基于Pro/E零件模塊的手機殼產(chǎn)品造型設(shè)計研究

王健

基于Pro/E零件模塊的手機殼產(chǎn)品造型設(shè)計研究

王健

基于Pro/E零件模塊的手機殼產(chǎn)品造型設(shè)計，是CAD/CAE技術(shù)開發(fā)人員關(guān)注的核心問題。本文結(jié)合手機外殼制品實體造型、結(jié)構(gòu)特征，通過澆口位置選擇、充模時間控制和注射壓力控制仿真分析，重點對手機殼產(chǎn)品進行分型面選擇、澆注系統(tǒng)設(shè)計、成型零件設(shè)計、模架及其零部件選擇裝配及開模仿真分析設(shè)計。在詳細分析、論述中，本文介紹了Pro/E技術(shù)背景下手機外殼產(chǎn)品造型設(shè)計的相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合ANSYS 軟件，對手機外殼產(chǎn)品造型設(shè)計技術(shù)進行工藝可行性分析。與此同時，基于Plastic Advisor軟件，對手機外殼塑件進行模流仿真分析，設(shè)計出手機各零部件與各澆筑系統(tǒng)。最后，基于EMX軟件，對手機殼標準模架整個設(shè)計過程進行合理性分析。實踐表明，Pro/E軟件及ANSYS軟件和EMX軟件以及Plastic Advisor軟件，是目前CAD/CAE 技術(shù)體系中縮短手機相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的重要技術(shù)手段。

Pro/E；零件模塊；手機殼；造型設(shè)計

CAE技術(shù)與CAD技術(shù)都是產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計重要技術(shù)。但前者是基于塑料加工流變學、數(shù)值計算方法及傳熱學理論，對產(chǎn)品尺寸、注射模澆口、流道配置、冷卻管道布置和管道連接、模具中塑料熔體流動、充填、冷卻等相關(guān)情況進行定量模擬和分析；而CAD技術(shù)則側(cè)重于對相關(guān)產(chǎn)品進行繪圖設(shè)計、模具設(shè)計及造型設(shè)計。采用上述兩種方法對產(chǎn)品進行造型設(shè)計，可在制造產(chǎn)品模具前，在計算機上對產(chǎn)品模具設(shè)計方案進行模擬、仿真分析，以此找出產(chǎn)品設(shè)計方案中尚存的技術(shù)缺陷，從而展開完善與優(yōu)化，最終獲得質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)完整的產(chǎn)品造型。

1 手機殼制品實體造型

本方案在設(shè)計過程中，充分結(jié)合用戶實際需求，重點采用Pro/E零件模塊的成形實體功能，分別經(jīng)過拉伸、鏡像、抽殼、復制、倒圓角和剪切等一系列復雜的特征命令，創(chuàng)建手機外殼實體模型。

2 手機殼制品實體結(jié)構(gòu)特征

該手機殼制品實體結(jié)構(gòu)材料選擇的是由PC和ABS合成的塑合金材料。由于PC材料本身具有良好的機械加工特性和熱穩(wěn)定性；而ABS材料具有良好的加工特性。所以，將二者有效結(jié)合，能夠大大提升手機殼制品的結(jié)構(gòu)強度，降低產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計成本，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材質(zhì)屬性。但這種材質(zhì)的手機殼容易導致熔體破裂。該手機殼背面有四個插銷，手機殼左、右兩側(cè)對稱，邊緣有四個緊固上下殼體的倒鉤。所以，結(jié)合該手機殼制品的具體結(jié)構(gòu)特征，本文將采用ANSYS 軟件對手機殼進行靜力學分析。

在ANSYS軟件分析過程中，在手機殼表面局部區(qū)域出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，為了有效避免上述現(xiàn)象產(chǎn)生，分別通過增設(shè)加強筋、增加厚度和采用圓角過渡等方式，對手機殼制品結(jié)構(gòu)進行合理處理。

3 基于Pro/E Plastics技術(shù)的手機殼塑件模流仿真

在上述分析基礎(chǔ)上，本文繼續(xù)采用產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計軟件Pro/E Plastics，對手機殼制品塑件進行模流仿真分析?？紤]到Pro/E與Pro/E Plastics之間無縫連接，因此，塑件模流仿真分析時，無需對該手機殼塑件進行結(jié)構(gòu)簡化處理。然后分別通過合理選擇手機殼塑件澆口位置、嚴格控制手機殼塑件充模時間和嚴密監(jiān)測手機殼塑件注塑壓力三個流程，合理展開塑件模流仿真。

3.1 合理選擇手機殼塑件澆口位置

在常規(guī)的手機殼塑件澆口位置選擇時，通常采用“流程最佳法”進行合理選擇。但是，這種方式技術(shù)基礎(chǔ)要求高，選擇必須憑借豐富的實踐經(jīng)驗，而且最終的選擇結(jié)果是否合理難以確定。對此，本文主要選擇軟件CAE對手機殼塑件澆口位置進行合理選擇。比如，在Pro/E Plastics軟件中，將手機零件導入，在此基礎(chǔ)上，即可對該手機塑件澆口位置、波前溫度、注射壓力和模具溫度及充模時間等相關(guān)技術(shù)操作工藝參數(shù)進行合理控制。

本文在該手機殼中選擇側(cè)面點位置進行澆口，不僅可以很好地滿足該手機殼產(chǎn)品的造型工藝要求，而且大大提升了該手機產(chǎn)品的表面美觀性。

3.2 嚴格控制手機殼塑件充模時間

在仿真過程中，該手機殼塑件的充模時間控制在0．56s左右，以此為手機殼產(chǎn)品造型設(shè)計中一次注模時間的確定提供參考依據(jù)。

3.3 嚴密監(jiān)測手機殼塑件注塑壓力

該手機殼塑件模流仿真分析過程中，不同區(qū)域注射壓力變化差異較大。其中，仿真分析中的最大進口壓力為57． 47 MPa。這一仿真分析結(jié)果為該手機殼產(chǎn)品造型設(shè)計中的注塑機鎖模力校核及模具連接提供了主要依據(jù)。

4 基于Pro/E技術(shù)的手機殼模具設(shè)計分析

4.1 合理選擇手機殼模具的分型面

分型面是對定模和動模進行合理劃分的主要分界面，它更是手機殼成模與定模最重要的基礎(chǔ)。本文在對該手機產(chǎn)品的模具進行分型面選擇、設(shè)計時，主要基于Pro/E軟件中的功能之一——“裙邊曲面”進行分析。

4.2 科學設(shè)計手機殼模具的澆注系統(tǒng)

在對該手機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)進行設(shè)計、分析時，本文主要結(jié)合上述設(shè)計仿真結(jié)果，通過側(cè)澆口進行澆口澆注設(shè)計。其斷面設(shè)計為矩形結(jié)構(gòu)，然后從該手機殼產(chǎn)品塑件側(cè)面進行進料，分流道為圓形截面。在澆注過程中，按照如圖1所示結(jié)構(gòu)示意圖，采用一模兩腔，平衡進料。

圖1 基于Pro/E Plastics軟件的手機殼模具澆注系統(tǒng)設(shè)計示意圖

4.3 手機殼模具的成型零件設(shè)計

在手機殼模具成型零件設(shè)計過程中，通常有兩種設(shè)計方式：一種是整體式凸模；另外一種是整體嵌入式凸模。前者主要是指將手機殼模具各個模板和凸模做成統(tǒng)一整體的一種成型零件設(shè)計方式。此種結(jié)構(gòu)模式具有成型質(zhì)量好等優(yōu)點，而且結(jié)構(gòu)較為牢固。但是，其鋼材消耗量較大，這種結(jié)構(gòu)模型一般適用于內(nèi)表面形狀較為簡單的小型凸模。而整體嵌入式凸模主要通過對各個不同的凸模型芯進行單獨加工，然后再將其整體嵌入到固定板中。與此同時，需將其采用螺釘和支撐釘進行合理固定。但是，這種結(jié)構(gòu)形式一般適用于內(nèi)表面結(jié)構(gòu)形狀較為復雜的設(shè)計工況，而不便于將其運用于機械加工工況較為復雜的情況下。有時也可為了減少切削加工量和節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材而采用此種結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。

所以，通過綜合考慮，本方案主要采用整體式凸模形式，對該手機殼產(chǎn)品成型零件進行合理設(shè)計。在設(shè)計、優(yōu)化過程中，結(jié)合選擇的分型面，自動生成凹模和凸模。在此基礎(chǔ)上，對其進行虛擬裝配，詳細設(shè)計示意圖見圖2。

圖2 手機殼成型零件設(shè)計中的凸模、凹模和凹、凸模裝配示意圖

4.4 正確選擇手機殼模具的模架及其零部件

模具是手機殼注塑模的基本骨架，手機殼中的相關(guān)零件都躋身于其中。因此，在模架及其零部件選擇設(shè)計過程中，需將各個部分有機結(jié)合在一起，要保證模具外表面盡量無凸起部分，且動、定模板之間要存在充足的模具壓板空間，從而以防手機模具在裝配和運輸及維修過程造成不便及損壞。本文在設(shè)計過程中，所采用的螺釘為內(nèi)六角螺釘，為了保證模具外表面光潔，需加涂防銹油。具體的模架型號為FUTABA370×350，模架的三維結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 手機殼模具的模架三維結(jié)構(gòu)示意圖

4.5 手機殼模具與模架的裝配及開模仿真分析

經(jīng)過上述相關(guān)仿真設(shè)計過程，需將該手機殼模具和模架合在一起完成裝配，最終對其進行開模仿真操作試驗，詳細示意圖見下圖4和5。

圖4 手機殼模具與模架裝配示意圖

圖5 手機殼開模仿真操作試驗圖

5 結(jié)語

綜上所言，本文分別采用Pro/E、ANSYS 軟件以手機殼產(chǎn)品為例，對其進行了造型設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，基于Plastic Advisor 軟件，對手機殼產(chǎn)品進行模流仿真分析，然后通過Pro/E 模具設(shè)計模塊，對該手機殼產(chǎn)品各個零部件和澆筑系統(tǒng)進行合理優(yōu)化設(shè)計，最終在EMX 軟件支撐下設(shè)計出符合要求的標準手機殼模架。

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