手机外壳注射模的现状与应用.doc

手机外壳注射模的现状与应用摘要：塑料是一种新型工程材料，发展速度迅猛，塑料的加工和成型工艺也越来越重视，其中注射成型是最常用的塑料零件成型方法。生活用品的塑料模具占大比例，在市场竞争白热化的今天，电器外壳设计成为产品质量的重要一环，最为突出和典型的就是手机。手机外壳注射模成为目前注射模制造行业最为复杂的模具之一，因此，研究手机外壳注射模具的设计制造,具有较高的生产实用价值。关键词：注射模 模具设计制造 手机外壳成型 Abstract：Plastic is one king of new engineerig material. With its rapid development，plastic processing and molding technology have been getting more and more important，and plastics injection molding is the most commom way for polymer processing. The plastic mold has accounted for the great propoation in our daily life. The design of electronic products shell become an important link in product quality，especially for cellphone. Injection mould for mobile phone outer shell is the most complex in injection mould and the frame manufacture. Therefore，it has higher practical value to study.Key Words: injection mould；mould designing and manufacturing； forming of mobile telephone shells1引言1.1手机模具工业的重要性模具属于边缘科学,它涉及机械设计制造、塑性加工、铸造、金属材料、以其热处理、高分子材料、金属物理、凝固理论、粉末冶金、塑料、橡胶、玻璃等诸多学科、领域和行业。在此，手机模具只是其中的一个小分支。目前,模具生产的工艺水平及科技含量的高低,己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一,决定着一个国家制造业的国际竞争力。对于手机这样一个大众化的工具，更是体现得淋漓尽致，因此，对于手机模具的发展和应用技术是十分重要的。1.2论文的选题背景和意义随着消费类塑料制品进入千家万户,日常生活用具的塑料模具已经占了很大比例，家电市场竞争的白热化，使电器外壳设计成为产品质量的重要一环，市场要求家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都能够时尚化，其中最为突出和典型的就是手机。手机是个人随身常用物品，对外观的要求很高，美观效果常常可以体现手机的产品档次，而且整机体积小，结构复杂。翻盖手机、直板超薄手机、大显示屏手机、金属面板手机不断成为手机外形的主潮流，手机的造型日新月异，不断更新，新产品生命周期越来越短，也就对产品的成型和模具提出了更高更苛刻的要求。我国早期生产的手机外壳，模具只能全部从国外进口，之后采用由国外设计图纸国内制造的模式，经过一段时间的生产，现在已经可以自我设计制造部分模具。从目前的制造技术来看，手机塑料外壳的成型方法主要是注射成型，最近流行的金属壳体需要精密冲压加工，手机注射模成为当今注射模制造行业最为复杂的模具之一。1.3论文的主要研究内容手机外壳注射模设计制造难度较大，虽然有许多软件可以利用，但传统的注射模设计方法和经验，仍然具有决定性的作用。在此，主要介绍手机外壳注射模的发展现状与应用。本课题来源已有文献及相关资料，结合已学习的模具方面的知识，以研究手机外壳注射模具的设计制造，从模具的整体结构设计，到浇注系统，脱模机构设计，详细探讨了实际设计制造的方法和关键点，以及实际生产中塑件可能出现缺陷的原因和解决方案，贯串文中介绍了手机外壳中面壳和镜片两个难度较大的典型注射模设计来说明手机外壳注射模的发展现状与应用。2总体结构设计整体结构方案确定，要根据手机塑件的复杂程度，塑料品种，以及各生产厂家注射机的种类等众多因素来决定。但不论是简单还是复杂的模具，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成。两者由导柱导套连接导向，定模安装在注射机的定模板上，动模安装在注射机的动模板上并能够随机器的合模系统运动，相对来说动模比定模结构要复杂得多。根据各零部件的作用来分类，模具上主要零部件和机构有成型零件、浇注系统、推出机构、温度调节系统、排气系统、合模导向机构、支承零件设计，最后以两个典型的手机外壳注射模为实例，介绍整体结构设计，以此说明论题。2.1 成型零件成型零件包括凹模、型芯、镶块等，工作时与塑料直接接触成型,要承受塑料熔体的高压和料流的冲刺,脱模时还会与塑件发生摩擦，因此,要求成型零件有正确的几何形状!良好的尺寸精度!较低的表面粗糙度,以及较高的强度!刚度!耐磨性设计成型零件时,应根据手机外壳塑件的特性!结构和使用条件,确定型腔的总体结构,然后根据成型零件的加工!热处理!装配等要求,进行成型零件的结构设计,最后计算工作尺寸。校核关键零件的强度和刚度凹模的结构可以设计为整体式或组合式整体式凹模由整块材料制作而成,结构比较简单!不易变形,产品的质量好如果产品塑件比较复杂,采用整体式结构凹模型腔的制造就较困难所以,只有结构简单的手机外壳模具,才采用整体式的凹模,一般采用组合式凹模较多整体嵌入式凹模属于组合式凹模的一种,是整体式凹模的演变,即将整体式凹模变为整体式凹模块直接嵌入到固定板中,或先嵌在模框中再将模框嵌到固定板中组合式凹模还有局部镶嵌式凹模!底部镶拼式凹模!侧壁镶拼式凹模!多件镶拼式凹模!四壁拼合式凹模等多种结构形式采用组合式凹模,可以将凹模块易损坏的部位及难加工的部位设计成镶块,简化了型腔的加工工艺,减少了热处理变形,便于模具维修,拼合处的间隙利于排气在手机外壳模具设计中,选择合理!巧妙的组合镶拼结构非常重要,既要保证塑件质量!简化模具加工,又要避免组合式凹模的刚性的不足以及镶块在塑件表面留一下痕迹。2.2 温度调节系统注射模的温度对塑料熔体的充模流动!固化定型!生产效率以及塑件的形状和尺寸精度都有极大的影响1.川每种塑料注射成型都有一个合理的模具温度区域,使熔体的流动性好容易充满型腔,塑件脱模后收缩和翘曲变形小!尺寸稳定,力学性能和表面质量也高为控制模具的温度,必须设计温度调节系统,一般采用模具冷却或加热的方法,必要时两种兼有,手机外壳模具中使用冷却装置较多冷却装置设计的要点尽量保证塑件收缩均匀,维持模具热平衡冷却水孔的数量越多!孔径越大,塑件冷却越均匀水孔与型腔表面各处应有相同的距离浇口处应加强冷却入水与出水的温差要低要结合塑料的特性和塑件的结构,合理考虑冷却水道的排列形式冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位,以免熔接不牢影响强度应该注意密封,保证冷却水道不泄漏防止与其它部位发生干涉冷却水道的进出口要低于模具的外表平面冷却水道要利于加工和清理如图2.2（a）,可以看到某镜片注射模的冷却水道排列情况。 图2.2（a） 面盖注射模动模10、13.冷却水的进、出口 11.排气槽抽 12.真空接口 14.镶件 15.支撑柱 16.复位弹簧模具的整体结构如图2.2（b）所示，因为斜顶抽芯机构设置在定模，所以定模模板要根据设计尺寸将厚度加大考虑到斜顶杆20的直径比较小,如果长度太长,强度会受到影响,故斜顶杆没有直接顶到顶针板,而是用连接销19连接过渡模具开闭器用于完成模具的二次分型,尼龙扣21先把定!动模锁住,进行第一次分型,即分离浇注系统凝料第几次分型是定!动模开模,那时尼龙扣23固定在定模的回针上,定模顶出系统跟动模一起运动,推动斜顶机构动作,完成抽芯的整个行程合模时依靠定模的回针与动模相碰,再加复位弹簧18的弹力,使斜顶抽芯系统复位模具试模时,要根据实际情况,适当调节尼龙扣的松紧程度,最终使机构的运动达到最佳状态图2.2（b）面盖注射模总体装配图17. 型腔 18.复位弹簧 19.连接销 20.斜顶杆 21、23.尼龙扣 22.模具开闭器2.3 镜片注射模镜片属于薄壁零件，成型生产应防止塑件产生翘曲，一定要保证塑料熔体能均匀!迅速地充满模具型腔,最大程度地避免或减少熔接痕,充分保障型腔中气体的排出薄型镜片模具的排溢系统的设计好坏相当重要,注射成形时,熔体填充型腔要排出型腔及浇注系统的空气,以及塑料塑化和成形时产生的挥发气体,否则会造成镜片的气泡!接缝!充填缺料等成形缺陷图2.3.是手机镜片的产品示意图镜片厚度只有0.8mm,产品的厚度太小,塑件成形时很容易翘曲!产生气泡三个方形语音孔的存在,也给模具的设计制造增加了困难由于镜片在手机上要透光显示,必须为透明色,而且注塑完成后,后面二次加工的工序还很多,如烫金!热转印!印镜面油墨!溅镀所以,模具设计制造要考虑塑件注射成型的外观,不能使产品有任何色斑!拉纹等缺陷,还应考虑注射成型后产品二次加工的划伤问题。图2.3 图镜片产品示意图3浇注系统设计3.1 型腔数量和位置的确定注射模每次注射循环所能成型的塑件数量,由模具的型腔数量决定与多型腔相比,单型腔模具的优点是塑件形状和尺寸的一致性好,成型工艺参数容易控制,模具结构简单!设计自由度大,成本低!生产周期短等但是,多型腔的生产效率高,塑件成本低,非常适合长期大批量生产因此,型腔数目的选择要综合考虑塑件的技术质量要求,产品批量大小和交货周期,塑料的种类与塑件的形状及尺寸大小,塑件成型加工的成本,注射机的额定注射量和锁模力等因素手机塑料外壳体积小,如果批量较大可以考虑一模多件由于目前市场的外观流行潮流变化常快,产品更新换代的周期短,有些工厂的生产批量不是很大,一般也设计为单型腔但是,大多镜片是中间没有空腔的实心件,考虑浇道的位置,通常应该设计为一模两件当然,对于中间有空腔的镜片,当生产批量不大时,可以一模一件设计单型腔,这时型腔的中心位置不在模具的中心,要注意根据产品的结构关系精确计算。3.2 分型面的选择模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离接触表面称为分型面,也叫合模面分型面要有利于脱模,有利于保证塑件质量,有利于简化模具结构,有利于模具成型零件的加工选择分型面时,应该考虑模具总体结构简化,尽量减少分模面的数目,尽量采用平直分型面还应考虑模具是否便于加工,便于成品取出,分模面应尽量选择在产品的棱线上面相对其他外壳塑料零件来说,手机显示镜片比面壳的结构简单,因此分型面也不会复杂,但分型面的位置选择一定要考虑镜片的外观，如下方式就有正确与错误之分：图3.1 分型面位置的选择3.3 浇道的设计浇道分类有普通浇注系统即冷流道,以及无流道凝料浇注系统包括热流道、绝热流道,手机镜片注射模采用冷浇道较多浇道应该有良好的注射压力传递,使塑料熔体能够尽快地充满和均衡地分配到各个型腔,达到理想的填充状态,保证熔融塑料在流动过程中压力损失!热量损失尽可能小。如图3.2位工艺把手设计：图3.2 工艺把手设计如图3.3为其浇口设计：图3.3 浇口位置设计为了防止镜片塑件产生翘曲,必须使塑料熔体在宽度方向上的流动得到更均匀的分配,将塑件的内应力降至最小为此,浇口形式应该采用扇形浇口这样还可以避免流纹及定向效应所带来的不良影响,并减少了进入空气的可能性。形浇口的宽度为10mm,其它主要尺寸如图3.3.1所示。由图可知,进料处浇口厚度为0.54mm,这个尺寸必须与产品相吻合由于产品倒了角,所以浇口深度应该刚好到倒角处距离产品有1.2mm的直边长度,设计此直边的目的是方便后续工序,因为二次加工时一般是用加热的方法切除浇口,所以必须要有足够的刀口位置同样,如图3.3.2溢料处的深度尺寸为0.2mm,也是为后续工序的切除加工方便而设计的。 图3.3.1 浇口尺寸 图3.3.2 浇口的溢料深度3.4 冷料穴设计冷料穴又称冷料井,用来储减注射间隔期间产生的冷料,防止冷料进入型腔而影响塑件质量,并使熔料能顺利地充满型腔冷料穴可以容纳冷料,镜片注射模中巧妙地设计冷料穴,还可以起到排气!塑件推出作用由于镜片为透明色,表面质量要求很高,顶杆不能在镜片的表面直接推出,所以如果在模具的合适位置设计冷料穴,就可以把推杆设置在冷料穴处,保证镜片的可靠推出脱模冷料穴的位置和数量,应该根据镜片的大小和各边长而定对于边长不是很长!各边长度大小差不多的镜片,可以在每条边的中间位置各设一个冷料穴对于边长较长的边,可以均匀地设置个冷料穴薄件类产品模具的排气系统很重要,如果薄型显示镜片模具的排气设计把握不准确,会给注射成型带来很大的困难,即使注射工艺中采取增大压力!提高速度等措施,效果也不是很好图中所示的六个蓝色点是本产品需要排气的关键部位,要求模具设计时一定要采取排气措施另外图中还可以看到产品的两头中部还有轻微的熔接痕为此,在可能出现熔接痕的位置,模具上必须设计冷料穴,这样既可以避免熔接痕,又达到了排气的目的,较好地解决了熔接痕和排气两大问题。4脱模机构设计针对手机外壳结构隐含的缺陷,根据本产品的结构特点及材质,在总结同类产品模具设计经验的基础上,考虑采用定模斜顶抽芯机构来成型转轴孔将两个转轴孔作为型腔滑块,中间共用一个滑块楔,具体设计结构见图4.1所示在两个滑块的斜面上设计T形槽,而滑块楔相应的两斜面上开设T形槽扣,两者相配合开模时,滑块楔向上移动,通过T形槽扣来带动两个滑块内缩,两边的弹簧作为辅助力也推动滑块运动,从而实现了两个转轴孔的抽芯脱模合模时,滑块楔往下移动,进而带动两个滑块完成复位。图4.1 面盖模具转轴孔脱模机构设计4.1 主要尺寸的设计 要保证模具有足够的脱模行程，必须计算好斜顶的斜度及复位针的行程。一般情况下，斜度设计为5，行程为13mm，其它尺寸如图4.2 所示，放大图4.3所示，为了防止产品在顶出时，不会被斜顶顶塌凹陷，斜顶的末端应选在B箭头处即动模胶位的最大边，而不能设计在A箭头处。图4.2 扣位脱模机构尺寸图4.3 放大图5制造工艺及质量的保证本章介绍手机外壳注射模的制造方法和关键工艺制作要点，模具的装配、试模和计算机辅助设计制造的应用。探讨如何提高模具质量，保证手机外壳的成型要求，并提出了实际生产中塑件可能出现缺陷的原因以及解决方法。5.1 模具制造材料模具材料必须具有的特性良好的加工性能，良好的耐磨性和耐腐蚀性能足够的强度、硬度、韧性良好的耐热性、热稳定性、热疲劳性良好的尺寸稳定性，良好的淬透性，热处理变形小。特别是模具成型部分的零件，肩负了成型的全部工作，从注射、进浇到排溢，了解模具的质量，必须从严要求。例如，镜片模具制造材料要求较高的是定模和动模镶块，要求全部采用公司生产的类似于工工钢材，并经过了电渣重焊处理，粗加工后进行热处理，硬度必须达到规格。5.2 镜片模具型腔的加工手机镜片表面不能有任何麻点，必须高度透明。因此，模具对型腔的表面质量要求相当高，模具型腔表面的镜面抛光程度直接关系到产品的质量效果，加工过程要特别注意，不能有任何疵点。根据工厂生产经验，其关键加工工艺和注意点是先用电火花机床进行粗加工，粗加工的电极材料可以采用普通红铜。接下来的工序是热处理之后再用镜用的合金铜，不能使用普通材料，如果镜面火花机设备比较先进，放电完成后一般都能达到理想的质量，否则还要采用激光进行抛光处理，来达到表面技术要求。加工中一定要注意，手机镜片模具的镜面不可以用手工抛光处理。5.3 辅助设计制造的应用随着计算机的应用发展，将其应用于模具的设计与制造，已成为快速制造模具的有力保证。长期以来，注射模成型工艺由于塑料制品的多样性、复杂性和工程技术人员经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。在开始大规模生产前，由于仅凭经验设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅要工艺师重新设置工艺参数，甚至还要设计师调整塑料制品和模具设计方案，重复各个步骤增加了生产成本，影响模具质量，同时延长了制品生产时间。因此，用计算机进行辅助设计制造，对模具的设计制造具有重要的作用。5.4 装配在模具装配过程中，既要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对运动的零件，还必须保证它们之间的运动精度。所以模具装配精度的高低及质量的好坏，都直接影响注射生产是否正常，影响产品的尺寸，形状精度和工厂成本。数控机床的普遍应用，能够保证模具零件的加工精度和质量要求，采用数控加工的零件，可直接进行模具装配，减轻了钳工的工作量。5.4.1装配基准在模具的加工过程中，各个零件都有统一的加工基准，在装配的时候以基边为基准来进行装配，以保证模具的整体精度，每个零件均设计了基准角，即为装配基准，零件加工要按图纸保证基准角的精度，装配时都要在一个方向基准角上，不能装反。5.4.2模具镶块的装配为了节省工时，先加工镶块后加工入子、斜销、滑块等其它零件，待镶块加工完毕后，交给钳工进行装配。钳工接到凸、凹镶块后，首先应进行测量，看其最大外型尺寸是否符合公差要求，如果在公差范之内，开始装配镶块，注意镶块的基准角要与模框的基准角一致，装好后进行凸、凹镶块靠破，目的是保证模具达到注射成型的要求，防止模具在注射成型时出现塑料溢边等情况发生。靠破用红色粉来检查零件表面的缺陷及零件间的密合度，一件喷上红色，另一件靠上，观察粘的均匀程度，不均匀表示不平。如果开模后，镶块表面的红色痕迹达到模具注射成型要求，也就完成了镶块的装配。型腔的动、定模板镶合后，分型面上要求紧密无缝。5.5 滑块的装配镶块装配完毕后，开始装配滑块或斜销，注意不能同时装配，以免配合不良导致斜销被撞坏，滑块抽芯机构装配后，应保证滑块型芯与凹模达到所要求的配合间隙，保证滑块运动灵活，行程足够，正确的起始位置。滑块装配一般要以凹模的型面为基准，所以要在凹模装配后进行圈，由于成型面为曲面，不便测量尺寸，在装配前应对其表面进行抛光，只有将其装在凹模上与镶块配合后才能达到精度要求。抛光完毕后进行靠破，为了便于装配，要求一个一个地靠破，才能达到精度要求。5.6 斜销的装配加工后的斜销与镶块配合很紧，钳工在装配过程中要对斜销进行修磨，使其与镶块配合良好。另外，斜销的杆部四周均匀布置油槽，以利于润滑，在靠破时应在斜销侧壁的油槽内涂润滑油，以减小摩擦力，并储存摩擦产生的铁屑，油槽开设的范围以斜销完全顶出后油槽不露出型腔为准，以免污垢污染型腔。装配过程中，要注意保护成型部分，防止撞坏。5.7 顶针、入子的装配以上工序完成后，装配顶针和入子。装配入子时应注意不要装反，保护入子的成型面不要被撞坏。装配顶针时应注意有些顶针的表面为曲面，装配后应在顶针的尾部加防转措施，并刻上编号标记，防止以后修模时装错，全部零件安装完毕后，应一该检查各零件配合是否顺畅，并在配合部分如导柱导套、斜销、滑块等处加高温润滑油，注意镶块内不能有润滑油存在。5.8 试模模具的设计和制造有可能会发生错误，必须通过试模来修改和验证。试模的结果，特别是塑件注射成型参数的选择，是保证以后正常注射生产顺利进行的重要依据。6结论手机外壳结构件大多数为塑料件,注射成型是其主要的生产方法。模具及其注射成型成为手机外壳制造的难点，从目前工厂的手机模具设计制造实际情况来看，面盖模具、镜片模具又是其中关键并具有代表性的模具。为了便于模具的设计制造和注射成型，在保证整机外观的前提下，外壳塑件设计一定要充分考虑生产的加工工艺性。厚度要保证均匀，外形要简洁，结构应尽量简单。显示镜片一类的塑件尽量不要设计孔和凸、凹台的形状结构，不能避免时此类结构时，要求孔边缘倒圆角。产品表面的装饰设计要考虑注塑的缺陷和二次加工，可以用巧妙的装饰来掩盖产品制造过程中的一些缺陷