淺談液晶顯示器外殼的前框模流分析及模具設計

劉深超 常蘭

摘要：針對液晶顯示器外殼前框設計的案例，本文采用Moldflow軟件對液晶顯示器外殼前框進行模流分析，以便使產品在注塑成型過程中存在的問題得到真實、全面反映，從而獲得模具設計的數據依據。從產品分析結果來看，模具設計需要一模一腔結構，并通過做好型腔、澆口位置和倒扣機構的設計保證產品性能和加工順利，最終實現提高產品注塑合格率的目標。

關鍵詞：液晶顯示器；外殼前框；模流分析；模具設計

引言：

伴隨著模具設計制造技術的發展，目前國內已經可以實現模具的自動化、專用化設計和制造。但相較于發達國家，我國在模具設計方面仍然存在較多問題。分析問題的成因可以發現，主要是由于未能在模具前期設計中做好模流分析，繼而導致產品加工的質量和效率受到了影響。因此，還應加強對注塑產品的模流分析，以便更好的完成模具設計。

1液晶顯示器外殼前框結構分析

案例27英寸液晶顯示器外殼前框采用玻纖增強ABS塑料，材料縮水率在0.003到0.005之間，平均為0.004。產品結構較薄，平均壁厚2.2mm，尺寸較大，長寬高分別為657.5mm、385.4mm、16.5mm，為左右對稱結構，具有較高配合要求。產品內外表面均較為圓滑，整體無尖角，擁有較高絕緣性要求。在產品背面四側，共18個卡扣，配有定位孔柱和安裝卡槽。在產品制作上，需要采用注塑工藝。為保證產品成型性能良好，需要實現對整個注塑過程的模擬分析，從而實現模具設計優化，確保試模一次成型。

2液晶顯示器外殼前框的模流分析

2.1 Moldflow軟件

結合產品仿真分析需求，需要采用Moldflow軟件實現模流分析。利用該軟件，可以先利用Pro/E造型軟件直接生成高質量三維實體，對模型進行簡化。在軟件應用過程中，直接導入Moldflow軟件，可以完成產品網格劃分，并對注塑過程進行有限元分析，確定塑料在工藝過程中的熔融流體流動狀況[1]。憑借軟件自動修復功能，則能對模型間隙、丟失面等錯誤進行檢查，及時發現氣穴、縮印等成型缺陷，然后利用修復工具對缺陷進行修復，完成模具的優化設計。

2.2模流分析過程

在實際分析過程中，需要先將得到的產品三維實體模型以.STL格式存儲，然后倒入Moldflow軟件中得到有限元模型。而產品網格為雙層面，通過自動劃分可以對澆口位置進行分析，確定最佳的澆口位置。在產品澆注過程中，模具中由注塑機噴嘴到型腔的通道是否合理，將對產品外觀、尺寸、性能等產生重要影響，決定模具結構是否得到了合理設計。而澆口位置將對熔體在型腔內的流動產生影響，位置不佳將導致產品出現密度不均勻、熔接痕、充填不良等問題。采用Moldflow軟件，可以對澆口位置和澆注系統是否合理進行分析，避免模具成型問題的發生。此外，利用Moldflow軟件也能對充填過程進行動態模擬，確定塑料在充填期間是否出現缺膠或短射情況，一旦發現則要對充填速度、壓力等參數進行調整。在分析過程中，設定材料的熔融溫度為210℃，熔體最高和最低溫度分別為240℃和195℃，模具溫度為80℃，最大剪切速率為60s-1，注塑速度為669g/s，注塑質量為3145g，注塑機的鎖模力為7800kN，塑化能力為852g/s，螺桿直徑為100mm。

2.3模流分析結果

從模流分析結果來看，比較多種注塑方案可以發現，最佳澆口位置在靠近節點7750處。按照該方案，獲得的注塑時間最短，為60s，注塑壓力也最低，為80MPa。而產品體積收縮率為4.5%，整體尺寸無明顯變化，可以滿足產品加工要求。從熔體充填過程來看，塑料緩慢流動，導致底部隱藏位置出現了熔接痕，但不會給產品外觀帶來影響。而產品四周在Z向上產生了變形，范圍在0.314-0.358mm之間。結合現有注塑設備，還要采用一模一腔結構進行模具設計。從模具工作原理上來看，在合模的過程中，注塑機噴嘴將經過定位環將高溫熔融的塑料注射到澆口。經過熱流道分流板，塑料將被分配到各熱嘴中，然后注射到型腔內。經過20s的保溫、保壓后，會充填至模具內腔。在內腔充滿后，噴嘴將停止進膠。降壓通水路后，冷卻20s后可以開模，先將動模和定模分開，然后利用定桿將推板推出，借助推桿等機構將產品頂出[2]。下次合模前，頂桿會發揮強制回位功能，促使推板等復位。此外，針對模流分析中發現的彈簧復位過程中容易卡住的問題，還要利用斜銷將倒扣推出。

3液晶顯示器外殼前框的模具設計

3.1型腔結構設計

結合模流分析結果進行模具的型腔結構設計，還要采用整體嵌入式結構。從整體上來看，產品型腔擁有較大尺寸，在安裝過程中可能遭遇困難，所以還要將其與定模板單邊配合的間隙擴大，保持0.5mm間隙，然后在模板凹槽4角進行避空孔的設置。在吊葫蘆作用下，型腔則能被輕松安裝至凹槽內。利用擠壓塊，并使用螺釘固定，可以保證型腔緊貼模板側面。考慮產品擁有較深的卡槽，還要進行鑲件成型，在組合式型芯上采用臺肩形式進行鑲件固定，從而使模具加工難度和成本得到降低。

3.2澆口位置設計

針對液晶顯示器外殼前框，產品外觀要求較高，完全不允許存在澆口痕跡。結合這一要求，還要利用潛伏式澆口對澆口痕跡進行隱藏，使痕跡留在產品背面。但是考慮到產品無高骨位結構，難以進行潛伏式澆口的設置，如果采用潛頂針方式進行澆口設置，需要利用人口方式進行膠位去除，導致產品生產成本增加。綜合考慮，還要采用牛角進膠的方式，確保產品脫模時能夠將澆口自動切斷。而產品框形具有薄且大的特點，充填過程中容易翹曲變形，還要利用平衡式流道4點進膠，確保產品能夠以料流方式填充，得到均勻收縮，減少變形的產生。從澆口結構上來看，直徑為1mm，牛角長25mm。為確保牛角能夠順利頂出，需要在流道上進行管位的設置。在實際加工時，牛角的加工方法要采用先完成鑲件的制作然后進行拼合的方法。

3.3倒扣機構設計

針對合模時發生的模板與斜頂干涉碰撞的問題，需要完成倒扣機構的設計。具體來講，就是在產品背面利用側向抽芯機進行18個卡勾的設置，以便利用推出機構的推力對斜頂座的運動進行驅動，促使其向上將斜頂推出。采取該種設計，可以使斜頂在導向槽內斜向運動，在產品推出時順利脫模，并完成側向抽芯動作。因此設計該結構，不僅能夠解決干涉碰撞問題，也能發揮助推產品脫模的作用。針對頂出系統，還要完成復位機構的設置[3]。此外，產品背面依然存在兩個卡扣無法利用斜頂脫模。針對這一問題，還要進行強制脫模，即借助產品本身殼體彈性將倒扣強制脫出。為避免產品在這一過程中被拉斷，還要確保脫模部位變形空間較大，同時倒扣形象修正成圓弧形。

結論：

通過分析可以發現，采用Moldflow軟件對液晶顯示器外殼前框進行模流分析，可以使產品在注塑成型過程中存在的問題得到真實、全面反映，所以能夠為模具的設計提供足夠的數據依據。從產品分析結果來看，還要采用一腔一模結構進行模具設計，并通過做好型腔、澆口位置和倒扣機構的設計保證產品性能和加工過程不受影響，繼而獲得更高的產品注塑合格率。

參考文獻：

[1]朱曉東，曹偉.CAD/CAE技術在液晶顯示器底座塑料模具設計中的應用[J].深圳職業技術學院學報，2017，16（01）：29-31.

[2]朱曉東.基于液晶顯示器底座的模具設計[J].時代農機，2016，43（07）：79-80.

[3]劉磊，吳建.液晶顯示器前殼注射模具設計[J].輕工機械，2013，31（06）：9-12.