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1、模具工业2004. No. 5总279 28 手 机 外 壳 注 射 模CAE分 析 庞罕 1, 许超 1, 王霞 2 (1. 东南大学,江苏南京210018; 2.泰山学院,山东泰安271000) 摘要:以手机外壳注射成型工艺为分析对象,应用CAE技术对产品在注射成型中可能形成的缺陷进行 了分析,提出了模具设计的改进方案。 对于类似产品的注射模设计具有较好参考价值,同时探讨了注射 成型应用CAE的方法。 关键词:注射模;CAE;成型工艺 中图分类号:TQ320. 662文献标识码:B文章编号:1001 - 2168(2004) 05 - 0028 - 03 Application of CA
2、E to the Design of the Injection Mould for Mobile Phone Shells PANG Han 1, XU Chao1, WANG Xia2 (1. Southeast University , Nanjing , Jiangsu 210018, China ; 2.Taishan Institute , Taishan , Shandong 271000, China) Abstract:An application of CAE to the design of the injection mould for mobile phone she
3、lls is in2 troduced.Some possible defects that might occur in the course of injection are analyzed by using CAE technology.An improved design of the mould has been put forward.The method of applying CAE technology to injection moulding is discussed.It provides a good reference for the design of inje
4、ction moulds for similar parts. Key words:injection mould; CAE; forming technology 图4冷却介质的温度变化 具最低温度为25. 0,模具平均温度为45. 8,模 具平均温度偏差为20. 5,冷却循环时间为35s。 冷 却介质的出口温度与入口温度的温度差为23, 冷却水先流过浇口附近,最后才流过熔接痕产生的 位置,其冷却管道的布置是合理的。 4结束语 注射模冷却系统的设计和分析对于塑件的质 量和生产效率有重要的影响,通过定性地分析冷却 系统的设计原理和实践中的设计要点以及应用 MPI/ Cool优化分析软件模拟分析
5、其冷却过程,优化 出合理的冷却系统,对实践生产中提高塑件的生产 效率和质量具有一定的指导作用。 参考文献: 1余卫东,陈建.注射成型CAE技术J .计算机辅 助设计与制造,2002 ,(3) :6062. 2胡俊翘,李德群,卢义强.注射模三维瞬态温度场建 模及仿真J .中国塑料,1995 ,(3) :5259. 3成都科技大学.塑料成型模具M.北京:中国轻工 业出版社,1992. 4Z塔德莫尔, G G戈戈斯.聚合物加工原理M.北 京:化学工业出版社,1987. 5田峰. CAE方法中的优化技术J ,计算机辅助设计 与制造,1999 ,(9) :4849 书 讯模具工业 存有少量合订本, 19
6、97年每 本80元, 1998年每本85元, 1999年每本90元, 2000年每本95元, 2001年每本100元, 2002年每 本100元,2003年每本100元。 欢迎直接汇款到编 辑部订购。 地址:广西桂林市辰山路1号邮编:541004 收款人:模具工业 编辑部电话:(0773) 5888420 模具工业2004. No. 5总279 29 1引言 注射模CAE技术可以在模具投入制造之前,进 行塑料熔体的充型和冷却过程模拟,对塑件翘曲和 收缩进行预测,对潜在问题提出有效改进方法,缩 短模具制造周期并降低成本。然而,国内注射模 CAE技术在实际生产中应用普及仍然存在一定的 困难。本文以
7、手机外壳注射模为例,应用CAE技术 对其注射成型过程进行分析,提出改进模具结构的 设计方案。 2塑件成型工艺分析 手机外壳属于外置件,对表面质量和综合机械 性能要求较高,这就要求塑件成型后要有良好的表 面光洁度和较小的形状误差,并具有较高的强度、 韧性和抗冲击能力。由于该塑件面板处多孔,易形 成熔接线和应力集中,尤其是熔接线对塑件的外观 质量和机械强度影响较大。 壳体四角设计有销状连 接体,根据一般经验,该连接销处于型腔末端且壁 厚较薄,易出现短射,而这些位置又恰好是安装位 置,必须进行正常填充。 为此,在材料选取上使用综 合机械性能好,尤其是抗冲击性能优异的聚碳酸酯 (PC) ,并采用较高的
8、注射温度和注射压力。为保证 塑件外观质量采用了潜伏式浇口,并将浇口设置在 不影响外观质量的机壳背面。 考虑到平衡填充的要 求,初步采用了双浇口沿产品中轴线对称布置的方 式。 3流动分析及结果评价 应用Solidworks获得产品的三维建模,并以ST L 格式导入分析系统M oldflow中。因要对塑件模型进 行冷却和翘曲分析,故采用fusion格式进行网格划 分,得到5 540个三角单元。 设置模具温度为100,熔体温度320,冷却 时间20s。 注射工艺取系统默认参数。 经过流动模拟 分析,结果如下: (1)流动填充情况良好,无短射现象。 (2)有大量熔接线及气穴,熔接线及气穴位置如 图1、
9、 图2所示。 (3)型腔压力场和温度场分布情况显示压力与温 度均以浇口位置为中心递减。 (4)流动过程中的剪切应力和剪切速度均在材 料要求范围内。 图1熔接线位置 图2气穴位置 由流动模拟可见,在键盘面板位置处有熔接线 存在,对产品质量危害较大,在面板四角连接销处, 有气穴存在,影响到手机上下壳的连接强度。出现 熔接痕和气穴,通常是由于塑件结构不合理或熔体 和模具温度较低,注射压力和注射速度低,浇口位置 不合理等原因造成的,但原方案已采用较高的注射 压力和注射速度,故再增加注射压力和速度,不仅导 致锁模力增大,成本增加,而且高剪切率产生的大量 剪切热将会使材料发生高温降解。同时压力和模温 过高
10、还会导致塑件成型后产生较大变形,这里采用 调整浇口位置、尺寸或流道的尺寸的方式较为可 行。 由原方案流动模拟结果,熔接线主要分布在键 盘面板处,将浇口布置在该区域,会增大该部位的熔 体温度和流动速度,减小产生熔接线的几率,但这将 造成显示屏窗口上方产生熔接线的可能。若将浇口 分别布置在窗口侧壁,则可消除窗口两侧熔接线,但 连接销处可能不能正常填充。由以上分析,可以有 A、B、C三种浇口改进方案,如图3所示。 对机壳的4个连接销处进行修改,适当增加壁 作者简介:庞罕(1977 - ) ,男,山东泰安人,在读研究生,主要 从事注射模CAE技术、 机械CAD/ CAM/ CAE及计算机集成制造 技术
11、的研究,地址:江苏南京市四牌楼2号,东南大学机械系。 电 话:(025) 3689782 收稿日期:2003 - 07 - 29 模具工业2004. No. 5总279 30 表1三种方案模拟所得各项指标 方 案 填充 时间(s) 最大锁 模力(kN) 最大注射 压力(MPa) 最大收 缩率( %) A0. 99161. 860. 794. 19 B1. 11190. 890. 283. 96 C1. 11181. 486. 545. 14 图3三种浇口改进方案 厚和圆角半径过渡,可避免气穴的产生。 对上述A、B、C三种方案进行流动模拟,得各项 指标如表1所示。如综合考虑生产效率、生产成本 及
12、收缩变形各项因素,方案A较好。 4冷却模拟过程及翘曲分析 4. 1冷却模拟 根据流动模拟得到的温度场分布图分析,在两 注射浇口处温度较高,聚集较多的热量。为保证均 匀冷却,冷却水入口应设置在浇口位置附近(如图4 所示 ) , 以增加冷却效果。 图4温度场分布图 4. 2翘曲分析 由于机壳两侧开设圆弧形凹槽,采用图5所示 的上下表面对称布置冷却水道的方式,导致凹槽处 上下表面冷却不均,机壳下半部产生了较大翘曲。 如图6所示,最大翘曲量达到0. 71mm。 为此减小上 表面冷却水道的数量,增加下表面冷却水道的数量, 并将原来位于圆弧凹槽处的冷却水道移出,冷却管 与型腔的距离调整为120mm,比上表
13、面150mm减少 30mm,以增加下表面的冷却强度。经翘曲分析后显 示翘曲变形明显改善,由原来的最大翘曲量 0. 71mm,减小到0. 23mm。 图5冷却水道布置 图6翘曲分析预测结果 5结束语 采用注射模CAE技术,在模具制造前对塑件的 填充和冷却过程进行模拟,并进行翘曲分析,以便及 时改进设计方案和工艺方案,从而有效提高了模具 的设计效率和质量,降低了试模修模的费用和生产 成本。 参考文献: 1周振勇.注塑模流道系统集成设计技术研究J .计 算机辅助设计与图形学报,2000 ,(12) . 2Praboda C Bolar. Design of cooling channels for mould and cooling lines with cooling tower for injection moul- ding shopJ . The Journal of T echnology Studies ,1999 , (9) . 3申长雨. CAE技术在注射模浇注系统中的应用J . 模具工业,2000 ,(8) .