馬瑞杰 王曉花

摘要：注塑成型是塑料加工的最主要方法之一。在實際生產(chǎn)中，會出現(xiàn)翹曲、短射和氣穴等缺陷，其中通過CAE模擬預(yù)測成型質(zhì)量已成為智能制造領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點。本文以某手機(jī)上殼為例，設(shè)計工藝參數(shù)井進(jìn)行CAE模擬，并驗證了CAE模擬的可靠性。結(jié)果表明，注塑件表面無明顯的熔接痕、氣穴等注塑缺陷，翹曲變形是影響殼體件的主要因素，該模擬結(jié)果可作為后續(xù)優(yōu)化的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：注塑成型;CAE模擬;翹曲變形

一、網(wǎng)格劃分

本制件為殼體件，在注塑過程中，最容易出現(xiàn)翹曲變形。通常注塑件網(wǎng)格劃分方法有三種，有中性面網(wǎng)格（Midplane）、四面體網(wǎng)格（3D）以及雙層面網(wǎng)格（Dualplane）劃分。本制件厚度2mm，可采用雙層面網(wǎng)格劃分方法，經(jīng)過一系列前處理，得到圖1所示的有限元模型，該模型最大、最小縱橫比為分別為6.0和1.16，網(wǎng)格匹配率為87%，滿足翹曲變形分析條件。

二、成型質(zhì)量分析

模型建立后，對成型質(zhì)量進(jìn)行分析，探究可能出現(xiàn)的問題。表1為注塑工藝參數(shù)相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，用該數(shù)據(jù)進(jìn)行成形質(zhì)量分析。

充填時間和塑件厚度以及離澆口位置有關(guān)系，越薄充填時間越短，離澆口越遠(yuǎn)充填時間越長，從圖2中的充填時間分析結(jié)果可知，LCD框附近最后充填，可能會造成型腔壓力不平衡，可能產(chǎn)生翹曲等缺陷;圖3顯示，熔體前沿溫差為4.1℃，較均勻，但四個角與其它地方顏色差別較大，可能引起翹曲變形等缺陷;圖4的熔合線分析結(jié)果顯示，多數(shù)熔接痕在流動前沿溫度較高處，此處熔接痕會消失或有所改善;圖5中的粉色小點就是氣穴，基本分布在螺絲柱或加強(qiáng)筋頂端，可及時排除，對塑件無多大影響;圖6中入口處冷卻液溫度為溫度22.01℃，出口處為22.44℃，溫差為0.43℃，冷卻液溫差較小，且滿足要求，防止冷卻不均導(dǎo)致的缺陷;圖7中，管壁溫差為2.46℃，可見澆注系統(tǒng)設(shè)計較為合理。

圖8為總的翹曲變形分析結(jié)果，由圖可知，翹曲變形較嚴(yán)重的地方在手機(jī)殼上下兩端處，變形量最大值達(dá)到0.8629mm，會影響到上下殼的裝配，其它地方翹曲值較小，且基本對稱分布。

三、翹曲變形原因分析

翹曲變形是主要缺陷，因此需對翹曲變形原因進(jìn)行分析。圖9分析了不同因素引起的翹曲變形在模腔中的分布情況，圖9a）中角效應(yīng)引起的翹曲變形最大值為0.1668mm，大部分分布在圓孔附近和拐角處;圖9b）中由冷卻不均引起的翹曲變形最大值為0.0138，集中在澆口附近及拐角處，說明冷卻系統(tǒng)的設(shè)計較合理;圖9c）是取向效應(yīng)引起的翹曲值，幾乎為0，這說明該材料纖維取向較均勻;圖9d）中收縮不均導(dǎo)致的翹曲變形最大值為0.7401mm，基本對稱分布，集中在上下兩端。

由以上分析結(jié)果可知，該手機(jī)殼翹曲變形較大，影響產(chǎn)品最終結(jié)果。為減小翹曲變形，可以修改材料、模具，優(yōu)化工藝參數(shù)，綜合考慮，優(yōu)化工藝參數(shù)既簡便又經(jīng)濟(jì)。影響翹曲變形的工藝參數(shù)包括熔體溫度、保壓壓力、注射時間、模具溫度和保壓時間等。后續(xù)可著重優(yōu)化工藝參數(shù)，以便降低翹曲變形量。

四、數(shù)值模擬的可靠性驗證

設(shè)計工藝參數(shù)時，通過經(jīng)驗取得熔體溫度、模具溫度、以及保壓壓力等數(shù)據(jù)，而鎖模力、剪切速率及注射時間是通過計算得到的。需驗證CAE模擬之可靠性，選擇鎖模力、二級分流道的剪切速率以及注射時間等數(shù)值模擬值為參考，與相應(yīng)的設(shè)計值進(jìn)行對比，得出相對誤差，判斷相對誤差大小以驗證數(shù)值模擬的可靠性。通常，栢對誤差大小若在5%左右，說明模型可靠。

通過表2可以看出，鎖模力、二級分流道剪切速率及注射時間的模擬值與計算值之間的相對誤差范圍為5%-8%，設(shè)計時經(jīng)驗值的選擇誤差不可避免。表2中相對誤差值較小，則說明本研究數(shù)值模擬可靠，可用于后續(xù)優(yōu)化。

五、結(jié)論

本文首先對某手機(jī)上殼進(jìn)行工藝設(shè)計，并通過CAE分析初步檢驗工藝參數(shù)、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計的合理性。除了翹曲變形較為嚴(yán)重，其它模擬結(jié)果相對較好，滿足設(shè)計要求。為驗證CAE模擬的可靠性，將相關(guān)設(shè)計工藝參數(shù)值與模擬值進(jìn)行誤差分析，誤差在允許范圍內(nèi)，說明CAE模擬結(jié)果可靠。對精度要求較高的制件，需作進(jìn)一步優(yōu)化，為考慮成本等因素，可優(yōu)化工藝參數(shù)。