Moldflow 在改善带嵌件的手机外壳翘曲变形中的应用 上海湃睿信息科技有限公司 李双林
蜜饯LH
摘要：本文介绍了Autodesk Moldflow 软件在带嵌件的塑胶产品翘曲变形中的应用，通过一个手机外壳的案例详细说明了嵌件对产品收缩和变形的影响，并通过模拟分析到变形的原因和改善的方向，最终达到改善产品变形的目的。 关键词：嵌件，Insert-molding ，翘曲，变形
一 引言
目前，传统的塑料加工技术已渐渐无法满足新时代的需求，轻、薄、短小的消费性电子产品已成为主流, 由于Insert-molding 的优点适合于3C 、家电、医疗及汽车零件之塑料产品，特别是目前流行的手机外壳及各式的电气产品。嵌件可以是金属，也可以是冷却后的塑胶件。这类嵌件产品在生产过程中面临的最大问题就是变形问题，因为嵌件嵌在塑胶中改变了产品原来的壁厚分布，致使产生收缩差异；另外一方面，嵌件自身虽然不收缩，但会抵制胶料的收缩，使得带嵌件产品的收缩模式和翘曲变形变得较为复杂，并难以预测，给实际的生产带来很大的困扰。
卫星星历
如图1所示，经由Moldflow 分析对嵌件变形问题的原因判读如下：嵌件为金属件，本身不收缩，但由于嵌件的机械属性会限制胶料从高温到低温的收缩。如果嵌件为冷却后的塑胶产品，塑胶件与嵌件接触一侧热传递相对较差，致使温度较高，也使得产品向温度高一侧翘曲。因此是否考虑Insert 的影响直接影响产品的翘曲变形形状，且Insert 的材质改变产品的翘曲形状也会随之改变。
Autodesk Moldlfow 软件的Insert-molding 分析可以比较准确地模拟出带嵌件产品的收缩分布并通过动态的耦合计算获得Insert 对产品收缩的限制作用，从而准确获取产品最终的变形形状及变形大小，从而可以预先精确的评估成型后的产品是否满足设计要求，再通过Moldflow 的原因分析到产品变形的主要原因，最终指导模具或产品开发人员确定最合适的改善方案。
二 案例简介
本文以一某手机外壳为例，探讨如何应用Autodesk Moldflow 改善手机外壳的翘曲变形。图1 Moldflow 对塑胶产品变形问题的判读
普通塑胶产品射出成型 整体均匀内缩
有嵌件的塑胶产品射出成型
整体朝胶件一侧弯
产品为一带不锈钢片的手机上盖，一模一腔，如图1所示。材料为Cheil Industries , Staroy HI-1001BN （PC+ABS ）。采用冷流道通过1个点进浇和1个潜浇口进浇，产品的品质要求为组装顺畅，重点是装配面即下底面的平面度不超过0.2mm 。节能燃烧机
三 分析结果与讨论
1.原始设计
在初始的注塑成型条件下得到的产品的翘曲变形放大10倍如图2所示。产品的变形
向定模方向凸起，如图3所示装配面的平面
跳动度为0.54mm ，远远超出了产品的品质要
求。
如果不考虑不锈钢片对变形的约束，产
品的变形（放大10倍）如图4所示，产品整体的变形量相对来说小了很多，而且变形
的方向是相反的，这样与实际不一致，会导
致错误的分析结果。因此嵌件对产品的变形
影响很大，如果只做产品的翘曲分析，对后
续指导实际的模具开发毫无价值。
因此在实图2 产品的变形
图3 产品装配面的平面跳动度
图4 产品有嵌件与无嵌件的变形比较
有嵌件
无嵌件 图1 产品3D 图及网格模型的构建
非pvc软袋嵌件
际分析中，必须考虑Insert 的约束以获得准确的翘曲变形结果。
产品实际的变形情况如图5所示，变形趋势与实际完全一致。
2.变形原因分析
玻璃钢蓄水池
Moldflow 的翘曲分析把变
形原因分为以下三个：（1）不同的
收缩量，由于产品壁厚不均匀导致
的体积收缩量不同；（2）不同的冷
继电器延时电路
却速度，由于产品不同部位的冷却
时间不同导致的体积收缩量不同；
（3）取向的影响（分子或纤维取
向）各向异性，相对材料流动方向
的收缩，平行方向及垂直方向的不
同收缩。如图7把产品的变形分解为以上三个原因，其中由于该产品的成型材料不含玻纤，玻纤对变形无影响，冷却对产品也几乎无影响，主要原因为各个区域的体积收缩不均。从变形原因分析同样反映了该手机外壳变形是由于收缩不均引起的。
如图8为手机外壳截面上的体积收缩分布图，
由于不锈钢片的位置偏于产品壁厚方向的上侧，
致使上侧壁厚较薄，下侧壁厚较厚，从收缩数据
可看到产品上侧的收缩相对较小（1.253%），下侧
的体积收缩较大（3.292%），上下侧的收缩差异较
大引起产品向厚壁一侧翘曲，所以该产品成型后
向定模方向凸起。
通常，改善嵌件成型产品由于体积收缩不均
引起的变形可以从以下两个方面着手：降低产品的各个区域之间的收缩差异，即调整产品的壁厚，
图7 产品的变形原因分析 主要原因
图5 实际的产品变形与模拟的变形比较
图8 产品的体积收缩分布图
改善各个区域的保压，调整浇口位置或增加浇口数量等；另一方面，为了改善嵌件产品的翘曲变形，当塑胶产品对残余应力要求不高的时候，可以提高嵌件的刚性，让硬度更高的嵌件来抵抗这个产品的翘曲变形，具体可以选择硬度更高的Insert 材料或改变Insert 的形状或结构，以增加其硬度。
3.改善设计
针对该手机外壳的翘曲变形，我们可以从改善产品的体积收缩差异着手，图9为提高产品的保压来改善产品的翘曲变形，整个产品的翘曲模式发生了改变，向动模方向稍凸起，且产品的装配面平面度为0.24mm ，比之前的平面度降低了55%。
究其原因，我们来看提高保压后产品截面上的体积收缩分布，如图10所示，从收缩数据可以看出，壁厚方向上的收缩变得均匀些，收缩差异
有较大的改善（上侧收缩为0.4249%，下侧收缩为
1.00%），因而降低了产品的翘曲变形。
前面也提到，改善体积收缩不均匀有很多种方法，
往往在实际的应用中，我们可能要同时采用几种方法去
改善产品的变形，其中改善产品的壁厚和更改嵌件的材
料，一定要与产品的结构设计工程师充分沟通，在满足
产品结构和功能的同时，又要保证产品成型能够得到较
好的质量，这样才可以得到合适的方案，最终达到改善
产品翘曲变形的目的。 四 结论
嵌件成型的翘曲变形是较复杂的，仅仅靠经验去评估产品的成型状况往往是不准的，利用Moldflow 的Insert-molding 分析可以预先评估产品的变形情况，进而到改善的方向，避免在实际过程中反复的试验，提前发现产品设计和模具设计的潜在问题，
减少产品和模具图9 提高保压后产品的变形及装配面的平面跳动度
图10 提高保压后的体积收缩分布
的修改次数，缩短开发周期，降低开发成本。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议