張萌，陳吉祥，趙振宇，張振久

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電學(xué)院，廣東 深圳 518172）

手機外殼的注塑模流分析研究與應(yīng)用

張萌1，陳吉祥2，趙振宇2，張振久2

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電學(xué)院，廣東 深圳 518172）

塑料制品在開發(fā)、設(shè)計和成型中常會遇到許多問題，一款良好的塑料產(chǎn)品需要考慮很多因素，如成品設(shè)計、模具設(shè)計、材料性質(zhì)及成型條件等。本文使用Moldex3D 模流分析軟件，找出注塑模具注射過程中可能遇到的各種問題，以便快速改善問題并減少模具開發(fā)時間與成本。本文通過Moldex3D模流分析軟件，針對兩種厚度不同手機模型在壓力、充填時間、翹曲等數(shù)據(jù)，進行詳細(xì)分析，結(jié)果顯示Moldex3D軟件在優(yōu)化注射工藝參數(shù)等方面具有重要的作用。

模流分析；注射模

產(chǎn)品的多樣化已是當(dāng)今社會發(fā)展的趨勢，企業(yè)對于產(chǎn)品的材料質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格。傳統(tǒng)上所使用的金屬材料由于存在容易酸堿腐蝕、容易生銹、成本高等缺點，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)企業(yè)和用戶的要求。

在注射成型過程中，塑料熔體在模具型腔內(nèi)的快速流動、傳熱過程非常復(fù)雜[1-2]。按照傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法，技術(shù)人員只能憑借經(jīng)驗設(shè)計模具，加工制造出模具后還必需進行試模，如果發(fā)現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)需反復(fù)進行調(diào)整、修改。這一過程由于長期缺乏科學(xué)的方法，導(dǎo)致模具設(shè)計的周期很長、成本很高，并且質(zhì)量還難以保證。

本文利用Moldex3D軟件對兩種不同厚度的手機外殼注塑產(chǎn)品進行探討，可在模具制造之前，對模具設(shè)計方案進行詳細(xì)分析，了解在設(shè)計完模型時在塑料射出過程中可能會存在的問題，找到預(yù)測設(shè)計中潛在的缺陷并及時調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而能夠降低產(chǎn)品制造成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，改善和提高產(chǎn)品質(zhì)量[3-7]。

1 材料的特性分析

本文的手機外殼是采用PES（聚醚砜樹脂）材料，PES（聚醚砜樹脂）是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性高分子材料，具備優(yōu)良的耐熱性能、物理機械性能、絕緣性能等性能。因此，在許多領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。PES具體的材料性能，注塑過程中的模具設(shè)定和材料溫度如表1。

表1 產(chǎn)品成型條件和材料性能Tab.1 Product molding conditions and material properties

材料黏度曲線如圖1所示。

圖1 黏度曲線Fig.1 Viscosity curves

2 填充時間分析

本文采用Moldex 3D軟件進行模流分析設(shè)計手機外殼模具，并選用PES模具材料來開發(fā)加工設(shè)計模具，在將PES材料的特性及成型條件進行探討，根據(jù)討論的結(jié)果來制定射出變量并設(shè)計射出變量的標(biāo)準(zhǔn)表，配合CAE模流分析和各種不同射出的變量（模溫、射壓、填充時間等變量），Moldex 3D模流分析的數(shù)據(jù)進行研究，觀察并記錄成品外觀變形量、尺寸、翹曲、凹痕等變數(shù)。

采用Moldex 3D模流分析軟件，模擬了手機在模具中流動的情況 ，把成型條件、材料使用設(shè)定、計算參數(shù)設(shè)定等進行初始設(shè)置。

填充分析主要計算出從開始注射塑料到模腔被填滿的整個過程中的流動前沿位置。通過分析，可以用來預(yù)測塑料制件、塑料材料以及相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置下的熔料填充行為。本文填充分析仿真結(jié)果主要用來查看手機外殼的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對制件的完全填充等。用戶可以根據(jù)動態(tài)的填充結(jié)果來查看填充階段的塑料熔體流動行為，判斷填充流動行為是否合理。

手機外殼填充過程是從澆口到到達型腔各端部,通過填充圖直接分析可以得到填充過程中所需要模擬參數(shù)分布圖，圖2和圖3 分別給出了薄的手機外殼所需填充時間和厚的手機外殼所需填充時間。薄的手機外殼所需填充時間是9.631×10-3sec，而厚的手機外殼所需填充時間是1.857×10-2sec。從圖2和圖3中可以得知：薄的手機外殼在溫度的分析比厚手機冷卻的快速，相對而言，薄的手機外殼填充流動時間更短，流動更快。

圖2 薄的手機外殼所需填充時間Fig.2 Filling time of thin cell phone case

圖3 厚的手機外殼所需填充時間Fig.3 Filling time of thick cell phone case

3 壓力分析

在壓力方面，壓力分布顯示了填充結(jié)束時的腔內(nèi)及流道內(nèi)的壓力分布,要求在模穴中有均勻的分布，否則，會影響到產(chǎn)品體積收縮。因此，填充壓力分布盡可能均勻。壓力分布圖顯示了填充結(jié)束時的腔內(nèi)及流道內(nèi)的壓力分布情況。在Moldex3D里可看出型腔中的壓力、溫度、流速等在填充時動態(tài)流動分布特性，以便解決射出成型之及變形、氣泡、短射等問題等情況。

由圖4和圖5可以看出，在手機外殼在填充模型結(jié)束時的壓力分布情況，分析充模壓力分布是否平衡狀況，在圖形中最后充型的蘭色部位壓力較低，這個區(qū)域主要在手機外殼前端位置，而紅色部分顯示的壓力較大，這個區(qū)域主要集中在澆口位置。由圖4和圖5可知，薄的手機外殼填充壓力85.216Mpa，而厚的手機外殼填充壓力91.057 Mpa。薄的手機外殼注射壓力較小。

圖4 薄的手機外殼填充壓力Fig.4 Filling pressure of thin cell phone case

圖5 厚的手機外殼填充壓力Fig.5 filling pressure of thick cell phone case

4 翹曲數(shù)據(jù)分析

注塑過程中的翹曲變形是由于成型過程中材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻?qū)е碌?，這個因素直接影響注塑產(chǎn)品的變形和尺寸精度，表面出現(xiàn)不符合設(shè)計形狀與尺寸要求。甚至注塑產(chǎn)品在總裝過程中的裝配性。另外，注塑產(chǎn)品厚度多變、冷卻不均勻、產(chǎn)品收縮和冷卻速率不均衡和材料內(nèi)部分子取向不一致，存在差異性也會能產(chǎn)生翹曲變形，而收縮率相同的成型品僅縮小尺寸而不會變形或翹曲。通過翹曲分析圖形可以預(yù)測產(chǎn)品的翹曲程度，進一步分析產(chǎn)生翹曲的主要原因，并能提供產(chǎn)品修改方案。

根據(jù)圖6和圖7中的數(shù)值可知，薄的手機外殼產(chǎn)生的翹曲為5.705×10-2mm，而厚的手機外殼產(chǎn)生的翹曲4.078×10-3mm。這進一步表明，厚的手機外殼產(chǎn)生的翹曲數(shù)據(jù)更小，由此可知厚度越大，翹曲量越??；厚度越小，翹曲量也越大，所以在成品制作中，厚度對翹曲影響是非常大的。

圖6 薄的手機外殼翹曲量Fig.6 Warpage of thin cell phone case

圖7 厚的手機外殼翹曲量Fig.7 Warpage of thick cell phone case

5 結(jié)論

本文以兩種不同厚度的手機外殼模型為分析對象，采用Moldex3D 模流分析軟件分析其成型過程。通過研究注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計過程中填充時間、填充壓力和翹曲量等問題，以圖表數(shù)據(jù)分析可知，薄的手機外殼比厚的手機外殼在注射時間相對較短，注射壓力相對較小，翹曲相對較大。這為模具開發(fā)過程中注塑參數(shù)優(yōu)化、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和模具試模等提供了重要的理論依據(jù)，具有重要的指導(dǎo)作用。

[1] 申開智.塑料成型模具(第2版)[M]. 北京:中國輕工業(yè)出版社,2002. SHEN Kaizhi.Plastic molding mold (2nd edition) [M]. Beijing: China Light Industry Press, 2002. (in Chinese)

[2] 王強，黃愛華，涂序斌. 手機鏡片注射模設(shè)計與制造[J].鍛壓技術(shù),2007,32(3):74-76. WANG Qiang, HUANG Ai hua,TU Xubing.Design and Manufacture of Injection Mold for Mobile P hone Lens [J]. Forging Technology, 2007,32 (3): 74-76. (in Chinese)

[3] 周華民,李德群. 基于注射成型CAE 模擬的熔合紋確定與評價:(I)熔合紋的確定[J]. 塑料工業(yè),2002,30( 2) : 32-33. ZHOU Huamin, LI Dequn. Location and evaluation of weld lines based on CAE s imulation for injection m olding: (I) location of weld lines [J].China Plastic industry, 2002, 30(2): 32-33. (in Chinese)

[4] 高月華, 王希誠. 注塑產(chǎn)品的翹曲優(yōu)化及影響因素分析[J]. 化工學(xué)報，2007，58（6）:1576-1580. GAO Yuehua, WANG Xicheng. Optimization of warping products and analysis of influencing factors [J]. Journal of Chemical Industry, 2007, 58 (6): 1576-1580. (in Chinese)

[5] 祝鐵麗,王敏杰. 注塑成形制品收縮過程的數(shù)值模擬[J].機械工程學(xué)報,2002,38(9):145-149. ZHU Tieli, WANG M injie. Shrinkage computation of injection molded parts [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2002, 38(9): 145-149. (in Chinese)

[6] 王利霞, 楊楊, 王蓓. 注塑成型工藝參數(shù)對制品體收縮率變化的影響及工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2004, 20( 3) :173-176. WANG Lixia, YANG Yang, WANG Bei.Effects of Injection Molding Parameters on Shrinkage of Protected Body and Optimization of Process Parameters [J]. Pol ymer Materials Science and Engineering, 2004, 20 (3): 173-176. (in Chinese)

[7] 嚴(yán)波, 周華民, 李德群.基于GLS/S UPG 的三維注射成形充模過程數(shù)值模擬[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,6(12):83-86. YAN Bo, ZHOU Huamin, LI Dequn. Numerical simulation of 3D plastic injection molding via GLS/SUPG[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2008 , 36(12):83-86. (in Chinese)

Research and Application of Injection Mold Flow Analysis of Mobile Phone Shell

ZHANG Meng1, CHEN Jixiang2, ZHAO Zhenyu2, ZHANG Zhenjiu2
（1. School of Continuing Education, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, P.R. China; 2. School of Electromechanical Engineering, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518172, P.R. China）

Plastic products in the development, design and molding often encounter many problems. A good plastic product need to take many factors into consideration, such as finished product design, mold design, material properties and molding conditions. In the paper, Moldex3D mold flow analysis software is used to find out the problems that may be encountered in the mold injection process in order to improve the problem quickly and reduce the mold development time and cost. Moldex3D software is used to analyze the pressure, filling time and warpage of the two different mobile phone models in the paper. The results show that Moldex3D software plays an important role in optimizing the injection process parameters.

mold flow analysis; injection mold

TQ320.66；TB115.1

：A

1672-6332（2017）01-0029-04

【責(zé)任編輯：楊立衡】

2017-02-20

張萌（1986-），男（漢），江蘇海安人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信。E-mail: Zhangm@sziit.edu.cn