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摘要：利用正交试验法设计模拟方案来进行CAE流动模拟分析，优化计算机显示器底座设计，确定它的最佳壁厚成型范围及最小壁厚值。
0 引言
注塑制品的质量主要取决于注射成型过程，塑料熔体注入模具后的流动行为在决定制品质量方面具有重要意义，因此对充模过程进行有效地分析是非常必要的。注射过程流动分析的目的是预测塑料熔体注入模具型腔时的流动情况，从而判断熔体流动给注塑件质量带来的影响【1】。本文应用华塑CAE（HSCAE 3DRF5.1）模拟软件对计算机显示器底座进行注塑充模流动模拟分析，优化制品设计，确定制品的最佳壁厚成型范围及最小壁厚值。
1 计算机显示器底座的几何造型和网格划分
1.1 几何造型
运用Pro/Engineer2000i 软件对计算机显示器底座进行了三维实体造型，三维实体图如图1 所示。制件长度247mm，宽度200mm，高度34.1mm，最大壁厚为4.84037mm，最小壁厚为0.279156mm。本注塑件选择材料为聚苯乙烯（PS）。考察HSCAE 的材料库，共有55种牌号的聚苯乙烯，选择牌号YANSHAN 666D，其粘度值在各种牌号中居中下等。
图1 计算机显示器底座实体图
(a) 上表面 (b) 下表面
图2 计算机显示器底座三角形网格划分
1.2 网格划分【2，3】
有限元网格的划分是模拟软件进行分析的基础。HSCAE 采用STL文件格式传送塑件几何模型。在划分有限元网格时应根据模型的大小及复杂程度，选择合适的有限单元密度。从Pro/Engineer 中转换输出STL 文件，有两个参数需要选择，其中“Chord Height”（弦高）表示三角形逼近的绝对误差，“Angle Control”表示三角形平面与其逼近的曲面切平面夹角的余弦。本文中将计算机显示器底座三维模型转化为STL文件所选择的参数为：“Chord Height”——0.05mm，“Angle Control”——0.5，得到的网格划分如图2 所示，HSCAE 软件进行重整细化后的顶点数为7483 个，面片数为14978 个，能够满足精度的要求。
2 模拟方案制定
本文是对计算机显示器底座的壁厚进行优化设计。首先利用壁厚与流程的关系计算出塑件能够成型的最小壁厚值， 然后根据资料推荐的成型时合理的壁厚范围，确定5 个壁厚值。 对上述6个壁厚值分别按照正交法得出其最优的模拟结果，然后对得到的6个最优模拟结果进行分析对比，最终得到塑件的最佳壁厚成型范围值。
2.1 浇口和流道设计【4】
PS 可以采用各种形式的进料口，在对本注塑件模拟过程中，由于该件的壁厚不是很均匀，所以选择了直接浇口形式。为了使塑料熔体能够均衡的充满型腔，选择浇口位置为（-27，18，0）。因为采用的是直接浇口形式，因此流道的设计部分只需要设计主流道，具体尺寸为：大端直径为8mm，锥角为4°，流道长度为60mm，小端直径为4mm。
2.2 壁厚值的确定
2.2.1 最小壁厚值的确定
PS 属于流动性较好的材料，利用壁厚与流程的关系式S=（L/100 +0.5）×0.6（其中L为流程，由该塑件几何关系可得L=167.6mm）可以得到该塑件成型的最小壁厚值S≈1.3mm。将制件的主要壁厚改变为1.3mm，得到制件的平均厚度为1.57754mm。
2.2.2 在合理的壁厚范围内选取模拟值
对于材料为PS 的一般注塑制品，壁厚推荐值为2.25～2.60mm【5】。因为此注塑件的壁厚不很均匀，模拟中通过改变制件的主要壁厚，将制件的平均壁厚控制在推荐值范围内。主要壁厚值的选取分5 级，分别为2.7mm、2.85mm、3mm、3.15mm、3.3mm，得到相应的制品平均壁厚分别为2.29101mm、2.3972mm、2.45497mm、2.52095mm、2.58047mm。因此共有6个壁厚值需模拟分析。 | 
