手机壳注塑成型工艺与模具设计

韩灵全　王瑞麒　李文琪　石晶环　赵家兴

摘 要：随着经济全球化的不断深化，模具工业在国民经济中起着越来越重要的作用。本设计是对手机壳进行设计，从零件的尺寸确定到模具设计完成一个较为完整的塑料模具设计过程。本套模具浇口采用点浇口，因为塑件内侧具有凸出部分，本模具采用了斜撑销结构，实行了较为简单形式的塑件的成型和推出。

关键词：手机壳；注塑模；模具设计

1 概述

近年来，随着制造行业的不断发展，塑料模具在模具行业中所占比例持续上升。相信塑料模具的发展对我国的经济发展以及生产技术的提高会产生极其巨大的影响[1]。

2 手机外壳的注塑模具设计

2.1 产品功能分析

图1为手机壳立体图，上方凹槽功能是为耳机孔及开锁屏键预留，下方凹槽是为外置扬声器和数据线接口开槽。左侧开槽是为音量键预留位置，其背面圆形孔是为Logo标志而设计，而矩形圆槽则是为摄像头孔。

2.2 成型工艺分析

采用一般精度等级5级，大批量生产。

该塑件壁厚约为1.5mm，考虑到壳体浅，且手机壳内部凸出的部分小于5%的凸起，塑料件的脱模设计为强制脱模。

2.3 塑料的选材及性能分析

手机壳，常用手触摸，必须耐酸、对电绝缘，化学稳定性好，故选成形材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）[2]。

3 模具设计方案确定

3.1 分型面确定

本模具在手机壳四周框处进行分型，分型面与开模方向垂直。

3.2 型腔数量确定及排列形式

一般认为，每增加一个型腔，制品尺寸的精度会降低4%。根据公式N-24，经计算初定本套模采用一模两腔。

4 模具设计

4.1 注塑机选择

4.1.1 注射量计算

ABS平均密度为1.09，平均收缩率为0.55%。通过UG分析功能的测量体，得塑件体积V塑=12.56cm3

塑件质量：

浇注系统质量：

故总体积和总质量：

4.1.2 注射机型号选定

根据以上计算初步选XS-Z-60/50型卧式注射机。

4.1.3 型腔数量校核

（1）根据注射机的最大注射量校核型腔数

2.91>2，符合要求。

（2）由注射机料筒塑化速率校核型腔数量

145.9>2，符合要求。

（3）按注射机额定锁模力校核型腔数量

2.08>2，满足要求。

4.1.4 注射机有关工艺参数校核

（1）注射量校核：前面计算过，符合要求。

（2）鎖模力校核：前面计算过，符合要求。

（3）最大注射压力校核

Pmax？叟k′P0

式中Pmax=120Mpa，k′=1.25≈1.4，P0=80～110Mpa。

代入数据计算，符合要求。

（4）闭合高度校核

模具闭合高度HM与注塑机允许的装模厚度之间应满足如下关系：

本注塑机 ，该套模具厚度H=225mm，

满足要求。

（5）模具外形尺寸校核

XS-Z-60/50型卧式注射机拉杆间距为300×190mm，本套模具长×宽为250×250mm，只有单边大于拉杆间距，满足条件。

（6）最大行程的校核

带有机械-液压联合作用的注塑机，它们的最大行程不受模具厚度影响。

H1+H2+H3+a=35+7+5+35=82mm<180mm

满足要求。

故该注射机可以满足此模具设计要求。

4.2 模具浇注系统设计和浇口设计

4.2.1 主流道设计

（1）主流道尺寸和浇口设计[2]

a.主流道锥角：本模具取3°。

b.与注塑机喷嘴相接触部分尺寸：SR1=SR0+1=13mm，凹坑深度h取5mm。

c.主流道入口直径d1：d1=d0+1=5mm。

d.主流道长度L：取60mm。

e.出口端直径D： D=d1+2Ltan？琢=8.14mm。

f.主流道出口处圆角r：取2mm。

浇口套总长L0=L+h=64mm。

（2）浇口套的设计

常采用碳素工具钢，热处理硬度为50～55HRC。

（3）定位环的设计与固定

4.2.2 分流道与浇口的设计

本产品为手机外壳，要求表面光洁度高，故在logo开设的圆孔处设置浇口。浇口采用侧浇口。此浇口较小，可实现流道和浇口的自动脱落。

4.3 成型零件工作尺寸设计和计算

工作尺寸主要有型腔和型芯的径向尺寸，ABS平均收缩率取 s=0.55%，塑件尺寸公差按塑件标准中的5级精度成型。

型芯和型腔：

以型芯为例，型腔同理采用相应公式计算。

塑件的尺寸公差取自《塑料成型工艺与模具设计》[2]的塑件公差数值表。

塑件尺寸标注见图2。

4.4 温度调节系统设计

4.4.1 加热系统设计

该套模具的模温要求在70 以下，又是小型模具，故无需加热装置。

4.4.2 冷却系统计算

冷却系统计算参照《塑料成型工艺与模具设计》[2]中相应公式，带入数据分别计算塑料传给模具的热量q、需要用冷却水带走的热量QW、冷却水流量qw、水道直径d、冷却水在管道内的流速v、热传导面积Aw和冷却水道长度计算L。

计算结果依次为q=125.64KJ，Qw=305.9KJ，qw=0.0146m3/h，d=6mm，v=1.44m/s=Aw=95.96×10-3m2，L=548mm。

4.5 排气系统设计

除分型面起到排气作用，还可利用推杆和孔的配合间隙进行排气，排气足够。

4.6 脱模推出机构的设计

4.6.1 脱模推出机构材料

推杆的材料用T8碳素工具钢，要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度为u=0.8um[5]。

4.6.2 脱模力计算

当开始脱模时，模具所受的阻力最大，推杆刚度及强度应按此时计算

制品是薄壁矩形件[2]：

4.6.3 复位弹簧的选取

本模具在复位杆上套装4个弹簧，脱模力大，选矩形弹簧。

脱模力F=52396N，预估4个弹簧总受力和F总=6000N。

本模具推出行程为35mm，则

查《冲压手册》[3]选外径尺寸为40mm矩形弹簧。

4.7 合模导向机构和定位机构

因为标准模架本身带有导向装置，按模架规格选取即可。

4.8 斜顶机构设计及校核

斜顶设置在动模，斜顶中部用管位控制，底部固定在推杆固定板上可以左右摆动。斜顶角度为3度。在顶出制品同时受斜面限制，同时作横向移动，从而使制品脱离。

斜顶需要侧抽的距离是l=0.5mm，斜顶完全顶出竖直移動的距离H=35mm，侧抽水平偏移的距离是L=1.8m，满足条件。

4.9 模架确定和标准件选用

根据前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为DCI2525-45×45×60 GB/T12555-2006。

5 装配图

参考文献

[1]叶久新，王群.塑料制品成型与模具设计[M].湖南科学技术出版社，2005：01-15.

[2]杨永顺，游晓红.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2011，8.

[3]王孝培.冲压手册（修订本）[M].北京：机械工业出版社，1988.

[4]林慧国，火树鹏，马绍弥.模具材料应用手册[M].机械工业出版社，2004：167-172.

[5]刘昌祺.塑料模具设计[M].机械工业出版社，1998：31-50.