手機(jī)外殼的注塑模流分析研究與應(yīng)用

張萌，陳吉祥，趙振宇，張振久

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 深圳 518172）

手機(jī)外殼的注塑模流分析研究與應(yīng)用

張萌1，陳吉祥2，趙振宇2，張振久2

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 深圳 518172）

塑料制品在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和成型中常會(huì)遇到許多問(wèn)題，一款良好的塑料產(chǎn)品需要考慮很多因素，如成品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、材料性質(zhì)及成型條件等。本文使用Moldex3D 模流分析軟件，找出注塑模具注射過(guò)程中可能遇到的各種問(wèn)題，以便快速改善問(wèn)題并減少模具開(kāi)發(fā)時(shí)間與成本。本文通過(guò)Moldex3D模流分析軟件，針對(duì)兩種厚度不同手機(jī)模型在壓力、充填時(shí)間、翹曲等數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)分析，結(jié)果顯示Moldex3D軟件在優(yōu)化注射工藝參數(shù)等方面具有重要的作用。

模流分析；注射模

產(chǎn)品的多樣化已是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品的材料質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。傳統(tǒng)上所使用的金屬材料由于存在容易酸堿腐蝕、容易生銹、成本高等缺點(diǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)企業(yè)和用戶的要求。

在注射成型過(guò)程中，塑料熔體在模具型腔內(nèi)的快速流動(dòng)、傳熱過(guò)程非常復(fù)雜[1-2]。按照傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法，技術(shù)人員只能憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模具，加工制造出模具后還必需進(jìn)行試模，如果發(fā)現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)需反復(fù)進(jìn)行調(diào)整、修改。這一過(guò)程由于長(zhǎng)期缺乏科學(xué)的方法，導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)的周期很長(zhǎng)、成本很高，并且質(zhì)量還難以保證。

本文利用Moldex3D軟件對(duì)兩種不同厚度的手機(jī)外殼注塑產(chǎn)品進(jìn)行探討，可在模具制造之前，對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)分析，了解在設(shè)計(jì)完模型時(shí)在塑料射出過(guò)程中可能會(huì)存在的問(wèn)題，找到預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷并及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而能夠降低產(chǎn)品制造成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，改善和提高產(chǎn)品質(zhì)量[3-7]。

1 材料的特性分析

本文的手機(jī)外殼是采用PES（聚醚砜樹(shù)脂）材料，PES（聚醚砜樹(shù)脂）是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性高分子材料，具備優(yōu)良的耐熱性能、物理機(jī)械性能、絕緣性能等性能。因此，在許多領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。PES具體的材料性能，注塑過(guò)程中的模具設(shè)定和材料溫度如表1。

表1 產(chǎn)品成型條件和材料性能Tab.1 Product molding conditions and material properties

材料黏度曲線如圖1所示。

圖1 黏度曲線Fig.1 Viscosity curves

2 填充時(shí)間分析

本文采用Moldex 3D軟件進(jìn)行模流分析設(shè)計(jì)手機(jī)外殼模具，并選用PES模具材料來(lái)開(kāi)發(fā)加工設(shè)計(jì)模具，在將PES材料的特性及成型條件進(jìn)行探討，根據(jù)討論的結(jié)果來(lái)制定射出變量并設(shè)計(jì)射出變量的標(biāo)準(zhǔn)表，配合CAE模流分析和各種不同射出的變量（模溫、射壓、填充時(shí)間等變量），Moldex 3D模流分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，觀察并記錄成品外觀變形量、尺寸、翹曲、凹痕等變數(shù)。

采用Moldex 3D模流分析軟件，模擬了手機(jī)在模具中流動(dòng)的情況 ，把成型條件、材料使用設(shè)定、計(jì)算參數(shù)設(shè)定等進(jìn)行初始設(shè)置。

填充分析主要計(jì)算出從開(kāi)始注射塑料到模腔被填滿的整個(gè)過(guò)程中的流動(dòng)前沿位置。通過(guò)分析，可以用來(lái)預(yù)測(cè)塑料制件、塑料材料以及相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置下的熔料填充行為。本文填充分析仿真結(jié)果主要用來(lái)查看手機(jī)外殼的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對(duì)制件的完全填充等。用戶可以根據(jù)動(dòng)態(tài)的填充結(jié)果來(lái)查看填充階段的塑料熔體流動(dòng)行為，判斷填充流動(dòng)行為是否合理。

手機(jī)外殼填充過(guò)程是從澆口到到達(dá)型腔各端部,通過(guò)填充圖直接分析可以得到填充過(guò)程中所需要模擬參數(shù)分布圖，圖2和圖3 分別給出了薄的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間和厚的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間。薄的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間是9.631×10-3sec，而厚的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間是1.857×10-2sec。從圖2和圖3中可以得知：薄的手機(jī)外殼在溫度的分析比厚手機(jī)冷卻的快速，相對(duì)而言，薄的手機(jī)外殼填充流動(dòng)時(shí)間更短，流動(dòng)更快。

圖2 薄的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間Fig.2 Filling time of thin cell phone case

圖3 厚的手機(jī)外殼所需填充時(shí)間Fig.3 Filling time of thick cell phone case

3 壓力分析

在壓力方面，壓力分布顯示了填充結(jié)束時(shí)的腔內(nèi)及流道內(nèi)的壓力分布,要求在模穴中有均勻的分布，否則，會(huì)影響到產(chǎn)品體積收縮。因此，填充壓力分布盡可能均勻。壓力分布圖顯示了填充結(jié)束時(shí)的腔內(nèi)及流道內(nèi)的壓力分布情況。在Moldex3D里可看出型腔中的壓力、溫度、流速等在填充時(shí)動(dòng)態(tài)流動(dòng)分布特性，以便解決射出成型之及變形、氣泡、短射等問(wèn)題等情況。

由圖4和圖5可以看出，在手機(jī)外殼在填充模型結(jié)束時(shí)的壓力分布情況，分析充模壓力分布是否平衡狀況，在圖形中最后充型的蘭色部位壓力較低，這個(gè)區(qū)域主要在手機(jī)外殼前端位置，而紅色部分顯示的壓力較大，這個(gè)區(qū)域主要集中在澆口位置。由圖4和圖5可知，薄的手機(jī)外殼填充壓力85.216Mpa，而厚的手機(jī)外殼填充壓力91.057 Mpa。薄的手機(jī)外殼注射壓力較小。

圖4 薄的手機(jī)外殼填充壓力Fig.4 Filling pressure of thin cell phone case

圖5 厚的手機(jī)外殼填充壓力Fig.5 filling pressure of thick cell phone case

4 翹曲數(shù)據(jù)分析

注塑過(guò)程中的翹曲變形是由于成型過(guò)程中材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻?qū)е碌模@個(gè)因素直接影響注塑產(chǎn)品的變形和尺寸精度，表面出現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)形狀與尺寸要求。甚至注塑產(chǎn)品在總裝過(guò)程中的裝配性。另外，注塑產(chǎn)品厚度多變、冷卻不均勻、產(chǎn)品收縮和冷卻速率不均衡和材料內(nèi)部分子取向不一致，存在差異性也會(huì)能產(chǎn)生翹曲變形，而收縮率相同的成型品僅縮小尺寸而不會(huì)變形或翹曲。通過(guò)翹曲分析圖形可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的翹曲程度，進(jìn)一步分析產(chǎn)生翹曲的主要原因，并能提供產(chǎn)品修改方案。

根據(jù)圖6和圖7中的數(shù)值可知，薄的手機(jī)外殼產(chǎn)生的翹曲為5.705×10-2mm，而厚的手機(jī)外殼產(chǎn)生的翹曲4.078×10-3mm。這進(jìn)一步表明，厚的手機(jī)外殼產(chǎn)生的翹曲數(shù)據(jù)更小，由此可知厚度越大，翹曲量越?。缓穸仍叫?，翹曲量也越大，所以在成品制作中，厚度對(duì)翹曲影響是非常大的。

圖6 薄的手機(jī)外殼翹曲量Fig.6 Warpage of thin cell phone case

圖7 厚的手機(jī)外殼翹曲量Fig.7 Warpage of thick cell phone case

5 結(jié)論

本文以兩種不同厚度的手機(jī)外殼模型為分析對(duì)象，采用Moldex3D 模流分析軟件分析其成型過(guò)程。通過(guò)研究注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中填充時(shí)間、填充壓力和翹曲量等問(wèn)題，以圖表數(shù)據(jù)分析可知，薄的手機(jī)外殼比厚的手機(jī)外殼在注射時(shí)間相對(duì)較短，注射壓力相對(duì)較小，翹曲相對(duì)較大。這為模具開(kāi)發(fā)過(guò)程中注塑參數(shù)優(yōu)化、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和模具試模等提供了重要的理論依據(jù)，具有重要的指導(dǎo)作用。

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Research and Application of Injection Mold Flow Analysis of Mobile Phone Shell

ZHANG Meng1, CHEN Jixiang2, ZHAO Zhenyu2, ZHANG Zhenjiu2
（1. School of Continuing Education, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, P.R. China; 2. School of Electromechanical Engineering, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, P.R. China）

Plastic products in the development, design and molding often encounter many problems. A good plastic product need to take many factors into consideration, such as finished product design, mold design, material properties and molding conditions. In the paper, Moldex3D mold flow analysis software is used to find out the problems that may be encountered in the mold injection process in order to improve the problem quickly and reduce the mold development time and cost. Moldex3D software is used to analyze the pressure, filling time and warpage of the two different mobile phone models in the paper. The results show that Moldex3D software plays an important role in optimizing the injection process parameters.

mold flow analysis; injection mold

TQ320.66；TB115.1

：A

1672-6332（2017）01-0029-04

【責(zé)任編輯：楊立衡】

2017-02-20

張萌（1986-），男（漢），江蘇海安人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信。E-mail: Zhangm@sziit.edu.cn