內容目錄
1. 模具結構分析
進行模具檢討事項相當多元且複雜,這主要是由於不同的產品具有各自獨特的需求和結構設計。這些複雜且挑戰性的設計會引發出多種獨特的模具機構。
在模具設計的領域中,我認為最耗時且需要深入學習的部分就是了解與掌握不同的模具脫模機構。例如,母模滑塊、母模內滑塊、母模斜銷、公模內滑塊、雙色模、三段頂出等各種複雜的脫模機構。這些機構都需要精確的設計和精細的操作,以確保模具的正確與穩定運作。
所以我一直認為模具設計師其實是另外一種專業的機構工程師,他們專注於模具的結構和動作。模具設計是一種需要專業知識和經驗的工作,而模具檢討則是這個過程中不可或缺的一部分。以下是在進行DFM檢討時常見的檢討內容(產品/機構工程師與模具廠的檢討),無論你是正在學習模具設計,還是已經在這個領域工作多年的專業人士,希望這篇文章能對你有所幫助。
2. 尺寸公差確認
在開模前,模具廠對於產品2D圖面的公差分析以及技術要求的理解和處理是一個很重要的初步步驟。如果在初步評估過程中,模具廠認為尺寸公差在實際的成型條件下可能存在困難(圖1),那麼就需要在模具設計階段就先進行預留。
這種預留是一種智慧的預防措施,它允許在試模後,根據實際零件的尺寸狀況來進行必要的調整。這是一種策略性的方法,它將我們的思考和計劃提前至模具設計的初步階段,從而確保我們能有效地處理並解決可能出現的問題。

然而,有時模具廠可能會遇到一種情況,那就是在開始模具設計之前,客戶(例如產品/機構工程師)無法提供完整的2D圖檔。在這種情況下,可以先請求他們提供關鍵(重點)尺寸的位置。這是因為,對於那些公差比較大或者比較不重要的尺寸,可以先不用考慮,專注於重要的部分。
因為在開模前的階段,產品/結構工程師的雜事較多,除了模具開模外,同時也需要輔料以及其他部件的準備,所以在開模前很少有完整的2D尺寸圖檔,很多都是開模中期後比較空閒有時間了,才會提供完整的2D尺寸,但是這個時候模具廠發現到尺寸有問題想要調整也就來不及了。所以在開模前請產品/機構工程師先提供重點尺寸,讓模具廠有時間能夠先做預留。
我自己是在報價階段,就將重點尺寸要求提供給廠商報價了(圖2),廠商自行依圖面去做報價判斷,不要等到開模了,跟我機機歪歪說這裡不好做,那裡不好做。

3. 組裝影響確認
模具廠如果收到的是一個完整的3D組裝圖檔時,可以先了解裝配要求和裝配間隙的分析(圖3)。這個過程包括了理解每一個部件的相對位置、關係和相互間的合適度。
在進行模具加工時,就需要考慮是否提前做加鐵預留。這是為了確保後續試模時能夠有效地調整和修改。在射出條件穩定下來後,再根據實際情況來確認尺寸的差異性,以及組裝效果等因素進行必要的調整和修正。

在實際試模時,會常常面臨到一個問題:有時候部件能夠達到尺寸的要求,卻無法有效地控制變形度;而當控制了變形度,尺寸又會出現問題。試模的過程中往往充滿了這種取捨,雖然理想狀態下我們希望兩者都能達到,但實際情況下,這可能需要更多的時間和資源,這取決於公司是否願意為此投入。
這部分也有點類似第2項的尺寸公差確認,但較著重於組裝影響的確認,這是必須開啟3D組立圖以及搭配2D圖檔檢查。模具廠對組裝的全面性和尺寸公差需要有一定的了解,有這樣能力的廠商通常都是帶產品組裝的代工廠(模具+射出+組半成品)。
4. Boss柱火山口設計
為了預防Boss柱外觀產生收縮問題,所以會採用一種被稱為火山口的設計應用於Boss柱的設計中(圖4)。這種設計主要目的是減少塑膠材料的使用量,從而避免塑件在成型過程中因材料收縮所造成外觀缺陷。

火山口設計的另一個優勢在於,如果在試模時發現存在其他問題,可以直接進行磨鐵處理來調整和修正。這種修正過程可以在射出機台上進行,一邊進行試模,一邊確認調整效果,以確保問題得到及時且有效的解決(圖5)。

基本上,火山口設計是提供一種“保險”,這種保險來自於設計的彈性和可調整性。因為沒有做到想做時,就是模仁要焊補然後CNC以及放電的加工,需要花費更多的資源和成本來解決BOSS柱外觀縮水。
5. 薄鋼結構位置
模具中薄鋼的結構,常常是潛在問題的根源。在模具的製作和射出生產過程中,這些地方極易引發斷裂問題(圖6)。通過因此一些修改設計,可以顯著提高模具的抗衝擊強度,這會令模具更強韌以及承受更高的射出衝擊力和保壓壓力,進而提高模具壽命。
當模具中的薄鋼部位發生斷裂時,會在產品外觀上形成一個明顯的縮水痕跡。這是因為原本是金屬的變成塑料填滿產生肉厚差。

6. 圓角(R角)設計
塑膠產品的設計與製作過程中,除非客戶有特別的需求,否則在棱邊處通常都要導R角。設計R角能夠減少應力的集中,進而降低產品在使用或製程中發生損壞的風險。此外,R角的設計也有助於塑膠材料在模具內的流動,使得塑膠可以更加順暢地填充模具。
再者,R角的存在也使得塑膠產品在模具內的脫模過程變得更加容易,提高了生產效率。但是,設計R角的過程中必須考慮到肉厚差的影響,確保不會因此導致產品外觀出現縮水現象。
網路上有許多關於R角設計的詳細說明,這裡不再贅述。各位可以直接看下圖(圖7),這張圖展示了銳邊與R角在應力影響上的明顯差異。圖中的實驗是利用偏光儀來觀察透明塑料(PC塑料)件中應力的分布狀況。從圖中我們可以清楚地看到,尖角處的應力顯著,而R角處的應力則相對輕微。這清楚地說明了為何我們在設計時優先選擇使用R角的原因。

7. 分模線(面)
在DFM報告裡面,廠商會將產品的分模線畫在成品圖上面(圖8),然後提供給工程師確認這樣的分模方式是否可行,如果分模的位置有碰到一些修改,也會寫在報告上面,工程師與模具廠討論大部分還是以外觀表面要求以及分模線位置為主,除非有特別的外觀要求,否則基本上都是發落模具廠的建議。

8. 進澆點位置
通常檢討的內容都是進澆點的形式以及使用熱流道還是冷流道,以下所提的注意事項是偏向工程師與模具廠的檢討,如果是以模具廠的立場去檢討,則要有更多的考量。
(1) 外觀要求,有時會因為外觀的要求,會將澆口設計安排在不重要的位置上,結果造成剪切速度大而且澆口壓力降也大,造成產品收縮不均,導致產品品質不穩定,這種狀況能避免則盡量避免,此外還有外觀結合線等相關注意事項。
(2) 產品功能要求,進澆點的位置會不會影響到對手件組裝,會不會有干涉等相關問題。
(3) 產品的翹曲變形及尺寸要求,由於塑料流動方向與垂直於流動方向上的收縮不盡相同,所以應考慮到變形和收縮的方向性,但這會因為產品結構以及造型不同而有所影響。
9. 總結
一個產品從概念的萌芽,進化到成熟的設計,然後最終生產出來,這一連串的過程中,DFM的檢討過程擔負著關鍵的任務(除了模具的DFM檢討,也有產品組裝設計的DFM以及PCB的DFM)。設計團隊在初期可能會提出多種創新的點子,為了實現這些創新,他們可能會採用各種新的材料,新的製程,或是新的設計結構。但是,這些新的想法在實際的製造過程中,是否能夠順利實現,是否會引入新的問題,這些都是需要透過DFM的檢討過程來確認的。
因此,這個過程實質上是一場專業的談判,它不僅涉及到技術細節的確認,也需要協調公司、客戶以及供應商之間的利益。這種談判需要極大的耐心,因為各方的利益往往不同,而且可能需要透過多次的討論和妥協,才能找到一個雙方都能接受的解決方案。然而,儘管這個過程可能充滿困難,但是只有通過這樣的檢討和談判,我們才能確保產品的設計與製造的進行,並且在最終產出的產品中,得到最大的價值回報。
☆ 其他參考資料及文章
TBD
☆ 案例及資料下載
● 壓縮檔裡的檔案內容====>檔案更新中