手机壳CAE可模塑性分析和优化设计(上)

手机壳CAE可模塑性分析和优化设计(上)

手机壳体的结构强度和外观质量是手机的重要的考核部分。CAE模流分析不仅可以在手机壳体的设计过程中预测可能出现的缺陷，直观地反映出产品设计模型上不合理的结构，而且可以通过模拟，优化手机壳体的结构强度，提高整机的可靠性。本文主要从以下几方面来对手机壳体进行优化：浇口的位置优化分析; 流动、填充、翘曲分析; 实验设计优化DOE(Design of Experiments)分析。

注塑CAE的数学模型

为了能预测和模型化描述在注塑成型中存在的复杂聚合物流动，必须了解CAE技术的核心数学物理模型及其由此带来的求解难度、局限性。目前，尚无确切反映非牛顿塑料熔体本质的流变学公式，但可以用一些简化模型来表示。

常用的粘度公式有幂律模型、二次幂律模型、Ellis模型、Bird-Carreau模型、Cross粘度模型五种形式。幂律模型可以描述高剪切速率下熔体的流变行为, 但无法描述低剪切时的熔体粘度, 特别是零剪切速率时的流变行为, 尽管如此, 在充模流动分析中仍被广泛采用, 原因在于充模阶段熔体通常有较高的剪切速率。二次幂律模型在一般情况下能较好地反映成型的流变行为，但过多的材料常数单凭流变学实验数据往往无法得到。 Eills模型在较低的低剪切速率下，可以预测零剪切粘度；在较高的剪切速率时接近于幂律行为。最为流行和被广泛用于流动分析的是Cross粘度模型， Cross粘度模型不仅能描述高剪切速率时的幂律模型流变行为，而且可以描述接近零剪切速率时的流变行为。

Moldflow模流分析软件

注塑CAE软件的功能模块主要有流动、保压、冷却、翘曲、DOE等部分，各个功能模块有一定的关联性。CAE 各功能模块的应用，可以以最少成本，最短时间，最实际可行的方案优化目标。但是，由于所用的原理有差异，各个模块在使用时有一定的区别。

根据注塑CAE软件各功能模块的特点及课题的研究方向，采用Moldflow软件，首先分析优化浇口位置，确定浇口数量，然后对塑件进行流动和翘曲分析，在设计阶段，评估设计方案的可行性与成型性，作为修改设计与产品壁厚分布的参考，避免潜在成型问题，如短射（欠充填）及气穴，评估不同设计参数变更对产品成型的影响，以进行必要的设计变更及优化。最后利用Moldflow软件的实验设计优化模块DOE(Design of Experiments)，以制件壁厚、熔体温度和模具温度为实验参数, 确定出各个实验参数对实验目标的影响度大小，调节实验目标影响最大的实验参数取得更好的实验结果，获得各个实验参数最佳水平组合。

可模塑性分析

主要研究注塑件的几何尺寸和成型工艺对最终产品质量的影响，借助计算机辅助工程模拟流动分析软件Moldflow，在综合分析的基础上对塑料件几何尺寸和成型工艺进行优化，从而在设计阶段有效地解决可能出现的质量问题。

◆ 浇口位置分析优化

选用GE Lexan EXL 1414 (PC)作为分析材料，Pro/E作为建模软件，Moldflow作为模拟分析软件。分析目标为手机前壳，壳体平均设计壁厚为1mm。网格化后的模型如下图1：

图1：网格化手机模型 图2：最佳浇口位置范围图

优化结果如下：

图2表示最佳浇口位置图。从优化结果可以看出最佳浇口位置在LCD窗口左右。

根据优化结果和产品结构尺寸，采用两个浇口进胶，进胶位置如图3所示。