手機底殼塑料模具設(shè)計

孫國智，黃仲庸

(1.東莞市德勤教育科技有限公司，廣東 東莞 523000；2.東莞市高技能公共實訓(xùn)中心，廣東 東莞 523466)

1 塑件工藝要求

圖1為手機底殼放縮水后的產(chǎn)品圖，產(chǎn)品外形規(guī)格寬長厚尺寸為39.85 mm×94.92 mm×6.90 mm。塑件無特殊的尺寸精度要求，均為未注尺寸公差。塑材為ABS+PC，材料縮水率取5‰[1-2]。產(chǎn)品外觀要求噴油處理。如圖1所示，產(chǎn)品內(nèi)部有4處扣位，分布區(qū)域分別為圖1中1～4指示位置。產(chǎn)品為外殼件，需保證外觀要求。

2 塑件結(jié)構(gòu)與工藝分析

2.1 塑件斜率分析

基于特征的參數(shù)化實體/曲面造型技術(shù)的完善，為塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技術(shù)提供了可靠的保證[3]。通過UG軟件對產(chǎn)品圖進行分析可知： 產(chǎn)品周圈為直身位，不利于拔模，即產(chǎn)品周圈區(qū)域沒有拔模角度，如圖2所示。像這種周圈沒有拔模角度的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品是沒辦法脫模的，強制頂出脫模將造成產(chǎn)品擦傷，同時也會造成模腔磨損。針對塑件的特點，模具將采用4面滑塊的結(jié)構(gòu)脫模。對于中間內(nèi)壁及中間孔拔模，鑒于產(chǎn)品整體厚度只有6.5 mm，1°的拔模角度便能滿足脫模要求。同時，產(chǎn)品周圈上的扣位(外側(cè)面孔位)一同出在4面滑塊上，有助于減少成型件拼合線，并能提高產(chǎn)品外觀效果。

圖1 產(chǎn)品圖(單位： mm)

圖2 產(chǎn)品斜率分析圖

2.2 塑件壁厚分析

通過UG軟件對塑模部件進行驗證分析，可得出塑件壁件檢查結(jié)果。如圖3所示，產(chǎn)品下部有一大塊深色區(qū)域，這塊深色區(qū)域代表的含義是此處厚度在0.6 mm以下。經(jīng)實測，該區(qū)域產(chǎn)品厚度為0.55 mm。熔融的塑料流經(jīng)這種薄壁區(qū)域時，會產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象，損失大量的熱能，進一步使塑料流動趨勢減緩。這種惡性循環(huán)將使模具注射充填困難，甚至產(chǎn)生短、缺膠現(xiàn)象。為規(guī)避這種風險，應(yīng)在圖3下部方框中增設(shè)排氣鑲件。若在實際生產(chǎn)中，下部深色區(qū)域還是出現(xiàn)短膠，那么可以提高模溫或者料溫來降低塑料的黏度，提升塑料的流動性來使塑膠充填型腔。

圖3 產(chǎn)品壁厚檢查圖

2.3 塑件分型線選取分析

分型面不平整、不規(guī)則會影響模具的制造和裝配[4-5]。如圖4所示，該案例用滑塊把產(chǎn)品周圈外表面包起來，滑塊與前后模分別存在分型線。產(chǎn)品頂面與底面實線線圈分別表示滑塊與前模、后模的分型線。由于產(chǎn)品外觀需要噴油，周圈外觀面與產(chǎn)品頂面、底面的相交線，如圖4所示，不能作為分型線，否則成型后的產(chǎn)品將在此處產(chǎn)生尖角，噴油時會在尖角處積油，影響外觀及裝配。為規(guī)避風險，將雙點畫線向產(chǎn)品內(nèi)側(cè)偏置0.3 mm，生成實線分型線，滑塊在放電(電火花)加工時，雙點畫線處將自然形成半徑0.2 mm左右的小圓角?；瑝K成型區(qū)域?qū)僖患壨庥^面，滑塊與滑塊的拼合位置放在產(chǎn)品4個轉(zhuǎn)角處，注塑成型后的滑塊拼合痕跡將不會出現(xiàn)在外觀面上，最大限度地保證了產(chǎn)品的外形美觀度。

圖4 產(chǎn)品分型線示意圖

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 進膠(澆注)系統(tǒng)設(shè)計

塑件大批量生產(chǎn)時，采用注塑成型最為有利[6]。在本案例中，設(shè)計斜頂結(jié)構(gòu)解決扣位脫模。因為產(chǎn)品有4面大滑塊，占用空間大，故采用單腔結(jié)構(gòu)。在澆注系統(tǒng)設(shè)計時，考慮產(chǎn)品四周皆為外觀面，外觀要求較高，側(cè)膠口、潛進膠均不利于滿足外觀要求，因此本案例采用細水口、兩點進膠的進膠系統(tǒng)設(shè)計，位置如圖1 A， B處所示。細水口最大的優(yōu)點就是在開模時，產(chǎn)品與膠口自動分離，節(jié)省人工、提高生產(chǎn)效率。膠口與產(chǎn)品的斷點痕跡細小，在裝配完成后完全不影響手機外觀。如圖5所示，膠口尺寸φ1 mm，膠口拔模角單邊20°。

圖5 進膠示意圖

3.2 成型零件設(shè)計

前后模仁如圖6所示，為解決短膠問題，在后模仁中增加排氣鑲件來增強排氣。同時，為保證產(chǎn)品外觀面粗糙度要求，滑塊在產(chǎn)品轉(zhuǎn)角中間位置采用45°角拼合。其在開模抽芯及合模過程中，滑塊與滑塊在45°封膠位處不會長時間接觸摩擦，避免因滑塊拼合處插合過度磨損而產(chǎn)生批鋒，如圖7所示。

圖6 前、后模仁

圖7 四面滑塊

圖8 斜頂機構(gòu)

為保持塑料件頂出時橫向不移動，采用斜頂加推桿結(jié)構(gòu)[7]。由于手機底殼內(nèi)部空間有限，扣位尺寸小，導(dǎo)致斜頂截面尺寸為4 mm×4 mm，長度12 mm。斜頂為細長的結(jié)構(gòu)，頂出過程中存在折斷的風險。為保證斜頂頂出順暢、不卡頓，需在B板底部設(shè)計導(dǎo)向塊為斜頂頂出、復(fù)位導(dǎo)向，導(dǎo)向塊材料采用耐磨的杯司銅，如圖8所示。

為保障前模仁與滑塊在開合模時不會被拖傷，從而延長模具壽命，滑塊與前模仁配合面需設(shè)計單邊5°的角度，如圖9所示。

圖9 成型零件組合圖

3.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

由于產(chǎn)品尺寸不大，前后模仁各設(shè)計一組φ8 mm的回形運水，便能滿足冷卻需求。由于滑塊結(jié)構(gòu)的存在，冷卻水離產(chǎn)品膠位面距離為17 mm，距離相對較遠。但考慮到產(chǎn)品的尺寸較小，膠位高7 mm，且面積有限，開模后暴露于空氣中很快就會冷卻。冷卻水對模仁降溫同樣能達到冷卻的目的，冷卻系統(tǒng)設(shè)計如圖10所示。

圖10 冷卻回路

3.4 頂出系統(tǒng)設(shè)計

塑件骨位、轉(zhuǎn)角位包緊力較大，為保證順利頂出，骨位和轉(zhuǎn)角位置在條件允許的情況下應(yīng)多放頂針。頂針盡量選用圓頂針，不僅經(jīng)濟，還不易卡頓。頂針頂出位置全都選在平面處，故所有頂針無須定位。斜頂兼具頂出和脫扣的作用，所以斜頂20 mm范圍內(nèi)可不用排布頂針，有效避免了頂針與斜頂座相互干涉。

4 合模運動分析

模具工作過程如圖11(a)所示[8-10]，A板(5)與B板(13)間由尼龍膠塞(26)連接，開模阻力最大。上固定板(2)與水口推板(3)間開模阻力次之。水口推板(3)與A板(5)間開模阻力最小。注塑、冷卻完成后，模具在開模力的作用下，首先沿Ⅰ處打開。當小拉桿(18)背頭工作面與A板(5)接觸時，水口推板(3)與A板(5)間的開模動作完成。此時水口凝料(4)從前模仁(17)模腔中拉出，澆口自動與產(chǎn)品(7)分離。接著上固定板(2)與水口推板(3)沿Ⅱ處打開，當塞打螺絲(20)運動到設(shè)計行程后，上固定板(2)與水口推板(3)間的開模動作完成。此時水口凝料(4)被水口推板(3)從水口勾針(19)、大唧嘴(1)中推出，以便模具開模完成后由工人或機械手取出水口凝料(4)。在開模力的繼續(xù)驅(qū)動下，將固定在B板(11)上的尼龍膠塞(16)強行從A板(5)中拉出，模具沿Ⅲ處打開。同時斜導(dǎo)柱(6)撥動滑塊座(9)、滑塊鑲件(8)向外側(cè)抽芯。當滑塊抽芯完成，且A板(5)與B板(11)間有足夠空間取出制品時，模具開模動作停止，如圖11(b)所示。隨后注塑機頂棍通過KO孔頂?shù)较马斸槹?12)，帶動斜頂(13)、圓頂針(10)將產(chǎn)品(7)從后模仁(15)模腔中頂出。隨后模具合模，進入下一注塑周期。

5 結(jié)語

本模具總體結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，采用常用的滑塊、斜頂結(jié)構(gòu)。需要慎重設(shè)計的地方是滑塊與前模、滑塊與后模雙分型線的選擇，必須規(guī)避產(chǎn)品后續(xù)工藝的積油問題。這套模具采用單腔排布，主要是因為產(chǎn)品有4面大滑塊，占用空間大，如果采用多腔排布，勢必會增大模具型號，產(chǎn)品精度會降低，同時適用生產(chǎn)的注塑機噸位也會增大。這樣不僅增加了生產(chǎn)成本，還延長了生產(chǎn)周期。本模具開合動作穩(wěn)定可靠，成型件可達到設(shè)計技術(shù)要求，為同類型模具設(shè)計提供了參考。

(a) 合模圖

(b) 開模圖