浅谈液晶显示器外壳的前框模流分析及模具设计

刘深超 常兰

摘要：针对液晶显示器外壳前框设计的案例，本文采用Moldflow软件对液晶显示器外壳前框进行模流分析，以便使产品在注塑成型过程中存在的问题得到真实、全面反映，从而获得模具设计的数据依据。从产品分析结果来看，模具设计需要一模一腔结构，并通过做好型腔、浇口位置和倒扣机构的设计保证产品性能和加工顺利，最终实现提高产品注塑合格率的目标。

关键词：液晶显示器；外壳前框；模流分析；模具设计

引言：

伴随着模具设计制造技术的发展，目前国内已经可以实现模具的自动化、专用化设计和制造。但相较于发达国家，我国在模具设计方面仍然存在较多问题。分析问题的成因可以发现，主要是由于未能在模具前期设计中做好模流分析，继而导致产品加工的质量和效率受到了影响。因此，还应加强对注塑产品的模流分析，以便更好的完成模具设计。

1液晶显示器外壳前框结构分析

案例27英寸液晶显示器外壳前框采用玻纤增强ABS塑料，材料缩水率在0.003到0.005之间，平均为0.004。产品结构较薄，平均壁厚2.2mm，尺寸較大，长宽高分别为657.5mm、385.4mm、16.5mm，为左右对称结构，具有较高配合要求。产品内外表面均较为圆滑，整体无尖角，拥有较高绝缘性要求。在产品背面四侧，共18个卡扣，配有定位孔柱和安装卡槽。在产品制作上，需要采用注塑工艺。为保证产品成型性能良好，需要实现对整个注塑过程的模拟分析，从而实现模具设计优化，确保试模一次成型。

2液晶显示器外壳前框的模流分析

2.1 Moldflow软件

结合产品仿真分析需求，需要采用Moldflow软件实现模流分析。利用该软件，可以先利用Pro/E造型软件直接生成高质量三维实体，对模型进行简化。在软件应用过程中，直接导入Moldflow软件，可以完成产品网格划分，并对注塑过程进行有限元分析，确定塑料在工艺过程中的熔融流体流动状况[1]。凭借软件自动修复功能，则能对模型间隙、丢失面等错误进行检查，及时发现气穴、缩印等成型缺陷，然后利用修复工具对缺陷进行修复，完成模具的优化设计。

2.2模流分析过程

在实际分析过程中，需要先将得到的产品三维实体模型以.STL格式存储，然后倒入Moldflow软件中得到有限元模型。而产品网格为双层面，通过自动划分可以对浇口位置进行分析，确定最佳的浇口位置。在产品浇注过程中，模具中由注塑机喷嘴到型腔的通道是否合理，将对产品外观、尺寸、性能等产生重要影响，决定模具结构是否得到了合理设计。而浇口位置将对熔体在型腔内的流动产生影响，位置不佳将导致产品出现密度不均匀、熔接痕、充填不良等问题。采用Moldflow软件，可以对浇口位置和浇注系统是否合理进行分析，避免模具成型问题的发生。此外，利用Moldflow软件也能对充填过程进行动态模拟，确定塑料在充填期间是否出现缺胶或短射情况，一旦发现则要对充填速度、压力等参数进行调整。在分析过程中，设定材料的熔融温度为210℃，熔体最高和最低温度分别为240℃和195℃，模具温度为80℃，最大剪切速率为60s-1，注塑速度为669g/s，注塑质量为3145g，注塑机的锁模力为7800kN，塑化能力为852g/s，螺杆直径为100mm。

2.3模流分析结果

从模流分析结果来看，比较多种注塑方案可以发现，最佳浇口位置在靠近节点7750处。按照该方案，获得的注塑时间最短，为60s，注塑压力也最低，为80MPa。而产品体积收缩率为4.5%，整体尺寸无明显变化，可以满足产品加工要求。从熔体充填过程来看，塑料缓慢流动，导致底部隐藏位置出现了熔接痕，但不会给产品外观带来影响。而产品四周在Z向上产生了变形，范围在0.314-0.358mm之间。结合现有注塑设备，还要采用一模一腔结构进行模具设计。从模具工作原理上来看，在合模的过程中，注塑机喷嘴将经过定位环将高温熔融的塑料注射到浇口。经过热流道分流板，塑料将被分配到各热嘴中，然后注射到型腔内。经过20s的保温、保压后，会充填至模具内腔。在内腔充满后，喷嘴将停止进胶。降压通水路后，冷却20s后可以开模，先将动模和定模分开，然后利用定杆将推板推出，借助推杆等机构将产品顶出[2]。下次合模前，顶杆会发挥强制回位功能，促使推板等复位。此外，针对模流分析中发现的弹簧复位过程中容易卡住的问题，还要利用斜销将倒扣推出。

3液晶显示器外壳前框的模具设计

3.1型腔结构设计

结合模流分析结果进行模具的型腔结构设计，还要采用整体嵌入式结构。从整体上来看，产品型腔拥有较大尺寸，在安装过程中可能遭遇困难，所以还要将其与定模板单边配合的间隙扩大，保持0.5mm间隙，然后在模板凹槽4角进行避空孔的设置。在吊葫芦作用下，型腔则能被轻松安装至凹槽内。利用挤压块，并使用螺钉固定，可以保证型腔紧贴模板侧面。考虑产品拥有较深的卡槽，还要进行镶件成型，在组合式型芯上采用台肩形式进行镶件固定，从而使模具加工难度和成本得到降低。

3.2浇口位置设计

针对液晶显示器外壳前框，产品外观要求较高，完全不允许存在浇口痕迹。结合这一要求，还要利用潜伏式浇口对浇口痕迹进行隐藏，使痕迹留在产品背面。但是考虑到产品无高骨位结构，难以进行潜伏式浇口的设置，如果采用潜顶针方式进行浇口设置，需要利用人口方式进行胶位去除，导致产品生产成本增加。综合考虑，还要采用牛角进胶的方式，确保产品脱模时能够将浇口自动切断。而产品框形具有薄且大的特点，充填过程中容易翘曲变形，还要利用平衡式流道4点进胶，确保产品能够以料流方式填充，得到均匀收缩，减少变形的产生。从浇口结构上来看，直径为1mm，牛角长25mm。为确保牛角能够顺利顶出，需要在流道上进行管位的设置。在实际加工时，牛角的加工方法要采用先完成镶件的制作然后进行拼合的方法。

3.3倒扣机构设计

针对合模时发生的模板与斜顶干涉碰撞的问题，需要完成倒扣机构的设计。具体来讲，就是在产品背面利用侧向抽芯机进行18个卡勾的设置，以便利用推出机构的推力对斜顶座的运动进行驱动，促使其向上将斜顶推出。采取该种设计，可以使斜顶在导向槽内斜向运动，在产品推出时顺利脱模，并完成侧向抽芯动作。因此设计该结构，不仅能够解决干涉碰撞问题，也能发挥助推产品脱模的作用。针对顶出系统，还要完成复位机构的设置[3]。此外，产品背面依然存在两个卡扣无法利用斜顶脱模。针对这一问题，还要进行强制脱模，即借助产品本身壳体弹性将倒扣强制脱出。为避免产品在这一过程中被拉断，还要确保脱模部位变形空间较大，同时倒扣形象修正成圆弧形。

结论：

通过分析可以发现，采用Moldflow软件对液晶显示器外壳前框进行模流分析，可以使产品在注塑成型过程中存在的问题得到真实、全面反映，所以能够为模具的设计提供足够的数据依据。从产品分析结果来看，还要采用一腔一模结构进行模具设计，并通过做好型腔、浇口位置和倒扣机构的设计保证产品性能和加工过程不受影响，继而获得更高的产品注塑合格率。

参考文献：

[1]朱晓东，曹伟.CAD/CAE技术在液晶显示器底座塑料模具设计中的应用[J].深圳职业技术学院学报，2017，16（01）：29-31.

[2]朱晓东.基于液晶显示器底座的模具设计[J].时代农机，2016，43（07）：79-80.

[3]刘磊，吴建.液晶显示器前壳注射模具设计[J].轻工机械，2013，31（06）：9-12.