

52.17

8.59

表二 原始設計及六種設變的壓力降和翹曲模擬結果
tomtom-solved-deformation-issue-of-a-navigation-system-part-through-moldex3d-4圖四 最佳設計的側面曲線偏移情形

經過以上的修正後,TomTom以Moldex3D eDesign模擬原始設計和最佳設計的翹曲情形。分析結果顯示,最佳設計的接縫則已縮小到可接受的範圍,翹曲問題也大幅改善。TomTom透過實際試模進行驗證,並發現試模結果與Moldex3D模流分析結果高度相符。試模結果(圖五)顯示原始設計的接縫達2.3mm,最佳設計的接縫僅有0.25mm,是相當顯著的優化。

圖五 原始設計與最佳設計的試模結果

結果

藉由Moldex3D的分析,TomTom得以在實際生產之前,就清楚了解造成翹曲的各種因子及其貢獻度,並整合其中有效因子作優化分析,獲得最佳翹曲變形改善率,,最後進行實際設變修模後,成功改善產品翹曲,無須再使用整形治具,提升良率至92%。


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