Moldex3D模流分析之成功优化大型圆篮设计

大纲

本研究利用Moldex3D对置物用之大型圆篮进行优化分析，旨在通过缩减产品厚度和优化参数设计，来改善翘曲变形与体积收缩率。产品经优化设计后，肋厚尺寸从原本3mm降至2.5mm，翘曲变形量降低20%与体积缩收率减少7%，仍能承受35kg载重需求，成功实现优化设计目标。

挑战

· 设计最薄肋片结构，降低肋厚，同时解决体积收缩率与翘曲变形。

· 在维持与原产品相同重量荷载的前提下，节省射出成本与时间。

解决方案

虎尾科技大学团队使用Moldex3D专家模块确定最佳解决方案，并结合Abaqus有限元素软件仿真产品的承重能力，最后通过射出成型结果进行相互验证。

效益

· 提高产品质量，降低翘曲变形量及体积缩收率

· 符合荷载重量规格

· 降低生产成本及天数

案例研究

本案例首先将大型圆篮之肋厚尺寸从原始设计3mm缩减至优化设计2.5mm (如图一所示)，经Abaqus结构分析对大型圆篮内部施加35kg分布力，原始设计的应力为22.7 MPa，缩减后36.3MPa，皆未超过材料降伏应力，确认为安全设计，缩减后体积与质量减少22.75%，图二展示3mm及2.5mm肋厚Abaqus分析结果。

图一 大型圆篮肋厚尺寸从原始设计:3mm变更为优化设计:2.5mm

图二 大型圆篮Abaqus应力分析结果 (a) 肋厚3mm (b) 肋厚2.5mm

为了进一步降低翘曲变形并找出最佳成型参数，虎尾科技大学团队运用Moldex3D专家模块，以总位移及体积收缩率作为质量因子，目标为越小越好。选择六个重要参数作为控制因子：塑料温度(A)、模具温度(B)、最大射出压力(C)、最大保压压力(D)、冷却时间(E)与保压时间(F)对2.5mm肋厚的大型圆篮产品进行分析，本次实验所选定之控制因子及水平带入L18田口直交表(如表一所示)。

表一 实验设计（DOE）方法之L18田口直交表

分析结果显示，控制因子影响程度依序为塑料温度、保压时间、射出压力、保压压力、冷却时间、模具温度，最佳参数如表二所示。

表二 优化成型参数

采用优化成型参数后，翘曲总位移最大值由8.063mm降至6.29mm，减少28.1%。而体积收缩率最大值则从10.557% 降至9.436%，减少了11.8% (如图三所示)。

图三 大型圆篮2.5mm肋厚设计 (a)原始条件总位移 (b)优化条件总位移 (c)原始条件体积收缩率 (d)优化条件体积收缩率

本研究最后利用实际射出结果来验证分析准确度，方法为使用卷尺量测5点对角红点处，检测产品翘曲总位移(如图四所示)，共量测4组数据(如表三所示)。

图四 实际射出件翘曲量测示意图

仿真分析翘曲变形为6.29mm，产品尺寸宽为535mm，故射出后预测尺寸为528.71mm。表三实验量测数据平均为529.4mm，符合设计范围528.71mm~535mm内，证实本研究模拟分析结果准确性极高。

表三 实际射出产品翘曲量测数据

结果

本研究利用Moldex3D模流分析软件成功优化大型圆篮设计，肋厚从3mm减至2.5mm，实现厚度缩减与参数优化目标。结果显示，经优化设计之产品仍可承受35kg载重，体积与质量减少22.75%，翘曲总位移减少28.1%，体积收缩率则减少11.8%。结合Abaqus有限元素分析与实际射出实验，验证结果符合设定标准，为兼顾轻量化和结构强度的设计提供了强力的支持与信心。