印制電路板封裝外殼熱流道注射模設(shè)計

趙 猛

（沈陽職業(yè)技術(shù)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(cè)的第一殼體和下側(cè)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(cè)的第一殼體塑件為例，針對其結(jié)構(gòu)特征的復雜性，優(yōu)化設(shè)計一副熱流道注射模，可為模具設(shè)計同行提供一定參考。

圖1 印制電路板封裝外殼整體結(jié)構(gòu)

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(wěn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，不存在扣位；第二，塑件外側(cè)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(jié)構(gòu)；第四，塑件左側(cè)內(nèi)表面存在一處扣位，可采用斜頂結(jié)構(gòu)拆模；第五，該塑件整體結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，但翹曲變形量要求嚴格，且塑件批量大，考慮到經(jīng)濟性和實用性，本副模具采用熱流道系統(tǒng)。

圖3 第一殼體3D圖

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)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(xiàn)“流涎”現(xiàn)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(tǒng)

將塑件劃分網(wǎng)格導入CAE分析軟件中，分析結(jié)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(xiàn)熔接痕的位置尚可接受，未出現(xiàn)短射的情況。

圖5 CAE分析結(jié)果

3.2 側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計

塑件外側(cè)大滑塊處抽芯距離為60mm，小滑塊處抽芯距離為26mm，設(shè)計為斜導柱抽芯機構(gòu)。如圖6所示，塑件左側(cè)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(cè)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(chǎn)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(chǎn)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(gòu)

3.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu)規(guī)整，壁厚相對均勻，因此，冷卻水路布置應(yīng)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(gòu)，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(cè)存在半開放式側(cè)壁，為提高冷卻效果，兩側(cè)加設(shè)水井機構(gòu)；側(cè)抽芯處：模具側(cè)面設(shè)有1處大滑塊，為保證冷卻效果，此處設(shè)計1條直徑為φ6mm的環(huán)形小水路。

圖7 冷卻水路布置

3.4 頂出機構(gòu)設(shè)計

塑件內(nèi)側(cè)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(shè)計鑲件，考慮到頂出的可靠性，此處設(shè)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(jīng)實際生產(chǎn)驗證，頂出狀態(tài)良好。綜上所述，模具頂出機構(gòu)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(gòu)設(shè)計

4 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

4.1 UG（NX）模具設(shè)計

UG（NX）因其在圖層、抽取面、拆分體、延伸面、同步建模等領(lǐng)域的強大優(yōu)勢，一直以來是國內(nèi)模具行業(yè)的主流三維設(shè)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(jié)構(gòu)如圖10所示。模具工作過程：注射時，塑料熔體經(jīng)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(jīng)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(cè)向抽出，完成內(nèi)、外側(cè)倒扣脫模。隨后，動模繼續(xù)做開模運動，注塑機頂桿推動推桿固定板，推桿固定板驅(qū)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(gòu)復位，側(cè)抽芯機構(gòu)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(jié)束語

針對印制電路板封裝外殼塑件，內(nèi)、外表面扣位多，機構(gòu)布局困難的特點，設(shè)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(shè)計了5處斜導柱側(cè)向抽芯機構(gòu)，保證塑件順利脫模。冷卻系統(tǒng)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(nèi)部布置1條直徑為φ6的環(huán)形水路，確保塑件冷卻均勻。頂出機構(gòu)中，塑件內(nèi)側(cè)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(jīng)現(xiàn)場驗證，模具運行平穩(wěn)，塑件質(zhì)量滿足客戶要求，可為相似結(jié)構(gòu)類塑件模具設(shè)計提供參考。