手机底壳塑料模具设计

孙国智，黄仲庸

(1.东莞市德勤教育科技有限公司，广东 东莞 523000；2.东莞市高技能公共实训中心，广东 东莞 523466)

1 塑件工艺要求

图1为手机底壳放缩水后的产品图，产品外形规格宽长厚尺寸为39.85 mm×94.92 mm×6.90 mm。塑件无特殊的尺寸精度要求，均为未注尺寸公差。塑材为ABS+PC，材料缩水率取5‰[1-2]。产品外观要求喷油处理。如图1所示，产品内部有4处扣位，分布区域分别为图1中1～4指示位置。产品为外壳件，需保证外观要求。

2 塑件结构与工艺分析

2.1 塑件斜率分析

基于特征的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技术提供了可靠的保证[3]。通过UG软件对产品图进行分析可知： 产品周圈为直身位，不利于拔模，即产品周圈区域没有拔模角度，如图2所示。像这种周圈没有拔模角度的结构，产品是没办法脱模的，强制顶出脱模将造成产品擦伤，同时也会造成模腔磨损。针对塑件的特点，模具将采用4面滑块的结构脱模。对于中间内壁及中间孔拔模，鉴于产品整体厚度只有6.5 mm，1°的拔模角度便能满足脱模要求。同时，产品周圈上的扣位(外侧面孔位)一同出在4面滑块上，有助于减少成型件拼合线，并能提高产品外观效果。

图1 产品图(单位： mm)

图2 产品斜率分析图

2.2 塑件壁厚分析

通过UG软件对塑模部件进行验证分析，可得出塑件壁件检查结果。如图3所示，产品下部有一大块深色区域，这块深色区域代表的含义是此处厚度在0.6 mm以下。经实测，该区域产品厚度为0.55 mm。熔融的塑料流经这种薄壁区域时，会产生迟滞现象，损失大量的热能，进一步使塑料流动趋势减缓。这种恶性循环将使模具注射充填困难，甚至产生短、缺胶现象。为规避这种风险，应在图3下部方框中增设排气镶件。若在实际生产中，下部深色区域还是出现短胶，那么可以提高模温或者料温来降低塑料的黏度，提升塑料的流动性来使塑胶充填型腔。

图3 产品壁厚检查图

2.3 塑件分型线选取分析

分型面不平整、不规则会影响模具的制造和装配[4-5]。如图4所示，该案例用滑块把产品周圈外表面包起来，滑块与前后模分别存在分型线。产品顶面与底面实线线圈分别表示滑块与前模、后模的分型线。由于产品外观需要喷油，周圈外观面与产品顶面、底面的相交线，如图4所示，不能作为分型线，否则成型后的产品将在此处产生尖角，喷油时会在尖角处积油，影响外观及装配。为规避风险，将双点画线向产品内侧偏置0.3 mm，生成实线分型线，滑块在放电(电火花)加工时，双点画线处将自然形成半径0.2 mm左右的小圆角。滑块成型区域属一级外观面，滑块与滑块的拼合位置放在产品4个转角处，注塑成型后的滑块拼合痕迹将不会出现在外观面上，最大限度地保证了产品的外形美观度。

图4 产品分型线示意图

3 模具结构设计

3.1 进胶(浇注)系统设计

塑件大批量生产时，采用注塑成型最为有利[6]。在本案例中，设计斜顶结构解决扣位脱模。因为产品有4面大滑块，占用空间大，故采用单腔结构。在浇注系统设计时，考虑产品四周皆为外观面，外观要求较高，侧胶口、潜进胶均不利于满足外观要求，因此本案例采用细水口、两点进胶的进胶系统设计，位置如图1 A， B处所示。细水口最大的优点就是在开模时，产品与胶口自动分离，节省人工、提高生产效率。胶口与产品的断点痕迹细小，在装配完成后完全不影响手机外观。如图5所示，胶口尺寸φ1 mm，胶口拔模角单边20°。

图5 进胶示意图

3.2 成型零件设计

前后模仁如图6所示，为解决短胶问题，在后模仁中增加排气镶件来增强排气。同时，为保证产品外观面粗糙度要求，滑块在产品转角中间位置采用45°角拼合。其在开模抽芯及合模过程中，滑块与滑块在45°封胶位处不会长时间接触摩擦，避免因滑块拼合处插合过度磨损而产生批锋，如图7所示。

图6 前、后模仁

图7 四面滑块

图8 斜顶机构

为保持塑料件顶出时横向不移动，采用斜顶加推杆结构[7]。由于手机底壳内部空间有限，扣位尺寸小，导致斜顶截面尺寸为4 mm×4 mm，长度12 mm。斜顶为细长的结构，顶出过程中存在折断的风险。为保证斜顶顶出顺畅、不卡顿，需在B板底部设计导向块为斜顶顶出、复位导向，导向块材料采用耐磨的杯司铜，如图8所示。

为保障前模仁与滑块在开合模时不会被拖伤，从而延长模具寿命，滑块与前模仁配合面需设计单边5°的角度，如图9所示。

图9 成型零件组合图

3.3 冷却系统设计

由于产品尺寸不大，前后模仁各设计一组φ8 mm的回形运水，便能满足冷却需求。由于滑块结构的存在，冷却水离产品胶位面距离为17 mm，距离相对较远。但考虑到产品的尺寸较小，胶位高7 mm，且面积有限，开模后暴露于空气中很快就会冷却。冷却水对模仁降温同样能达到冷却的目的，冷却系统设计如图10所示。

图10 冷却回路

3.4 顶出系统设计

塑件骨位、转角位包紧力较大，为保证顺利顶出，骨位和转角位置在条件允许的情况下应多放顶针。顶针尽量选用圆顶针，不仅经济，还不易卡顿。顶针顶出位置全都选在平面处，故所有顶针无须定位。斜顶兼具顶出和脱扣的作用，所以斜顶20 mm范围内可不用排布顶针，有效避免了顶针与斜顶座相互干涉。

4 合模运动分析

模具工作过程如图11(a)所示[8-10]，A板(5)与B板(13)间由尼龙胶塞(26)连接，开模阻力最大。上固定板(2)与水口推板(3)间开模阻力次之。水口推板(3)与A板(5)间开模阻力最小。注塑、冷却完成后，模具在开模力的作用下，首先沿Ⅰ处打开。当小拉杆(18)背头工作面与A板(5)接触时，水口推板(3)与A板(5)间的开模动作完成。此时水口凝料(4)从前模仁(17)模腔中拉出，浇口自动与产品(7)分离。接着上固定板(2)与水口推板(3)沿Ⅱ处打开，当塞打螺丝(20)运动到设计行程后，上固定板(2)与水口推板(3)间的开模动作完成。此时水口凝料(4)被水口推板(3)从水口勾针(19)、大唧嘴(1)中推出，以便模具开模完成后由工人或机械手取出水口凝料(4)。在开模力的继续驱动下，将固定在B板(11)上的尼龙胶塞(16)强行从A板(5)中拉出，模具沿Ⅲ处打开。同时斜导柱(6)拨动滑块座(9)、滑块镶件(8)向外侧抽芯。当滑块抽芯完成，且A板(5)与B板(11)间有足够空间取出制品时，模具开模动作停止，如图11(b)所示。随后注塑机顶棍通过KO孔顶到下顶针板(12)，带动斜顶(13)、圆顶针(10)将产品(7)从后模仁(15)模腔中顶出。随后模具合模，进入下一注塑周期。

5 结语

本模具总体结构并不复杂，采用常用的滑块、斜顶结构。需要慎重设计的地方是滑块与前模、滑块与后模双分型线的选择，必须规避产品后续工艺的积油问题。这套模具采用单腔排布，主要是因为产品有4面大滑块，占用空间大，如果采用多腔排布，势必会增大模具型号，产品精度会降低，同时适用生产的注塑机吨位也会增大。这样不仅增加了生产成本，还延长了生产周期。本模具开合动作稳定可靠，成型件可达到设计技术要求，为同类型模具设计提供了参考。

(a) 合模图

(b) 开模图