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摘要：
以某型號(hào)手機(jī)模型為例，對(duì)其外殼的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。利用Pro/E軟件進(jìn)行手機(jī)外殼與其注塑模具的設(shè)計(jì)，并選取Moldflow軟件對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行必要的優(yōu)化分析。通過(guò)結(jié)果證實(shí)，運(yùn)用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行手機(jī)外殼的開發(fā)與使用，可以極大的減少開發(fā)周期，并降低設(shè)計(jì)的成本，為企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。
關(guān)鍵詞：
CAD/CAE技術(shù)；手機(jī)外殼；模具
將CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)中，是提高模具技術(shù)和促進(jìn)手機(jī)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的有效途徑。通過(guò)對(duì)某款超薄手機(jī)外殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致分析，并依據(jù)CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行模具的生產(chǎn)，最后在通過(guò)Moldflow軟件對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)其生產(chǎn)工藝提出有效優(yōu)化方法。
1手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)
當(dāng)今社會(huì)手機(jī)外殼是否美觀、結(jié)實(shí)、精致已經(jīng)成為人們選購(gòu)手機(jī)的主要因素之一，因此對(duì)于手機(jī)外殼的生產(chǎn)要求是較為嚴(yán)格的[1]。而模具設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到手機(jī)外殼成品的質(zhì)量，因此在對(duì)手機(jī)外殼進(jìn)行注塑模具的具體設(shè)計(jì)之前，一定要從多方面進(jìn)行考量。對(duì)于模具制作的材料、精度、抗壓力等等方面都要經(jīng)過(guò)科學(xué)的分析。除此之外還要在模具設(shè)計(jì)之前對(duì)所設(shè)計(jì)外殼的手機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，進(jìn)而使模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更為合理。
2模型分析
手機(jī)外殼設(shè)計(jì)其外側(cè)底端是有兩處側(cè)凹的，因此在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)不能以前后模直接進(jìn)行成型制作，而要通過(guò)走行位的方式進(jìn)行處理。通常在進(jìn)行手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)時(shí)，為了不受缺口凹陷的影響而快速完成生產(chǎn)，都會(huì)通過(guò)枕位對(duì)缺口進(jìn)行成型制作[2]。除此之外，目前的超薄手機(jī)外殼制品的尾部一般都含有兩個(gè)卡扣位，也不能通過(guò)前后膜的形式直接進(jìn)行成品制作。而需要斜頂成型，通過(guò)此種方式處理才能保證在制品與模具分離時(shí)卡扣位的完整。除此之外手機(jī)外殼尾部還有一處缺口，同樣需要枕位來(lái)定型。而制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中也同樣存在兩個(gè)相互對(duì)稱的卡扣，與卡扣位一樣通過(guò)斜頂來(lái)定型。
3模具設(shè)計(jì)的CAE/CAD分析
基于CAE技術(shù)進(jìn)行超薄手機(jī)外殼模具的設(shè)計(jì)，為了保證模具制品的成功率，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)之前對(duì)參照制品進(jìn)行模流分析[3]。采用現(xiàn)今通用的模流分析軟件Moldflow進(jìn)行分析，來(lái)對(duì)制品的成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)確保手機(jī)外殼的成型質(zhì)量。
3.1建模通過(guò)MDL將手機(jī)外殼制品的模型導(dǎo)進(jìn)MPI模塊中進(jìn)行建模。因?yàn)槭謾C(jī)外殼是分屬于薄壁實(shí)體件類型中的，因此在進(jìn)行制品模型導(dǎo)入的過(guò)程中要采用Fusion網(wǎng)格對(duì)整個(gè)制品進(jìn)行網(wǎng)格區(qū)域劃分。同時(shí)為了使制作模具更加的精確，確保分析結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，因此在導(dǎo)入制品模型之后要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行不斷的修改與完善。通常網(wǎng)格的統(tǒng)計(jì)信息對(duì)數(shù)據(jù)精確度是有所顯示的，三角形的單元數(shù)如果在8810的，而節(jié)點(diǎn)數(shù)在4380處，那么該模具的匹配率則達(dá)到90%[4]。在制品模具的網(wǎng)格分析中匹配率是不能低于85%的，如果發(fā)現(xiàn)單元數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)的匹配率過(guò)低，就應(yīng)該應(yīng)用網(wǎng)格的重新生成工具對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修改，直到達(dá)到合格參數(shù)為止。
3.2設(shè)置工藝條件通過(guò)對(duì)所選手機(jī)成品的模具分析，進(jìn)行模具實(shí)體的制作。將設(shè)計(jì)材料選為某公司生產(chǎn)的牌號(hào)為L(zhǎng)upoyHR5005A的ABS/PC合金進(jìn)行制作；所選用的制作成型工藝的參數(shù)為，注塑機(jī)的最大注塑壓力值設(shè)為360兆帕，手機(jī)外殼模具的表面溫度控制在80℃左右，熔體的溫度設(shè)置在260℃，其他的工藝數(shù)值采用默認(rèn)值。
3.3澆口位置預(yù)分析澆口位置在手機(jī)外殼模具的設(shè)計(jì)中極為重要，因此要通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)對(duì)該位置進(jìn)行預(yù)分析。將要分析的制品模具的分析類型設(shè)置為GateLocation，并通過(guò)MPI軟件中含有的GateLocation分析模塊對(duì)其進(jìn)行分析。通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果為此次的模具設(shè)計(jì)初步預(yù)設(shè)一個(gè)最佳的澆口位置。
3.4流動(dòng)模擬與方案比較
3.4.1初始流動(dòng)方案模擬分析手機(jī)外殼模具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作中，最為重要的就是澆注系統(tǒng)的構(gòu)建，它是決定模具能否完成順利充模工作的主要因素[5]。與此同時(shí)，澆注系統(tǒng)也對(duì)熔體的填充行為造成直接的影響。在模具的制作過(guò)程中由于手機(jī)外殼的澆口位置和數(shù)量并不相同，導(dǎo)致熔體的流動(dòng)路徑、長(zhǎng)度和所遇到的阻力也都是情況不一的。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于模具所需要成型的制作注射的工藝參數(shù)要依具體情況進(jìn)行選擇。根據(jù)所選制品的實(shí)際形狀，將熔體流動(dòng)通道以及模具制品的表面質(zhì)量和使用要求以及制品成型參數(shù)等，依據(jù)PMI軟件分析出結(jié)果確定澆口位置。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析制定出不同的澆口位置預(yù)方案，并對(duì)其流動(dòng)行為進(jìn)行模擬與分析。
3.4.2改進(jìn)后的流動(dòng)方案通過(guò)對(duì)最初預(yù)設(shè)的澆口位置方案設(shè)計(jì)的分析，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。將澆口位置設(shè)置為四處，分別布置在手機(jī)前模的按鍵與屏幕接口處兩點(diǎn)，上半部分兩側(cè)各設(shè)一點(diǎn)。之后進(jìn)行流動(dòng)模擬試驗(yàn)。改進(jìn)后的澆口位置設(shè)計(jì)方案完全可以滿足熔體條件，且澆口位置與熔接痕都較為均勻。
3.4.3流動(dòng)和翹曲分析為對(duì)設(shè)計(jì)調(diào)整之后成型的成品進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)觀察制作效果，可以通過(guò)流動(dòng)+Flow+Warp對(duì)成品的內(nèi)在強(qiáng)度、整體的變形程度以及外觀的質(zhì)量等進(jìn)行分析。（1）熔接痕由于手機(jī)殼多采用注塑形式進(jìn)行制作，因此，塑料結(jié)構(gòu)制品熔接痕的產(chǎn)生是不可避免的。針對(duì)此現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中要盡可能對(duì)熔接痕進(jìn)行優(yōu)化，以免出現(xiàn)融合不良的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致手機(jī)成品的取向不良，并且表面出現(xiàn)裂痕其力學(xué)能力也會(huì)驟減。通過(guò)對(duì)澆口位置的方案進(jìn)行調(diào)整之后發(fā)現(xiàn)熔接痕的位置也發(fā)生變化，不再集中于手機(jī)外殼最為薄弱的區(qū)域，并且熔接痕數(shù)量也大大減少。（2）填充時(shí)間整個(gè)手機(jī)外殼模具的設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)翹曲變形的主要原因是由于在充模階段的熔體流動(dòng)不平衡。填充過(guò)程如果熔體的流動(dòng)不平衡，則會(huì)造成整個(gè)外殼的型腔內(nèi)部分位置過(guò)保壓，從而使整個(gè)制品的整體收縮不均，內(nèi)應(yīng)力加大，最后曲翹變形。因此為了防止曲翹變形現(xiàn)象的發(fā)生，保證熔體流動(dòng)的平衡性，就應(yīng)對(duì)熔體的填充時(shí)間加以控制[6]。在進(jìn)行熔體填充過(guò)程中，熔體到達(dá)模型腔末端的最長(zhǎng)時(shí)間與最短時(shí)間的差值，是反映熔體不平衡程度的主要參考值。所以要將這個(gè)差值控制在最小范圍內(nèi)，才能夠達(dá)到熔體的相對(duì)平衡。通過(guò)對(duì)本文設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行熔體流動(dòng)平衡性的分析，該方案下的熔體末端的充滿時(shí)間應(yīng)設(shè)為0.8～1.1秒之間。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，基于CAD/CAE軟件技術(shù)對(duì)超薄手機(jī)外殼制品進(jìn)行開發(fā)與注塑模型的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，可以極大地縮短手機(jī)外殼制品的開發(fā)時(shí)間和周期，并且能夠提升手機(jī)模具設(shè)計(jì)的效率以及對(duì)于其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也具有重要意義。目前手機(jī)行業(yè)發(fā)展景象繁榮，為提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，就要提升手機(jī)外殼制品的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效以及降低生產(chǎn)成本，因此企業(yè)可以大力應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)，進(jìn)而滿足企業(yè)發(fā)展需求。
參考文獻(xiàn)：
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［6］楊亞男.手機(jī)外殼注塑成型的數(shù)值模擬及翹曲變形控制［D］.上海：上海交通大學(xué)，2010
作者：司海濤 李春林 曲爾光 單位：山西運(yùn)城學(xué)院 晉中學(xué)院