摘要：近年来随着智能手机的兴起，智能手机已成为人们工作和生活中重要的通信物件之一，它已经深深影响并改变着我们这一代人的生活方式。本文结合笔者多年的工作经验，对智能手机外壳结构设计的相关话题进行分析和阐述，具有一定的工程设计参考价值。
关键词：注塑模具；抽芯机构；浇口；机构设计；脱模计算
由于目前手机壳件的外观及尺寸精度要求高，一般取MT3～MT4精度等级，结构功能要求多，有外观要求的侧面、正面上所设置的按键孔需要精确成型，而且内表面有较多的结构结合扣位、螺丝柱位、电子元件安装卡位等功能特征脱模困难。以上特征影响到塑件的成型流动性及成型精度，同时，对塑件脱模也带来一定的设计难度，笔者以某手机下壳体面壳为例，探讨了此类塑件模具设计的要点进行详细分析和探讨。
1.材料塑件分析及功能机构件在模具上的布局
模具功能件机构的整体布局需综合考虑，妥善布局，目前智能手机精度及表面粗糙度要求高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较大、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀。根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
2.浇注系统设计
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响颇大。本次设计中的材料ABS属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观粘度随剪切速率的变化而发生显著的变化，对假塑性流体而言，剪切速率增大时，表观粘度会降低，温度对ABS的表观粘度也有很大影响，跟普通液体相比，ABS又具有很大的可压缩性，当压力增高时，其表观粘度增加，由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率是随时变化的，在设计浇注系统时，综合加以考虑，以期在充模以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满型腔，在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分传递到型腔各部分，此外，制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺寸，本制件上表面要求光滑，所以，不宜在表面开设浇道，而应采用内浇口。
3.分流道设计及浇口形式的选择
分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。
3.1分流道的设计要点：
（1）流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。为此，分流道一要短，二要使粗糙度降到最低，三是容积要小，四是少弯折。
（2）要使分流道的固化时间稍慢于制品的固化时间，以利保压、补缩和压力传递；
（3）要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔，故在多型腔设计时，在保证模具结构强度前提下，力求采用平衡进料，而且在保证模具结构强度前提下，力求紧凑、集中。
（4）便于加工，便于使用标准刀具，免于制造专用刀具。
3.2分流道的截面形状
分流道的截面类型有圆形、梯形、U形、半圆形等，根据塑件的材料流动性较好，长度较短，可以采用圆形分流道且呈直线布置。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
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3.3分流道的布置
分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或加上型腔大小不同）。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。因此，本塑件的分流道采用了平衡式布置。
3.4浇口形式的选择
为了使从主流道来的熔融塑料能均衡地以最短的流程到达各浇口并同时充满各型腔，本设计上壳采用非平衡式的分流道布置形式，下壳决定选用针点浇口进胶，这种浇口适用于成型壳、盒、罩和容器等制品，是应用广泛的手机成型的浇口形式。它的优点为：由于浇口小，熔体通过点浇口时流速增大，前后压差大，提高了充模的速度，从而可获得外表清晰，有光泽的制品；熔体流过点浇口时由于摩擦阻力使部分能量转变为热量，使熔体温度略升高，粘度下降，改善了流动性，这对薄壁制品是有利的；其缺点：浇口尺寸小，充模阻力大，对熔体粘度较高的塑料会产生充填不满的缺陷；为了取出点浇口式浇注系统凝料，要增加一个分型面，模具具有两个分型面的三板式结构，结构比较复杂。
4.脱模力的计算
由于该塑件的脱模阻力不大，而推杆又加工简单、更换方便、脱模效果好，因此采用圆形推杆脱模机构。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，亦即无视脱模斜度（a=0）
由于制品是薄壁矩形件
Q=8t•E•S•l•f/(1-m)(1+f)（kN）
式中Q—脱模最大阻力（kN）
t—塑件的平均壁厚（cm）
E—塑料的弹性模量（N/）
S—塑料毛坯成型收缩率（mm/mm）
l—包容凸模长度（cm）
f—塑料与钢之间的摩擦系数
m—泊松比，一般取0.38~0.49
S=0.005，E=1.8×10N/cm
已知，t0.1cm，l=10cm，f=0.28
Q=8×0.1×1.8×10×0.005×10×0.28/(1-0.43)(1+0.28)
=3.31kN
5.结束语
总的来讲，手机外壳结构设计部分的难点是复杂曲面的设计，并决定以后模具设计中分模面的设计及侧向抽芯的设计。通过塑料顾问分析得到最佳浇口在内侧，也可以保证了产品外观，以及采用特殊推杆放置在浇口位置。通过塑料顾问进行模流分析来修改材料，浇口形状，分流道形状，产品结构，这些修改都可以在做分型面之前完成，也就不用再把整套模具再重新做一次。采用侧向成型芯才能满足塑件成型上的要求。
参考文献：
[1]四川大学、北京化工大学、天津轻工业学院合编.塑料成型模具[M].北京：中国轻工业出版社.2007（02）
[2]张广明实用注塑成型及模具设计[M].北京.机械工业出版社.2007（11）
[3]冯开平.画法几何与机械制图[M].广州.华南理工大学出版社.2016（09）
论文作者:叶启璐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：浇口论文; 塑料论文; 模具论文; 粘度论文; 表观论文; 制品论文; 塑件论文; 《电力设备》2018年第17期论文;