手机底壳注塑CAE模拟分析
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【摘 要】应用Moldflow Plastic Insight软件对薄壁且复杂的手机壳体的注射成型工艺进行了数值模拟，对在注射成型中可能形成的缺陷进行了分析。对于类似产品的注射模设计具有较好参考价值，同时探讨了注射成型应用CAE的方法。
【关键词】CAE；Moldflow Plastics；Insight；模拟；手机底壳
0.引言
随着科学技术的飞速发展，传统的经验型模具设计方法已不能满足现代生产的需要。CAD/CAE/CAM一体化技术为模具工业的发展开创了无比广阔的前景。目前我国各类模具设计基本上还是经验型设计方法，CAD/CAE/CAM一体化技术应用不够普遍，往往造成模具的调试周期长，制件质量不高，甚至出现模具报废的情况。下面介绍利用CAE软件Moldflow Plastics Insight对手机壳体的进行浇注成型的模拟分析过程。
1.塑件成型工艺分析
手机外壳，属于外置件，对表面质量和机械性能要求较高，这就要求塑件成型后要有良好的表面光洁度和较小的形状误差，并具有较高的强度、韧性和抗冲击能力。壳体四角设计有销状连接体，根据一般经验，该连接销处于型腔末端且壁厚较薄，易出现短射，而这些位置又恰好是安装位置,必须进行正常填充。为此，在材料选取上使用较大机械强度和良好综合性能的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），并采用较高的注射温度和注射压力。为保证塑件外观质量采用了双浇口，并将浇口设置在不影响外观质量的机壳背面。
2.Fill（填充）过程数值模拟
2.1填充分析及结果评价
应用Pro/E获得产品的三维建模，并以.stl格式导入分析系统Moldflow中。因要对塑件模型进行填充和流动分析，故采用Fusion格式进行网格划分，得到5618个三角形单元。按照面表1中的两组方案进行分析：
表1 流动分析数据表
2.2方案一分析结果
设置模具温度为70℃，熔体温度200℃。其他注射工艺参数取表1中的数据。经过填充模拟分析，结果如下：
(1)从填充时间图中看到，填充状况不良，出现短射现象；
(2)有大量熔接痕。
由填充模拟可见，在插SIM卡位置处有浇不足现象，不能保证产品质量。在面板四角连接销处，有熔接痕存在，影响到手机上下壳的连接强度。出现浇不足和熔接痕，通常是由于塑件结构不合理或熔体和模具温度较低，注射压力和注射速度低，浇口位置不合理等原因造成的。
2.3方案二分析结果
设置模具温度为70℃，熔体温度240℃。其他注射工艺参数取表1中的数据。填充模拟分析，结果如下：
(1)从填充时间图中看到，填充状况良好，无短射现象。
(2)熔接痕减少，且不在连接销处。
(3)型腔压力场和温度场分布情况显示压力与温度均以浇口位置为中心递减。
(4)流动过程中的剪切应力和剪切速率均在材料要求范围内。
对上述1、2两种方案进行填充模拟，综合考虑生产效率、生产成本各项因素，方案2较好。基本上了解了Moldflow进行Fill分析的过程。下面选择第二方案中的参数，对塑件进行Flow分析。
3.Flow（流动）数值模拟
Flow分析用于预测热塑性高聚物在模具内的流动。Moldflow通过程序，模拟从注塑点开始逐渐扩散到相邻点的流动前沿，直到流动前沿扩展并填充完制件上最后一个点，完成流动分析计算。进行流动分析是为了获得最佳保压阶段设置，从而尽可能地降低由保压引起的制品收缩、翘曲等质量缺陷。
流动分析除了能预测塑料熔体充模流动的前沿位置外，同时还能预测塑料熔体充模成型过程中温度场、压力场、剪应变场的分布等。
图1中，熔体在型腔内的温度分布可鉴别在填充过程中熔体是否存在着因剪切发热而形成的局部热点，检查流动前沿的熔体温度是否接近该熔体的不流动温度，熔体接合部的温度还可帮助判断融合纹的相对强度。
图2中，结果表示了整个制件的压力分布。填充过程中最大的型腔压力值有助于判断在指定注射机上能否顺利充模，何处最可能产生飞边，沿每个流动分支熔体的压力梯度是否接近相等。一般切应力大，制品内的残余应力值也大。因此总希望熔体内的切应力不要过大，以避免制品的翘曲或开裂。从图中可以看到，制件的残余应力值为0。获得的制件质量有保证，满足使用要求。
图1 熔体在型腔内的剪切速率的分布
图2 熔体在型腔内的切应力分布
4.结束语
采用注射模cae技术，在模具制造前对塑件的填充和流动过程进行模拟，并对其产生的缺陷进行分析，以便及时改进设计方案和工艺方案，从而有效提高了模具的设计效率和质量，降低了试模修模的费用和生产成本，提高生产效率。
【参考文献】
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