欧洲专业汽车零组件制造商-BATZ利用Moldex3D水辅射出仿真技术协助提高产品结构稳定性 客户简介

 

客户简介

自1963年创立以来,BATZ S. Coop.逐渐发展成为全球性的工业零件制造供货商,目前在世界各地拥有超过20家以上的工厂。公司发展前期原本只是单纯制作冲压模具的制造商,到今日已扩大发展成生产制造汽车零组件产品,产品包括汽车踏板、手剎杆、汽车备胎工具等等。

自2005年起,BATZ逐渐发展成多元化的经营模式,除了原本的汽车零组件的制造更增加投入于「可再生能源」产业的发展;并于2010年FPK加入该公司的复合材料事业部,引領BATZ投入发展「轻量化」技术研究与产品制造。
BATZ着重于与客户的紧密合作关系,也因为如此BATZ长期所累积的知识和专长得以有效提供其客户创新解决方案,得以帮忙解决客户所面对的挑战。

大纲

液体(水)辅助射出成型技术(WIT or WAIM)主要的功能有缩短产品制程周期、降低总体成本等制程上的好处。同时,此技术也开启生产「中空产品」的可能性,并同时达到节省材料且满足产品良好机械强度的需求。然而中空产品的结构强度取决于制程中所谓的『残留壁厚』(residual wall thickness ,RWT)。因此,为了准确预测塑件产品的厚度以达到机械结构性能之要求,BATZ和Moldex3D两公司共同合作进行水辅技术仿真与实体验证,做为水辅射出成型制程于产品设计的优化模板。

挑战

  • 符合汽车离合器踏板零组件严格的产品规范
  • 准确预测残留壁厚(RWT)分布以优化产品开发流程
  • 成型参数优化
  • 模流与纤维配向分析结果输出至结构分析进行机械强度分析
  • 仿真结果与实际产品验证与关联性建立

解决方案

透过输入成型条件-模流分析和实际产品量测之比较结果,回馈至软件并调整计算参数等迭代过程,得到全方面与更准确的模拟结果。

效益

Moldex3D得以准确预测其残留壁厚(RWT)并提供可靠的模流分析结果。同时R12新版本提供掏空区域网格输出的功能,大大简化仿真工作流程与所需的时间。

案例研究

在全球汽车产业与其零组件生产上,以塑料材料取代传统金属材料已经是全球一致的趋势。同时,国际燃油消耗和日益严峻的环境法规,「轻量化」产品设计的需求也渐渐变成业界一致追求的目标,而塑料材料在此扮演着举足轻重的重要角色。另一方面,车辆生产法规对于安全性的要求也变得日趋严格,在机械结构与稳定性要求上,业界使用塑料制造汽车零组件将面对比先前使用金属生产时更严格的挑战。

汽车踏板模块,特别是离合器踏板,就是现今以塑料材料代替金属材料的典型范例。在过去,离合器踏板通常由具一定厚度之金属,与其他组件透过焊接等方式组合而成,以提供适当转轴及理想之驾驶操作界面。今日,踏板除了轻量化生产要求,更因加入其他附加功能,如踏板释放系统、传感器等而增加了踏板设计的复杂度。关于此,塑料踏板的设计可提供在「轻量化」和「功能性」需求中取得平衡,除此之外,生产过程也不需要焊接或其他金属机械组装等额外的处理,而得以大幅降低生产成本。

 

因此,如今大多数车辆的离合器踏板设计都是以塑料制作而成。在大多数情况下,它们是利用传统塑料射出成型的制程制作,其特征为明显可认的几何肋条结构。为了追求「轻巧化」的设计理念,BATZ更进一步尝试利用几何拓扑优化工具以求达到更加减轻重量的目的,而其产生的后续结果令人印象深刻也直接对销售带来正面的影响力。但是BATZ并不满足现状,而持续追求更新的创新技术,而这正是「水辅射出成型技术」用武之地。

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缩短熔胶冷却时间、成型周期、降低总体生产成本为水辅射出成型技术众所皆知的优势。但身为结构零组件的开发制造商,真正吸引BATZ应用水辅技术的原因是可设计开发「空心塑料件」的可能性。因为产品的封闭几何能够提供较高的转动惯量,同时减少材料用量并满足相同的机械结构强度。然而,成型后残留壁厚的分布为影响塑件结构强度的最大因素。因此,准确的仿真预测对产品开发阶段的优化变得十分重要,以达到减少产品试模和修模次数,减少材料费和提高市场竞争力。

Moldex3D水辅仿真模块能仿真成型后塑件内部中空几何形状的结果,并将其输出至结构分析软件进行后续分析。Moldex3D 和BATZ两家公司在2012年开始共同对水辅技术与软件仿真功能进行优化验证合作:Moldex3D提供此技术仿真软件;而BATZ在水辅技术具有实战经验,因此可说是较佳的合作伙伴。在几个月的时间内,双方一起进行对水辅技术应用与软件模拟优化的特别项目。在这段时间内,双方对水辅塑件的仿真,实体成品的测量/测试和结果的相关性的迭代过程分析进行讨论与改善研究。

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BATZ提供Moldex3D其产品的几何形状和制程数据参数,如射出成型和材料特性参数等,而Moldex3D则依BATZ提供的信息进行水辅技术仿真,而后BATZ对现场成品件量测和与仿真结果进行一系列的比对与分析,最后Moldex3D依BATZ提供的回馈与比对分析来调整其计算参数并得以得到全方面与更准确的模拟结果。

然而,有效降低产品成本的关键在于产品结构强度表现。仿真结果与实体原型的关连性则是确保产品具有良好结构强度的重要因素。在合作初期,结构分析网格需要根据所预测的中空结果进行重建,而耗费不少人力成本。然而,在过程中,随着Moldex3D的R12版本的推出,Moldex3D的FEA接口可直接输出成型后的中空产品网格,至结构分析软件进行后续的结构分析。此功能大大简化了仿真分析的工作流程,也因此大幅减少产品开发所需的时间。

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最后,在双方几个月的密切合作且不断地修正彼此工作流程的合作方式下,产品开发效率与仿真的精准度与早期的结果相比皆有大幅的改善。除了上述的网格输出功能,Moldex3D仿真软件的系统核心性能也比其前身更加精准、强大。 Moldex3D和BATZ之间的合作工作成效杰出,现在Moldex3D R12新版本预测精准度较先前的版本准确度进步高达60%,输出至结构分析的相关性结果也有30%的进步成长。总而言之,透过Moldex3D 和BATZ双方多月的项目合作,Moldex3D得以证明其为水辅技术制程优化的较佳利器。

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Moldex3D 的价值

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水辅射出技术是具有发展性的技术,但为了有效利用此技术,它需要搭配如Moldex3D这样精准正确的模拟工具,才藉此得以发挥此技术更大的效用。

         

 -Fernando Burguera, Advanced Engineering Manager at BATZ


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