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随着时代的演变,近几年来奇菱科技为配合奇美集团往光电领域发展而进行企业转型,由传统染色配料代工进入精密射出成型加工领域。奇菱科技主要发展项目即为 TFT-LCD 之相关零组件,如:背光板支架、液晶屏幕显示器外壳、背光板边条等。由于各零组件的结构不同,在产品设计及成型加工上所发生的问题情况与解决方法也皆不相同。这些零组件位搭配液晶显示器外型,常常在成品肉厚设计上有很多的差异,加上目前大尺寸的显示器的开发及考虑成本、时效性种种问题,相对上模具的设计开发将更具挑战。
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TFT-LCD 显示器目前都朝向轻、薄、大三项需求来发展,对于此类新产品开发上所面临的挑战,奇菱科技摆脱了传统的思维,于 2002 年时导入 Moldex3D 模流分析技术,有别于以往传统的设计流程,在模具设计初期即先利用模流分析工具验证设计方案的可行性。7 R: e0 U. W5 h: x
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Moldex3D 提早发现原始设计缺陷
* u0 X5 M v6 c0 I, z使用 Moldex3D 的最大优势,即是在未成品阶段就能透过虚拟分析发现设计缺陷,进而减少试模次数。第一组模流分析为原始的射出,四点进浇。在此案例中,藉由 Moldex3D 动态的流动波前图,我们发现四主要问题:滞留现象、锁模力大、压力值偏高、与 Z 轴翘曲变形严重。
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(1) 滞留现象1 _# V0 c# e7 I) b
图 1 ~图 5 为流动波前图与实际试模比对图,由于图中流动波前等位线中间处分布较密集,得知此处有滞留现象。由图中亦可以得知流动的波前分布及熔接线产生的位置。判图解析:藉由动态的流动波前图,可看塑料在模穴中各时刻的充填情形,并可预测缝合线及包封位置,且可判断是否会有短射现象发生,提供排气孔位置安排等之参考。
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+ D5 _* G3 M* C) y; e9 }6 X图1. 原始设计流动波前图 图2. 原始设计试模短射图 图3. 原始设计流动波前图+ O5 a" y8 f+ u- c$ ^
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图4. 原始设计试模短射图 图5. 原始设计流动波前等位线图 6 v3 x. Q* N3 V! H
5 h$ {! v8 ?' O+ M8 ]5 O(2) 锁模力大
1 `: w" W2 M: D- X; X! K图. 6~图. 7 浇口射出压力及锁模力曲线历程图,压力分布高 114 MPA (1 MPa=9.8kg/cm2)且所需锁模力大 1200 ton。判图解析:藉由安装传感器在喷嘴点上,来了解模穴内动态的压力变化,观察塑料在模穴中各时刻的充填压力历程情形,并可得知流道及浇口所占的压力值,且可判断压力降是否过大,提供流道设计或成形条件等之参考。
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图6. 原始设计试压历程曲线图 图7. 原始设计锁模力历程曲线图 2 `, z$ ^, E4 r4 j
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(3) 应力值偏高
8 b3 x& v1 T' m0 I! C2 R5 v图. 8 为充填剪切应力分布图,此应力值偏高产品中间处在 1 MPa 影响产品变形的主要因素。判图解析:剪切应力代表塑料在加工过程中由于剪切流动造成的应力大小。可由图判别塑料流动应力是否过高,以做为是否使塑料材料产生裂解及过高残余应力 (residual stress)造成成品变形的参考。在一般的成品其此值应不大于 0.5 MPa (1 MPa=9.8kg/cm2)" X5 @" b5 g' F! G: q5 W: o( t3 E
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6 m) w* w9 ^3 S图8. 充填剪切应力分布图3 W' N% [5 O. e: h( ^
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(4) Z 轴翘曲变形严重
9 }" C. I' p1 O% L3 A5 z图. 9 所示为 Z 轴翘曲变形分布图,变形量范围-1.46~1.56 mm 高低差共 3.02 mm (实际试模 3 mm以上)。变形位移量己超出产品公差范围,翘曲情况非常严重。1 y C3 _4 p) t8 [% Z4 r& `" o
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6 S& a B, Y- S3 u图9. Z 轴翘曲变形分布图
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透过模流分析成功改善设计结果
8 s' s k- u+ U! u原始设计成品充填到中间处因肉厚变薄,充填不易有滞留现象,因充填不平衡状态,导致成型压力及锁模力窜升的问题,且中间薄区域有过高的残留应力问题,也因收缩不均导致翘曲变形严重及黏母模等问题,因此此组设计将中央区域加厚,以期能改善上述等问题。
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(1) 图. 10~图. 14 为流动波前图与实际试模比对图由图中流动波前等位线分布较均匀,表示滞留现象已解决。
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图10. 设计变更─波前流动图 图11. 设计变更─试模短射图 图12. 设计变更─波前流动图
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图13. 设计变更─试模短射图 图14. 设计变更─流动波前等位线图
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) i M+ ~9 s+ [# W(2) 图. 15~图. 16 浇口射出压力及锁模力曲线历程图,压力分布降低为 89 MPA (1 MPa= 9.8kg/ cm2)7 H* l2 {2 F1 t( ?
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. I- s5 ]6 r3 h8 R* B6 z/ \图15. 设计变更─设压历程曲线图 图16. 设计变更─锁模力历程曲线图 + X7 ?$ D6 y; t
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(3) 图. 17 剪切应力分布图,此应力值皆小于 0.5 MPa 以下。5 u6 Z4 y% _6 t6 n. D- c8 ~) r7 |
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% ~/ j8 Q. v% z图17. 剪切应力分布图2 d5 P w' j' L& c7 P
& `' n: H* Z. {) H6 n(4) 图. 18 为 Z 轴翘曲变形分布图,变形量范围 -0.52~0.56 mm,高低差为 1.08 mm (实际试模 1 mm 以下) 已有显著的改善。
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图18. Z 轴翘曲变形分布图 试模结果前、后两组变型比较图
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就低缩水率非结晶性材料而言,其成品设计壁厚变化大致可控制在 20 %~ 25 % 以内,如此成型压力、剪切应力、锁模力皆可获得大幅度的改善,因此在应不同模具设计、产品设计、塑料材料选择及射出机台加工条件设定,均可以在成品未开发模具之前做模流分析评估,可大幅降低因无谓的试模及修模的浪费。" w& b' R/ m- ^# g$ P8 w
大量节省时间与金钱: P( \( ~( j6 P% b& ~
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奇菱科技李茂松总经理提到:「近几年来,TFT-LCD 显示器市场竞争非常激烈,如何降低产品开发成本,并快速且有效的进行量产,是每家厂商必备的课题之一,而透过 Moldex3D 模流分析技术的导入正好能满足此需求。2002 年至今,奇菱利用 Moldex3D 软件所成功协助开发的模具已超过上百件,其成效不只让开发成本大幅下降,更进一步缩短开发周期与提高产品质量。」透过 Moldex3D 模流分析技术在模具开发上的辅助,奇菱科技在「液晶显示器产业」中已扮演着十分重要的角色。5 S9 L! C" ]& s' J4 E& z
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