基于CAD/CAE的手機(jī)外殼注塑模設(shè)計(jì)及成形工藝優(yōu)化

郝閃閃

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基于CAD/CAE的手機(jī)外殼注塑模設(shè)計(jì)及成形工藝優(yōu)化

郝閃閃

天津三星通信技術(shù)研究有限公司，天津 300385

針對(duì)手機(jī)外殼的結(jié)構(gòu)特征，利用U?G軟件進(jìn)行手機(jī)外殼與其注塑模具的設(shè)計(jì)，并選取Mold flow軟件對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行優(yōu)化分析。因此，運(yùn)用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行手機(jī)外殼的開發(fā)與驗(yàn)證，可以極大地減少開發(fā)周期，并縮減設(shè)計(jì)的成本，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

CAD/CAE技術(shù)；手機(jī)外殼；模具

引言

隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)經(jīng)過了無數(shù)次的升級(jí)換代，已經(jīng)成為科技進(jìn)步的時(shí)代縮影。手機(jī)外殼既能有效地減少灰塵的入侵，增強(qiáng)手機(jī)的使用壽命，又能提升使用者的產(chǎn)品體驗(yàn)。因此，制作手機(jī)外殼的材料要求具有強(qiáng)度高、耐熱導(dǎo)熱性較好、電磁屏蔽性等特點(diǎn)，而成形產(chǎn)品更傾向于輕量薄壁化方向，以達(dá)到保護(hù)、散熱、美觀的作用，這也對(duì)手機(jī)外殼的成形工藝提出了更高的要求。

1 手機(jī)外殼工藝分析

1.1 塑件使用材料及工藝特性分析

一般使用的材料為透明的PC和ABS按一定比例混合而成的一種材料，它屬于熱塑性塑料，成型性能較好（收縮率為0.3%～0.5%），比熱容較低，流動(dòng)性好，在料筒中塑化效率較高、成型周期較短、精度等級(jí)高，可以進(jìn)行UV處理，還具有很高的著色性。

1.2 模流分析

對(duì)于任何注塑成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動(dòng)方式[1]。大多數(shù)制品的缺陷都與樹脂在模具中的流動(dòng)方式息息相關(guān)，可以利用模流分析軟件MOLD FLOW對(duì)熔體在模具中的流動(dòng)行為進(jìn)行模擬，可以預(yù)測(cè)和顯示熔體流動(dòng)前沿的推進(jìn)方式填充過程中的壓力和溫度變化、流動(dòng)時(shí)間和熔接痕的位置等，幫助設(shè)計(jì)人員就如何改變壁厚、制件形狀、澆口位置和材料選擇來提高制件工藝性，可以使工藝人員在試模前對(duì)可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，并盡快找出缺陷原因并加以分析改進(jìn)，提高一次試模的成功率。

2 基于CAD手機(jī)外殼注塑模設(shè)計(jì)

首先，應(yīng)創(chuàng)建手機(jī)外殼三維模型?？梢酝ㄟ^CAD技術(shù)對(duì)手機(jī)外殼的實(shí)體造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)手機(jī)外殼的三維模型進(jìn)行創(chuàng)建[2]。其次，對(duì)注射模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。因手機(jī)外殼針對(duì)模具的精度以及所使用的材料有較高的要求，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)對(duì)每一個(gè)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如壁厚、Rib間距、掛量等進(jìn)行分析，從而確定模具結(jié)構(gòu)。針對(duì)于頂出機(jī)構(gòu)、開合傳感器以及模架而言，可通過軟件中的數(shù)據(jù)庫(kù)將其直接導(dǎo)出，進(jìn)而完成對(duì)注射模具的設(shè)計(jì)。

3 通過CAE對(duì)手機(jī)外殼的制件進(jìn)行分析

3.1 對(duì)有限元模型進(jìn)行的前處理工作

3.1.1建立塑件網(wǎng)格的模型

將已完成構(gòu)建的三維模型通過使用CAD軟件對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化和修復(fù)，并將其導(dǎo)入至Moldflow Insi?Ght之中通過CAE進(jìn)行分析，導(dǎo)入的格式為.STL。因此制品外殼比較薄，并且其具有較為均勻的厚度，為了確保合理劃分網(wǎng)格，從而能夠進(jìn)行準(zhǔn)確分析，所以對(duì)其劃分采用了表面網(wǎng)絡(luò)模型。在使用雙域網(wǎng)格類型的表面模型進(jìn)行翹曲，或冷卻分析時(shí)，縱橫之比的范圍一般可在20～50之間，并且還應(yīng)該將匹配率保證在85%以上，能夠順利完成計(jì)算，并且其計(jì)算的精度通常比較高，在對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分的過程中，重疊以及交叉現(xiàn)象是不允許出現(xiàn)的，可以對(duì)網(wǎng)格處理的相關(guān)工具進(jìn)行應(yīng)用，并使用其中的自動(dòng)修補(bǔ)功能，解決重疊及交叉問題，并調(diào)整和改進(jìn)網(wǎng)格縱橫之比。如果修復(fù)之后形成0相交單元，則要求得到滿足。

3.1.2選用的材料及分析最佳澆口的位置

在材料的選用方面，可選擇ABS與PC的合成材料，原因在于其變形性小，并且剛性較好；在選擇澆口位置時(shí)，可應(yīng)用Moldflow軟件中所包含的?Gate Location 這一功能，對(duì)澆口的具體位置進(jìn)行分析。

3.2 澆口位置及數(shù)量的確定

通過分析澆口具體位置，當(dāng)澆口的匹配性達(dá)到1000時(shí)，制件中位數(shù)值大于0.92，兩端數(shù)值在0.2左右，澆口最佳位置應(yīng)在中位數(shù)值最高的區(qū)域之內(nèi)[3]。因澆口的具體位置以及具體數(shù)量存在差異，并且熔體流動(dòng)的路徑、阻力以及長(zhǎng)度存在差異，所以應(yīng)以制品的工藝、外觀以及生產(chǎn)方式的相關(guān)要求為依據(jù)，可通過四澆口、雙澆口以及單澆口三種方案進(jìn)行對(duì)比和分析。根據(jù)流動(dòng)模擬分析可知，四澆口熔痕增長(zhǎng)，單澆口型腔內(nèi)流性差，因此，可通過雙澆口進(jìn)行注射。

3.3 翹曲的分析和成型工藝優(yōu)化

翹曲變形主要指的是注塑制品的具體形狀與型腔的形狀相互對(duì)比出現(xiàn)了偏離，從而使產(chǎn)品的形狀精度以及尺寸精度受到影響[4]。翹曲分析的主要目的便是對(duì)成型之后所形成的翹曲程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)翹曲出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并對(duì)其進(jìn)行工藝優(yōu)化。導(dǎo)致翹曲出現(xiàn)變形的原因主要有三個(gè)方面：第一，型腔之中產(chǎn)生的壓力差異致使沿著流動(dòng)的方向出現(xiàn)收縮差異；第二，流動(dòng)取向致使收縮率出現(xiàn)差異；第三，不均衡的冷卻致使收縮形成差異。具體可通過Moldflow進(jìn)行分析。

3.3.1第一次進(jìn)行的基本分析

首次分析過程，通常是通過系統(tǒng)默認(rèn)來進(jìn)行的。為了保持對(duì)翹曲變形預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，需要采取Cool、Fill、Pack以及Wrap這一序列操作進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果表明，冷卻系統(tǒng)所產(chǎn)生的效果比較明顯，沒必要進(jìn)行修正。因手機(jī)外殼的底面部位需要同別的零件進(jìn)行裝配，所以需要滿足平面度及公差的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，應(yīng)對(duì)每一個(gè)平面形成的翹曲變量進(jìn)行考慮。為了找出翹曲的原因，可以對(duì)工藝條件的相關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行修改，在設(shè)置工藝條件的過程中，對(duì)分離翹曲原因進(jìn)行分析研究，從而得出翹曲的原因。通過分析可知，翹曲出現(xiàn)變形的主要影響因素在于收縮過程中出現(xiàn)的不均勻性導(dǎo)致的，針對(duì)此原因可以對(duì)保壓時(shí)間和壓力進(jìn)行改變和優(yōu)化。

3.3.2對(duì)翹曲變形進(jìn)行優(yōu)化分析

在保壓階段容易出現(xiàn)體積收縮大，這主要是受保壓壓力較小所致，所以應(yīng)重置保壓時(shí)間以及壓力。通常來講，保壓壓力與制品的體積收縮成負(fù)相關(guān)。與內(nèi)應(yīng)力成正相關(guān)。當(dāng)保壓壓力增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致翹曲變形的程度增大。這需要保壓時(shí)間保持在一定的長(zhǎng)度，從而對(duì)澆口冷凝進(jìn)行滿足。為了滿足上述條件，應(yīng)該分別重置兩段保壓參數(shù)。在第一階段中，保壓壓力可設(shè)定為90?MPa，時(shí)間可設(shè)定為8?s；在第二階段中，保壓壓力可設(shè)定為30?MPa，時(shí)間可設(shè)定為4?s。通過重新分析可知，通過對(duì)保壓時(shí)間及壓力進(jìn)行改變，制件出現(xiàn)翹曲變形的情況減弱。對(duì)“翹曲原因的分離”這一復(fù)選框進(jìn)行分析，可以降低翹曲變量，滿足產(chǎn)品的要求，最終實(shí)現(xiàn)注塑模的設(shè)計(jì)和成型工藝的優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于CAD/CAE軟件技術(shù)對(duì)超薄手機(jī)外殼制品進(jìn)行開發(fā)與注塑模型的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，可以極大地縮短手機(jī)外殼制品的開發(fā)時(shí)間和周期，并且能夠提升手機(jī)模具設(shè)計(jì)的效率以及對(duì)于其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也具有重要意義，可以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]李慶.基于CAD/CAE集成模型的塑料注射模優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.

[2]李澍，孔嘯，黃宏輝，等.注塑模具CAE公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)與應(yīng)用[J].模具技術(shù)，2011（3）：55-59.

[3]臧昆巖.手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)及仿真[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[4]齊永杰，呂航鷹.CAE技術(shù)在塑膠模具澆口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代企業(yè)教育，2014（6）：303-304.

Design of Injection Mould for Mobile Phone Shell and Optimization of Forming Process Based on CAD/CAE

Hao Shanshan

Tianjin Samsung Communications Technology Research Co., Ltd., Tianjin 300385

According to the structural characteristics of mobile phone shell, we use UG software to design the mobile phone shell and injection mold, and select Mold flow software to optimize the design mold. Therefore, the use of CAD/CAE technology to develop and verify the mobile phone shell can greatly reduce the development cycle, reduce the cost of design, and enhance the market competitiveness of enterprises.

CAD/CAE technology; cell phone shell; mold

TQ320.6

A

1009-6434（2017）12-0056-02