CAD/CAE技術在液晶顯示器底座塑料模具設計中的應用

朱曉東，曹 偉

（江蘇省聯合職業技術學院 南通分院，江蘇 南通 26011）

CAD/CAE技術在液晶顯示器底座塑料模具設計中的應用

朱曉東，曹 偉

（江蘇省聯合職業技術學院 南通分院，江蘇 南通 26011）

以液晶顯示器底座注塑成型及模具設計為對象，采用CAD/CAE技術對其注塑工藝和模具設計進行研究，通過Moldflow軟件對產品進行模流分析，能真實反映塑件在注塑成型過程中冷卻、填充、保壓、翹曲的相關信息，對產品注塑缺陷提前預知并采取相應的優化方案，提高產品的注塑合格率．

液晶顯示器底座；注塑工藝；模具設計；模流分析

雖然目前我國的模具設計制造水平有了較大的進步，但是在模具的自動化、專用化、小型化、復雜化等方面與國外一些發達國家相比還有較大差距．本文以液晶顯示器底座注塑成型及模具設計為對象，采用CAD/CAE對其注塑工藝和模具設計進行研究，通過Moldflow軟件對產品進行模流分析，以提高注塑件的質量和效率．

1 液晶顯示器底座二維零件圖分析

液晶顯示器底座零件圖如圖1所示，可以發現液晶顯示器底座上有很多凸臺，零件尺寸中等，決定采用一模一腔的排布．根據模具實際使用要求，精度采用13級的一般精度要求，零件底部及上表面非接觸表面粗糙度達Ra1.6 μm，零件上表面配合表面局部粗糙度達Ra0.8 μm，其余表面粗糙度為Ra3.2 μm[1]．

2 Moldflow CAD DOCTOR模型修復及模具設計注塑成型

Moldflow CAD DOCTOR軟件是一款功能強大的模型修復、簡化、調整軟件，能夠生成高質量的三維實體模型，并可以直接導入Moldflow軟件進行網格劃分及有限元分析，通過Moldflow CAD DOCTOR自動修復，轉換內核．產品在轉換修復之前進行檢查，將模型間隙、自相交曲線、丟失面、自相交曲面等錯誤，運用修復工具修復為0．

圖1 液晶顯示器底座零件圖

2.1 Moldflow網格劃分

Moldflow軟件是一款非常優秀的模具有限元分析軟件，該軟件能夠對產品進行模擬注塑分析，反映塑料在注塑過程中熔融流體流動狀況，能夠對模具設計進行優化設計[2]，對注塑成型過程中產生的成型缺陷如：縮印、氣穴、熔接線等進行成型分析，目前在注塑模具設計行業中較為普遍．運用Moldflow軟件對產品進行網格劃分，分析澆口位置，得最佳澆口位置靠近節點7750處，如圖2所示．

2.2 快速填充

快速充填分析可以通過快速充填過程動態模擬來推算塑料制品在充型過程中是否出現短射或缺膠現象，如出現短射報警，需對零件工藝進行調整，重新進行快速充填分析直至塑料能夠完全充填，調試填充分析結果見表1．

圖2 澆口位置分析

表1 填充分析結果

2.3 冷卻、填充、保壓、翹曲分析

對產品正確創建流道、水路及模具表面，模具帶有2個冷卻入口回路，1個模具鑲塊，1個注射位置，對模具進行“冷卻+填充+保壓+翹曲”分析[3]．分析結果可以得出塑件的充填時間為3.945 s；速度/壓力切換時的壓力為6.42MPa；流動前沿溫度變化區間為245.1～300℃；模具總體溫度變化范圍為59.93～300.5℃．注射位置處壓力XY圖如圖3所示，當時間0~0.2 s時，注射壓力快速上升為5.65MPa．3.8 s時注射壓力為5.65MPa，此時進入第二階段，注射位置處壓力降為5.136 MPa，此過程一直持續至13.54 s，當接近14 s時，壓力迅速下降，15 s時，注射位置處壓力接近0 MPa．塑件頂出時的體積收縮率變化范圍為4.147%～18.11%，模具注射時的鎖模力變化具體過程如圖4所示．產品底部設計有圓柱型支撐凸臺，由于該結構壁厚較薄，在塑料熔體充填過程中流動緩慢，容易產生熔接痕[4]，但由于熔接痕處于產品底部隱蔽處，對產品外觀沒有任何影響．

圖3 注射位置處壓力(XY圖)

圖4 鎖模力（XY圖）

產品的翹曲變形主要集中在產品體四周，在Z向的變形范圍為0.3147～0.3588 mm，Z向變形較小，不會影響產品的使用要求，注塑方案可行．按照注塑工藝要求進行試模，在試驗過程中，根據塑件常見的缺陷，分析原因，不斷調整注塑方案，設計制造生合格產品．

3 討 論

研究表明，Moldflow軟件能夠真實反映出塑件在注塑成型過程中冷卻、填充、保壓、翹曲的相關信息，對產品注塑缺陷提前預知并采取對應優化方案，在注塑過程中引用Moldflow軟件對產品進行分析調整優化，能夠提高產品注塑合格率．但還有進一步優化的空間：

1）影響產品注塑的因素較多，要確保產品100%的合格率，需要運用Moldflow軟件制定更為合理的工藝方案．

2）產品在注塑過程中會因為模腔中排氣不良造成產品成型缺陷，如何確保模具制造、安裝、注塑過程中良好的排氣性，需要更深入的研究思考．

3）產品在注塑流動過程中，在兩股料流交匯處容易產生熔接痕，熔接痕的產生會影響產品的美觀及塑件質量要求，如何避免熔接痕的產生，還有待進一步優化注塑工藝．

[1] 穆存遠，柴宇，呂明．基于FDM成型制件質量實驗研究[J]．沈陽建筑大學學報（自然科學版），2015（5）：17-19．

[2] 嚴志云，謝鵬程，丁玉梅，等．Moldflow在注塑成型模擬分析中的應用[J]．塑料制造，2010（3）：87-89．

[3] 王東峰，陳澤中，劉會，等．基于Moldflow的汽車擾流板模流分析及翹曲優化[J]．塑料工業，2014（9）：42-45．

[4] 葉久新，王群．塑料制品成型及模具設計[M]．湖南科學技術出版社，2005：148-156．

Application of CAD/CAE Technology in Mould Design of LCD Base

ZHU Xiaodong, CAO Wei
（Nantong Branch, Jiangsu Union Technical Institute, Nantong, Jiangsu 260011, China）

This paper researches on the CAD/CAE technology applied in injection molding and mold design of the liquid crystal display base. Data acquired through the analysis of Moldflow software on product mold flow can reflect related information about the cooling, filling, packing and warping of plastic parts in the injection molding process. To predict the injection molding deficiency and optimize the molding process, the product qualified rate can be improved.

flat panel LCD monitor stand; shooting technique; mold design; moldflow analysis

TG76

：A

：1672-0318（2017）01-0029-03

10.13899/j.cnki.szptxb.2017.01.007

2016-09-16

朱曉東（1983-），男，江蘇南通人，工程碩士，講師．主要研究方向為機械設計制造及其自動化．