开口薄壁翘曲 基于田口静态试验设计的薄壁塑胶翘曲改善

　　摘 要:无线网卡是无线覆盖下通过网络进行上网使用的终端设备。随着电子产品主板的微型化和板载元件数量越来越多,SMT厂商焊锡钢板厚度越来越薄,这样就要求供应商提供的无线网卡连接器的端子平面度要求越来越高,因此提升此产品的品质对企业具有重大意义,能提升产品竞争力和扩大市场份额。本篇以F公司无线网卡(WSD68pin)端子取消CCD调整QIT项目中遇到的薄壁塑胶翘曲改善为例讲述田口静态试验设计的流程及策略。
　　关键词:连接器 薄壁塑胶翘曲 田口试验设计
　　中图分类号:TQ3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0023-01
　　本课题来源于F公司的实际工作需要,在SMT厂商钢板厚度切换后(2000年0.15mm厚→05年0.12mm厚→10年0.10mm厚),连接器空焊异常频频发生,客户很不满意,改善迫在眉睫。
　　1 课题背景
　　1.1 课题研究的意义
　　无线网卡是由塑胶,68根端子,shell等部分组成,由于端子数量较多,其平面度制程能力较差,目前主流SMT厂钢板厚度在0.10mm左右焊接时要求68根端子平面度要保持在0.10mm以内;F公司是全球最大的无线网卡接口(conn)的厂商,占据市场份额的40%。但自2010年以来,空焊客诉接连不断,VOC→CTQ,厂内相关部门组织QIT使用六西格玛方法,按照SIPOC流程和DMAIC的步骤对产品端子平面度进行改善。
　　1.2 国内外研究现状
　　无线网卡接口端子平面度不良(>0.10mm)为电子连接器生产厂商的共性问题,由于端子为直接压入塑胶PIN槽中,塑胶的翘曲量决定了端子的平面度。该连接器有68个槽口,结构长而薄(长约47.45mm,厚约2.70mm),由于结构限制,在成型过程中易发生翘曲(目前翘曲量为0.06mm～0.08mm由此导致成品端子平面度为0.12mm～0.15mm)。
　　业内使用治具对端子进行调整,经检验后再出货客户。但由于端子材质为铜材,人为调整后,在SMT过程中(炉温一般在240度左右)金属应力释放,端子平面度依然>0.10mm,导致产品空焊不良;虽然F公司为避免人员检验漏失,采用基于机器视觉图像处理技术研究开发的CCD平整度检测仪,但由于产品良率太低(80%产出品需进行调整),自动机台无法投入使用。
　　如何减少、防止制品成形中时常发生的翘曲现象,是困扰工程师的一大难题,薄壁注塑成型中的翘曲变形问题比常规注塑更为严重。依靠传统的经验、技术诀窍不断尝试不同的工艺方案,往往无法有效解决问题?因此,使用CAE技术应用于注塑成形,进行翘曲变形回归分析,以优化注塑成形工艺参数设置,从而提高生产效率和成形质量,是解决翘曲变形问题的新思路。
　　2 田口试验设计
　　2.1 概述
　　20世纪60年代田口玄一将“正交设计”表格化,极大改善了实验设计。它强调产品质量的提高不是通过检验,而是通过设计。它不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品,而且使用先进的试验技术来降低设计试验费用,这是田口方法对传统思想的革命性改变,为企业增加效益指出了一个新方向。
　　2.2 田口方法的基本思想
　　与传统的质量定义不同,田口玄一将产品的质量定义为:产品出厂后避免对社会造成损失的特性,用“质量损失”来对产品质量进行定量描述。质量特性值偏离目标值越大,损失越大,即质量越差,反之,质量就越好。对待偏差问题,传统的方法是通过产品检测剔除超差部分或严格控制材料、工艺以缩小偏差。这些方法一方面很不经济,另一方面在技术上也难以实现。田口方法通过调整设计参数,使产品的功能、性能对偏差的起因不敏感,以提高产品自身的抗干扰能力。
　　2.3 田口试验设计的特点
　　是一种分部设计法,田口试验表只需全因子设计组合的一部分,因而可以用较少的组合评估较多的试验因素。田口试验设计的试验序列(试验表中的因素水平组合)是正交的,因此是平衡设计,可以独立评估因素影响。田口将信噪比S/N的概念导入试验设计,其定义如下:设产品质量特性Y在多个输入变量的作用下为随机变量。其数学期望为μ,方差为σ2,我们希望μ越接近目标越好,σ2(看成噪声因素)越小越好。S/N=10log(η·)η·=μ2/σ2。田口试验可分为静态设计和动态设计两种。静态设计:找出信噪比最高的因素水平设置以使输出变量变差最小,即对噪音因素不敏感。动态设计:通过增加信号因素来优化变量与信号因素间的关系从而使输出变量对噪音因素不敏感,但对输入信号达到最大敏感度。
　　3 田口静态试验设计实例
　　3.1 试验安排
　　对塑胶模具、成型条件、人员组立手法、产品结构等方面分析,决议:(1)优化成型条件(DOE)实验。(2)进行数据分析后再对塑胶进行模流分析。(3)确认模具状况,chk是否需要改善。(4)在成型条件和模具最优化后确认改善效果;其中可控因素:成型机器:压力、射速、模温(均为重大影响),噪声因素:模穴号,产品一模四穴(穴与穴之间有重大的差异)。
　　3.2 確定试验方案
　　小组决定用田口稳健设计来将产品翘曲对成品取消CCD的敏感度降到最低,决定采用L9(3×3)田口设计表进行静态实验设计(在27组成型条件中选择9组进行试验)。使用Minitab对取得的9组试验数据进行分析并建立预测模型,对S/N的影响最大的各因素组合即为最佳成型条件。
　　3.3 Moldflow模拟试验
　　确定成型条件后再根据模流分析增加逃料设计(补偿产品流动长度过长导致流动困难及残留应力过大产生翘曲变形)。
　　3.4 试验效果
　　确定最优化的成型条件,模具按照Moldflow模拟的料流分析改善后,翘曲数据在0.02mm～0.03mm对应成品端子平面度为0.07mm～0.08mm,达到预期改善目标。
　　本改善项目是一个企业内部改善实例,改善中运用了田口试验设计,在产品改善的过程中降低了成本节约了时间(全因子试验:27组成型条件需量测88128个数据,田口试验:只需量测9组成型条件29376个数据)在过程改善中实践了通过对变量的最优化设置来改善产品的性能(将过程均值逼近目标值)。
　　参考文献
　　[1] 马林.六西格玛管理[M].中国人民大学出版社,2004:745～48.
　　[2] 唐烨.薄壁注塑制品的翘曲变形研究[D].华南理工硕士论文,2010.
　　[3] 张昉昀,钟汉如.基于Moldflow和DOE技术的翘曲变形工艺优化[J].塑胶,2011,4.