基于CAE的手機(jī)殼體注塑分析和優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

40D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 4 2 0 0 6 文章編號(hào)1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 6 ) 0 4 - 0 0 4 0 - 0 4 基于 C A E的手機(jī)殼體注塑分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) 張濤郭志英 上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院上海2 0 0 0 3 0 摘要通過(guò) C A E模流分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的缺陷對(duì)手機(jī)塑料殼體進(jìn) 行注塑分析和壁厚實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了手機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高手機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率 關(guān)鍵詞手機(jī)C A E 優(yōu)化設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)T G 3 9 1 . 7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B A b s t r a c tP r o b a b l e d e f e c t w a s p r e d i c t e d t h r o u g h C A E - b a s e d i n j e c t i o n p r o c e s s a n a l y s i s I n o r d e r t o i m p r o v e d e s i g n q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y o f m o b i l e p h o n e p r o d u c t n u m e r i c a l s i m u l a t i o n w a s a p p l i e d f o r i n j e c t i o n m o l d i n g a n a l y s i s a n d D O E t e c h n i q u e w a s a d o p t e d f o r w a l l t h i c k n e s s e x p e r i m e n t t o o p t i m i z e t h e s t r u c t u r e s t r e n g t h o f m o b i l e p h o n e h o u s i n g K e y w o r d sm o b i l e p h o n e C A E o p t i m i z a t i o n 收稿日期2 0 0 6 - 0 3 - 2 8 作者簡(jiǎn)介張濤1 9 7 3男工程師 0 引言 在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下產(chǎn)品的質(zhì)量與成本已成 為企業(yè)生存發(fā)展的生命線實(shí)踐證明注塑C A E 技術(shù)對(duì)加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成 本起著關(guān)鍵作用 1 手機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和外觀 質(zhì)量是手機(jī)的重要部件本文主要從兩方面來(lái)對(duì) 手機(jī)殼體進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化1 注塑分析 包括澆口位置優(yōu)化分析填充分析和翹曲分 析2手機(jī)殼體厚度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化 D O E D e s i g n o f E x p e r i m e n t s 1 手機(jī)殼體注塑分析 手機(jī)殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性模具設(shè)計(jì)合理性 以及成型工藝等因素常常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)周期延 長(zhǎng)成本增加借助計(jì)算機(jī)輔助工程模擬流動(dòng)分 析軟件M o l d f l o w 在綜合分析的基礎(chǔ)上對(duì)塑料件 幾何尺寸和成型工藝進(jìn)行優(yōu)化可以在設(shè)計(jì)階段 有效地解決可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題降低研發(fā)成 本手機(jī)殼體注塑分析包括澆口位置分析優(yōu) 化充填分析和翹曲分析 1 . 1澆口位置分析優(yōu)化 選用G E L e x a n E X L 1 4 1 4 P C 作為分析材 料P r o / E 作為建模軟件M o l d f l o w 作為模擬分 析軟件分析目標(biāo)為手機(jī)前殼殼體平均設(shè)計(jì)壁 厚為 1 m m 優(yōu)化結(jié)果如圖 1所示 圖 1最佳澆口位置范圍 模 具 技 術(shù) 2 0 0 6 . N o . 441 圖 2澆口位置 利用 M o l d f l o w 的最佳澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)可看 出最佳澆口位置在 L C D窗口左右但是考慮 殼體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而且是薄壁件根據(jù)優(yōu)化結(jié)果 模具設(shè)計(jì)采用 2 個(gè)澆口進(jìn)膠進(jìn)膠位置如圖2 所 示兩澆口設(shè)計(jì)帶來(lái)流體溫度注射壓力熔接 痕等方面的改善提高了塑件質(zhì)量 1 . 2充填分析 采用 M o l d f l o w 默認(rèn)澆注系統(tǒng)和注塑工藝設(shè) 置對(duì)模型進(jìn)行充填分析分析結(jié)果如下 圖3 表示流動(dòng)前沿的溫度分布情況從圖中 可以看出流動(dòng)前沿的溫度分布比較均勻但是在 圖中的圓圈標(biāo)示處溫度較低澆口位置和大小 還需要進(jìn)行微調(diào) 圖 3流動(dòng)前沿溫度 圖 4熔接痕分布 從充填分析結(jié)果可以看出采用 2個(gè)澆口 后流動(dòng)是平衡的沒(méi)有出現(xiàn)短射等成型問(wèn)題 同時(shí)注射壓力鎖模力也較低降低了制件生 產(chǎn)對(duì)注塑機(jī)的參數(shù)要求但是熔接痕分布不 太理想一些關(guān)鍵部位出現(xiàn)的熔接痕會(huì)削弱產(chǎn) 品強(qiáng)度 1 . 3翹曲分析 采用 M o l d f l o w 默認(rèn)澆注系統(tǒng)和注塑工藝設(shè) 置對(duì)模型進(jìn)行翹曲分析結(jié)果如下 圖 5 表示了x 方向的翹曲情況顯示比例為 1 0 x向最大翹曲值為 0 . 1 6 m m 圖 6表示了 y 方向的翹曲情況顯示比例為1 0 y 向最大翹曲 值為 0 . 2 m m 圖 7 表示了 z 方向的翹曲情況顯 示比例為 1 0 z向最大翹曲值為 0 . 2 m m 從翹曲分析結(jié)果可以看出y 向和 z 向翹曲 較大這是由于大的 L C D窗口使料只能沿兩條 狹長(zhǎng)區(qū)域流動(dòng)造成的 分析流動(dòng)和翹曲結(jié)果制品設(shè)計(jì)和模具需要 進(jìn)行以下幾點(diǎn)變更 1 從熔接痕分布圖可知在制品 L C D窗 口右上角和左下角存在危險(xiǎn)區(qū)域在產(chǎn)品設(shè)計(jì) 和模具設(shè)計(jì)時(shí)修改產(chǎn)品局部壁厚并調(diào)節(jié)澆口位 置使熔接痕分布于非危險(xiǎn)截面提高產(chǎn)品強(qiáng)度 圖 4 表示了熔接痕的分布情況可以看出 在圖中圓圈標(biāo)示處存在因熔接痕集中分布而使強(qiáng) 度降低的危險(xiǎn)截面 圖 5 x方向翹曲圖 6 y方向翹曲圖 7 z方向翹曲 42D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 4 2 0 0 6 和外觀質(zhì)量 2 翹曲分析結(jié)果中y 向和 z 向翹曲較大 在模具設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)使制品均勻收縮 3 增加 L C D 窗口左右壁處的加強(qiáng)筋數(shù)量 使熔體在此處的流動(dòng)加強(qiáng)這樣不僅能使流動(dòng)前 沿的溫度更加均勻熔接痕分布更加合理而且 減少因收縮不均勻在 L C D窗口左右壁處產(chǎn)生的 翹曲量 2 手機(jī)殼體厚度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化 D O E D e s i g n o f E x p e r i m e n t s M o l d f l o w中的 D O E提供了兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方 法T a g u c h i 和F a c t o r i a l 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)T a g u c h i 方法 通過(guò)運(yùn)行數(shù)目較少的一組優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定出對(duì)實(shí) 驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的影響最大的實(shí)驗(yàn)參數(shù)F a c t o r i a l 方法運(yùn)行 的實(shí)驗(yàn)數(shù)目要大于T a g u c h i 方法中運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)它 用以確定實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最佳實(shí)驗(yàn)水平組合 2 首先使用 T a g u c h i方法確定出對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 的影響最大的實(shí)驗(yàn)參數(shù)然后使用F a c t o r i a l 方 法確定實(shí)驗(yàn)參數(shù)的最佳實(shí)驗(yàn)水平組合分別對(duì) 填充F i l l 和流動(dòng)F l o w 進(jìn)行優(yōu)化D O E 填 充F i l l 和D O E 流動(dòng)F l o w 的優(yōu)化目標(biāo)為確 定手機(jī)殼體的最佳壁厚保證設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和經(jīng) 濟(jì)性提高設(shè)計(jì)質(zhì)量設(shè)計(jì)變量為注射時(shí)間膨 脹/ 壓縮注射設(shè)置壁厚增量設(shè)計(jì)變量的值如 表 1所示 在圖8 中橫坐標(biāo)表示壁厚變化縱坐標(biāo)表 示流動(dòng)前沿溫度值可以看出當(dāng)壁厚為 1 . 1 5 m m 左右時(shí)流動(dòng)前沿溫度值最高熔體流動(dòng)性最好 壁厚大于或小于 1 . 1 5 m m 時(shí)流動(dòng)前沿的溫度值都 低于 1 . 1 5 m m左右時(shí)流動(dòng)前沿的溫度值 表 1設(shè)計(jì)變量值 設(shè)計(jì)變量 注射時(shí)間 膨脹/ 壓縮注射設(shè)置 壁厚增量 T a g u c h i 定級(jí)方法 流動(dòng)前沿溫度標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重 剪切應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重 注射壓力標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重 值 自動(dòng) 自動(dòng) 增加 4 0 % 基于整個(gè)范圍 1 1 1 D O E高級(jí)選項(xiàng) 圖8 D O E 填充 F i l l分析壁厚對(duì)流動(dòng)前沿溫度 圖9D O E 流動(dòng) F l o w 分析壁厚對(duì)體積收縮變量 在圖 1 0中橫坐標(biāo)表示壁厚變化縱坐標(biāo) 表示收縮指數(shù)可以看出當(dāng)壁厚為 1 . 2 m m左右 時(shí)收縮指數(shù)最大 因?yàn)閮?yōu)化目標(biāo)是確定手機(jī)殼體的最佳壁厚 所以設(shè)定注射時(shí)間和膨脹 /壓縮注射設(shè)置為自 動(dòng)壁厚增量值為在4 0 % 范圍內(nèi)變化優(yōu)化的結(jié) 果如下所示 在圖9 中橫坐標(biāo)表示壁厚變化縱坐標(biāo)表 示體積收縮變量可以看出當(dāng)壁厚為 1 . 3 m m左 右時(shí)體積收縮變量最小當(dāng)壁厚大于或小于 1 . 3 m m 左右時(shí)體積收縮變量都增大這表示當(dāng) 壁厚為 1 . 3 m m左右時(shí)產(chǎn)品的收縮最均勻 圖1 0D O E 流動(dòng) F l o w 分析壁厚對(duì)收縮指數(shù) 在圖1 1 中橫坐標(biāo)表示壁厚變化縱坐標(biāo)表 模 具 技 術(shù) 2 0 0 6 . N o . 443 示剪切應(yīng)力可以看出當(dāng)壁厚為 0 . 9 5 m m 左右時(shí) 剪切應(yīng)力最大當(dāng)壁厚大于 0 . 9 5 m m 后剪切應(yīng) 力逐漸減小 最佳效果的實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合 3 結(jié)論 針對(duì)手機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)研究了將澆口位置分 析充填分析翹曲分析和 D O E分析優(yōu)化實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)分析相結(jié)合的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)前 期避免將來(lái)成型時(shí)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷利用 M o l d f l o w的 D O E技術(shù)優(yōu)化了制件的結(jié)構(gòu)和平 均壁厚在保證制件性能和功能的前提下節(jié)省 了材料從而提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率 參考文獻(xiàn) 1 李海梅 高鋒 申長(zhǎng)雨 注塑中的C A E 技術(shù) J 工程 塑料應(yīng)用 2 0 0 43 21 5 9 6 3 2 單巖 王蓓 王剛 M o l d f l o w 模具分析技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 清華大學(xué)出版社 2 0 0 4 圖1 1D O E 流動(dòng) F l o w 分析壁厚對(duì)剪切應(yīng)力 比值均可按6進(jìn)行工藝設(shè)計(jì) 鐓頭用坯料棒料的材料規(guī)格 D的確定 可按下式計(jì)算求得 式中V鐓頭后鍛坯件的體積 D2 R r坯料 L1部位的小端半徑 1 . 4鐓頭工藝試驗(yàn)中對(duì)鐓頭模的改進(jìn)措施 在R 1 0 系列葉片鐓頭模試模過(guò)程中有部分產(chǎn) 品出現(xiàn)鐓彎現(xiàn)象造成鐓頭后的折迭缺陷針對(duì) 這樣缺陷的產(chǎn)品對(duì)其重新進(jìn)行長(zhǎng)徑鐓粗比的驗(yàn) 證其比值略大于 6 但往往某些品種的比值小 于 6 較多時(shí)也同樣會(huì)出現(xiàn)鐓頭時(shí)的鐓彎現(xiàn)象 雖然對(duì)其中存在的影響因素進(jìn)行原因分析時(shí)發(fā) 現(xiàn)了前面所述的4 種影響因素都存在不同程度的 影響為了不影響R 1 0 系列葉片批生產(chǎn)的生產(chǎn)周 期最有效的鐓頭工藝改進(jìn)措施就是改善L1與D 的鐓粗比值就是在鐓頭坯料的材料規(guī)格不變 的情況下縮短 L2的長(zhǎng)度通過(guò)改變 L1部位 的圓錐度 的度數(shù)適當(dāng)縮小來(lái)增長(zhǎng) L1的長(zhǎng) 度這樣使得鐓頭工藝中的鐓彎現(xiàn)象有了明顯 的改善確保了后續(xù)葉片的鐓頭制坯順利進(jìn)行 2 結(jié)論 R 1 0 系列葉片鍛造的鐓頭工藝雖然在 R 1 0 系列葉片的制坯中取得成功的運(yùn)用但目前葉片 鍛件的材料利用率仍較偏低這有待于在首批葉 片批生產(chǎn)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)對(duì)鐓頭制坯工 藝進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)在保證葉片鍛件產(chǎn)品質(zhì)量 的基礎(chǔ)上努力提高葉片鍛件的材料利用率 參考文獻(xiàn) 1 洪深澤 擠壓工藝及模具設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出