基于Moldflow技術(shù)的三色按鈕模具開發(fā)及其研究應(yīng)用

胡光良，張立新，嚴(yán)勝義，郝 勇

（溫州長江汽車電子有限公司，浙江 溫州 325000）

1 前言

傳統(tǒng)的汽車組合開關(guān)按鈕多半采用2K(雙色)注塑工藝+符號(hào)噴漆鐳雕+單色注塑 (導(dǎo)光體)+導(dǎo)光體后裝的工藝，然而該制造工藝存在諸多弊端和不足，如至少需開發(fā)3套模具、導(dǎo)光體后裝工序等，這些將導(dǎo)致開關(guān)制造成本增加、周期拉長，而導(dǎo)光體后工序裝配的工藝又容易導(dǎo)致按鈕和導(dǎo)光體之間存在一定的間隙，使得按鈕A面不具備防水、防塵的功能，容易因液體流入開關(guān)內(nèi)部而導(dǎo)致線路板短路將開關(guān)燒壞，也會(huì)因?yàn)榛覊m掉入間隙內(nèi)而影響導(dǎo)光體背光效果，進(jìn)而影響工作指示燈亮度，造成開關(guān)品質(zhì)不穩(wěn)定。而本文所論述的開關(guān)按鈕則是通過Moldflow技術(shù)對(duì)原有塑件、模具結(jié)構(gòu)等進(jìn)行改善創(chuàng)新，采用2K注塑+2K混色工藝+符號(hào)噴漆鐳雕的創(chuàng)新方式開發(fā)出來的三色按鈕，它的成功開發(fā)有效改善了上述問題，滿足客戶要求并順利投產(chǎn)裝車。

2 制件設(shè)計(jì)方案及功能說明

開關(guān)按鈕樣件圖片如圖1所示，其零件功能說明如圖2所示，零件工作原理如圖3所示。

圖1 樣件圖片

圖2 零件功能說明圖

產(chǎn)品要求：①工作指示區(qū)域 (透明)，防止漏水 (防水等級(jí)較高，要求三級(jí))；②符號(hào)區(qū)域 (乳白)采用背光燈，要求字符清晰、亮度均勻、光強(qiáng)符合客戶實(shí)驗(yàn)要求；③產(chǎn)品符號(hào)區(qū)域與工作指示間距只有2.2 mm，不允許存在串光問題。

圖3 零件工作原理圖

3 制造工藝方案對(duì)比說明及優(yōu)化

3.1 原工藝方案問題描述

原方案：采用2K(雙色)注塑工藝+符號(hào)噴漆鐳雕+單色注塑+導(dǎo)光體后裝工藝，也即開發(fā)1套雙色按鈕模具和1套單色導(dǎo)光體模具，雙色按鈕噴漆鐳雕即可，導(dǎo)光體通過后工序裝配完成。

主要缺點(diǎn)：①采用雙色注塑+噴漆鐳雕+單色注塑+后工序組裝的方式較繁瑣，不僅需要多開發(fā)一套模具，而且導(dǎo)光體還要后工序裝配，制造成本相對(duì)較高；②導(dǎo)光體采取后工序裝配的工藝導(dǎo)致按鈕和導(dǎo)光體之間存在一定的間隙，使得按鈕A面不具備防水防塵的功效，容易因水流入開關(guān)內(nèi)部而導(dǎo)致線路板短路將開關(guān)燒壞，也會(huì)因?yàn)榛覊m掉入間隙內(nèi)而影響導(dǎo)光體透光，進(jìn)而影響工作指示燈亮度，造成開關(guān)品質(zhì)不穩(wěn)定。

3.2 改善制造工藝方案說明

3.2.1 方案一

采用3K(三色)注塑工藝+符號(hào)噴漆鐳雕，也即先注塑第一色 (黑色)結(jié)構(gòu)，然后再注塑第二色 (白色)結(jié)構(gòu)，最后注塑第三色 (透明)結(jié)構(gòu) (圖4)，外觀面噴漆后符號(hào)區(qū)域鐳雕即可。

圖4 方案一零件制造工藝示意圖

風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)評(píng)估如下。

1)分次注塑容易導(dǎo)致第二色和第三色粘合不牢固，存在脫落或者開裂失效的風(fēng)險(xiǎn) (分次注塑2種材料融合強(qiáng)度較差)，且結(jié)合部位噴漆后仍存在較明顯的斷差線，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)，風(fēng)險(xiǎn)較大。

2)該方案三色模具制造精度及注塑成型條件要求極高，導(dǎo)致模具制造 (中間隔斷注塑較困難)和注塑成本較高，而普通制造工藝 (模具制造工藝+注塑成型工藝)較難滿足要求，且良品率較低，風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.2.2 方案二

采用2K注塑+2K混色工藝+符號(hào)噴漆鐳雕，也即先注塑第一色 (黑)，再第二色 (白)、第三色 (透明)同時(shí)注塑混色成型，零件制造工藝示意圖如圖5所示。

圖5 方案二零件制造工藝示意圖

風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)評(píng)估：由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該工藝參數(shù)要求控制非常精確 (工藝條件范圍小)，第二色和第三色注塑成型時(shí)分界線位置不穩(wěn)定較難控制 (產(chǎn)品符號(hào)區(qū)域間距只有2.2 mm)，容易出現(xiàn)混色、亮印、鼓包等問題，噴漆后難以隱蓋的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 綜合評(píng)估結(jié)果

方案一是客戶提供的類似產(chǎn)品的開發(fā)制造工藝方案，供我們參考，但是參考樣件存在第二、三色融合不牢、容易開裂、噴漆后存在明顯斷差線等問題，嚴(yán)重影響外觀品質(zhì)，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，而且該方案的模具制造精度及工藝要求極高，模具制造及注塑生產(chǎn)成本較高，方案可行性較差。

方案二是基于溫州長江汽車電子有限公司目前制造工藝條件進(jìn)行改善創(chuàng)新得到的，該方案雖然存在一定開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，但可以通過產(chǎn)品、模具、工藝等多方面協(xié)同優(yōu)化改善，方案可行性較高。

4 制造開發(fā)工藝過程

4.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段→零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)整個(gè)開關(guān)的要求，設(shè)計(jì)單個(gè)的三色按鈕零件，并結(jié)合注塑成型仿真分析軟件Moldflow分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性和注塑成型的可行性，通過注塑成型仿真分析反復(fù)迭代的優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，確定零件最終的合適壁厚和結(jié)構(gòu)等，優(yōu)化后的零件結(jié)構(gòu)及Moldflow分析驗(yàn)證結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 優(yōu)化后的第一色零件結(jié)構(gòu)圖

圖7 零件第二、三色Moldflow仿真分析結(jié)果圖

說明：經(jīng)過Moldflow軟件反復(fù)迭代的分析和優(yōu)化，首先確定第二、第三色的零件結(jié)構(gòu)，然后對(duì)第一色對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)作相關(guān)的優(yōu)化調(diào)整，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的工藝輔助結(jié)構(gòu) (如第二、三色進(jìn)澆位置設(shè)計(jì)，排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減膠增加C角防止發(fā)生沖料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)流阻流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等)。

說明：從分析結(jié)果可知優(yōu)化后的零件結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制造和成型工藝要求，方案可行性較好。

4.2 模具開發(fā)階段→模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)合注塑成型仿真分析軟件Moldflow分析推薦的進(jìn)澆方案、澆口大小及位置 (圖8)，按要求設(shè)計(jì)加工制造模具，并完成模具的裝配［2-3］，前后模結(jié)構(gòu)圖見圖9。

圖8 模具進(jìn)澆方案及澆口位置

4.3 注塑成型階段→成型工藝優(yōu)化

利用三色注塑成型機(jī)對(duì)三色模具進(jìn)行試模驗(yàn)證，檢驗(yàn)?zāi)＞呱a(chǎn)出來的零件是否符合設(shè)計(jì)要求，整個(gè)過程是一個(gè)不斷反復(fù)試模驗(yàn)證，優(yōu)化改善產(chǎn)品和模具的過程，直至最終生產(chǎn)出合格的毛坯零件［4］，注塑成型狀態(tài)模擬圖 (每一個(gè)循環(huán)周期動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180℃)如圖10所示，實(shí)際注塑成型的零部件 (實(shí)物)如圖11所示。

4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段→驗(yàn)證設(shè)計(jì)要求

圖9 前后模結(jié)構(gòu)圖

圖10 注塑成型狀態(tài)模擬圖（每一個(gè)循環(huán)周期動(dòng)模旋轉(zhuǎn)180℃）

圖11 實(shí)際注塑成型的零部件 （實(shí)物）

注塑生產(chǎn)合格的零件需要經(jīng)過高溫烘烤降低制品內(nèi)應(yīng)力，然后再進(jìn)行噴漆鐳雕、移印等，最后將該三色按鈕裝入整個(gè)開關(guān)進(jìn)行各類嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn) (如高低溫交變實(shí)驗(yàn)、鹽霧噴射實(shí)驗(yàn)、淋雨實(shí)驗(yàn)、跌落實(shí)驗(yàn)、光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)、壽命實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等)以驗(yàn)證最終的零件及開關(guān)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。零件噴漆后的效果見圖12，開關(guān)總成見圖13，開關(guān)淋雨實(shí)驗(yàn)見圖14，鹽霧噴射實(shí)驗(yàn)見圖15，溫度梯度實(shí)驗(yàn)見圖16。

圖12 零件噴漆后的效果圖

圖13 開關(guān)總成圖

說明：經(jīng)過一系列嚴(yán)苛的綜合試驗(yàn)和反復(fù)驗(yàn)證優(yōu)化，整個(gè)開關(guān) (包括三色按鈕)順利通過所有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并批量投產(chǎn)，深得客戶的好評(píng)。

圖14 開關(guān)淋雨實(shí)驗(yàn) （防水測試）

圖15 鹽霧噴射實(shí)驗(yàn)工況圖

圖16 溫度梯度實(shí)驗(yàn)

5 結(jié)論

1)從模具成本上考慮，此種創(chuàng)新方式只需開發(fā)2套模具 (雙色+混色共注成型)，模具結(jié)構(gòu)也比較簡單，制造精度及工藝要求也相對(duì)較低，成本較低。

2)從注塑成本上考慮，此產(chǎn)品只需采用雙色+混色注塑工藝 (三色機(jī))即可一次成型，大大節(jié)約了注塑生產(chǎn)成本，目前注塑成型合格率達(dá)96%以上。

3)從裝配工藝上考慮，此種創(chuàng)新方式規(guī)避了后工序裝配品質(zhì)不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn) (漏水及外觀缺陷)，提升了按鈕總成裝配品質(zhì)。

4)從企業(yè)的角度來看，該創(chuàng)新不僅可以提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，而且還可以提升產(chǎn)品品質(zhì)，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期，降低開發(fā)及生產(chǎn)成本，所以該創(chuàng)新極具研究意義和實(shí)用價(jià)值。