基于CAE的手機殼體注塑分析和優(yōu)化設計.pdf

40D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 4 2 0 0 6 文章編號1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 6 ) 0 4 - 0 0 4 0 - 0 4 基于 C A E的手機殼體注塑分析和優(yōu)化設計 張濤郭志英 上海交通大學材料科學與工程學院上海2 0 0 0 3 0 摘要通過 C A E模流分析在產品設計過程中預測可能出現的缺陷對手機塑料殼體進 行注塑分析和壁厚實驗設計優(yōu)化了手機殼體的結構強度提高手機設計的質量和效率 關鍵詞手機C A E 優(yōu)化設計 中圖分類號T G 3 9 1 . 7文獻標識碼B A b s t r a c tP r o b a b l e d e f e c t w a s p r e d i c t e d t h r o u g h C A E - b a s e d i n j e c t i o n p r o c e s s a n a l y s i s I n o r d e r t o i m p r o v e d e s i g n q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y o f m o b i l e p h o n e p r o d u c t n u m e r i c a l s i m u l a t i o n w a s a p p l i e d f o r i n j e c t i o n m o l d i n g a n a l y s i s a n d D O E t e c h n i q u e w a s a d o p t e d f o r w a l l t h i c k n e s s e x p e r i m e n t t o o p t i m i z e t h e s t r u c t u r e s t r e n g t h o f m o b i l e p h o n e h o u s i n g K e y w o r d sm o b i l e p h o n e C A E o p t i m i z a t i o n 收稿日期2 0 0 6 - 0 3 - 2 8 作者簡介張濤1 9 7 3男工程師 0 引言 在市場經濟條件下產品的質量與成本已成 為企業(yè)生存發(fā)展的生命線實踐證明注塑C A E 技術對加快新產品開發(fā)提高產品質量降低成 本起著關鍵作用 1 手機殼體的結構強度和外觀 質量是手機的重要部件本文主要從兩方面來對 手機殼體進行分析和設計優(yōu)化1 注塑分析 包括澆口位置優(yōu)化分析填充分析和翹曲分 析2手機殼體厚度的實驗設計優(yōu)化 D O E D e s i g n o f E x p e r i m e n t s 1 手機殼體注塑分析 手機殼體結構設計合理性模具設計合理性 以及成型工藝等因素常常會導致產品研發(fā)周期延 長成本增加借助計算機輔助工程模擬流動分 析軟件M o l d f l o w 在綜合分析的基礎上對塑料件 幾何尺寸和成型工藝進行優(yōu)化可以在設計階段 有效地解決可能出現的質量問題降低研發(fā)成 本手機殼體注塑分析包括澆口位置分析優(yōu) 化充填分析和翹曲分析 1 . 1澆口位置分析優(yōu)化 選用G E L e x a n E X L 1 4 1 4 P C 作為分析材 料P r o / E 作為建模軟件M o l d f l o w 作為模擬分 析軟件分析目標為手機前殼殼體平均設計壁 厚為 1 m m 優(yōu)化結果如圖 1所示 圖 1最佳澆口位置范圍 模 具 技 術 2 0 0 6 . N o . 441 圖 2澆口位置 利用 M o l d f l o w 的最佳澆口優(yōu)化設計可看 出最佳澆口位置在 L C D窗口左右但是考慮 殼體結構較復雜而且是薄壁件根據優(yōu)化結果 模具設計采用 2 個澆口進膠進膠位置如圖2 所 示兩澆口設計帶來流體溫度注射壓力熔接 痕等方面的改善提高了塑件質量 1 . 2充填分析 采用 M o l d f l o w 默認澆注系統(tǒng)和注塑工藝設 置對模型進行充填分析分析結果如下 圖3 表示流動前沿的溫度分布情況從圖中 可以看出流動前沿的溫度分布比較均勻但是在 圖中的圓圈標示處溫度較低澆口位置和大小 還需要進行微調 圖 3流動前沿溫度 圖 4熔接痕分布 從充填分析結果可以看出采用 2個澆口 后流動是平衡的沒有出現短射等成型問題 同時注射壓力鎖模力也較低降低了制件生 產對注塑機的參數要求但是熔接痕分布不 太理想一些關鍵部位出現的熔接痕會削弱產 品強度 1 . 3翹曲分析 采用 M o l d f l o w 默認澆注系統(tǒng)和注塑工藝設 置對模型進行翹曲分析結果如下 圖 5 表示了x 方向的翹曲情況顯示比例為 1 0 x向最大翹曲值為 0 . 1 6 m m 圖 6表示了 y 方向的翹曲情況顯示比例為1 0 y 向最大翹曲 值為 0 . 2 m m 圖 7 表示了 z 方向的翹曲情況顯 示比例為 1 0 z向最大翹曲值為 0 . 2 m m 從翹曲分析結果可以看出y 向和 z 向翹曲 較大這是由于大的 L C D窗口使料只能沿兩條 狹長區(qū)域流動造成的 分析流動和翹曲結果制品設計和模具需要 進行以下幾點變更 1 從熔接痕分布圖可知在制品 L C D窗 口右上角和左下角存在危險區(qū)域在產品設計 和模具設計時修改產品局部壁厚并調節(jié)澆口位 置使熔接痕分布于非危險截面提高產品強度 圖 4 表示了熔接痕的分布情況可以看出 在圖中圓圈標示處存在因熔接痕集中分布而使強 度降低的危險截面 圖 5 x方向翹曲圖 6 y方向翹曲圖 7 z方向翹曲 42D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 4 2 0 0 6 和外觀質量 2 翹曲分析結果中y 向和 z 向翹曲較大 在模具設計時調節(jié)冷卻系統(tǒng)使制品均勻收縮 3 增加 L C D 窗口左右壁處的加強筋數量 使熔體在此處的流動加強這樣不僅能使流動前 沿的溫度更加均勻熔接痕分布更加合理而且 減少因收縮不均勻在 L C D窗口左右壁處產生的 翹曲量 2 手機殼體厚度的實驗設計優(yōu)化 D O E D e s i g n o f E x p e r i m e n t s M o l d f l o w中的 D O E提供了兩種實驗設計方 法T a g u c h i 和F a c t o r i a l 實驗設計T a g u c h i 方法 通過運行數目較少的一組優(yōu)化實驗確定出對實 驗目標的影響最大的實驗參數F a c t o r i a l 方法運行 的實驗數目要大于T a g u c h i 方法中運行的實驗它 用以確定實驗參數的最佳實驗水平組合 2 首先使用 T a g u c h i方法確定出對實驗目標 的影響最大的實驗參數然后使用F a c t o r i a l 方 法確定實驗參數的最佳實驗水平組合分別對 填充F i l l 和流動F l o w 進行優(yōu)化D O E 填 充F i l l 和D O E 流動F l o w 的優(yōu)化目標為確 定手機殼體的最佳壁厚保證設計的強度和經 濟性提高設計質量設計變量為注射時間膨 脹/ 壓縮注射設置壁厚增量設計變量的值如 表 1所示 在圖8 中橫坐標表示壁厚變化縱坐標表 示流動前沿溫度值可以看出當壁厚為 1 . 1 5 m m 左右時流動前沿溫度值最高熔體流動性最好 壁厚大于或小于 1 . 1 5 m m 時流動前沿的溫度值都 低于 1 . 1 5 m m左右時流動前沿的溫度值 表 1設計變量值 設計變量 注射時間 膨脹/ 壓縮注射設置 壁厚增量 T a g u c h i 定級方法 流動前沿溫度標準權重 剪切應力標準權重 注射壓力標準權重 值 自動 自動 增加 4 0 % 基于整個范圍 1 1 1 D O E高級選項 圖8 D O E 填充 F i l l分析壁厚對流動前沿溫度 圖9D O E 流動 F l o w 分析壁厚對體積收縮變量 在圖 1 0中橫坐標表示壁厚變化縱坐標 表示收縮指數可以看出當壁厚為 1 . 2 m m左右 時收縮指數最大 因為優(yōu)化目標是確定手機殼體的最佳壁厚 所以設定注射時間和膨脹 /壓縮注射設置為自 動壁厚增量值為在4 0 % 范圍內變化優(yōu)化的結 果如下所示 在圖9 中橫坐標表示壁厚變化縱坐標表 示體積收縮變量可以看出當壁厚為 1 . 3 m m左 右時體積收縮變量最小當壁厚大于或小于 1 . 3 m m 左右時體積收縮變量都增大這表示當 壁厚為 1 . 3 m m左右時產品的收縮最均勻 圖1 0D O E 流動 F l o w 分析壁厚對收縮指數 在圖1 1 中橫坐標表示壁厚變化縱坐標表 模 具 技 術 2 0 0 6 . N o . 443 示剪切應力可以看出當壁厚為 0 . 9 5 m m 左右時 剪切應力最大當壁厚大于 0 . 9 5 m m 后剪切應 力逐漸減小 最佳效果的實驗參數組合 3 結論 針對手機產品的特點研究了將澆口位置分 析充填分析翹曲分析和 D O E分析優(yōu)化實 驗設計分析相結合的優(yōu)化設計方法在設計前 期避免將來成型時產品可能出現的缺陷利用 M o l d f l o w的 D O E技術優(yōu)化了制件的結構和平 均壁厚在保證制件性能和功能的前提下節(jié)省 了材料從而提高了產品設計的質量和效率 參考文獻 1 李海梅 高鋒 申長雨 注塑中的C A E 技術 J 工程 塑料應用 2 0 0 43 21 5 9 6 3 2 單巖 王蓓 王剛 M o l d f l o w 模具分析技術基礎 M 北京 清華大學出版社 2 0 0 4 圖1 1D O E 流動 F l o w 分析壁厚對剪切應力 比值均可按6進行工藝設計 鐓頭用坯料棒料的材料規(guī)格 D的確定 可按下式計算求得 式中V鐓頭后鍛坯件的體積 D2 R r坯料 L1部位的小端半徑 1 . 4鐓頭工藝試驗中對鐓頭模的改進措施 在R 1 0 系列葉片鐓頭模試模過程中有部分產 品出現鐓彎現象造成鐓頭后的折迭缺陷針對 這樣缺陷的產品對其重新進行長徑鐓粗比的驗 證其比值略大于 6 但往往某些品種的比值小 于 6 較多時也同樣會出現鐓頭時的鐓彎現象 雖然對其中存在的影響因素進行原因分析時發(fā) 現了前面所述的4 種影響因素都存在不同程度的 影響為了不影響R 1 0 系列葉片批生產的生產周 期最有效的鐓頭工藝改進措施就是改善L1與D 的鐓粗比值就是在鐓頭坯料的材料規(guī)格不變 的情況下縮短 L2的長度通過改變 L1部位 的圓錐度 的度數適當縮小來增長 L1的長 度這樣使得鐓頭工藝中的鐓彎現象有了明顯 的改善確保了后續(xù)葉片的鐓頭制坯順利進行 2 結論 R 1 0 系列葉片鍛造的鐓頭工藝雖然在 R 1 0 系列葉片的制坯中取得成功的運用但目前葉片 鍛件的材料利用率仍較偏低這有待于在首批葉 片批生產完成的基礎上進行總結對鐓頭制坯工 藝進行進一步的改進在保證葉片鍛件產品質量 的基礎上努力提高葉片鍛件的材料利用率 參考文獻 1 洪深澤 擠壓工藝及模具設計 M 北京 機械工業(yè)出