王健

基于Pro/E零件模塊的手機(jī)殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)研究

王健

基于Pro/E零件模塊的手機(jī)殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，是CAD/CAE技術(shù)開(kāi)發(fā)人員關(guān)注的核心問(wèn)題。本文結(jié)合手機(jī)外殼制品實(shí)體造型、結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)澆口位置選擇、充模時(shí)間控制和注射壓力控制仿真分析，重點(diǎn)對(duì)手機(jī)殼產(chǎn)品進(jìn)行分型面選擇、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成型零件設(shè)計(jì)、模架及其零部件選擇裝配及開(kāi)模仿真分析設(shè)計(jì)。在詳細(xì)分析、論述中，本文介紹了Pro/E技術(shù)背景下手機(jī)外殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合ANSYS 軟件，對(duì)手機(jī)外殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行工藝可行性分析。與此同時(shí)，基于Plastic Advisor軟件，對(duì)手機(jī)外殼塑件進(jìn)行模流仿真分析，設(shè)計(jì)出手機(jī)各零部件與各澆筑系統(tǒng)。最后，基于EMX軟件，對(duì)手機(jī)殼標(biāo)準(zhǔn)模架整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行合理性分析。實(shí)踐表明，Pro/E軟件及ANSYS軟件和EMX軟件以及Plastic Advisor軟件，是目前CAD/CAE 技術(shù)體系中縮短手機(jī)相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要技術(shù)手段。

Pro/E；零件模塊；手機(jī)殼；造型設(shè)計(jì)

CAE技術(shù)與CAD技術(shù)都是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)重要技術(shù)。但前者是基于塑料加工流變學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法及傳熱學(xué)理論，對(duì)產(chǎn)品尺寸、注射模澆口、流道配置、冷卻管道布置和管道連接、模具中塑料熔體流動(dòng)、充填、冷卻等相關(guān)情況進(jìn)行定量模擬和分析；而CAD技術(shù)則側(cè)重于對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行繪圖設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及造型設(shè)計(jì)。采用上述兩種方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，可在制造產(chǎn)品模具前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬、仿真分析，以此找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中尚存的技術(shù)缺陷，從而展開(kāi)完善與優(yōu)化，最終獲得質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)完整的產(chǎn)品造型。

1 手機(jī)殼制品實(shí)體造型

本方案在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分結(jié)合用戶實(shí)際需求，重點(diǎn)采用Pro/E零件模塊的成形實(shí)體功能，分別經(jīng)過(guò)拉伸、鏡像、抽殼、復(fù)制、倒圓角和剪切等一系列復(fù)雜的特征命令，創(chuàng)建手機(jī)外殼實(shí)體模型。

2 手機(jī)殼制品實(shí)體結(jié)構(gòu)特征

該手機(jī)殼制品實(shí)體結(jié)構(gòu)材料選擇的是由PC和ABS合成的塑合金材料。由于PC材料本身具有良好的機(jī)械加工特性和熱穩(wěn)定性；而ABS材料具有良好的加工特性。所以，將二者有效結(jié)合，能夠大大提升手機(jī)殼制品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材質(zhì)屬性。但這種材質(zhì)的手機(jī)殼容易導(dǎo)致熔體破裂。該手機(jī)殼背面有四個(gè)插銷，手機(jī)殼左、右兩側(cè)對(duì)稱，邊緣有四個(gè)緊固上下殼體的倒鉤。所以，結(jié)合該手機(jī)殼制品的具體結(jié)構(gòu)特征，本文將采用ANSYS 軟件對(duì)手機(jī)殼進(jìn)行靜力學(xué)分析。

在ANSYS軟件分析過(guò)程中，在手機(jī)殼表面局部區(qū)域出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，為了有效避免上述現(xiàn)象產(chǎn)生，分別通過(guò)增設(shè)加強(qiáng)筋、增加厚度和采用圓角過(guò)渡等方式，對(duì)手機(jī)殼制品結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理處理。

3 基于Pro/E Plastics技術(shù)的手機(jī)殼塑件模流仿真

在上述分析基礎(chǔ)上，本文繼續(xù)采用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件Pro/E Plastics，對(duì)手機(jī)殼制品塑件進(jìn)行模流仿真分析?？紤]到Pro/E與Pro/E Plastics之間無(wú)縫連接，因此，塑件模流仿真分析時(shí)，無(wú)需對(duì)該手機(jī)殼塑件進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化處理。然后分別通過(guò)合理選擇手機(jī)殼塑件澆口位置、嚴(yán)格控制手機(jī)殼塑件充模時(shí)間和嚴(yán)密監(jiān)測(cè)手機(jī)殼塑件注塑壓力三個(gè)流程，合理展開(kāi)塑件模流仿真。

3.1 合理選擇手機(jī)殼塑件澆口位置

在常規(guī)的手機(jī)殼塑件澆口位置選擇時(shí)，通常采用“流程最佳法”進(jìn)行合理選擇。但是，這種方式技術(shù)基礎(chǔ)要求高，選擇必須憑借豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且最終的選擇結(jié)果是否合理難以確定。對(duì)此，本文主要選擇軟件CAE對(duì)手機(jī)殼塑件澆口位置進(jìn)行合理選擇。比如，在Pro/E Plastics軟件中，將手機(jī)零件導(dǎo)入，在此基礎(chǔ)上，即可對(duì)該手機(jī)塑件澆口位置、波前溫度、注射壓力和模具溫度及充模時(shí)間等相關(guān)技術(shù)操作工藝參數(shù)進(jìn)行合理控制。

本文在該手機(jī)殼中選擇側(cè)面點(diǎn)位置進(jìn)行澆口，不僅可以很好地滿足該手機(jī)殼產(chǎn)品的造型工藝要求，而且大大提升了該手機(jī)產(chǎn)品的表面美觀性。

3.2 嚴(yán)格控制手機(jī)殼塑件充模時(shí)間

在仿真過(guò)程中，該手機(jī)殼塑件的充模時(shí)間控制在0．56s左右，以此為手機(jī)殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中一次注模時(shí)間的確定提供參考依據(jù)。

3.3 嚴(yán)密監(jiān)測(cè)手機(jī)殼塑件注塑壓力

該手機(jī)殼塑件模流仿真分析過(guò)程中，不同區(qū)域注射壓力變化差異較大。其中，仿真分析中的最大進(jìn)口壓力為57． 47 MPa。這一仿真分析結(jié)果為該手機(jī)殼產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的注塑機(jī)鎖模力校核及模具連接提供了主要依據(jù)。

4 基于Pro/E技術(shù)的手機(jī)殼模具設(shè)計(jì)分析

4.1 合理選擇手機(jī)殼模具的分型面

分型面是對(duì)定模和動(dòng)模進(jìn)行合理劃分的主要分界面，它更是手機(jī)殼成模與定模最重要的基礎(chǔ)。本文在對(duì)該手機(jī)產(chǎn)品的模具進(jìn)行分型面選擇、設(shè)計(jì)時(shí)，主要基于Pro/E軟件中的功能之一——“裙邊曲面”進(jìn)行分析。

4.2 科學(xué)設(shè)計(jì)手機(jī)殼模具的澆注系統(tǒng)

在對(duì)該手機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析時(shí)，本文主要結(jié)合上述設(shè)計(jì)仿真結(jié)果，通過(guò)側(cè)澆口進(jìn)行澆口澆注設(shè)計(jì)。其斷面設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu)，然后從該手機(jī)殼產(chǎn)品塑件側(cè)面進(jìn)行進(jìn)料，分流道為圓形截面。在澆注過(guò)程中，按照如圖1所示結(jié)構(gòu)示意圖，采用一模兩腔，平衡進(jìn)料。

圖1 基于Pro/E Plastics軟件的手機(jī)殼模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

4.3 手機(jī)殼模具的成型零件設(shè)計(jì)

在手機(jī)殼模具成型零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常有兩種設(shè)計(jì)方式：一種是整體式凸模；另外一種是整體嵌入式凸模。前者主要是指將手機(jī)殼模具各個(gè)模板和凸模做成統(tǒng)一整體的一種成型零件設(shè)計(jì)方式。此種結(jié)構(gòu)模式具有成型質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)較為牢固。但是，其鋼材消耗量較大，這種結(jié)構(gòu)模型一般適用于內(nèi)表面形狀較為簡(jiǎn)單的小型凸模。而整體嵌入式凸模主要通過(guò)對(duì)各個(gè)不同的凸模型芯進(jìn)行單獨(dú)加工，然后再將其整體嵌入到固定板中。與此同時(shí)，需將其采用螺釘和支撐釘進(jìn)行合理固定。但是，這種結(jié)構(gòu)形式一般適用于內(nèi)表面結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)工況，而不便于將其運(yùn)用于機(jī)械加工工況較為復(fù)雜的情況下。有時(shí)也可為了減少切削加工量和節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材而采用此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。

所以，通過(guò)綜合考慮，本方案主要采用整體式凸模形式，對(duì)該手機(jī)殼產(chǎn)品成型零件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)、優(yōu)化過(guò)程中，結(jié)合選擇的分型面，自動(dòng)生成凹模和凸模。在此基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配，詳細(xì)設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 手機(jī)殼成型零件設(shè)計(jì)中的凸模、凹模和凹、凸模裝配示意圖

4.4 正確選擇手機(jī)殼模具的模架及其零部件

模具是手機(jī)殼注塑模的基本骨架，手機(jī)殼中的相關(guān)零件都躋身于其中。因此，在模架及其零部件選擇設(shè)計(jì)過(guò)程中，需將各個(gè)部分有機(jī)結(jié)合在一起，要保證模具外表面盡量無(wú)凸起部分，且動(dòng)、定模板之間要存在充足的模具壓板空間，從而以防手機(jī)模具在裝配和運(yùn)輸及維修過(guò)程造成不便及損壞。本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中，所采用的螺釘為內(nèi)六角螺釘，為了保證模具外表面光潔，需加涂防銹油。具體的模架型號(hào)為FUTABA370×350，模架的三維結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 手機(jī)殼模具的模架三維結(jié)構(gòu)示意圖

4.5 手機(jī)殼模具與模架的裝配及開(kāi)模仿真分析

經(jīng)過(guò)上述相關(guān)仿真設(shè)計(jì)過(guò)程，需將該手機(jī)殼模具和模架合在一起完成裝配，最終對(duì)其進(jìn)行開(kāi)模仿真操作試驗(yàn)，詳細(xì)示意圖見(jiàn)下圖4和5。

圖4 手機(jī)殼模具與模架裝配示意圖

圖5 手機(jī)殼開(kāi)模仿真操作試驗(yàn)圖

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所言，本文分別采用Pro/E、ANSYS 軟件以手機(jī)殼產(chǎn)品為例，對(duì)其進(jìn)行了造型設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，基于Plastic Advisor 軟件，對(duì)手機(jī)殼產(chǎn)品進(jìn)行模流仿真分析，然后通過(guò)Pro/E 模具設(shè)計(jì)模塊，對(duì)該手機(jī)殼產(chǎn)品各個(gè)零部件和澆筑系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終在EMX 軟件支撐下設(shè)計(jì)出符合要求的標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)殼模架。

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