印制電路板封裝外殼熱流道注射模設計

趙 猛

（沈陽職業技術學院，遼寧沈陽 110045）

1 引言

印制電路板（也稱印刷電路板）封裝外殼由放置于電路板上側的第一殼體和下側的第二殼體兩部分組成[1]。如圖1所示，上下兩塊殼體連接并合圍，最終可封裝整塊電路板。本文以電路板上側的第一殼體塑件為例，針對其結構特征的復雜性，優化設計一副熱流道注射模，可為模具設計同行提供一定參考。

圖1 印制電路板封裝外殼整體結構

2 塑件分析

圖2所示為第一殼體塑件圖，塑件輪廓最大尺寸為173×287.68×61.5mm，平均壁厚為2.2mm，重量160g，材料為阻燃ABS，特點：抗沖擊強度高，化學穩定性（阻燃），電性能良好，收縮0.5%。

圖2 第一殼體零件圖

該塑件3D結構如圖3所示，其特點如下：第一，塑件正面存在16處條形通孔，其為電路板散熱孔，此處可采用動、定模插穿結構，不存在扣位；第二，塑件外側3個方向上存在6處扣位，其中一處為圓形扣位，五處為方形扣位，扣位作為第二殼體與第一殼體的安裝卡扣；第三，塑件左上角上、下表面有兩處方形深孔（不通透），考慮加工困難，這里采用動、定模鑲件結構；第四，塑件左側內表面存在一處扣位，可采用斜頂結構拆模；第五，該塑件整體結構較為規整，但翹曲變形量要求嚴格，且塑件批量大，考慮到經濟性和實用性，本副模具采用熱流道系統。

圖3 第一殼體3D圖

3 模具結構設計

3.1 澆注系統設計

塑件尺寸相對較大且屬于大批量塑件，模具為出口模，排位1模1腔，進膠方式為熱流道，為避免出現“流涎”現象[2]，噴嘴最終選擇針閥式熱噴嘴，噴嘴終端直徑φ4mm，如圖4所示。

圖4 針閥式噴嘴熱流道系統

將塑件劃分網格導入CAE分析軟件中，分析結果，如圖5所示，進膠點為塑件幾何中心，塑料熔體充滿型腔的時間為1.669s，流動前沿處的溫度230.5℃，出現熔接痕的位置尚可接受，未出現短射的情況。

圖5 CAE分析結果

3.2 側抽芯機構設計

塑件外側大滑塊處抽芯距離為60mm，小滑塊處抽芯距離為26mm，設計為斜導柱抽芯機構。如圖6所示，塑件左側采用大滑塊+斜導柱抽芯，其余兩個方向，采用小滑塊+斜導柱抽芯。考慮到大滑塊側的可靠性，大滑塊材料采用718H（小滑塊材料采用P20），并對接觸塑件成型部位進行碳氮共滲處理，增加其耐腐蝕性，防止高溫注射材料對其產生腐蝕。滑塊的斜面以及底部裝有耐磨片，材料40Cr，熱處理至48～52HRC，起耐壓、耐磨、潤滑作用。實際生產過程中，動、定模開模，滑塊在斜導柱的作用下向遠離塑件成型位的方向運動，直到接觸限位塊后停止，此時滑塊脫離塑件[3]。

圖6 斜導柱抽芯機構

3.3 冷卻系統設計

為保證塑件冷卻均勻，翹曲變形量小，水路排布需要有良好的平衡性[4]。此塑件整體結構規整，壁厚相對均勻，因此，冷卻水路布置應與塑件形狀相吻合。如圖7所示，定模處：布置5條直徑為φ10mm的直通水路，距離塑件制品表面約為16mm；動模處：為避開鑲件、斜頂、推桿等動模機構，動模處布置5條間距不等，直徑為φ10mm的直通水路，且塑件兩側存在半開放式側壁，為提高冷卻效果，兩側加設水井機構；側抽芯處：模具側面設有1處大滑塊，為保證冷卻效果，此處設計1條直徑為φ6mm的環形小水路。

圖7 冷卻水路布置

3.4 頂出機構設計

塑件內側面僅存在1處倒扣，此處倒扣采用斜頂桿方式脫模，角度為7°，材料SKD61，熱處理高頻淬火。塑件左下角有1處深孔（不通透）需設計鑲件，考慮到頂出的可靠性，此處設計1根方頂桿，材料P20，熱處理硬度在50～54HRC。其余各處均勻分布16根圓推桿，經實際生產驗證，頂出狀態良好。綜上所述，模具頂出機構采用“推桿（圓推桿、方頂桿）+斜頂”的組合方式，如圖8所示。

圖8 頂出機構設計

4 模具結構及工作過程

4.1 UG（NX）模具設計

UG（NX）因其在圖層、抽取面、拆分體、延伸面、同步建模等領域的強大優勢，一直以來是國內模具行業的主流三維設計軟件[5]，通過上述分析，采用UG（NX）建模，如圖9所示。

圖9 模具三維圖

4.2 工作過程

模架選用大水口模架，尺寸為550×450×490mm，擬選用600T型號注塑機，二維模具結構如圖10所示。模具工作過程：注射時，塑料熔體經注塑機由熱流道進入，隨著壓力增大，針閥式澆口開啟，熔料進入型腔，塑件經保壓冷卻后開模。開模時，在注塑機滑塊的帶動下，動模后退，模具在分型面處開模，同時在斜導柱和導向塊的作用下，滑塊和斜頂裝置同步側向抽出，完成內、外側倒扣脫模。隨后，動模繼續做開模運動，注塑機頂桿推動推桿固定板，推桿固定板驅動推桿運動，將塑件推出動模型腔，推出距離為65mm。之后模具閉合，推出機構復位，側抽芯機構復位。合模完畢，準備下一次注射成型周期。

圖10 模具二維圖

5 結束語

針對印制電路板封裝外殼塑件，內、外表面扣位多，機構布局困難的特點，設計了一副1模1腔熱流道模具，選用針閥式澆口進膠，在模具3個方向上設計了5處斜導柱側向抽芯機構，保證塑件順利脫模。冷卻系統中，為保證翹曲變形量，動、定模兩個方向上分別布置5條直徑為φ10的直通水路，大滑塊內部布置1條直徑為φ6的環形水路，確保塑件冷卻均勻。頂出機構中，塑件內側面均勻分布16枚圓推桿，1處斜頂，1根方頂桿，保證塑件頂出時受力平衡，頂出可靠。經現場驗證，模具運行平穩，塑件質量滿足客戶要求，可為相似結構類塑件模具設計提供參考。