基于Pro/E零件模塊的手機殼產品造型設計研究

王健

基于Pro/E零件模塊的手機殼產品造型設計研究

王健

基于Pro/E零件模塊的手機殼產品造型設計，是CAD/CAE技術開發人員關注的核心問題。本文結合手機外殼制品實體造型、結構特征，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，重點對手機殼產品進行分型面選擇、澆注系統設計、成型零件設計、模架及其零部件選擇裝配及開模仿真分析設計。在詳細分析、論述中，本文介紹了Pro/E技術背景下手機外殼產品造型設計的相關要求。在此基礎上，結合ANSYS 軟件，對手機外殼產品造型設計技術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，設計出手機各零部件與各澆筑系統。最后，基于EMX軟件，對手機殼標準模架整個設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 技術體系中縮短手機相關產品開發周期和提高產品設計質量的重要技術手段。

Pro/E；零件模塊；手機殼；造型設計

CAE技術與CAD技術都是產品開發、設計重要技術。但前者是基于塑料加工流變學、數值計算方法及傳熱學理論，對產品尺寸、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、冷卻等相關情況進行定量模擬和分析；而CAD技術則側重于對相關產品進行繪圖設計、模具設計及造型設計。采用上述兩種方法對產品進行造型設計，可在制造產品模具前，在計算機上對產品模具設計方案進行模擬、仿真分析，以此找出產品設計方案中尚存的技術缺陷，從而展開完善與優化，最終獲得質量好、結構完整的產品造型。

1 手機殼制品實體造型

本方案在設計過程中，充分結合用戶實際需求，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，創建手機外殼實體模型。

2 手機殼制品實體結構特征

該手機殼制品實體結構材料選擇的是由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定性；而ABS材料具有良好的加工特性。所以，將二者有效結合，能夠大大提升手機殼制品的結構強度，降低產品結構設計成本，提升產品結構材質屬性。但這種材質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、右兩側對稱，邊緣有四個緊固上下殼體的倒鉤。所以，結合該手機殼制品的具體結構特征，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域出現了明顯的應力集中現象。因此，為了有效避免上述現象產生，分別通過增設加強筋、增加厚度和采用圓角過渡等方式，對手機殼制品結構進行合理處理。

3 基于Pro/E Plastics技術的手機殼塑件模流仿真

在上述分析基礎上，本文繼續采用產品開發設計軟件Pro/E Plastics，對手機殼制品塑件進行模流仿真分析。考慮到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構簡化處理。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，這種方式技術基礎要求高，選擇必須憑借豐富的實踐經驗，而且最終的選擇結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技術操作工藝參數進行合理控制。

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

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，以此為手機殼產品造型設計中一次注模時間的確定提供參考依據。

3.3 嚴密監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。這一仿真分析結果為該手機殼產品造型設計中的注塑機鎖模力校核及模具連接提供了主要依據。

4 基于Pro/E技術的手機殼模具設計分析

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。本文在對該手機產品的模具進行分型面選擇、設計時，主要基于Pro/E軟件中的功能之一——“裙邊曲面”進行分析。

4.2 科學設計手機殼模具的澆注系統

在對該手機產品結構的澆注系統進行設計、分析時，本文主要結合上述設計仿真結果，通過側澆口進行澆口澆注設計。其斷面設計為矩形結構，然后從該手機殼產品塑件側面進行進料，分流道為圓形截面。在澆注過程中，按照如圖1所示結構示意圖，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設計示意圖

4.3 手機殼模具的成型零件設計

在手機殼模具成型零件設計過程中，通常有兩種設計方式：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一整體的一種成型零件設計方式。此種結構模式具有成型質量好等優點，而且結構較為牢固。但是，其鋼材消耗量較大，這種結構模型一般適用于內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，這種結構形式一般適用于內表面結構形狀較為復雜的設計工況，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省優質鋼材而采用此種結構設計形式。

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

圖2 手機殼成型零件設計中的凸模、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，手機殼中的相關零件都躋身于其中。因此，在模架及其零部件選擇設計過程中，需將各個部分有機結合在一起，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。本文在設計過程中，所采用的螺釘為內六角螺釘，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，模架的三維結構示意圖見圖3。

圖3 手機殼模具的模架三維結構示意圖

4.5 手機殼模具與模架的裝配及開模仿真分析

經過上述相關仿真設計過程，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 結語

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

[1]王文樹．基于人性化的新型手機殼設計[J]．科技視界,2014,8(12):139+210．

[2]韋余蘋．基于UG和Moldflow的手機殼注塑模具優化設計[J]．機械工程師,2014,23(11):136-138．

[3]王可勝,陳勇章,韓豫,程曉民．鋁合金手機殼冷擠壓拉深復合成形工藝及優化[J]．塑性工程學報,2015,22(04):30-34．

[4]湯小東．基于Moldflow分析的手機殼零件注塑模設計[J]．塑料科技,2015,43(12):78-81．

[5]潘毅．手機殼塑料模具設計[J]．科技創新導報,2013,22(11):95-96．

[6]韓靈全,王瑞麒,李文琪,石晶環,趙家興．手機殼注塑成型工藝與模具設計[J]．科技創新與應用,2017,15(01):87-88．

[7]王鏞凱．基于UV噴墨技術的手機殼立體打印[J]．印刷技術,2016,58(15):30-32．

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