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看一看手机壳CAE可模塑性分析和优化设计

发布时间:2021-11-18 15:52:50 阅读: 来源:弹簧钢厂家

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模流分析不但可以在手机壳体的设计进程中预测可能出现的缺点,直观地反应生产品设计模型上不公道的结构,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;活动、填充、翘曲分析;实验设计优化DOE(Design of Experiments)分析。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活动,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,还没有确切反应非牛顿塑料熔体本质的流变学公式,但可以用1些简化模型来表示。常常使用的粘度公式有幂律模型、2次幂律模型、Ellis模型、Bird-Carreau模型、Cross粘度模型5种情势。幂律模型可以描述高剪切速率下熔体的流变行动, 但没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动, 虽然如此, 在充模活动分析中仍被广泛采取, 缘由在于充模阶段熔体通常有较高的剪切速率。2次幂律模型在1般情况下能较好地反应成型的流变行动,但过量的材料常数单凭流变学实验数据常常没法得到。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动。最为流行和被广泛用于活动分析的是Cross粘度模型,Cross粘度模型不但能描述高剪切速率时的幂律模型流变行动,而且可以描述接近零剪切速率时的流变行动。Moldflow模流分析软件注塑CAE软件的功能模块主要有活动、保压、冷却、翘曲、DOE等部分,各个功能模块有1定的关联性。CAE 各功能模块的利用,可以以最少本钱,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1定的辨别。根据注塑CAE软件各功能模块的特点及课题的研究方向,采取Moldflow软件,首先分析优化浇口位置,肯定浇口数量,然后对塑件进行活动和翘曲分析,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散布的参考,避免潜伏成型问题,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, 肯定出各个实验参数对实验目标的影响度大小,调理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好水平组合。可模塑性分析主要研究注塑件的几何尺寸和成型工艺对终究产品质量的影响,借助计算机辅助工程模拟活动分析软件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。网格化后的模型以下图1:图1:网格化手机模型 图2:最好浇口位置范围图

优化结果以下:图2表示最好浇口位置图。从优化结果可以看出最好浇口位置在LCD窗口左右。根据优化结果和产品结构尺寸,采取两个浇口进胶,进胶位置如图3所示。图3:浇口位置图 图4:活动前沿温度图

◆ 充填分析采取Moldflow默许浇注系统和注塑工艺设置,对模型进行活动分析,结果以下:图4表示活动前沿的温度散布情况。从图中可以看出活动前沿的温度散布比较均匀,但是在图中的圆圈标示处,温度较低强拆证据怎么保留,浇口位置和大小还需要进行微调。图5表示了分子定向情况,表面分子定向值是2,核心分子定向值为1。图5:分子定向

图6表示了熔接痕的散布情况。可以看出,在图中圆圈标示处存在因熔接痕集中散布而使强度降落的危险截面。图6:熔接痕散布图

从充填分析结果可以看出,采取两个浇口后活动是平衡的,没有出现短射等成型问题,同时注塑压力、锁模力也较低,降落了制件生产对注塑机的参数要求,但是,熔接痕散布不太理想,1些关键部位出现的熔接痕会削弱产品强度。 ◆ 翘曲分析采取Moldflow默许浇注系统和注塑工艺设置,对模型进行翘曲分析,结果以下:X向最大翘曲值为0.16毫米;Y向最大翘曲值为0.2毫米;Z向最大翘曲值为0.2毫米。从翘曲分析结果可以看出,Y向和Z向翘曲较大,这是由于大的LCD窗口使料只能沿两条狭长区域活动酿成的。分析活动和翘曲结果,制品设计和模具需要进行以下几点变更:1. 从熔接痕散布图可知,在制品LCD窗口右上角和左下角,存在危险区域。在产品设计和模具设计时,修改产品局部壁厚并调理浇口位置,使熔接痕散布于非危险截面,提高产品强度和外观质量。2. 翘曲分析结果中,Y向和Z向翘曲较大,在模具设计时,调理冷却系统,使制品均匀收缩。3. 增加LCD窗口左右壁处的加强筋数量,使熔体在此处的活动加强,这样不但能使活动前沿的温度更加均匀,熔接痕散布更加公道,而且减少因收缩不均匀在LCD窗口左右壁处产生的翘曲量。◆ DOE(Fill)和DOE(Flow)分析优化Moldflow中的DOE提供了两种实验设计方法:Taguchi和Factorial实验设计。Taguchi方法通过运行数目较少的1组优化实验,肯定出对实验目标的影响最大的实验参数。Factorial方法运行的实验数目要大于Taguchi方法中运行的实验,它用以肯定实验参数的最好实验水平组合。本课题首先使用Taguchi方法肯定出对实验目标的影响最大的实验参数,然后使用Factorial方法肯定实验参数的最好实验水平组合,分别对Fill 和Flow进行优化。 DOE(Fill)和DOE(Flow)的优化目标为肯定手机壳体的最好壁厚,保证设计的强度和经济性,提高设计质量。设计变量为注射时间(Injection time)、膨胀/紧缩注射情况(Expand/compress injection profile)、增厚(Thickness multiplier)。设计变量的值以下表:由于优化目标是肯定手机壳体的最好壁厚,所以设定“注射时间”和“膨胀/紧缩注射情况”为自动,增厚值为在40%范围内变化。优化的结果以下:当壁厚为1.15毫米左右时,活动前沿温度值最高,熔体活动性最好。壁厚大于或小于1.15毫米时,活动前沿的温度值都低于1.15毫米左右时活动前沿的温度值。当壁厚为1.3毫米左右时农村的老房子可以强拆吗,体积收缩变量最小拆迁后女儿户口还可以分房子吗,当壁厚大于或小于1.3毫米左右时,体积收缩变量都增大。这表示当壁厚为1.3毫米左右时,产品的收缩最均匀。当壁厚为1.2毫米左右时,收缩指数最大。当壁厚为0.95毫米左右时,剪切应力最大,当壁厚大于0.95毫米后,剪切应力逐渐减小。 由分析优化结果可以看出制件的平均壁厚为1.25mm时,活动前沿温度、体积收缩变量、收缩指数和剪切应力得到最好水平。所以制件的最优壁厚为1.25mm。同传统的实验方法相比,DOE不但节省了时间和精力,而且利用最少的实验获得覆盖面非常广泛的实验结果,得到了产生最好效果的实验参数组合。结论:计算机辅助技术已成为现代设计方法的主要手段和工具,而其中的CAE技术又成为现代设计流程的核心。文章针对手机产品的特点,研究了将浇口位置分析、充填分析、翘曲分析和DOE分析优化(实验设计分析)相结合的优化设计方法,在设计前期避免将来成型时产品可能出现的缺点,利用Moldflow的DOE技术,优化了制件的结构和平均壁厚,在保证制件性能和功能的条件下,节省了材料,从而提高了产品设计的质量和效率。原载《国际塑料商情》(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章