計算機(jī)輔助技術(shù)在液晶顯示器底座的注塑工藝和模具設(shè)計中的應(yīng)用

朱旭東，楊 岑，王逸之

（樂金顯示(南京)有限公司，江蘇 南京 210037）

液晶顯示器底座是用來穩(wěn)固液晶顯示器的設(shè)備，其形狀類似于拖盤，能夠確保人們對液晶顯示器的正常操作與應(yīng)用。液晶顯示器的底座成型工藝相對而言比較復(fù)雜，特別是在厚度的控制、面積的控制以及重量的控制方面都要做到嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，這樣才能保證底座有效托舉起一個幾公斤甚至十幾公斤的液晶顯示器。所以，在選擇液晶顯示器底座材料的時候，就要選擇具有較強(qiáng)韌性和可塑性的材料，這樣能夠防止底座在重壓之下出現(xiàn)變形、開裂、腐敗等問題。文章從計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用角度入手，對液晶顯示器底座的注塑工藝以及模具設(shè)計方法進(jìn)行探討，借助Moldflow CAD Doctor軟件對液晶顯示器底座進(jìn)行模流分析，對注塑材料以及整個澆筑過程中涉及到的不同澆筑口所澆筑而成的情況展開分析，從而了解得出產(chǎn)品冷卻、填充以及翹曲情況。

1 液晶顯示器底座幾何形狀及原材料分析

1.1 塑件的幾何形狀分析

正常情況下液晶顯示器底座的零件均為中等尺寸，正面具有規(guī)則的突起紋路，以一模一腔的形式分布。結(jié)合模具使用的現(xiàn)實(shí)需求，一般情況下會采用13級精度的材料便可滿足液晶顯示器底座設(shè)計的需求。針對塑件的幾何形狀進(jìn)行分析可以得出：①上表面配合表面部位的粗糙度（Ra）0.8 μm；②上表面非接觸表面，以及上表面非接觸零件底部的粗糙度1.6 μm；③其他部位的粗糙度為3.2 μm。

1.2 塑件原材料的成型特性分析

在選用液晶顯示器底座原材料的時候，一般會應(yīng)用聚碳酸酯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物以及塑料粒子。其中，聚碳酸酯和丙烯腈本身具有較強(qiáng)的染色效果，而且方便生產(chǎn)和加工，且具有成本低廉的特征，因此在當(dāng)前各個工業(yè)領(lǐng)域中受到了人們的廣泛青睞。

如，汽車儀表盤的生產(chǎn)、計算機(jī)外殼的生產(chǎn)、電視機(jī)背板的生產(chǎn)等都會使用到此類材料。另外，丁二烯、苯乙烯共聚物是專門用于特質(zhì)材料的，所以在液晶顯示器底座注塑工藝中，上述材料被廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)在于具有較強(qiáng)的可塑性和較高的耐熱性，同時能夠承受較為強(qiáng)大的沖擊力和較高的抗腐蝕性。另外，在注塑過程中，由于其材質(zhì)較為特殊，還具備較強(qiáng)的注塑流動性，這就為液晶顯示器底座的注塑工藝以及模型設(shè)計提供了便利條件。

2 建立三維模型

UG軟件的應(yīng)用是基于機(jī)械設(shè)計功能而開發(fā)的一種實(shí)踐性、工具性的技術(shù)。當(dāng)前，UG軟件主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如汽車制造產(chǎn)業(yè)、模具開發(fā)與設(shè)計產(chǎn)業(yè)、航空航天產(chǎn)業(yè)以及軍工產(chǎn)業(yè)等。圖1為一組通過UG軟件而設(shè)計的液晶顯示器底座三維效果圖。經(jīng)過拔模分析后，將這一三維模型導(dǎo)入到Moldflow CAD Doctor軟件中，基于Moldflow CAD Doctor軟件自身強(qiáng)大的有限元分析功能，對該模型進(jìn)行優(yōu)化與完善，以及修復(fù)和處理，最終使其更加完備。

圖1 三維模型

3 注塑工藝和模具設(shè)計仿真計算結(jié)果分析

3.1 澆口位置分析

基于Moldflow CAD Doctor軟件的有限元計算分析最終得出，澆筑口位置的名義厚度是4.258 mm，在明確了澆筑口的具體位置之后，便可以對小于名義厚度的30%進(jìn)行有效排除，假設(shè)澆筑口的厚度比計算得出的小，那么在對模具進(jìn)行注塑的時候就會出現(xiàn)凝固、過早冷卻等問題的發(fā)生。其中，過早凝固或者過早冷卻的部位就會對液晶顯示器底座的整體造成注塑不均勻，以及注塑有缺陷的情況，甚至?xí)谔畛涞倪^程中出現(xiàn)大面積不完整的區(qū)域?；贛oldflow CAD Doctor軟件的有限元計算結(jié)果能夠得出，最佳的澆筑口在編號7 520單元周圍，具體位置可以參考如圖2。

圖2 最佳澆口位置的確定

3.2 快速填充分析

為了有效規(guī)避塑料在填充生產(chǎn)過程中發(fā)生缺膠短射的問題，在作業(yè)的時候就需要對其進(jìn)行快速填充，并且填充過程中需要全程應(yīng)用動態(tài)模型對其進(jìn)行分析和觀察。在填充過程中，基于Moldflow CAD Doctor軟件有限元計算分析的基礎(chǔ)，可以獲取如圖3狀態(tài)。

圖3 充填時間有限元計算結(jié)果

通過圖3可以得出：在模型的左右兩邊，云圖呈現(xiàn)出高度對稱的狀態(tài)，上述文章中分析得出了模型的最佳澆筑口位置位于模型自身左右的軸對稱線上，所以這就說明澆筑口的具體位置設(shè)計是合乎情理的。再看云圖上下兩側(cè)的顯示特征，液晶顯示器的底座上半部分填充時間相對下半部分填充時間要長，特別是液晶顯示器底座的左頂角和右頂角兩個區(qū)域的填充時間最長，由此可見，該模具的最大填充時間出現(xiàn)在了左頂角和右頂角兩個位置。為尋求最為均衡的澆筑時間，需要對兩個澆筑時間過長的區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，通過多次試驗(yàn)和干預(yù)，最終對正反兩面的澆筑時間做出了有效對比，如圖4所示。

圖4 正、反兩面充填時間調(diào)整結(jié)果

為進(jìn)一步獲取最佳調(diào)整與優(yōu)化后的澆筑時間，在此應(yīng)用表1對其進(jìn)行展示。

表1 生產(chǎn)優(yōu)化分析表

基于對表1數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析與解讀了解到：壓力與讀書的比可以設(shè)計為99.5%的填充體積，注射時間可以為3.65 s，注射設(shè)備最大的壓力值為9.98 MPa，注塑設(shè)備最大的鎖模力為16 751 N，溶體的溫度為298 ℃，模具的表面維度為112 ℃。在設(shè)計完成上述的數(shù)據(jù)之后，可以對零件進(jìn)行填充分析與判斷，最終可以得出表1中所展示的內(nèi)容。此外，在填充的過程中，沒有出現(xiàn)任何問題，且經(jīng)過優(yōu)化之后的鎖模力和壓力都有了明顯的降低，這就可以進(jìn)一步確保塑料的有效填充，且能夠確保填充時間的接近性。

3.3 冷卻、填充、保壓、翹曲分析

基于對冷卻、填充、保壓、翹曲的分析，能夠從平衡溫度場的分析角度對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的闡述與論證。在此，應(yīng)用表2展現(xiàn)。

表2 對冷卻、填充、保壓、翹曲的分析表

在該模型中，有一個注射口、一個模具鑲塊以及兩個冷卻入口回路。此外，根據(jù)計算得出：模具溫度最小值是60.024 ℃，最大值是321.014 ℃，壓力值是6.39 MPa，填充時間是3.589 s。此外，可以將注射口的壓力劃分為三個層次，第一層次是≤3.7 s，最大壓力值是5.74 MPa。第二層次是＞3.7 s，≤13.52 s，最大壓力值是5.147 MPa。第三層次是＞13.52 s，壓力值為0。

4 結(jié)論

綜上所述，基于計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，有利于促進(jìn)液晶顯示器底座澆筑工藝和模具設(shè)計的質(zhì)量與整體效果，且有利于降低生產(chǎn)難度、提升聲場效率，且能夠?yàn)橄嚓P(guān)行業(yè)的其他產(chǎn)品澆筑技術(shù)發(fā)展和模具設(shè)計提供理論指導(dǎo)。