淺談液晶顯示器外殼的前框模流分析及模具設(shè)計

劉深超 常蘭

摘要：針對液晶顯示器外殼前框設(shè)計的案例，本文采用Moldflow軟件對液晶顯示器外殼前框進行模流分析，以便使產(chǎn)品在注塑成型過程中存在的問題得到真實、全面反映，從而獲得模具設(shè)計的數(shù)據(jù)依據(jù)。從產(chǎn)品分析結(jié)果來看，模具設(shè)計需要一模一腔結(jié)構(gòu)，并通過做好型腔、澆口位置和倒扣機構(gòu)的設(shè)計保證產(chǎn)品性能和加工順利，最終實現(xiàn)提高產(chǎn)品注塑合格率的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：液晶顯示器；外殼前框；模流分析；模具設(shè)計

引言：

伴隨著模具設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)已經(jīng)可以實現(xiàn)模具的自動化、專用化設(shè)計和制造。但相較于發(fā)達國家，我國在模具設(shè)計方面仍然存在較多問題。分析問題的成因可以發(fā)現(xiàn)，主要是由于未能在模具前期設(shè)計中做好模流分析，繼而導(dǎo)致產(chǎn)品加工的質(zhì)量和效率受到了影響。因此，還應(yīng)加強對注塑產(chǎn)品的模流分析，以便更好的完成模具設(shè)計。

1液晶顯示器外殼前框結(jié)構(gòu)分析

案例27英寸液晶顯示器外殼前框采用玻纖增強ABS塑料，材料縮水率在0.003到0.005之間，平均為0.004。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較薄，平均壁厚2.2mm，尺寸較大，長寬高分別為657.5mm、385.4mm、16.5mm，為左右對稱結(jié)構(gòu)，具有較高配合要求。產(chǎn)品內(nèi)外表面均較為圓滑，整體無尖角，擁有較高絕緣性要求。在產(chǎn)品背面四側(cè)，共18個卡扣，配有定位孔柱和安裝卡槽。在產(chǎn)品制作上，需要采用注塑工藝。為保證產(chǎn)品成型性能良好，需要實現(xiàn)對整個注塑過程的模擬分析，從而實現(xiàn)模具設(shè)計優(yōu)化，確保試模一次成型。

2液晶顯示器外殼前框的模流分析

2.1 Moldflow軟件

結(jié)合產(chǎn)品仿真分析需求，需要采用Moldflow軟件實現(xiàn)模流分析。利用該軟件，可以先利用Pro/E造型軟件直接生成高質(zhì)量三維實體，對模型進行簡化。在軟件應(yīng)用過程中，直接導(dǎo)入Moldflow軟件，可以完成產(chǎn)品網(wǎng)格劃分，并對注塑過程進行有限元分析，確定塑料在工藝過程中的熔融流體流動狀況[1]。憑借軟件自動修復(fù)功能，則能對模型間隙、丟失面等錯誤進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)氣穴、縮印等成型缺陷，然后利用修復(fù)工具對缺陷進行修復(fù)，完成模具的優(yōu)化設(shè)計。

2.2模流分析過程

在實際分析過程中，需要先將得到的產(chǎn)品三維實體模型以.STL格式存儲，然后倒入Moldflow軟件中得到有限元模型。而產(chǎn)品網(wǎng)格為雙層面，通過自動劃分可以對澆口位置進行分析，確定最佳的澆口位置。在產(chǎn)品澆注過程中，模具中由注塑機噴嘴到型腔的通道是否合理，將對產(chǎn)品外觀、尺寸、性能等產(chǎn)生重要影響，決定模具結(jié)構(gòu)是否得到了合理設(shè)計。而澆口位置將對熔體在型腔內(nèi)的流動產(chǎn)生影響，位置不佳將導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)密度不均勻、熔接痕、充填不良等問題。采用Moldflow軟件，可以對澆口位置和澆注系統(tǒng)是否合理進行分析，避免模具成型問題的發(fā)生。此外，利用Moldflow軟件也能對充填過程進行動態(tài)模擬，確定塑料在充填期間是否出現(xiàn)缺膠或短射情況，一旦發(fā)現(xiàn)則要對充填速度、壓力等參數(shù)進行調(diào)整。在分析過程中，設(shè)定材料的熔融溫度為210℃，熔體最高和最低溫度分別為240℃和195℃，模具溫度為80℃，最大剪切速率為60s-1，注塑速度為669g/s，注塑質(zhì)量為3145g，注塑機的鎖模力為7800kN，塑化能力為852g/s，螺桿直徑為100mm。

2.3模流分析結(jié)果

從模流分析結(jié)果來看，比較多種注塑方案可以發(fā)現(xiàn)，最佳澆口位置在靠近節(jié)點7750處。按照該方案，獲得的注塑時間最短，為60s，注塑壓力也最低，為80MPa。而產(chǎn)品體積收縮率為4.5%，整體尺寸無明顯變化，可以滿足產(chǎn)品加工要求。從熔體充填過程來看，塑料緩慢流動，導(dǎo)致底部隱藏位置出現(xiàn)了熔接痕，但不會給產(chǎn)品外觀帶來影響。而產(chǎn)品四周在Z向上產(chǎn)生了變形，范圍在0.314-0.358mm之間。結(jié)合現(xiàn)有注塑設(shè)備，還要采用一模一腔結(jié)構(gòu)進行模具設(shè)計。從模具工作原理上來看，在合模的過程中，注塑機噴嘴將經(jīng)過定位環(huán)將高溫熔融的塑料注射到澆口。經(jīng)過熱流道分流板，塑料將被分配到各熱嘴中，然后注射到型腔內(nèi)。經(jīng)過20s的保溫、保壓后，會充填至模具內(nèi)腔。在內(nèi)腔充滿后，噴嘴將停止進膠。降壓通水路后，冷卻20s后可以開模，先將動模和定模分開，然后利用定桿將推板推出，借助推桿等機構(gòu)將產(chǎn)品頂出[2]。下次合模前，頂桿會發(fā)揮強制回位功能，促使推板等復(fù)位。此外，針對模流分析中發(fā)現(xiàn)的彈簧復(fù)位過程中容易卡住的問題，還要利用斜銷將倒扣推出。

3液晶顯示器外殼前框的模具設(shè)計

3.1型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合模流分析結(jié)果進行模具的型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。從整體上來看，產(chǎn)品型腔擁有較大尺寸，在安裝過程中可能遭遇困難，所以還要將其與定模板單邊配合的間隙擴大，保持0.5mm間隙，然后在模板凹槽4角進行避空孔的設(shè)置。在吊葫蘆作用下，型腔則能被輕松安裝至凹槽內(nèi)。利用擠壓塊，并使用螺釘固定，可以保證型腔緊貼模板側(cè)面。考慮產(chǎn)品擁有較深的卡槽，還要進行鑲件成型，在組合式型芯上采用臺肩形式進行鑲件固定，從而使模具加工難度和成本得到降低。

3.2澆口位置設(shè)計

針對液晶顯示器外殼前框，產(chǎn)品外觀要求較高，完全不允許存在澆口痕跡。結(jié)合這一要求，還要利用潛伏式澆口對澆口痕跡進行隱藏，使痕跡留在產(chǎn)品背面。但是考慮到產(chǎn)品無高骨位結(jié)構(gòu)，難以進行潛伏式澆口的設(shè)置，如果采用潛頂針方式進行澆口設(shè)置，需要利用人口方式進行膠位去除，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本增加。綜合考慮，還要采用牛角進膠的方式，確保產(chǎn)品脫模時能夠?qū)部谧詣忧袛?。而產(chǎn)品框形具有薄且大的特點，充填過程中容易翹曲變形，還要利用平衡式流道4點進膠，確保產(chǎn)品能夠以料流方式填充，得到均勻收縮，減少變形的產(chǎn)生。從澆口結(jié)構(gòu)上來看，直徑為1mm，牛角長25mm。為確保牛角能夠順利頂出，需要在流道上進行管位的設(shè)置。在實際加工時，牛角的加工方法要采用先完成鑲件的制作然后進行拼合的方法。

3.3倒扣機構(gòu)設(shè)計

針對合模時發(fā)生的模板與斜頂干涉碰撞的問題，需要完成倒扣機構(gòu)的設(shè)計。具體來講，就是在產(chǎn)品背面利用側(cè)向抽芯機進行18個卡勾的設(shè)置，以便利用推出機構(gòu)的推力對斜頂座的運動進行驅(qū)動，促使其向上將斜頂推出。采取該種設(shè)計，可以使斜頂在導(dǎo)向槽內(nèi)斜向運動，在產(chǎn)品推出時順利脫模，并完成側(cè)向抽芯動作。因此設(shè)計該結(jié)構(gòu)，不僅能夠解決干涉碰撞問題，也能發(fā)揮助推產(chǎn)品脫模的作用。針對頂出系統(tǒng)，還要完成復(fù)位機構(gòu)的設(shè)置[3]。此外，產(chǎn)品背面依然存在兩個卡扣無法利用斜頂脫模。針對這一問題，還要進行強制脫模，即借助產(chǎn)品本身殼體彈性將倒扣強制脫出。為避免產(chǎn)品在這一過程中被拉斷，還要確保脫模部位變形空間較大，同時倒扣形象修正成圓弧形。

結(jié)論：

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，采用Moldflow軟件對液晶顯示器外殼前框進行模流分析，可以使產(chǎn)品在注塑成型過程中存在的問題得到真實、全面反映，所以能夠為模具的設(shè)計提供足夠的數(shù)據(jù)依據(jù)。從產(chǎn)品分析結(jié)果來看，還要采用一腔一模結(jié)構(gòu)進行模具設(shè)計，并通過做好型腔、澆口位置和倒扣機構(gòu)的設(shè)計保證產(chǎn)品性能和加工過程不受影響，繼而獲得更高的產(chǎn)品注塑合格率。

參考文獻：

[1]朱曉東，曹偉.CAD/CAE技術(shù)在液晶顯示器底座塑料模具設(shè)計中的應(yīng)用[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，16（01）：29-31.

[2]朱曉東.基于液晶顯示器底座的模具設(shè)計[J].時代農(nóng)機，2016，43（07）：79-80.

[3]劉磊，吳建.液晶顯示器前殼注射模具設(shè)計[J].輕工機械，2013，31（06）：9-12.