基于moldflow的手機(jī)外殼注塑成型分析

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1、基于Moldflow的手機(jī)外殼注塑成型分析摘要:采用Pro/E進(jìn)行手機(jī)外殼的CAD三維造型，利用Moldflow軟件的MPI（MoldflowPlasticInsight）模塊對(duì)其注塑成型過(guò)程進(jìn)行分析模擬，包括充填、流動(dòng)、保壓、冷卻等各個(gè)方面，獲得了最佳澆口位置、熔接痕位置、困氣、流動(dòng)時(shí)間、壓力和溫度分布的準(zhǔn)確信息。直觀地預(yù)測(cè)出產(chǎn)品在注塑過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷，并通過(guò)分析缺陷產(chǎn)生的原因和影響因素，優(yōu)化了注塑工藝參數(shù)，這對(duì)于提高塑件制品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、提高模具設(shè)計(jì)水平等都具有重要的指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的注塑工藝及注塑成型的實(shí)際生產(chǎn)主要靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)反復(fù)調(diào)

2、試和修改，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且還浪費(fèi)了大量的人力和物力[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，塑料注塑成型CAE技術(shù)在近10年內(nèi)從理論研究到實(shí)際應(yīng)用都取得了飛速的進(jìn)步[2-8]。注塑CAE技術(shù)能預(yù)擬注塑成型時(shí)塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)情況及塑料制品在模具型腔內(nèi)的冷卻、固化過(guò)程，在模具制造之前就能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，改變了主要依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，通過(guò)反復(fù)試模、修模來(lái)修正設(shè)計(jì)方案的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，它可使設(shè)計(jì)人員避免設(shè)計(jì)中的盲目性，使工程技術(shù)人員在模具加工前完成試模工作，也可使生產(chǎn)操作人員預(yù)測(cè)工藝參數(shù)對(duì)制品外觀和性能的影響，降低了模具的生產(chǎn)周期和成本，提高了

3、模具質(zhì)量。本文利用商品化CAE軟件Moldflow的MPI（MoldflowPlasticInsight）模塊對(duì)手機(jī)外殼注塑成型中的澆口位置、充填、流動(dòng)、冷卻等過(guò)程進(jìn)行了分析模擬，預(yù)測(cè)了塑件可能產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷，并針對(duì)模擬結(jié)果分析缺陷產(chǎn)生的原因和影響因素。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)注塑工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到比較合理的參數(shù)。1塑件CAD模型手機(jī)外殼的CAD模型利用PRO/E軟件建立，并生成STL文件，然后導(dǎo)入到Moldflow軟件中進(jìn)行模擬分析。該手機(jī)外殼形狀和尺寸是結(jié)合了多種常見(jiàn)手機(jī)外殼的特點(diǎn)，能夠比較充分地反映Moldflow軟件在手機(jī)外殼注塑成型分析中

4、的應(yīng)用。其基本尺寸如圖1所示。(a）內(nèi)表面(b）外表面(c)基本尺寸圖1手機(jī)外殼CAD模型及基本尺寸2澆口位置分析根據(jù)模型幾何形狀以及相關(guān)材料參數(shù)、工藝參數(shù)可以分析出澆口的最佳位置。從而避免由于澆口位置設(shè)置不當(dāng)可能引起的制件缺陷。最佳澆口位置的所在區(qū)域?yàn)樗{(lán)色，如圖2所示。圖2最佳澆口位置圖3給出了不同澆口位置的注塑模擬結(jié)果對(duì)比。a）任意澆口位置填充時(shí)間b）最佳澆口位置填充時(shí)間c）任意澆口位置填充完成時(shí)溫度分布d）最佳澆口位置填充完成時(shí)溫度分布e）任意澆口位置填充完成時(shí)壓力分布f）最佳澆口位置填充完成時(shí)壓力分布圖3不同澆口位置的模擬結(jié)果對(duì)比優(yōu)化

5、澆口位置后的注塑模擬結(jié)果有很大改善，填充時(shí)間由0.7850s減少到0.6561s；溫度分布相對(duì)更加均勻，有利于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；注射壓力大大降低，在使用多型腔注塑時(shí)，對(duì)模具設(shè)計(jì)有很大的支持作用。3注塑成型分析分析的基本流程包括建立新的工程項(xiàng)目，導(dǎo)入CAD模型，劃分網(wǎng)格，診斷和編輯網(wǎng)格，選擇分析類型，選擇成型材料，選擇澆口位置，設(shè)置工藝參數(shù)，創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)，然后開(kāi)始分析，最后生成分析報(bào)告。由于是初步成型分析，所以在成型工藝參數(shù)設(shè)置過(guò)程中均保留程序默認(rèn)設(shè)置。3.1Flow分析Flow分析用于預(yù)測(cè)熱塑性高聚物在模具內(nèi)的流動(dòng)，其分析結(jié)果主要有填

6、充時(shí)間、速度/壓力轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力、氣穴及熔接痕等。a填充時(shí)間bV/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力c氣穴d熔接痕圖4流動(dòng)分析結(jié)果如圖4a所示，手機(jī)前蓋是在0.8789s的時(shí)間內(nèi)完成熔體填充，熔體從澆口往兩邊同時(shí)流動(dòng)。紅色區(qū)域?yàn)樽詈筇畛鋮^(qū)域，話筒部分和聽(tīng)筒部分的填充時(shí)間基本一致，這說(shuō)明基本能夠保證填充平衡。如圖4b所示，轉(zhuǎn)換點(diǎn)澆口壓力為36.86MPa。圖中澆口位置的壓力在通過(guò)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后有36.86MPa降低為保壓壓力29.49MPa，在此壓力控制下繼續(xù)充滿整個(gè)型腔，然后進(jìn)入保壓階段。如圖4c、d所示，分析預(yù)測(cè)的產(chǎn)品上氣穴非常明顯，熔接痕也很明顯，這樣的模擬結(jié)果很不理

7、想，在實(shí)際生產(chǎn)如真的產(chǎn)生這樣的氣穴和熔接痕，那么制件會(huì)很容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。因此，在進(jìn)一步的分析中需要努力修繕這些缺陷。3.2Cool分析冷卻分析用來(lái)分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包含塑件和模具的溫度、冷卻時(shí)間等。Cool階段對(duì)制件質(zhì)量影響非常大，冷卻的好壞直接影響著制件的最終表面質(zhì)量、制件殘余應(yīng)力和結(jié)晶度等。冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短決定了制件脫模時(shí)的溫度和成型周期的長(zhǎng)短，直接影響到產(chǎn)品成本的高低。a冷卻劑溫度b制件最高溫度圖c制件冷凝時(shí)間d冷卻劑流速圖5冷卻分析結(jié)果如圖5a所示，冷卻介質(zhì)最低溫度與最高溫度之差為0.21℃，而最高溫度與室溫差不多，也就是說(shuō)，整

8、個(gè)冷卻系統(tǒng)模擬所產(chǎn)生的效果是比較理想的。如圖5b所示，制件的最高溫度為95.33℃，這比制件頂出時(shí)的默認(rèn)設(shè)置溫度90℃大，說(shuō)明還需要對(duì)冷卻管道與制件間的距離進(jìn)行調(diào)整