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MOLDFLOW 軟件在連接器行業(yè)中的應(yīng)用--安費(fèi)諾 - 無圖版
AAAA --- 2007-05-01 16:02:19
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摘要：文章論述了連接器中的塑料制品在成型時易出現(xiàn)的問題，并運(yùn)用MOLDFLOW 軟件對某一產(chǎn)品的原始設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了模擬分析比較，論證了優(yōu)化方案的可行性，從而提高了注塑產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短了開發(fā)周期、降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：MOLDFLOW；連接器；模擬分析
一 引言
電子工業(yè)高密度封裝和微型化的發(fā)展，要求設(shè)計者設(shè)計出體積小、壁薄的高性能連接器，而這就要求用于絕緣和固定接觸件的塑料產(chǎn)品有更高的質(zhì)量。
為了提高連接器中的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短加工周期，快速高效地占領(lǐng)市場，必須采用先進(jìn)的模流分析技術(shù)，在進(jìn)行實(shí)物生產(chǎn)之前，就可以找出制品和模具設(shè)計中潛在的問題，并加以改進(jìn)，從而確保一次試模，就能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。
計算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE 技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度等方面，都具有很大優(yōu)越性。利用CAE(Moldflow)技術(shù)可以在模具加工前，在計算機(jī)上對整個注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
二 實(shí)例分析
連接器在成型過程中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題有：制品翹曲嚴(yán)重；某些接插孔處的強(qiáng)度不夠，易開裂。下面以一實(shí)例來說明MOLDFLOW 軟件在優(yōu)化連接器制品和模具設(shè)計中的運(yùn)用。
某型連接器模型如下圖1 所示(尺寸為47.3×8×7.3mm)。
所選擇的材料為：Solvay Advanced Polymers LCP Xydar G-930 BK (30％ glass filled)
圖1 連接器模型
原始設(shè)計方案與改進(jìn)方案如圖2 和圖3 所示。
對于長條形塑料外殼，如果澆口選取得不合理，那么在成型后，塑料件易變形，嚴(yán)重時會因此產(chǎn)生報廢。在原始設(shè)計方案中，將澆口設(shè)置在側(cè)邊靠近邊緣處。而在改進(jìn)方案中，將澆口放置在最頂處，并且修改了靠近側(cè)壁處的結(jié)構(gòu)，使壁厚變化更加均勻。下面圖4～圖7 比較了兩種設(shè)計方案中，對制品質(zhì)量起決定因素的X 和Z 方向上的翹曲變形量。
翹曲是指由注塑而不是由加載所造成的永久性的平面誤差變形，當(dāng)模塑過程中所引起的內(nèi)部應(yīng)力釋放后，就會產(chǎn)生不同的收縮，出現(xiàn)這種現(xiàn)象。不同的冷卻速度會引起不同的收縮，由于零件較厚部位比較薄部位冷卻慢，因而會引起零件翹曲。模具中結(jié)晶性材料冷卻越慢，聚合物基體結(jié)晶越充分，其收縮也越大。因此，模具結(jié)構(gòu)會影響冷卻速度，從而引起翹曲。具有復(fù)雜型芯或尖角特征的結(jié)構(gòu)會造成模塑冷卻方面的問題，因?yàn)樗鼈儗⒈３譄崃�，使這些區(qū)域內(nèi)的塑料結(jié)晶更慢、更完全，增大局部的收縮。
翹曲的另一原因是由于含有玻璃纖維的零件具有各向異性的特點(diǎn)，從而引起不同的收縮。如前所述，流動方向的收縮會受一玻璃纖維的阻礙，而橫向收縮不受影響，近似純凈樹脂。應(yīng)盡量迫使纖維沿零件的長邊排列，從而得到均衡、平整的連接器。
從上述所圖中比較可得出，采用改進(jìn)方案后，雖然Z 方向上的翹曲變形量略有增大，但X 方向上的翹曲變形量卻大大減小了。這些模擬分析結(jié)果就為我們采用改進(jìn)方案提供了依據(jù)。
另外，要注意接插件孔處的強(qiáng)度。圖8 是接插件孔處熔接紋形成的模擬圖。隨著插針密度的增加和壁厚的減小，連接器基體的電絕緣性能變得更加嚴(yán)苛。連接器設(shè)計必須重視模制（藍(lán)字去掉）絕緣體的結(jié)構(gòu)要求。在絕緣件與接觸件壓配合中若出現(xiàn)裂縫，就會破壞互連系統(tǒng)的絕緣性能，這是不能(藍(lán)字去掉)容許的�？赏ㄟ^改變澆口位置、提高模溫料溫等方法來消除或減弱此處的熔接紋
接器用玻璃纖維增強(qiáng)零件剛度和熱性能，同時，也會引起所設(shè)計零件的各 向異性和可能的變形。圖9 為改進(jìn)方案中玻璃纖維的取向圖。在注塑過程的填充階段，零件表面玻璃纖維取向?yàn)榱鲃臃较�，而在零件的渦旋中心或模中心，玻璃纖維的取向更加任意，大多數(shù)時間垂直于流動方向。因?yàn)檫@些纖維比它們周圍的聚合物基料剛度更大，所以，流動方向的機(jī)械性能得到顯著加強(qiáng)，而垂直方向卻比預(yù)期的低。
三 結(jié)束語
通過MOLDFLOW 軟件分析，我們在實(shí)物生產(chǎn)制造之前，就可以優(yōu)化連接器的澆口位置和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并可以查看關(guān)鍵部位的熔接紋及制品中玻璃纖維的分布情況，從而提高了連接器產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。
摘要：文章論述了連接器中的塑料制品在成型時易出現(xiàn)的問題，并運(yùn)用MOLDFLOW 軟件對某一產(chǎn)品的原始設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了模擬分析比較，論證了優(yōu)化方案的可行性，從而提高了注塑產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短了開發(fā)周期、降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：MOLDFLOW；連接器；模擬分析
一 引言
電子工業(yè)高密度封裝和微型化的發(fā)展，要求設(shè)計者設(shè)計出體積小、壁薄的高性能連接器，而這就要求用于絕緣和固定接觸件的塑料產(chǎn)品有更高的質(zhì)量。
為了提高連接器中的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短加工周期，快速高效地占領(lǐng)市場，必須采用先進(jìn)的模流分析技術(shù)，在進(jìn)行實(shí)物生產(chǎn)之前，就可以找出制品和模具設(shè)計中潛在的問題，并加以改進(jìn)，從而確保一次試模，就能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。
計算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng)。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE 技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度等方面，都具有很大優(yōu)越性。利用CAE(Moldflow)技術(shù)可以在模具加工前，在計算機(jī)上對整個注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
二 實(shí)例分析
連接器在成型過程中經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題有：制品翹曲嚴(yán)重；某些接插孔處的強(qiáng)度不夠，易開裂。下面以一實(shí)例來說明MOLDFLOW 軟件在優(yōu)化連接器制品和模具設(shè)計中的運(yùn)用。
某型連接器模型如下圖1 所示(尺寸為47.3×8×7.3mm)。
所選擇的材料為：Solvay Advanced Polymers LCP Xydar G-930 BK (30％ glass filled)
圖1 連接器模型
原始設(shè)計方案與改進(jìn)方案如圖2 和圖3 所示。
對于長條形塑料外殼，如果澆口選取得不合理，那么在成型后，塑料件易變形，嚴(yán)重時會因此產(chǎn)生報廢。在原始設(shè)計方案中，將澆口設(shè)置在側(cè)邊靠近邊緣處。而在改進(jìn)方案中，將澆口放置在最頂處，并且修改了靠近側(cè)壁處的結(jié)構(gòu)，使壁厚變化更加均勻。下面圖4～圖7 比較了兩種設(shè)計方案中，對制品質(zhì)量起決定因素的X 和Z 方向上的翹曲變形量。
翹曲是指由注塑而不是由加載所造成的永久性的平面誤差變形，當(dāng)模塑過程中所引起的內(nèi)部應(yīng)力釋放后，就會產(chǎn)生不同的收縮，出現(xiàn)這種現(xiàn)象。不同的冷卻速度會引起不同的收縮，由于零件較厚部位比較薄部位冷卻慢，因而會引起零件翹曲。模具中結(jié)晶性材料冷卻越慢，聚合物基體結(jié)晶越充分，其收縮也越大。因此，模具結(jié)構(gòu)會影響冷卻速度，從而引起翹曲。具有復(fù)雜型芯或尖角特征的結(jié)構(gòu)會造成模塑冷卻方面的問題，因?yàn)樗鼈儗⒈３譄崃�，使這些區(qū)域內(nèi)的塑料結(jié)晶更慢、更完全，增大局部的收縮。
翹曲的另一原因是由于含有玻璃纖維的零件具有各向異性的特點(diǎn)，從而引起不同的收縮。如前所述，流動方向的收縮會受一玻璃纖維的阻礙，而橫向收縮不受影響，近似純凈樹脂。應(yīng)盡量迫使纖維沿零件的長邊排列，從而得到均衡、平整的連接器。
從上述所圖中比較可得出，采用改進(jìn)方案后，雖然Z 方向上的翹曲變形量略有增大，但X 方向上的翹曲變形量卻大大減小了。這些模擬分析結(jié)果就為我們采用改進(jìn)方案提供了依據(jù)。
另外，要注意接插件孔處的強(qiáng)度。圖8 是接插件孔處熔接紋形成的模擬圖。隨著插針密度的增加和壁厚的減小，連接器基體的電絕緣性能變得更加嚴(yán)苛。連接器設(shè)計必須重視模制（藍(lán)字去掉）絕緣體的結(jié)構(gòu)要求。在絕緣件與接觸件壓配合中若出現(xiàn)裂縫，就會破壞互連系統(tǒng)的絕緣性能，這是不能(藍(lán)字去掉)容許的�？赏ㄟ^改變澆口位置、提高模溫料溫等方法來消除或減弱此處的熔接紋
接器用玻璃纖維增強(qiáng)零件剛度和熱性能，同時，也會引起所設(shè)計零件的各 向異性和可能的變形。圖9 為改進(jìn)方案中玻璃纖維的取向圖。在注塑過程的填充階段，零件表面玻璃纖維取向?yàn)榱鲃臃较�，而在零件的渦旋中心或模中心，玻璃纖維的取向更加任意，大多數(shù)時間垂直于流動方向。因?yàn)檫@些纖維比它們周圍的聚合物基料剛度更大，所以，流動方向的機(jī)械性能得到顯著加強(qiáng)，而垂直方向卻比預(yù)期的低。
三 結(jié)束語
通過MOLDFLOW 軟件分析，我們在實(shí)物生產(chǎn)制造之前，就可以優(yōu)化連接器的澆口位置和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并可以查看關(guān)鍵部位的熔接紋及制品中玻璃纖維的分布情況，從而提高了連接器產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。
hisen --- 2008-03-28 02:21:18
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john227 --- 2009-08-19 18:04:09
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