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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。2 a2 k# q" m: X9 t/ \% N, `
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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。
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Moldex3D 提早发现原始设计缺陷
9 Q2 U; U4 O! n7 C6 @( m8 F. d2 S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
4 O, S. Y* U( l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。* i- k, V- L. w& `7 ~, F
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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
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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
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: j8 } o* m6 V$ U(2) 锁模力大
: L& R1 v& L4 g( A8 Z' h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。4 d$ I0 D/ b+ s% |: D9 ?" F m
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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
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(3) 应力值偏高
- M( g- w, U: E2 b' O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). \6 u- v1 i: y
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图8. 充填剪切应力分布图
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9 ^; N( D! {- h" t(4) Z 轴翘曲变形严重, V- D/ a: P" `7 {
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。: m: o' |+ r6 F! r5 O9 i4 ?4 s6 O! z
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图9. Z 轴翘曲变形分布图: s9 {" n! T9 W
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透过模流分析成功改善设计结果1 x" e7 S1 ~ J7 W* O
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。) D' t R2 ]+ s6 t9 s
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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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9 C' y/ I& j1 ^6 e# \9 N/ N$ b8 A' D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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3 }4 C! f i: d& Q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 ' Z: J7 F1 ]( K5 K7 w
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(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)
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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
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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。9 e4 v. r- L! O4 [
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5 u! m4 |& f X+ P; Z图17. 剪切应力分布图" X5 s/ Z) O e+ e4 ~
& K, t! Z5 [& [/ |(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。9 X" Z# p' Y5 R$ b: L- U# u
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, q& R8 K3 Y2 [' I- a图18. Z 轴翘曲变形分布图 试模结果前、后两组变型比较图0 R9 b: ^0 O; o2 K" C! N
! e) M2 G8 H% r% y" A {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。' ?# o8 G# [: z+ c J) d! |# O, N
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0 n4 {6 m0 J, Y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。
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