肖斌，程威

（江西理工大學(xué)南昌校區(qū)，南昌330013）

手機(jī)后蓋注射模具設(shè)計(jì)及CAE分析

肖斌，程威

（江西理工大學(xué)南昌校區(qū)，南昌330013）

基于UG和Moldflow軟件的注射模具設(shè)計(jì)，以手機(jī)后蓋為例，為了減少注塑缺陷和提高一次試模的成功率，應(yīng)用Moldflow軟件進(jìn)行仿真模擬分析，分析了澆口、流道結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)對(duì)填充時(shí)間、熔接痕、氣穴位置的影響，獲得了最佳的澆口位置和流道結(jié)構(gòu)，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)模具設(shè)計(jì).并就手機(jī)外殼常用材料的選用、分型面的創(chuàng)建、注射設(shè)備的選用、側(cè)抽和推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等做了主要說(shuō)明，最后采用UG Moldwizard模塊構(gòu)建最佳設(shè)計(jì)方案，生成2D工程圖，完成手機(jī)后蓋注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).

手機(jī)后蓋；塑料注射模具；UG；Moldflow

0 引言

傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)與制造的成本較高，周期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率.在現(xiàn)代注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)中，利用CAD/CAE技術(shù)不僅徹底克服了這一問(wèn)題，而且還有效的保證了產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等[1-2].文中針對(duì)手機(jī)后蓋的注塑成型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，利用UG軟件進(jìn)行造型，利用Moldwizard模塊進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)工作，并利用Moldflow軟件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化分析，完成模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)這個(gè)流程.該設(shè)計(jì)方法已在業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)CAE軟件的應(yīng)用，能優(yōu)化制件成型的工藝參數(shù)，及時(shí)地避免注射成型中可能出現(xiàn)的缺陷，對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)成本能大大的降低，使產(chǎn)品優(yōu)化與成本控制變得切實(shí)可行.

1 手機(jī)后蓋材料選擇及結(jié)構(gòu)分析

手機(jī)外殼是整個(gè)手機(jī)的支承骨架，對(duì)內(nèi)部電子元器件起到定位及固定，對(duì)外部起手持等作用，因此要求手機(jī)外殼具有變形量盡可能小、表面不出現(xiàn)收縮和剛性好等特點(diǎn)[3-4].參照各類(lèi)塑料的工藝屬性，PC+ABS合成材料具有易加工性、優(yōu)良的機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性(PC和ABS含量的比率將影響PC+ABS材料的熱穩(wěn)定性).此外還具有流動(dòng)性好、強(qiáng)度較高、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，但容易發(fā)生熔體破裂.該材料適用于絕大多數(shù)的手機(jī)外殼，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，強(qiáng)度是有保障的.本次設(shè)計(jì)選用牌號(hào)為Geloy XP7550的PC+ABS合成材料.

手機(jī)后蓋的工程圖及三維實(shí)體模型如圖1所示（圖中單位為mm），塑件長(zhǎng)度為102 mm，寬度為51 mm，高度為2 mm，平均壁厚為0.9 mm.該塑件的基本結(jié)構(gòu)為薄壁大平面，模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)為塑件內(nèi)壁有八個(gè)倒扣，脫模困難較大.

2 基于Moldflow的CAE分析

在模具設(shè)計(jì)之前，基于塑料產(chǎn)品固有屬性不同，會(huì)有不同的成型工藝參數(shù).而不同成型參數(shù)的選擇，會(huì)對(duì)整個(gè)成型過(guò)程及結(jié)果有著很大的影響，考慮到塑料收縮率及填充效果的需要，以及可能出現(xiàn)的熔接痕和氣穴缺陷的改善，著先擬用Moldflow軟件進(jìn)行效果模擬，找出最優(yōu)化方案，指導(dǎo)模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[5-9].

2.1 網(wǎng)格劃分

首先對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置網(wǎng)格邊長(zhǎng)為2mm，經(jīng)網(wǎng)格診斷及對(duì)網(wǎng)格修補(bǔ)后，使網(wǎng)格最大縱橫比小于15，網(wǎng)格匹配百分比達(dá)到90%以上.

2.2 最佳澆口分析

最佳澆口分析結(jié)果如圖2所示，約位于制件中心位置設(shè)置澆口最佳，但在設(shè)計(jì)澆口時(shí)，既要考慮型腔的填充，又要考慮模具的成型機(jī)構(gòu)、型腔的布局、模具的成本及加工的難易程度等多方面因素，綜合考慮本次設(shè)計(jì)，制件的長(zhǎng)邊側(cè)是設(shè)置澆口的較理想位置.一方面對(duì)塑件安放比較理想，另一方面有利于脫模，保證了塑件的外觀要求.

2.3 創(chuàng)建澆注系統(tǒng)進(jìn)行模流分析

生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，每增加一個(gè)型腔，塑件的尺寸精度將降低4%，本產(chǎn)品要求成型的精度較高，故型腔不宜過(guò)多，又由于制件的長(zhǎng)寬比較大，故采用一模兩腔，創(chuàng)建的澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)如圖3所示.

2.4 氣穴分析

如圖4所示，制件產(chǎn)生氣穴的部位較多，主要分布在邊框棱角處，這也是料流交匯的地方.因此需要在邊框棱角處設(shè)置多個(gè)推出桿件，利用桿件與其配合孔間的間隙排出空氣，以減少氣穴現(xiàn)象.

2.5 熔接痕分析

如圖5所示，由于本次設(shè)計(jì)采用多個(gè)澆口，所以在料流交匯的地方會(huì)產(chǎn)生一定面積連續(xù)的熔接痕，表面質(zhì)量會(huì)受到一定影響.可以通過(guò)升高料溫及增加注射壓力來(lái)提高塑料的流動(dòng)性能，減少熔接痕.

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 分型面選擇

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇塑件外殼最大邊緣處為分型面，即制件與手機(jī)前蓋接觸面為分型，分型后手機(jī)后蓋內(nèi)側(cè)部分設(shè)置在模具動(dòng)模部分，外側(cè)部分在動(dòng)模部分.

3.2 創(chuàng)建成型零件

采用UG Mold Wizard對(duì)塑件分模，分模時(shí)采用自動(dòng)搜索分型線方式完成分型.定義型腔面及型芯面后，利用UG Mold Wizard創(chuàng)建型腔及型芯[10-12]，由于需要在型芯上設(shè)置推出及抽芯機(jī)構(gòu)，需要在型腔上設(shè)置澆口及冷卻系統(tǒng)，故最終創(chuàng)建的型腔及型芯三維模型如圖6、圖7所示.

3.3 注射機(jī)的選用

根據(jù)塑件制品的體積為5.054 cm3，質(zhì)量為5.919 g，則兩個(gè)型腔至少需要的注射量為10.108 cm3，再根據(jù)整個(gè)成型平面及澆注系統(tǒng)凝料的需要，計(jì)算2個(gè)制件的成型平面為47.7 cm2，經(jīng)過(guò)對(duì)注射量、鎖模力及模具裝配相關(guān)尺寸等的校核后，選擇型號(hào)為XS-Z-60的臥式注射機(jī)生產(chǎn).其主要技術(shù)規(guī)格如表1所示.

表1 注塑機(jī)參數(shù)表

3.4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接影響模具生產(chǎn)難易程度及生產(chǎn)成本，該塑件內(nèi)部側(cè)壁有八個(gè)與手機(jī)主體相連接的細(xì)小倒扣，要求精細(xì)堅(jiān)韌，脫模比較困難.常見(jiàn)的脫模方式如下.

（1）采用強(qiáng)制脫模.在塑料產(chǎn)品的彈性恢復(fù)允許、尺寸比率滿足一定要求的情況下，可以強(qiáng)制進(jìn)行脫模，但在此顯然不太合適.

（2）采用獨(dú)立的內(nèi)側(cè)抽機(jī)構(gòu).整體比較而言，內(nèi)抽比外抽設(shè)計(jì)上更有難度，計(jì)算也相對(duì)復(fù)雜，關(guān)鍵是動(dòng)作行程空間有限，在狹小的空間范圍內(nèi)布置較多的獨(dú)立移動(dòng)機(jī)構(gòu)一是繁瑣，二是可能動(dòng)作不可靠，三是設(shè)計(jì)成本及生產(chǎn)成本都較高，也此也不合適.

（3）盡可能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙的內(nèi)置機(jī)構(gòu).本設(shè)計(jì)在思慮過(guò)多種同類(lèi)產(chǎn)品的脫模方式，以及結(jié)合塑件本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，選取使用“浮升銷(xiāo)”元件脫模最為經(jīng)濟(jì)理想，此時(shí)浮升銷(xiāo)既可以充當(dāng)成型部件，又可以起到抽芯及推出作用.由于本產(chǎn)品為薄壁大平面塑件，在有倒鉤位置安放浮升銷(xiāo)的同時(shí)，為防止塑件受力不均，在塑件內(nèi)部再安放三個(gè)推桿.浮升銷(xiāo)結(jié)構(gòu)如圖8所示.

由浮升銷(xiāo)抽芯計(jì)算最小推出距離

S＞W(wǎng)/cotα=2.4 cm/cot85°＝27.43 mm

式中S：推板推出距離；W：抽芯距離；α：浮升銷(xiāo)傾斜角.

浮升銷(xiāo)及推桿的布局如圖9所示，其工作原理是：開(kāi)模時(shí)，利用注射機(jī)的中心頂桿推動(dòng)模具上的推出機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)浮升銷(xiāo)和推桿向上運(yùn)動(dòng)，由于浮升銷(xiāo)是活動(dòng)構(gòu)件，在上升過(guò)程上迫使其頂端成型部分向內(nèi)移動(dòng)，完成對(duì)塑件的脫模.

圖9 浮升銷(xiāo)及推桿布局

3.5 模具裝配

在UG Moldwizard模塊下，創(chuàng)建澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，并添加定位圈、澆口套等標(biāo)準(zhǔn)件，最終模具內(nèi)部主要零部件三維模型如圖10所示，模具總裝圖如圖11所示.

圖10 模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖11 模具總裝圖

模具裝配工程圖及各零部件名稱如圖12所示.

4 結(jié)語(yǔ)

在應(yīng)用UG NX Mold Wizard和模流軟件Moldflow協(xié)同環(huán)境下設(shè)計(jì)注塑模具是非常有效且簡(jiǎn)便的方法[13].通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程說(shuō)明，利用Moldflow指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用UG NX Mold Wizard提供的注塑模具設(shè)計(jì)工具并結(jié)合重要結(jié)構(gòu)部分的理論計(jì)算可快速設(shè)計(jì)出三維模具成型組件，抽芯組件，冷卻組件等較復(fù)雜結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)直觀、簡(jiǎn)潔、高效、可靠，能較快設(shè)計(jì)出注塑模具各零部件及總裝結(jié)構(gòu)，大大縮短設(shè)計(jì)周期，不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對(duì)減少甚至避免模具返修、提高制品質(zhì)量、降低成本都有著重大的經(jīng)濟(jì)意義.

[1]史鐵梁．模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

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Design and CAE analysis of plastic injection mould for mobile phone rear cover

XIAO Bin，CHENG Wei

(Nanchang Campus,Jiangxi University of Science and Technology,Nanchang 330013，China)

Based on the injection mould design of UG and Moldflow and taking the mobile phone rear cover as an example,Moldflow is applied to a simulation analysis to reduce the injection molding defects and improve the success rate of a test mode.The influence of the gate,the structure of the flow channel and the molding process parameters on filling time,weld,cavitation location is analysed.access to The best gate location and structure of the flow channel are obtained to optimize the mold structure and guide the mold design.A brief introduction about how to choose the material of mobile phone rear cover,the creation of parting surface and sub-runner,the selection of injection equipment，and the desigof side core pulling and ejecting mechanism is made.And by using the UG Moldwizard module to build the the most optimal design,2D engineering drawings are generated to complete the design of mobile phone rear cover plastic injection mold structure.

mobile phone rear cover;the plastic injection mould tool;UG;Moldflow

TH128

A

2012-04-20

江西省教育廳青年科學(xué)基金項(xiàng)目（GJJ11131）

肖斌（1981-），男，講師，主要從事材料工程模具設(shè)計(jì)等方面的研究，E-mail：120951756@qq.com.

2095-3046（2012）03-0051-05