基于CAD/CAE的手机外壳注塑模设计及成形工艺优化

郝闪闪



基于CAD/CAE的手机外壳注塑模设计及成形工艺优化

郝闪闪

天津三星通信技术研究有限公司，天津 300385

针对手机外壳的结构特征，利用U G软件进行手机外壳与其注塑模具的设计，并选取Mold flow软件对设计的模具进行优化分析。因此，运用CAD/CAE技术进行手机外壳的开发与验证，可以极大地减少开发周期，并缩减设计的成本，提升企业市场竞争力。

CAD/CAE技术；手机外壳；模具

引言

随着数字技术的飞速发展，手机经过了无数次的升级换代，已经成为科技进步的时代缩影。手机外壳既能有效地减少灰尘的入侵，增强手机的使用寿命，又能提升使用者的产品体验。因此，制作手机外壳的材料要求具有强度高、耐热导热性较好、电磁屏蔽性等特点，而成形产品更倾向于轻量薄壁化方向，以达到保护、散热、美观的作用，这也对手机外壳的成形工艺提出了更高的要求。

1 手机外壳工艺分析

1.1 塑件使用材料及工艺特性分析

一般使用的材料为透明的PC和ABS按一定比例混合而成的一种材料，它属于热塑性塑料，成型性能较好（收缩率为0.3%～0.5%），比热容较低，流动性好，在料筒中塑化效率较高、成型周期较短、精度等级高，可以进行UV处理，还具有很高的着色性。

1.2 模流分析

对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式[1]。大多数制品的缺陷都与树脂在模具中的流动方式息息相关，可以利用模流分析软件MOLD FLOW对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式填充过程中的压力和温度变化、流动时间和熔接痕的位置等，帮助设计人员就如何改变壁厚、制件形状、浇口位置和材料选择来提高制件工艺性，可以使工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，并尽快找出缺陷原因并加以分析改进，提高一次试模的成功率。

2 基于CAD手机外壳注塑模设计

首先，应创建手机外壳三维模型。可以通过CAD技术对手机外壳的实体造型进行设计，同时对手机外壳的三维模型进行创建[2]。其次，对注射模具进行设计。因手机外壳针对模具的精度以及所使用的材料有较高的要求，因此，在进行设计的过程中，应对每一个部件的结构特点，如壁厚、Rib间距、挂量等进行分析，从而确定模具结构。针对于顶出机构、开合传感器以及模架而言，可通过软件中的数据库将其直接导出，进而完成对注射模具的设计。

3 通过CAE对手机外壳的制件进行分析

3.1 对有限元模型进行的前处理工作

3.1.1建立塑件网格的模型

将已完成构建的三维模型通过使用CAD软件对其进行简化和修复，并将其导入至Moldflow Insi Ght之中通过CAE进行分析，导入的格式为.STL。因此制品外壳比较薄，并且其具有较为均匀的厚度，为了确保合理划分网格，从而能够进行准确分析，所以对其划分采用了表面网络模型。在使用双域网格类型的表面模型进行翘曲，或冷却分析时，纵横之比的范围一般可在20～50之间，并且还应该将匹配率保证在85%以上，能够顺利完成计算，并且其计算的精度通常比较高，在对网格进行划分的过程中，重叠以及交叉现象是不允许出现的，可以对网格处理的相关工具进行应用，并使用其中的自动修补功能，解决重叠及交叉问题，并调整和改进网格纵横之比。如果修复之后形成0相交单元，则要求得到满足。

3.1.2选用的材料及分析最佳浇口的位置

在材料的选用方面，可选择ABS与PC的合成材料，原因在于其变形性小，并且刚性较好；在选择浇口位置时，可应用Moldflow软件中所包含的 Gate Location 这一功能，对浇口的具体位置进行分析。

3.2 浇口位置及数量的确定

通过分析浇口具体位置，当浇口的匹配性达到1000时，制件中位数值大于0.92，两端数值在0.2左右，浇口最佳位置应在中位数值最高的区域之内[3]。因浇口的具体位置以及具体数量存在差异，并且熔体流动的路径、阻力以及长度存在差异，所以应以制品的工艺、外观以及生产方式的相关要求为依据，可通过四浇口、双浇口以及单浇口三种方案进行对比和分析。根据流动模拟分析可知，四浇口熔痕增长，单浇口型腔内流性差，因此，可通过双浇口进行注射。

3.3 翘曲的分析和成型工艺优化

翘曲变形主要指的是注塑制品的具体形状与型腔的形状相互对比出现了偏离，从而使产品的形状精度以及尺寸精度受到影响[4]。翘曲分析的主要目的便是对成型之后所形成的翘曲程度进行预测，并对翘曲出现的原因进行分析，并对其进行工艺优化。导致翘曲出现变形的原因主要有三个方面：第一，型腔之中产生的压力差异致使沿着流动的方向出现收缩差异；第二，流动取向致使收缩率出现差异；第三，不均衡的冷却致使收缩形成差异。具体可通过Moldflow进行分析。

3.3.1第一次进行的基本分析

首次分析过程，通常是通过系统默认来进行的。为了保持对翘曲变形预测的准确性，需要采取Cool、Fill、Pack以及Wrap这一序列操作进行分析。根据分析结果表明，冷却系统所产生的效果比较明显，没必要进行修正。因手机外壳的底面部位需要同别的零件进行装配，所以需要满足平面度及公差的设计标准，因此，应对每一个平面形成的翘曲变量进行考虑。为了找出翘曲的原因，可以对工艺条件的相关选项进行修改，在设置工艺条件的过程中，对分离翘曲原因进行分析研究，从而得出翘曲的原因。通过分析可知，翘曲出现变形的主要影响因素在于收缩过程中出现的不均匀性导致的，针对此原因可以对保压时间和压力进行改变和优化。

3.3.2对翘曲变形进行优化分析

在保压阶段容易出现体积收缩大，这主要是受保压压力较小所致，所以应重置保压时间以及压力。通常来讲，保压压力与制品的体积收缩成负相关。与内应力成正相关。当保压压力增大时，会导致翘曲变形的程度增大。这需要保压时间保持在一定的长度，从而对浇口冷凝进行满足。为了满足上述条件，应该分别重置两段保压参数。在第一阶段中，保压压力可设定为90 MPa，时间可设定为8 s；在第二阶段中，保压压力可设定为30 MPa，时间可设定为4 s。通过重新分析可知，通过对保压时间及压力进行改变，制件出现翘曲变形的情况减弱。对“翘曲原因的分离”这一复选框进行分析，可以降低翘曲变量，满足产品的要求，最终实现注塑模的设计和成型工艺的优化。

4 结束语

综上所述，基于CAD/CAE软件技术对超薄手机外壳制品进行开发与注塑模型的设计方案优化，可以极大地缩短手机外壳制品的开发时间和周期，并且能够提升手机模具设计的效率以及对于其结构的优化也具有重要意义，可以提高企业的市场竞争力。

[1]李庆.基于CAD/CAE集成模型的塑料注射模优化设计系统[D].武汉：华中科技大学，2012.

[2]李澍，孔啸，黄宏辉，等.注塑模具CAE公共技术服务平台与应用[J].模具技术，2011（3）：55-59.

[3]臧昆岩.手机壳注塑模具设计及仿真[D].天津：天津大学，2009.

[4]齐永杰，吕航鹰.CAE技术在塑胶模具浇口设计中的应用[J].现代企业教育，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