目前，很多学者对塑料制品的注塑过程工艺参数进行优化研究[1-2]，一种是通过智能算法对注塑过程中的参数进行优化研究，如神经网络[3]、遗传算法[4]、正交试验法[5]等，另一种是通过CAE软件对注塑参数进行优化研究，如Pro/E[6]、MoldFlow[7]等。么大锁等[8]基于RBF神经网络和遗传算法对注塑成型质量进行多目标优化，优化变量包括翘曲变形、体积收缩率和缩痕指数等，结果表明优化后的零件最大翘曲变形为0.394 mm，且外观无缩痕。林峰等[9]利用正交实验法研究了薄壁壳体的注塑工艺参数，运用BP神经网络进行模型训练得到最优注塑工艺参数组合，实验结果表明最优注塑参数能够使翘曲变形量最小。Mate等[10]基于Pro/E软件对箱包车轮进行模具设计和模流参数分析，通过成型工艺参数实验设计识别关键的注塑成型参数。然而，目前关于手机壳的注塑工艺分析还比较缺乏，需要进一步研究。为了优化手机壳注塑过程中的工艺参数，采用Pro/E Plastic Advisor进行手机壳注塑模流分析。基于Pro/E软件建立手机壳的三维结构模型，优化手机壳注射位置，研究注塑过程中注射时间、注射压力、熔体温度以及塑料质量的变化影响。1手机壳结构模型1.1三维建模图1为Pro/E软件中建立的手机壳三维模型。手机壳的尺寸为124 mm×68.5 mm×7.1 mm，整体厚度为2 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F001图1手机壳三维模型Fig.1Three-dimensional model of mobile phone case1.2网格划分图2为网格划分图。其中，网格纵横比为1.06，网格匹配率为97.53%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F002图2手机壳网格划分图Fig.2Cellular Grid Segmentation2手机壳注塑模流分析2.1仿真参数设置注塑材料为聚丙烯(PP)。弹性模量为1 340 MPa，泊松比为0.392，剪切模量为481 MPa，熔体温度为240 oC，比热容为2 740 J/(kg·oC)，热传导率为0.164 W/(m·oC)。注塑时，模具表面温度为40 oC，模具温度范围为20~60 oC，熔体温度范围为220~260 oC，最大注射压力为180 MPa。2.2注射位置优化图3为手机壳注射位置优化图。从图3可以看出，手机壳背部的椭圆形内部位置是最优的注射位置，而手机壳外侧位置是注塑效果较差的注射位置。为了对比不同注射位置对注塑过程的影响，分别选取手机壳背部中心位置和手机壳外侧位置作为注射位置进行模流分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F003图3手机壳注射位置的优化Fig.3Optimization of injection position of mobile phone case2.3注射时间分析图4为手机壳注射时间分析。从图4可以看出，注射位置在手机壳中心时的注射总时间为0.57 s，注射位置在手机壳外侧时的注射总时间为0.83 s。对比可知，注射位置在手机壳中心时的注射时间要远小于注射位置在手机壳外侧的注射时间，因此，当注射位置选取手机壳中心时，注塑效率更高，更适用于塑料制品的批量化生产。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F004图4手机壳的注射时间分析Fig.4Analysis of injection time of mobile phone case2.4注射压力分析图5为手机壳注射压力分析。从图5可以看出，注射位置在手机壳中心时的最大注射压力为48.57 MPa，注射位置在手机壳外侧时的最大注射压力为82.87 MPa。对比可知，当注射位置选取手机壳中心时，塑料熔体所受的压力更均匀，出现集中应力的可能性较小。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F005图5手机壳的注射压力分析Fig.5Analysis of injection pressure of mobile phone case2.5注射温度分析图6为手机壳注射温度分布图。从图6可以看出，注射位置在手机壳中心时的温度分布范围为217.3~240 oC，注射位置在手机壳外侧时的温度分布范围为208.6~240 oC。对比可知，当塑料熔体充满整个模具腔体时，注射位置在手机壳中心时的注射温度分布范围要小于注射位置在手机壳外侧的注射温度分布范围，且塑料熔体的最低温度分布在距离注射位置最远处。因此，当注射位置选取手机壳中心时，完成注塑的最低熔体温度更高，塑料熔体不容易在注塑过程中冷却凝固。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F006图6手机壳的注射温度分析Fig.6Analysis of injection temperature of mobile phone case2.6注塑质量分析图7为手机壳注塑制品质量分布图。从图7可以看出，当注射位置为手机壳中心位置时，注塑制品基本为高质量，仅在电源键附近的手机壳出现少部分一般质量，当注射位置为手机壳外侧位置时，注塑制品大部分为高质量，但是在手机壳上方左右两个角上出现了小部分的一般质量。对比可知，注射位置为手机壳中心位置的注塑加工质量更高。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F007图7手机壳的注塑质量分析Fig.7Analysis of injection quality of mobile phone shell2.7多注射位置注塑分析在手机壳注塑过程中，可以通过设置多个注射位置克服单个注射位置注射时间慢的缺点。但是，注射位置数量也不能过多，否则会导致注塑结构设计比较复杂，同时，容易出现较多熔接痕影响手机壳的整体质量。因此，注射位置选取2~3个较合适。图8为手机壳的双注射位置和三注射位置。从图8可以看出，双注射位置的2个注射位置分布在手机壳长度的1/4分界处，三注射位置中2个注射位置在圆形LOGO处对称分布，另1个位于手机壳长度的1/4分界处。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F008图8手机壳的双注射位置和三注射位置Fig.8Double injection position and triple injection position of mobile phone case图9为双注射位置和三注射位置的手机壳注射时间。从图9可以看出，双注射位置和三注射位置的手机壳注射时间分别为0.45 s和0.34 s，两者的注射时间均小于单个注射位置的手机壳注射时间，注塑效率更高。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F009图9双注射位置和三注射位置的手机壳注射时间Fig.9Cell phone case injection time at double injection position and triple injection position图10为双注射位置和三注射位置的手机壳注射压力。从图10可以看出，双注射位置和三注射位置的最大手机壳注射压力为33.42 MPa和25.79 MPa，两者的最大手机壳注射压力均小于单个注射位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F010图10双注射位置和三注射位置的手机壳注射压力Fig.10Injection pressure of mobile phone case with double injection position and triple injection position图11为双注射位置和三注射位置的手机壳注射温度分布。从图11可以看出，双注射位置和三注射位置的手机壳注射温度范围分别为225.34~240 oC和220.26~240 oC，三注射位置的注射温度范围更大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F011图11双注射位置和三注射位置的手机壳注射温度Fig.11Injection temperature of mobile phone case with double injection position and triple injection position表1为不同成型方式的对比。通过对注射位置、注射时间、注射压力以及注射温度等参数的研究结果表明，采用三注射位置具有更好的注塑效果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T001表1不同成型方式对比Tab.1Comparison of different molding methods参数中心浇口外侧浇口多点浇口两点浇口三点浇口注射时间/s0.570.830.450.34注射压力/MPa48.5782.8733.4225.79注射温度/oC217.3~240208.6~240225.34~240220.26~240注塑质量高较高——2.8不同塑料熔体温度参数分析熔体温度是影响手机壳质量性能的重要因素，选取熔体温度210~280 oC作为仿真变化参数。仿真中对熔体温度的间隔取值为10 oC。图12为熔体最大压力随熔体温度的变化关系。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F012图12熔体最大压力随熔体温度的变化关系Fig.12The relationship between the maximum melt pressure and the melt temperature从图12可以看出，当塑料熔体温度设置为210 oC时，手机壳的熔体最大压力为57 MPa。当塑料熔体温度设置为280 oC时，手机壳的熔体最大压力为43 MPa。注塑过程中的熔体最大压力越小，表明注塑模具中的保压能力越强，手机壳质量越好。图13为注射时间随熔体温度的变化关系。从图13可以看出，当塑料熔体温度设置为210 oC时，手机壳的注射时间为0.82 s。当塑料熔体温度设置为280 oC时，手机壳的注射时间为0.45 s。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F013图13注射时间随熔体温度的变化关系Fig.13The relationship between injection time and melt temperature2.9不同模具温度参数分析选取了模具温度10~80 oC作为仿真变化参数，仿真中对模具温度的间隔取值为10 oC。图14为熔体最大压力随模具温度的变化关系。从图14可以看出，当模具熔体温度设置为10 oC时，手机壳的熔体最大压力为53 MPa。当塑料熔体温度设置为80 oC时，手机壳的熔体最大压力为43 MPa。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F014图14熔体最大压力随模具温度的变化关系Fig.14The relationship between the maximum melt pressure and the mold temperature图15为注射时间随模具温度的变化关系。从图15可以看出，当模具温度为10 oC时，手机壳的注射时间为0.426 s。随着模具温度逐渐增加，注塑过程中需要的注射时间增加。当塑料熔体温度设置为80 oC时，手机壳的注射时间为0.68 s。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F015图15注射时间随模具温度的变化关系Fig.15The relationship between injection time and mold temperature3结论（1）相对于手机壳外侧注射位置，手机壳中心注射位置的注塑效率更高，且注射压力更小，不容易出现应力集中，注塑加工质量更高。（2）双注射位置和三注射位置的注射时间分别为0.45 s和0.34 s，最大注射压力分别为33.42 MPa和25.79 MPa，小于单个注射位置的注射时间以及注射压力，注塑质量更高。（3）熔体最大压力随熔体温度和模具温度的增加而减小，注射时间随熔体温度上升而缩短，注射时间随模具温度上升而增加。（4）通过对注射位置、注射时间、注射压力以及注射温度等参数的研究，采用三注射位置具有更好的注塑效果。