基于Moldflow优化PCI-E连接器的翘曲_陈家达.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .生产技术基于 优化 连接器的翘曲陈家达，姜苏俊，麦杰鸿，李 珑（金发科技股份有限公司产品研发中心，珠海万通特种工程塑料有限公司，广东 广州）摘 要：借助 软件进行模拟仿真，分析玻纤增强材料注塑成型 连接器发生翘曲变形的趋势，并且从产品结构上去分析了产生这种趋势的原因。随后提出一种新的结构来改善现产品的翘曲问题，同时比对了不同玻纤含量和树脂基材对产品翘曲的影响。经结构改善和材料优化后的产品，在翘曲上达到预需目的。因此，本文的分析过程对弱化此类产品的翘曲变形、提高产品质量具有重要的指导意义。关键词：连接器；翘曲变形；结构改善；材料优化中图分类号：.文献标志码：文章编号：（），（，.，.，.，.，）：，.，.，.，.：；伴随着科技的快速发展，注塑技术以及电子行业的工艺技术也取得了很大的进步。其中 技术发展迅速、运用广泛，因为具有集成度高；高频特性好；生产效率高；成本低廉等优点，让其在许多领域中已经完全替代传统行业的电子组装技术，支配着电子设备的发展，被公认为电子装配技术革命性变革。技术是一种无需在 板钻插装孔，直接将表面贴装元器件贴装、焊接到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。目前在计算机行业，一种 控制卡的元器件就需要先和 插槽组装，然后经过 技术组装到 电路板上。其中 插槽（下称 连接器），是一种需要使用热塑性塑料通过注塑成型的电子产品。经过注塑成型后的产品，在尺寸变形方面需要满足后续 的组装要求。但是由于 连接器结构复杂、成型工艺苛刻的特点，使用传统方式上的预变性方法来解决翘曲将变得不可取，目前的电子连接器行业尚未有成功使用预变形方法解决翘曲问题的案例。因此，在项目开发阶段就应该在模具结构、产品结构以及材料选取上完成最大的优化。利用 仿真分析可以在项目开发阶段就能够分析出产品的翘曲原因，并且能够以最低的成本去评估未开模产品在注塑成型后的翘曲情况，有着最低的试错成本。本文正是利用 软件，根据分析后的变形趋势，从产品结构上去分析引起这种变形的主要原因。同时根据分析原因从产品结构和材料选用上找到改善方向，可以为同行业在解决电子连接器翘曲问题时提供参考思路。制件概况产品为 连接器，尺寸为 。产品成型后需要插端子进行电路的贴板焊接，如果成型前制件出现翘曲过大，会使元件引脚存在漏焊或者空焊的风险。采用 软件对引起该产品的翘曲原因进行分析，并对其进行改善优化。图 连接器产品及进胶方式.成型工艺参数分析过程材料分别为 （玻纤增强）、（玻 纤 增 强）、（增强），其剪切粘度、曲线分别如图所示。由于聚合物基体与纤维之间的相容性差，基体中的纤维容易凝聚和破碎，实际注塑条件中各向异性更加明显。因此，本实验暂不考虑该因素，全使用 默认算法计算纤维分布。同时，精密制件从工艺角度改善的空间和 广 州 化 工 年 月幅度都不明显，所以不考虑使用注塑工艺改善翘曲。注塑成型工艺如下：模具温度 ；熔体温度 ，采用软件自动控制充模和保压工艺。图 剪切与粘度曲线.图 曲线.图 剪切与粘度曲线.图 曲线.图 剪切与粘度曲线.图 曲线.翘曲原因分析根据 的翘曲结果分析，可知产品贴板面的上框口成型后会出现内缩变形，内缩之后始末两端就会出现马鞍形的变形趋势。同时贴板面的龙骨和格栅也会形成马鞍形的变形趋势，而且充填过程中 槽格栅存在严重的滞留，流动速度的降低不利于注塑产品的填充密实度和分子取向。在上框口成型后出现内缩的变形，这种变形只是形成始末两端有拱起而中间凹陷的马鞍形趋势，贴板面的龙骨和 槽格栅变形继续恶化了制件的这种变形趋势，所以制件整体的变形情况就表现出马鞍形的变形。图 产品翘曲变形分析过程图.改善方案根据对结构分析，产品结构上只要阻止上框面的内缩变形以及龙骨的翘曲变形就能够改善产品的翘曲变形。因此，只需要加大框面的壁厚或者龙骨的宽度就能够改善整体翘曲，但是往往框面壁厚、龙骨与 槽位置是要匹配端子的装配，不能轻易改动。所以，在不影响端子装配的前提下，提出一种新的第 卷第 期陈家达，等：基于 优化 连接器的翘曲 结构方案。与此同时，在同样结构下比对不同材料的翘曲情况，尝试在材料选择上找到优化的方向。图 产品改善前后结构图.根据目的设计了三组实验，实验一成型材料为 （玻纤增强）、（玻纤增强）的原始结构，实验二成型材料与实验一一致的改善结构，实验三成型材料为 （玻纤增强）的改善结构。将产品的 面作为评估面，评估面上的偏离值作为评估指标。结果分析（）从图、图 结果可知，产品整体呈马鞍形翘曲，两种材料在原始结构成型后产品翘曲分别为.、.。面翘曲偏离过大，无法满足后续的组装工艺。从图、图 还可以看出，材料玻纤填充比例的增加会加剧产品在这种结构下的翘曲。图 玻纤填充（）原始结构的翘曲变形.（）图 玻纤填充（）原始结构的翘曲变形.（）（）从图、图 结果可知，改善结构之后两种材料成型后的产品翘曲分别为.、.。改善结构是在产品原结构的两边长面上都加了一排.深的“”型减厚处理，利用这种“”结构在成型后形成的拱桥形变形去抵抗产品整体的马鞍型变形。与实验一结果对比，产品翘曲得到较未改善前得到了较好的改善。图 玻纤填充（）改善结构的翘曲变形.（）广 州 化 工 年 月图 玻纤填充（）改善结构的翘曲变形.（）（）从图 结果可知，使用牌号为 （玻纤增强）材料成型的产品在翘曲上降低到了.。这是因为 分子链有着高度有序和线性的特点，成型后在流动方向和垂直流动方向都有着较小的体积收缩，从产品变形云图也可以看出产品变形变得更加均匀。因此，最终结果较实验一和实验二有着很大的改善。图 玻纤填充（）改善结构的翘曲变形.（）（）从表 可以发现，产品结构改善前后的翘曲值都会随着玻纤含量的增加而加剧了，但这种加剧程度并没有呈现出一种线性关系，可见这种加剧的程度也和产品结构有关。高玻纤填充材料有更小的收缩率和更强烈的取向效应，不仅如此，高玻纤填充材料还具有更高的强度、刚度等机械性能。以上的材料特性都是有利于抵抗产品脱模后的变形，从而减小翘曲值，但是分析结果恰恰相反。从 中的其他结果上看，可以分析出原因主要有以下两点：体积收缩、温度分布。更加不均匀的体积收缩和温度分布直接加剧了产品翘曲，这两者都和玻纤填充比例增加后导致材料流动性降低有着直接关系。表 各实验产品在 面上的变形 原使结构改善结构偏离值.结 论（）电子连接器往往结构复杂，如果只从 软件对翘曲归类的三类因素分析，很难得到引起产品翘曲的根本原因。因此，还需要根据连接器本身结构特点加以分析。理清产品中各结构对整体变形趋势的影响，为后续在结构上对产品翘曲的改善提供一种新思路。（）借助 软件进行填充保压翘曲的分析，完成了产品新结构的翘曲评估。从结果来看，结构改善后的翘曲变形可以满足产品的翘曲要求。因此借助 分析软件，可以在不用开模的情况下完成对产品的评估。（）如果想通过提高材料的玻纤填充比例从而提高产品整体刚度，利用这种刚度去抵抗产品脱模后的翘曲变形，这种方式在流程长、长宽比较大的电子连接器上并不可行，产品的翘曲反而随着玻纤含量的增加愈加严重。同时比对了 份玻纤填充比例下的 材料，发现其翘曲结果远优于。（）本文基于 完成了对 电子连接器结构的翘曲优化，其中的改善思路同样适用于解决 形插槽类连接器的翘曲问题。参考文献 李海梅，顾元宪，申长雨.注塑件的翘曲变形分析与成形尺寸预测.中国机械工程，（）：.李海梅，刘永志，申长雨，等.注塑件翘曲变形的 研究.中国 塑 料，（）：.：.高月华，王希诚.注塑制品的翘曲优化设计进展.中国塑料，（）：.：.李金明.电子工业中 技术工艺研究及发展趋势.电子技术与软件工程，（）：.，.，（）：.用户手册.