張爽華

(安徽國防科技職業(yè)學院，安徽 六安 237011)

基于HSCAE的玩具手機外殼澆注系統(tǒng)的有限元分析*

張爽華

(安徽國防科技職業(yè)學院，安徽 六安 237011)

探討了基于HSCAE的玩具手機外殼澆注系統(tǒng)的有限元分析過程；首先對產(chǎn)品的網(wǎng)格進行劃分，在此基礎上，確定澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計方案；接著應用HSCAE軟件對所設計的澆注系統(tǒng)方案進行分析，最終確定合理的澆注系統(tǒng)方案。

HSCAE；玩具手機外殼；澆注系統(tǒng)

0 引言

在注射模具的設計過程中，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)往往難以確定。傳統(tǒng)的方法，憑著模具設計工程師自己的經(jīng)驗設計澆注系統(tǒng)，但是對于所設計的澆注系統(tǒng)能不能滿足熔體充填的要求無法確定，導致最終試模成功率低。

現(xiàn)有玩具手機外殼，對于其模具澆注系統(tǒng)確定較為困難。設計工程師結(jié)合自己的經(jīng)驗，給出了澆注系統(tǒng)的初步設計方案。現(xiàn)在，運用HSCAE軟件對方案進行有限元分析，可以對塑件成型的效果做出準確的模擬，能看到所設計的澆注系統(tǒng)是否能夠滿足要求[1]。

1 網(wǎng)格劃分

首先在HSCAE軟件網(wǎng)格管理器中，對玩具手機外殼進行網(wǎng)格劃分修復，網(wǎng)格邊長設為“1.72 mm”，經(jīng)過,修復的網(wǎng)格圖形如圖1所示，該網(wǎng)格圖形質(zhì)量較好，能滿足有限元分析的要求。

圖1 修復后的玩具手機外殼網(wǎng)格圖片

2 澆注系統(tǒng)設計

澆注系統(tǒng)是指連接注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，一般包含澆口、分流道、主流道及冷料穴。澆注系統(tǒng)的設計對于塑件的成型影響很大，譬如塑件的熔接痕、翹曲變形等都和其有關聯(lián)[2-4]。

該玩具手機外殼模具的型腔設置為一模兩腔，澆口類型設置為側(cè)澆口，確定澆注系統(tǒng)參數(shù)如下：

澆口：截面為矩形，截面尺寸高為0.5 mm，寬為1.5 mm，矩形的長為2 mm。

分流道：截面為圓形，直徑為2 mm，長度為29 mm。

主流道：起始半徑為3 mm，終止半徑為1 mm，長度為55 mm。

圖2 澆注系統(tǒng)

3 冷卻系統(tǒng)設計

冷卻系統(tǒng)主要是在模具的型腔周圍開設回路，然后通入冷卻水，依靠水的循環(huán)帶走型腔中熔體散發(fā)的熱量，促進熔體的冷卻成型，縮短成型周期。對于注塑模具，由于生產(chǎn)的大批量，生產(chǎn)周期對于生產(chǎn)效率影響很大，幾乎所有的注塑模具都設置了冷卻系統(tǒng)，但冷卻系統(tǒng)對于塑件的質(zhì)量有一定的影響，尤其是翹曲變形。對塑件的翹曲變形進行分析，需要設置好澆注系統(tǒng)。

如圖3所示，分別在定模和動模各設置兩個冷卻回路，回路的直徑為6 mm，回路彎頭數(shù)為4個，回路長度為208 mm。

圖3 冷卻回路

4 對澆注系統(tǒng)進行有限元分析

4.1 充填滿型腔時間

圖4可以看出，熔體通過澆注系統(tǒng)能夠順利填充滿型腔，充填型腔的時間為0.14 s。

圖4 充填時間

4.2 熔接痕

熔接痕是注塑件的一種線性痕跡，產(chǎn)生的原因主要是：熔體注射時，2股或2股以上料流相遇時，在其界面處未完全熔合而造成的痕跡[5-7]。熔接痕一般情況下不可避免，只能盡量減少。玩具手機外殼較為復雜，采用側(cè)澆口，熔體從側(cè)面進料，澆注系統(tǒng)形式較為合適，產(chǎn)生的熔接痕較少，不影響塑件的表面質(zhì)量，如圖5所示。

圖5 熔接痕

4.3 氣穴

氣穴，通常發(fā)生在空氣無法從排氣孔或鑲埋件的縫隙逃逸時，一般出現(xiàn)在最后填充的區(qū)域。假如這些區(qū)域的排氣孔太小或者沒有排氣孔，就會造成氣穴。

消除氣穴可以降低注射速度，改變充填模式，或者改變澆口位置、加大排氣孔尺寸、加排氣鑲件等。對于玩具手機外殼塑件，采用側(cè)澆口形式，氣穴很少，說明澆口形式、位置設置得當。

圖6 氣穴

4.4 壓力場

壓力場表明在熔體充填型腔時壓力的變化，包括注射壓力和保壓壓力，注射壓力的大小是由熔體注射成型時所遇到的阻力決定。玩具手機外殼塑件，如圖7所示，可以看出注射充模及保壓過程中的壓力，最大為144 Mpa，最小為0 Mpa，選擇的注射機壓力能夠滿足要求。

圖7 壓力場

4.5 溫度場

如圖8所示，該玩具手機外殼塑件在充模完成時的溫度分布：最高溫度為252.15℃，最低溫度為158.38℃。溫度在型腔內(nèi)分布均衡，保證了塑件的后續(xù)均衡冷卻，避免了較大的翹曲變形。

圖8 溫度場

4.6 翹曲變形

塑件的翹曲變形一直是塑件成型的無法克服的缺陷，需要設法減小這種缺陷，確保翹曲變形在允許的范圍內(nèi)[8]。對于該玩具手機外殼塑件，其翹曲變形最大為0.33 mm，該翹曲變形量較小，在允許的范圍內(nèi)，如圖9所示。

圖9 玩具手機外殼翹曲變形

5 結(jié)語

玩具手機外殼是一個較為復雜的塑件，以往依靠模具設計工程師的經(jīng)驗設計模具澆注系統(tǒng)，容易出錯，造成公司損失。現(xiàn)在采用CAE軟件對設計的方案進行有限元分析，可以避免出錯。運用HSCAE軟件幫助分析澆注系統(tǒng)的方案，能夠較為準確的預測熔體的成型結(jié)果，對壓力、溫度進行分析，對塑件容易出現(xiàn)的熔接痕、氣穴、翹曲變形進行預判，從而有針對性的改進設計方案，提高了模具一次試模合格率。

注釋及參考文獻：

[1]沈萌紅，關金生．基于PRO/Engineer的三維參數(shù)化零件庫的開發(fā)[J]．中國制造業(yè)信息化，2003，32(7)：115-118．

[2]張爽華．基于HSCAE格力室內(nèi)空調(diào)罩殼的有限元分析[J]．攀枝花學院學報，2015，32（5）：52-54．

[3]詹友剛．PRO/Engineer野火版教程[M]．北京：清華大學出版社，2004．

[4]趙熹．基于PRO/E的手動電池前蓋成型模具設計[J]．模具制造，2008(7)：8-10．

[5]于衛(wèi)東．Moldflow技術在注塑成型過程中的應用[J]．計算機輔助設計與制造，2001(6)：59-6l．

[6]單巖，王蓓，王剛．Moldflow模具分析技術基礎[M]．北京：清華大學出版社，2004．

[7]王剛，單巖．Moldflow模具分析應用實例[M]．北京：清華大學出版社，2005．

[8]吳崇峰．實用注射模CAD/CAM/CAE技術[M]．北京：輕工出版社，2000．

Finite Element Analysis of the Toy Mobile Phone Shell Pouring System Based on HSCAE

ZHANG Shuang-hua
(Anhui Vocational College of Defense Technology,Liuan,Anhui 237011)

The finite element analysis process of the toy mobile phone shell pouring system based on HSCAE is introduced.First of all,the mesh of the product is divided,on the basis of the design of the pouring system and cooling system.Then the HSCAE software is used to analyze the design of pouring system,and the reasonable pouring system is finally determined.

HSCAE；toy mobile phone shell；pouring system

TQ320.66＋2；TS958.02

A

1673-1891（2015）04-0035-03

2015-10-14

安徽省質(zhì)量工程項目“數(shù)控裝備技術卓越技能型人才計劃”（2014zjjh069）；安徽職業(yè)與成人教育學會2014年度教育科研規(guī)劃課題“德國‘雙元制’職業(yè)教育模式的研究和借鑒”（DCB14002）；安徽省高校自然研究項目“3D打印中三維模型數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換流程中的精度損失及其補償方法研究”（KJ2015A392）。

張爽華（1981-），男,安徽省廬江人，講師，碩士,研究方向：塑性成型。