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[導入事例] Moldex3D eDesignを活用したウェルドライン改善の事例

外観不良の原因となるウェルドラインを改善

Hu-ShanAutoInc.は、1972年に創業された自動車のドアハンドルやウィンドウレギュレータ(リフター)などを専門に製造している企業です。毎年300以上の新製品を開発している同社は、顧客のニーズに合わせ新たなツールの開発と生産ラインの拡充を図っています。Hu-Shan社は、アフターサービス市場に特化し世界有数のドアハンドル企業となっています。(出典:http://www.hushan.com.tw/

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概要

ここでご紹介するのは、Hu-Shun社で発生した外観不良対策の事例です。
製品表面の外観不良の原因であるウェルドラインを改善する必要に迫られていた同社が、Moldex3Dを活用し(製品強度に影響を及ばせずに)製品の肉厚とゲート位置を変更することでウェルドライン長を50%短縮する事に成功しています。また、製品製造用の金型(46セット)は全てが完成していたため、デザイン変更については極力金型の変更を行わない範囲で最良の設計を導き出す必要がありました。

対象製品 図1. 対象製品

ウェルドラインの状況把握

Moldex3Dを用いて、樹脂流動状況を確認し、ウェルドラインの発生箇所の把握、およびウェルドラインの長さの検証をおこないました。(図3)

樹脂流状況の確認 図2. 樹脂流状況の確認

ウェルドライン発生個所 図3. ウェルドライン発生個所(充填率63%時点)

会合角が90°となる地点のウェルドラインの長さ 図4. 会合角が90°となる地点のウェルドラインの長さ(9.5mm)

設計変更によるウェルドライン調整

ウェルドラインの問題解決には、ウェルド会合角度が重要で、ウェルドラインの品質と密接に関係しています。Hu-Shan社はその豊富な経験により、会合角が90°を超えると分子配向がほぼ同一になりそのウェルドラインは問題にならないことから、会合角を90°に抑えるとする指針を示していました。

最終的には、下記に示したように、ゲート位置や製品の板厚などの設計を変更し、メルトフロントがぶつかる際の会合角を調整しながら、最適な流動状態を導き出しました。

設計変更箇所詳細

  • A : 製品の中央穴周辺に厚みをもたせ、平面の中間部の薄くすることにより、中央穴周辺のメルトフロント流れを加速させました。この設計で、2つのメルトフロントが平面の縁部でぶつかり、会合角は大きくウェルドラインは短くなります。
  • B : 傾斜による板厚の変更により、中央穴周辺のメルトフロント流れを加速し製品表面のメルトフロント速度を遅くしました。この設計で、2つのメルトフロントが互いに大きな会合角でぶつかり、ウェルドラインの縮小が可能になるます。
  • C : ウェルドラインに近い位置にあるシリンダーを空洞化し、メルトが充填される体積を減らしました。

肉厚変更内容(オリジナルとの比較) 図5. 肉厚変更内容(オリジナルとの比較)

効果

上記の板厚分布、そしてゲートの位置変更を行いうことで、メルトフロント方向は、板厚分布と構造角度が調整され、会合角を90°に保ちながらウェルドラインの長さを9.5mmから4.3mmに短縮(約50%減少)しました。

肉厚調整により短くなったウェルドライン 図6.肉厚調整により短くなったウェルドライン

まとめ

このプロジェクトでHu-Shan社は、46セットの金型の内、10セットの金型に対して製品設計変更を行いました。通常金型変更(修正)には、金型ひとつにつき5万〜10万ドル必要ですので、今回のプロジェクトでの46セットについて金型変更(修正)を行った場合には、230万〜460万ドルものコストが必要になっていたと言えます。また、試行錯誤で金型を変更(修正)した場合は、失敗するとコストはさらにかさみます。Hu-Shan社は、Moldex3DのCAE解析を活用することで、金型修正回数の削減およびコスト削減を実現しました。

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