手机壳CAE可模塑性分析和优化设计(上)

2007/8/10 15:04:24

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。

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