手机外壳注塑模具设计

摘要：利用CAE模拟分析软件对手机下盖进行注射成型过程动态模拟，预测可能发生的缺陷，并针对缺陷情况提出优化方案，对注射成型工艺、产品壁厚设计和模具浇注系统进行优化，最终获得手机下盖注塑成型的最佳方案。

关键词：手机 注塑模具 CAE 优化设计

在国内外塑料加工行业中约有95%的制品靠模具生产，其中注塑模具的产量占塑料成型模具总产量的50%以上。新产品的开发也都是以模具的更新和工艺的改进为前提。因此，应用CAD/CAE软件设计模具已成为提高模具企业竞争力的有力武器。

一、工艺分析

（一）塑件使用材料及工艺特性分析

使用材料为透明的pc和bbs按一定比例混合使之达到要求的一种材料，属于热塑性塑料，成型性能较好（收缩率为0.5%～0.7%），流动性好，比热容较低，在料筒中塑化效率高，成型周期短，精度等级高，耐冲击，可以进行UV处理，有很高的着色性。

（二）结构工艺性分析

精度要求高，尺寸不大，外形对称，一个侧抽芯。

（三）模流分析

对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与树脂在模具中的流动方式有关。利用模流分析软件MOLDFLOW通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式填充过程中的压力和温度变化、流动时间、气穴和熔接痕的位置等，帮助设计人员就如何改变壁厚、制件形状、浇口位置和材料选择来提高制件工艺性，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加以改进，提高一次试模的成功率。

二、手机外壳注塑模具设计

（一）创建模具模型

模具模型包括参照模型和工件，参照模型是设计模具的参照，工件是表示直接参与溶料成型的模具元件的总体积。对于多型腔模具，由于型腔的排布与浇注系统密切相关，所以在模具设计时应综合考虑，型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充满每一个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。多型腔模的型腔布置有平衡式和非平衡式排布两种。对于手机外壳，根据市场的需求一般要大批量生产，所以采用一模四腔的平衡式型腔布置。

（二）设计浇口和流道

采用侧浇口，2点进浇，可减少熔料在模腔内流动的距离，便于注射成型。采用圆形断面分流道，散热量小，充模阻力小，浇口冻结时间长，可提高制件成型质量。具体设计步骤如下：用旋转切除材料的方法完成主流道的设计，分流道单击特征y型腔组件y流道y导圆角，草绘流道线路即可。

（三）翘曲分析及其优化设计

翘曲变形是指注塑制品形状偏离了型腔形状，从而影响产品的尺寸精度和形状精度。翘曲分析的目的是预测产品在成型后的翘曲程度、分析翘曲产生的原因，最后对其进行优化。引起翘曲变形的三种主要原因：1）流动取向导致收缩率的差异；2）型腔压力差异导致沿流动方向收缩的差异；3）不均匀冷却导致收缩的差异。

（1）首次基本分析

在首次分析时，选用系统默认的条件进行，其中模具表面温度为80℃，熔体温度为260℃，开模时间为5s，注射+保压+冷却时间为30s等。为了能够更准确的做出翘曲变形预测，我们选用Cool+Fill+Pack+Wrap分析序列进行翘曲分析。由分析结果我们可以看出，在冷却系统作用下，制品在填充结束时制品总体温度为271.5℃，成型结束时制品最高温度为44.17℃，这说明冷却系统的效果明显，不需要进一步进行修正。由于手机外壳底面需要与其他零件装配，应满足配合公差及平面度要求，所以我们主要考虑各平面的翘曲变量，是否满足制品的设计要求。查看翘曲变形结果，所示为比例因子为20时，制品在所有方向上的翘曲结果云图，其中所有方向上的翘曲变量为0.323mm，不能满足对制件精度要求。我们可以得出引起翘曲变形的主要分量在Y方向上，Y方向上的翘曲变量为0.6925mm。为了能过找出引起翘曲的具体原因，修改工艺条件选项。

（2）熔接痕

塑料制品结构本身的特别设计使熔接痕不可避免。但熔接痕熔合不良将导致表面裂纹、取向不良，力学性能下降。浇口位置调整后熔接痕的分布，可看出，浇口位置调整后熔接痕的位置有了很大的改善，基本上偏离了了结构上最薄弱的环节，而且数量有所减少，这说明设计方案的调整是有效的。

（3）填充时间

影响制品翘曲变形的一个重要因素是充模阶段熔体流动不平衡。非平衡的填充过程往往造成型腔内局部过保压，使制品各部分收缩不均，产生较大的内应力，从而发生翘曲变形。熔体到达型腔末端所需最长与最短时间之差反映了熔体在型腔中流动的不平衡程度，应将这个时间差最小化，使熔体流动过程尽可能平衡。图10为填充时间模拟结果，熔体末端充满的时间为0.85～1.05s，相差只有0.2s，填充基本平衡。

（4）保压后的体积收缩率

保压补缩阶段，塑料熔体因冷却发生收缩。为了对型腔内的塑料熔体进行压实及维持向模内补充料流，需要合理的保压压力及保压时间。现采用80%注塑压力的保压力进行恒定保压，保压时间6s；然后在6s内将保压压力线性减小为0。保压模拟结果见图11。保压结束后的体积收缩率为-2.7%～2.0%

三、结语

应用CAD/CAE软件进行制品的开发和注塑模具的优化设计不仅大大缩短了制品的开发周期，而且提高了模具设计的效率，优化了模具的结构。这对于提高制品的生产效率和质量及降低模具制造成本都具有重要的指导意义，可以提高企业的市场竞争力。

参考文献：

[1]彭满华，刘斌. Moldflow软件在无绳电话机底盖模具设计中的应用[J]. 塑料科技. 2009（02）

[2]张琦，王强. Moldflow软件在手机外壳注塑模具设计中的应用[J]. 模具技术. 2011（04）

[3]李澍，孔啸，黄宏辉，黄金申，任世益，丁俊佶. 注塑模具CAE公共技术服务平台与应用[J]. 模具技术. 2011（03）

[4]刘赣华，陈乐芙. Moldflow在无绳电话电池盖注塑成型中的应用[J]. 塑料. 2009（03）

[5]刘荣亮，刘斌. 应用Moldflow软件分析优化手机后盖壳注塑模设计[J]. 工程塑料应用. 2007（10）