基于Moldflow的手機上蓋的澆口優(yōu)化設計

李小明

（四川職業(yè)技術(shù)學院 機械工程系，四川 遂寧 629000）

基于Moldflow的手機上蓋的澆口優(yōu)化設計

李小明

（四川職業(yè)技術(shù)學院 機械工程系，四川 遂寧 629000）

使用Moldflow對手機上蓋的注塑過程進行模擬分析，對在不同澆口位置下的充填時間、熔接痕、翹曲變形、氣穴等進行分析比較，確定實際最佳澆口設計方案，提高了注塑產(chǎn)品質(zhì)量，縮短模具研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。

Moldflow；澆口位置；注塑成型；優(yōu)化設計；翹曲

澆注系統(tǒng)設計是塑料模具設計中非常重要的一部分，澆注系統(tǒng)常分為主流道、分流道、冷料井、澆口，其中又以澆口設計最為關(guān)鍵，從澆口的類型選擇，澆口的尺寸大小，再到澆口的位置設定都是非常重要的，可以說澆口設計的好壞將直接影響到塑膠產(chǎn)品的質(zhì)量是否合格。因此通過塑膠注塑過程CAE模擬分析可以預測澆口設計是否合理，從而避免造成質(zhì)量缺陷，因此在設計中引入CAE是具有非常大的現(xiàn)實意義和實際作用的。

圖1　手機上蓋三維模型

1　塑件分析

產(chǎn)品為某品牌直板手機的上蓋（俗稱A蓋），如圖1，產(chǎn)品外形尺寸約為105 mm×45 mm×6 mm，平均壁厚1 mm，材料選用ABS+PC混合料。A蓋屬于外觀件，外表面后續(xù)還要噴涂處理形成亞光磨砂表面，涂層厚度約15～20 ，表面質(zhì)量要求高，且要與其它部件配合裝配，因此要求表面不能有澆口痕跡，飛邊、縮痕、變形、熔接痕、欠注等缺陷，模型采用NX軟件建模并保存為可導入Moldflow軟件的STL格式數(shù)據(jù)。

2　理論澆口位置分析

設定全局網(wǎng)格邊長為1.5 mm，采用雙層面網(wǎng)格類型劃分網(wǎng)格單元，網(wǎng)格統(tǒng)計顯示，網(wǎng)格匹配百分比達91.6%，最大縱橫比為14.5，為保證分析結(jié)果準確，要對較大的縱橫比三角單元進行修復，推薦縱橫比最大值為6 ，經(jīng)修改后其最大縱橫比為5.8相當理想，匹配百分比為91.6%，劃分的網(wǎng)格質(zhì)量滿足分析要求，如圖2所示。

選擇 “澆口位置”分析序列，設定材料為LG Chemical公 司 的 Lupoy HR-5007A， 此 材 料 為ABS+PC的工程混合料，其黏度很高，為保證充填質(zhì)量，推薦初設工藝參數(shù)為：模具表面溫度70℃，熔體溫度260℃，注射時間0.5 s，充填/保壓切換點為充填容積99% ，按此參數(shù)分析結(jié)果如圖3。從圖中可以看出，理論最佳澆口位置在塑件中箭頭指示區(qū)域，靠近節(jié)點N5318附近。

圖2　修改后網(wǎng)格劃分情況

圖3理論最佳澆口位置區(qū)域

3　實際澆口位置確定

3.1實際澆口設計方案

手機外蓋為外觀裝配件，要求外表面及視窗側(cè)面光滑，美觀，無瑕疵，無澆口痕跡等質(zhì)量要求，因此實際澆口不能設置在其外表面及側(cè)面，所以只能選擇潛伏澆口。綜合考慮，提出3個可能的實際牛角澆口位置方案。澆口位置分布情況如圖4所示。

3.2模擬分析結(jié)果對比

利用AMI中“填充+保壓+翹曲”分析序列，分別按照上述3種澆口設計方案進行模擬分析，提取分析結(jié)果中的填充時間、熔接痕、氣穴、變形量，縮痕等進行比較，從而確定澆口設置的最優(yōu)方案。

圖4　三種澆口位置方案

3.2.1充填時間

充填時間顯示的是熔體流動前沿的情況，可以看出填充過程中有無短射、遲滯，是否平衡充模 。為更容易解釋結(jié)果，采用等值線圖解釋充填時間如圖5所示。3個方案的充填時間都約為0.57 s，時間都較短，效率高，但方案2中最后填充區(qū)右上角和右下角的充填時間有差距，屬于不平衡填充，容易造成局部壓力過高，引起內(nèi)應力的存在，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，因此優(yōu)先選用方案1和方案3。

3.2.2熔接痕（weld line）

填充時當兩股塑料熔體相遇匯集或者一股熔體分叉又合攏及出現(xiàn)明顯流速差時，往往會在塑件表面留下一條刮痕或者一條槽，這就是熔接痕 ，它不但影響制品的外觀質(zhì)量，而且在熔接痕處容易產(chǎn)生應力集中，降低制品的機械強度，因此要盡量避免出現(xiàn)或者減少其數(shù)量。圖6為3種方案產(chǎn)生的熔接痕比較，3種方案都存在熔接痕，這是因為手機上蓋存在多孔結(jié)構(gòu)而造成的，不論是單點澆口還是多點澆口都無法避免，只能通過工藝手段將熔接痕的質(zhì)量提高以減少缺陷，同時利用后續(xù)噴涂工藝將其覆蓋。

從熔接痕數(shù)量上看，方案1和方案2均比方案3多，因此優(yōu)先選擇方案3。

3.2.3翹曲變形

圖 7 所示是所有因素導致的翹曲變形量，方案1最大變形量為0.268 mm，方案2的最大變形量為0.238 9 mm，方案3最大變形量為0.227 mm，方案1變形量最大，方案2和方案3變形量較小，手機上蓋要和手機中蓋進行裝配，壁厚又很薄，所以對翹曲的控制很嚴格，加之考慮平衡填充，因此優(yōu)先選擇方案3。

3.2.4氣穴（Air Traps）

圖5　充填時間比較

圖6　熔接痕比較

圖7　翹曲變形比較

氣穴是由于塑料熔體從各個方向流向同一處時在塑件內(nèi)部形成的氣泡，氣穴會造成產(chǎn)品強度降低和外觀質(zhì)量缺陷 。從3個方案的氣穴對比圖8中看出，3個方案均產(chǎn)生數(shù)量不等的氣穴，方案1最多，方案2最少，方案3的氣穴主要分布于面板按鈕區(qū)，處于塑件側(cè)壁面，位于產(chǎn)品的分型面上，氣體可通過分型面間隙排出，不會造成困氣，當然在手機蓋這樣注射速度很高的成型中，還需要綜合考慮采取其它措施來及時消除氣穴現(xiàn)象。故優(yōu)先選擇方案3。

圖8　氣穴比較

3.3澆口設計方案確定

綜合比較推斷出，方案3成型周期短，流動平衡，綜合變形小，便于成型與裝配，保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此方案3為優(yōu)先方案。

4　結(jié)論

在塑料模具設計中應用Moldflow軟件，對不同澆口位置及數(shù)量下的塑件進行注塑過程模擬，比較模擬分析結(jié)果，推出最優(yōu)澆口設計方案，可以幫助設計人員預測可能出現(xiàn)的問題，查找原因并輔助解決問題，為模具開發(fā)提供了科學依據(jù)，降低成本，縮短模具制造周期，為企業(yè)提供核心競爭力。

[1] 陳艷霞．2015Moldflow模流分析從入門到精通[M]．電子工業(yè)出版社，2015．

[2] 鄧潮玉，邱遜，齊永杰．基于Moldflow的直板手機前蓋澆口位置優(yōu)化設計[J].上海塑料，2012（4）:46～52．

[3] 單巖，蔡玉俊，羅曉曄等．Moldlow立體詞典塑料成型分析與優(yōu)化設計[M]．浙江大學出版社，2011．

[4] 王衛(wèi)兵，李金國．Moldflow中文版注塑流動分析案例導航視頻教程[M]．清華大學出版社，2014．

（P-02)

11所一流高職院校與寧波模具園建立合作關(guān)系

2016年6月17日下午，寧波模具產(chǎn)業(yè)園區(qū)投資經(jīng)營有限公司與浙江機電職業(yè)技術(shù)學院、寧波職業(yè)技術(shù)學院、杭州第一技師學院等全省各地11所院校簽署共建全國中高端模具人才高地戰(zhàn)略合作框架協(xié)議?？h委常委、寧海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)黨工委書記徐云出席并見證簽約儀式。

寧波模具產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)服務平臺引導資金項目，一直致力于打造強大的企業(yè)內(nèi)需服務平臺，園區(qū)籌備至今已成功搭建金融服務、用工服務、信息技術(shù)、檢測認證、基礎物業(yè)、綜合企服等平臺，目前正與浙江大學、華科大等高校洽談合作共建“互聯(lián)網(wǎng) ”模具技術(shù)平臺，與質(zhì)監(jiān)部門探討設立智能制造檢驗檢測平臺。

此次簽約的院校都是全國一流高職院校，在模具及相關(guān)專業(yè)的教研實力上與重點本科院校等同。根據(jù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，學校將在寧波模具園掛牌設立校外實踐教學基地，每年選派學生進行崗位實習，同時聘請園區(qū)企業(yè)高級管理人員擔任學?？妥淌冢瑸閷W生提供職業(yè)規(guī)劃發(fā)展指導，雙方就開展企業(yè)人才定向培養(yǎng)、組建人才需求訂單班、實施私人定制因材施教等方面進行合作交流。

摘編自“中國塑料機械網(wǎng)”

Sprue optimization design of the front cover of mobile phone based on Moldf ow

TP 391.72

1009-797X(2016)14-0085-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.028

李小明（1985-），男，助教，大學本科，從事機械設計、模具CAD/CAE/CAM教學與研究。

2016-06-16