塑料顾问在手机外壳模具设计中的应用

　　摘要：介绍塑料流动分析软件塑料顾问的主要理论，以手机外壳模具设计为例，阐述塑料顾问在模具开发中的重要作用。

　　一 前言

　　随着塑料工业的迅速发展，传统注塑模具产品研发和管理模式正面临着挑战，客户对于产品的外观、质量、制造周期也提出了更高的要求，而CAE的应用实现了从概念到产品化的快速转换，使各种创造性的设计思想得到快速验证，将问题消灭在设计阶段，将产品做的更加完美。计算机辅助技术已成为解决塑料模具产品开发中出现的问题的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在减少设计周期、提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。

　　塑料的几何特性和注射成型工艺参数都很复杂，由于塑料制品的多样性、复杂性和工程技术人员经验的局限，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。依据经验难以全面考虑设计因素，往往通过反复试模、修模来纠正设计缺陷，具有较大的盲目性，不仅使模具的生产周期长、成本高，而且质量也难以保证。CAE技术与模具实践经验相结合，在确定模具浇注系统帮助客户、改进产品设计、预测并改善注塑缺陷等方面发挥了十分显著的作用，提高了模具开发的可靠性，取得了显著的经济效益。CAE技术是利用聚合物流变学、热力学、计算力学和计算机图形学等等基础理论，对注射成型流动、保压、冷却等过程进行数值模拟，能在制造模具之前，预测熔体在型腔中的成型，帮助发现潜在的问题，从而控制问题的发生，为科学生产提供依据。

　　Pro/ENGINEER是目前应用广泛CAD/CAM/CAE软件，功能强大，性能优越，广泛的应用机械、电子、汽车、家电、玩具等等各行业中，在模具开发中更起着重要的作用，Pro/ENGINER内置的塑料顾问(Plastics Advisor6.0)模块，是专门的注射成型CAE分析软件，能使设计者在模具设计阶段，对型腔的流动过程、填充情况、及其可能出现的缺陷有所了解，并可以帮助选择合理的浇口位置，有利于控制塑件产品的质量。

　　二　塑料顾问的主要功能

　　PRO/E早期塑料顾问，提供一些常用的分析，如时间、压力、模温、冷却等等，给设计人员以方向性的指导，野火2.0塑料设计顾问软件包是专门用来处理塑料射出成形的模流分析，它与PRO/E无缝连接，可以直接读取模型资料，无须进行数据转换，避免数据格式不同而产生一些缺陷;它在计算时把塑料视为牛顿胶体，即线性假设，易于用牛顿剪切流动规律描述其流变学性质;它内建丰富的塑料经验数据库，包括世界知名的大厂，利于工程人员进行有效的分析。塑料顾问能有效的节约开发时间和成本，采用计算机来模拟塑件成型过程，能避免各种不良问题的发生;确保塑件的质量，塑件的翘曲、过填充、溢料、应力集中产生开裂都会降低，预测熔接线的位置，确定排气孔的位置，发现注射压力、温度过高不足等，这样能及时修改模具设计方案，避免了迟缓的周期设计变更;当然这样的设计具有较大的灵活性，试验不同的材料流动性，从而选择出最合理的材料。

　　塑料顾问通过提供一个充分定义的通用塑料材料库、典型注塑机器参数的自动选择功能塑料模设计顾问消除了对专业塑料加工知识的需求。塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，所以它是与注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具。可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置，它可提供了填模动画、描述设计"可模塑性"的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置。

　　塑料顾问可设定工艺参数、塑料的型号和建议注射位置，便可模拟塑料填充过程，可以直观看到温度和压力分布、熔接痕、气泡的位置、热缩性、产品质量预测.可提供设计整体可加工性的指导，指出潜在问题及提出修正建议。塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，它是注塑设计节省成本和时间的理想工具。

　　三　塑料顾问在手机外壳模具设计中的应用

　　进入Pro/ENGINEER系统，打开要分析的文件，选择应用程序下的Plastics Advisor，由于并不清楚浇口设置在何处，在随后弹出的窗口选择取消，进入Plastics Advisor6.0，运行浇口位置分析，显示蓝色的位置是最佳的注射点，一般需要做一个基准点，这样选择比较准确，然后就可以模流分析(Plastic Flow Analysis)了，可以看到填充质量(Confidence of fill)、温度分布(Flow front drop )、填充时间(Fill time)、注射压力(Injection pressure)、冷却温度(Cooling quality) 、产品质量预测(Quality prediction)等分析结果。继续运行冷却分析(Cooling Quality Analysis)与缩痕分析(Sink Mark Analysis)，可以解决更多的问题。

　　如图一　分析显示蓝色位置为注射点，很明显要保证手机外观的漂亮，注射点选在内部，这样就增加了设计难度，需要设计潜伏式浇口，塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注射进型腔，因而塑件的外表面不受损伤，不至于因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

　　如图二　充填时间即为塑料填满到模具各处的时间，中心的红色区域是最先填满的，而外围的蓝色是最慢填慢的，如图可以看出两端很难尽快的充满，即便充满了也容易形成气泡，解决这样的问题就要在两端合适的部位各添一个浇口，不过在两股以上熔体汇合处，料流的前端是气体切温度比较低，易形成熔接痕.它影响美观，也降低强度，但是可以设置成圆环形浇口，流动状态比较好，无熔接痕，而轮辐式有熔接痕，轮辐越多，熔接痕就越多。解决熔接痕的方法很多：提高塑料温度，加大注射压力，开设冷料穴等等。气泡的形成原因一般是由于气体竟流体前后冲撞型腔壁，到最后填充区域，困住而形成。气泡会在零件表面留下银色丝状斑纹，形成伤疤，影响美观。其实这些气体的主要由于塑料本身的水分，也可能是由于塑料受热时间过长，温度生高而发生降解形成气体，或者润滑物过多，这个问题好解决，进行塑料预热能有效的解决问题。气泡与注射压力、注射速度、料量多少等工艺参数也有一定的关系。与模具也有一定的干系：流路不良，这可能是由于产品向轻巧方向发展，流道越来越细，生产中容易出现问题.排气不良，缺少必要的排气孔。不过如果不经过分析，模具设计者很难想到要在合适的地方加强排气， 只能等试模时才能发现问题，必然会提高整个产品上市周期。#p#分页标题#e#

　　根据填充的时间可以来选择推料杆的压力。控制塑料填充的速度，减少注射过程中的缺陷：银丝，缺料，流痕等现象，使塑件美观大方，符合质量要求。

　　根据熔接痕产生的位置的不同，具体采取的措施也回有出入，通过加高塑料温度，加大注射压力，增加喷嘴温度，开设冷料穴。可以根据气泡的大小及位置来开设排气系统，把型腔内的高温气体排除，减小它塑件的不良影响，避免气孔与熔接痕留在塑件上。

　　如图三 注射压力是喷嘴在注射期间的压力。每一种颜色代表不同的压力。可以根据右边查出每个部位的注射压力，根据注射压力来选择压力机，这样压力机的大小吨位容易把握，不至于太小会是零件溢边，太大造成资源浪费，选择合适的压力机，既要保证零件的质量，又可以降低成本，提高效益。

　　注射压力一般与压降参数一起分析考虑，有的零件在不同的区域，压降可能有所不同，实际的注射压力则不需要那么高，如果不统筹兼顾，可能会由于部分区域的高注射压力造成过保压。改善注射压力的方法有许多，直接调整注射机，可根据模型窗口对话所指示来调整，简单而又直接，有时候由于调整不同区域的不同压力，就需要其他的方法：修改流体的浇口，当浇口的数量增加时由于流道变短压力也会不平衡，可能会局部压力增大致使塑件翘曲变形，影响美观。变更塑件的几何模型或改变材料也会影响注射压力。

　　如图四 波前温度是衡量填充可行性的一个重要要指标，底溶解温度会导致中等甚至下等的可填充性，低温可能回发生迟滞或短射，高温则会使塑料物质退化和表面瑕疵，一般来讲：波前温度最好控制在一个可行数据之内，这个数据由流体性质决定，也可由经验做参照。

　　改变波前温度的方法大致有：增大或减小注射时间，增大或减小模具温度。

　　如图五 填充的比较好的，基本是绿色通道。注射压力和波前温度、压降是检验填充可行性的重要指标，反复调整好这些参数，可以生产质量上乘，外观漂亮的产品。

　　如图六 显示黄色的区域是属于中等质量的表现，不过它面积小不影响大局，不会有质量个问题，如果有大片的红色或黄色的区域，很可能是某些参数不合理，打开塑料顾问的相关帮助，可以给出问题的所在，来解决问题。

　　质量预测，往往不会一次就出现你所希望，常常需要反复调试，才能有你所期望的质量，这些结果可以从压力、温度获取到参照。

　　塑料顾问最后可以生成一个报告，它会把先前所做的分析保存起来，然后生成MPA报告表，这样很方便的查看分析结果，有利于从中得出结论。

　　四 结束语

　　用户应尽可能多了解一些CAE软件，像Moldflow、C-flow,也是比较好的模流分析软件.以便正确判断和解释分析结果。CAE技术的出现使注射模设计从传统的经验和技艺走上科学化的道路，改变了注射模传统的生产方式，随着CAE技术研究的深入，将技术与CAE技术有机结合起来，实现浇注、冷却系统的自动、优化设计。

　　在生产中,CAE技术模拟充填的过程，可以预测塑件在成型过程中可能出现的缺陷，从而改变设计，通过仿真验证，通过少量的修模，可以获得高品质的模具。提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点,反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱,未经反复修模的模具，其寿命也较长，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。这是发展的必然趋势。。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。