手機(jī)殼注塑成型工藝與模具設(shè)計(jì)

韓靈全　王瑞麒　李文琪　石晶環(huán)　趙家興

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷深化，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著越來(lái)越重要的作用。本設(shè)計(jì)是對(duì)手機(jī)殼進(jìn)行設(shè)計(jì)，從零件的尺寸確定到模具設(shè)計(jì)完成一個(gè)較為完整的塑料模具設(shè)計(jì)過(guò)程。本套模具澆口采用點(diǎn)澆口，因?yàn)樗芗?nèi)側(cè)具有凸出部分，本模具采用了斜撐銷結(jié)構(gòu)，實(shí)行了較為簡(jiǎn)單形式的塑件的成型和推出。

關(guān)鍵詞：手機(jī)殼；注塑模；模具設(shè)計(jì)

1 概述

近年來(lái)，隨著制造行業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模具在模具行業(yè)中所占比例持續(xù)上升。相信塑料模具的發(fā)展對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生產(chǎn)技術(shù)的提高會(huì)產(chǎn)生極其巨大的影響[1]。

2 手機(jī)外殼的注塑模具設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品功能分析

圖1為手機(jī)殼立體圖，上方凹槽功能是為耳機(jī)孔及開(kāi)鎖屏鍵預(yù)留，下方凹槽是為外置揚(yáng)聲器和數(shù)據(jù)線接口開(kāi)槽。左側(cè)開(kāi)槽是為音量鍵預(yù)留位置，其背面圓形孔是為L(zhǎng)ogo標(biāo)志而設(shè)計(jì)，而矩形圓槽則是為攝像頭孔。

2.2 成型工藝分析

采用一般精度等級(jí)5級(jí)，大批量生產(chǎn)。

該塑件壁厚約為1.5mm，考慮到殼體淺，且手機(jī)殼內(nèi)部凸出的部分小于5%的凸起，塑料件的脫模設(shè)計(jì)為強(qiáng)制脫模。

2.3 塑料的選材及性能分析

手機(jī)殼，常用手觸摸，必須耐酸、對(duì)電絕緣，化學(xué)穩(wěn)定性好，故選成形材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）[2]。

3 模具設(shè)計(jì)方案確定

3.1 分型面確定

本模具在手機(jī)殼四周框處進(jìn)行分型，分型面與開(kāi)模方向垂直。

3.2 型腔數(shù)量確定及排列形式

一般認(rèn)為，每增加一個(gè)型腔，制品尺寸的精度會(huì)降低4%。根據(jù)公式N-24，經(jīng)計(jì)算初定本套模采用一模兩腔。

4 模具設(shè)計(jì)

4.1 注塑機(jī)選擇

4.1.1 注射量計(jì)算

ABS平均密度為1.09，平均收縮率為0.55%。通過(guò)UG分析功能的測(cè)量體，得塑件體積V塑=12.56cm3

塑件質(zhì)量：

澆注系統(tǒng)質(zhì)量：

故總體積和總質(zhì)量：

4.1.2 注射機(jī)型號(hào)選定

根據(jù)以上計(jì)算初步選XS-Z-60/50型臥式注射機(jī)。

4.1.3 型腔數(shù)量校核

（1）根據(jù)注射機(jī)的最大注射量校核型腔數(shù)

2.91>2，符合要求。

（2）由注射機(jī)料筒塑化速率校核型腔數(shù)量

145.9>2，符合要求。

（3）按注射機(jī)額定鎖模力校核型腔數(shù)量

2.08>2，滿足要求。

4.1.4 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)校核

（1）注射量校核：前面計(jì)算過(guò)，符合要求。

（2）鎖模力校核：前面計(jì)算過(guò)，符合要求。

（3）最大注射壓力校核

Pmax？叟k′P0

式中Pmax=120Mpa，k′=1.25≈1.4，P0=80～110Mpa。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算，符合要求。

（4）閉合高度校核

模具閉合高度HM與注塑機(jī)允許的裝模厚度之間應(yīng)滿足如下關(guān)系：

本注塑機(jī) ，該套模具厚度H=225mm，

滿足要求。

（5）模具外形尺寸校核

XS-Z-60/50型臥式注射機(jī)拉桿間距為300×190mm，本套模具長(zhǎng)×寬為250×250mm，只有單邊大于拉桿間距，滿足條件。

（6）最大行程的校核

帶有機(jī)械-液壓聯(lián)合作用的注塑機(jī)，它們的最大行程不受模具厚度影響。

H1+H2+H3+a=35+7+5+35=82mm<180mm

滿足要求。

故該注射機(jī)可以滿足此模具設(shè)計(jì)要求。

4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口設(shè)計(jì)

4.2.1 主流道設(shè)計(jì)

（1）主流道尺寸和澆口設(shè)計(jì)[2]

a.主流道錐角：本模具取3°。

b.與注塑機(jī)噴嘴相接觸部分尺寸：SR1=SR0+1=13mm，凹坑深度h取5mm。

c.主流道入口直徑d1：d1=d0+1=5mm。

d.主流道長(zhǎng)度L：取60mm。

e.出口端直徑D： D=d1+2Ltan？琢=8.14mm。

f.主流道出口處圓角r：取2mm。

澆口套總長(zhǎng)L0=L+h=64mm。

（2）澆口套的設(shè)計(jì)

常采用碳素工具鋼，熱處理硬度為50～55HRC。

（3）定位環(huán)的設(shè)計(jì)與固定

4.2.2 分流道與澆口的設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品為手機(jī)外殼，要求表面光潔度高，故在logo開(kāi)設(shè)的圓孔處設(shè)置澆口。澆口采用側(cè)澆口。此澆口較小，可實(shí)現(xiàn)流道和澆口的自動(dòng)脫落。

4.3 成型零件工作尺寸設(shè)計(jì)和計(jì)算

工作尺寸主要有型腔和型芯的徑向尺寸，ABS平均收縮率取 s=0.55%，塑件尺寸公差按塑件標(biāo)準(zhǔn)中的5級(jí)精度成型。

型芯和型腔：

以型芯為例，型腔同理采用相應(yīng)公式計(jì)算。

塑件的尺寸公差取自《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》[2]的塑件公差數(shù)值表。

塑件尺寸標(biāo)注見(jiàn)圖2。

4.4 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.4.1 加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該套模具的模溫要求在70 以下，又是小型模具，故無(wú)需加熱裝置。

4.4.2 冷卻系統(tǒng)計(jì)算

冷卻系統(tǒng)計(jì)算參照《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》[2]中相應(yīng)公式，帶入數(shù)據(jù)分別計(jì)算塑料傳給模具的熱量q、需要用冷卻水帶走的熱量QW、冷卻水流量qw、水道直徑d、冷卻水在管道內(nèi)的流速v、熱傳導(dǎo)面積Aw和冷卻水道長(zhǎng)度計(jì)算L。

計(jì)算結(jié)果依次為q=125.64KJ，Qw=305.9KJ，qw=0.0146m3/h，d=6mm，v=1.44m/s=Aw=95.96×10-3m2，L=548mm。

4.5 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

除分型面起到排氣作用，還可利用推桿和孔的配合間隙進(jìn)行排氣，排氣足夠。

4.6 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.6.1 脫模推出機(jī)構(gòu)材料

推桿的材料用T8碳素工具鋼，要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度為u=0.8um[5]。

4.6.2 脫模力計(jì)算

當(dāng)開(kāi)始脫模時(shí)，模具所受的阻力最大，推桿剛度及強(qiáng)度應(yīng)按此時(shí)計(jì)算

制品是薄壁矩形件[2]：

4.6.3 復(fù)位彈簧的選取

本模具在復(fù)位桿上套裝4個(gè)彈簧，脫模力大，選矩形彈簧。

脫模力F=52396N，預(yù)估4個(gè)彈簧總受力和F總=6000N。

本模具推出行程為35mm，則

查《沖壓手冊(cè)》[3]選外徑尺寸為40mm矩形彈簧。

4.7 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)

因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)模架本身帶有導(dǎo)向裝置，按模架規(guī)格選取即可。

4.8 斜頂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核

斜頂設(shè)置在動(dòng)模，斜頂中部用管位控制，底部固定在推桿固定板上可以左右擺動(dòng)。斜頂角度為3度。在頂出制品同時(shí)受斜面限制，同時(shí)作橫向移動(dòng)，從而使制品脫離。

斜頂需要側(cè)抽的距離是l=0.5mm，斜頂完全頂出豎直移動(dòng)的距離H=35mm，側(cè)抽水平偏移的距離是L=1.8m，滿足條件。

4.9 模架確定和標(biāo)準(zhǔn)件選用

根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用結(jié)構(gòu)形式為DCI2525-45×45×60 GB/T12555-2006。

5 裝配圖

參考文獻(xiàn)

[1]葉久新，王群.塑料制品成型與模具設(shè)計(jì)[M].湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005：01-15.

[2]楊永順，游曉紅.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011，8.

[3]王孝培.沖壓手冊(cè)（修訂本）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[4]林慧國(guó)，火樹(shù)鵬，馬紹彌.模具材料應(yīng)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004：167-172.

[5]劉昌祺.塑料模具設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1998：31-50.