【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有 億的手機(jī)用戶，它帶領(lǐng)我們走向互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。最重要的是如此多的功能，手機(jī)的價(jià)格卻越來(lái)越低， 現(xiàn)在已成為大眾都能消費(fèi)的起的物品。從剛開始的多按鍵厚手機(jī)到現(xiàn)在的智能大屏觸屏手機(jī)，手機(jī)發(fā)展在不斷的適應(yīng)大眾。 我們?cè)賮?lái)了解手機(jī)的市場(chǎng)，在我國(guó)國(guó)內(nèi) 2021 年手機(jī)的銷售額達(dá)到了 570 億美元，手機(jī)銷量也達(dá)到了 億臺(tái)，而到了 2021 年銷售額高達(dá) 870 億美元，手機(jī)銷量高達(dá) 億臺(tái)，這么大的市場(chǎng)，重要的是手機(jī)零件大部分都是用注塑模具注射成型出來(lái)的，可見模具工業(yè)在手機(jī)制造領(lǐng)域的重要性。有專門的調(diào)查機(jī)構(gòu)，通過調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)的幾年手機(jī)銷量仍會(huì)不斷的增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)的速率會(huì)保持在 53%左右。手機(jī)制造廠家要想在這么大的 市場(chǎng)下占頭，就必須從兩反面入手，第一手機(jī)造型要符合大眾審美觀，更要強(qiáng)烈吸引消費(fèi)者；第二要降低科研開發(fā)周期，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。由于手機(jī)外形在前期設(shè)計(jì)就已經(jīng)確定好了，所以主要還是從第二方面去入手。手機(jī)外殼大多是注塑模具注射成型，因?yàn)樽⑺苣＞哂凶⑺艹鰜?lái)的塑件精度高、尺寸精確的優(yōu)點(diǎn)，而且適合大批量的生產(chǎn)。作為手機(jī)外形最直觀的手機(jī)外殼，使得手機(jī)外殼對(duì)于表面要求很高，也由于手機(jī)后蓋有很多的倒勾，增加了注塑成型難度，這也使得整個(gè)手機(jī)外殼的設(shè)計(jì)難度加大，因此對(duì)手機(jī)外殼的注塑設(shè)計(jì)過程研究具有很大的實(shí)用價(jià)值，如設(shè)計(jì)過程 中的澆口位置、澆口形式、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 本設(shè)計(jì)的目的是為了讓讀者通過我的設(shè)計(jì)去清晰的認(rèn)清楚手機(jī)注塑模具是咋樣的一個(gè)設(shè)計(jì)過程，這次設(shè)計(jì)的是華為手機(jī)后蓋，型號(hào)為 C8812E，從手機(jī)后蓋的造型設(shè)計(jì)開始，在到確定型腔、型芯的分型面，模局的零件設(shè)計(jì)、模架的選擇、校核，再到最后對(duì)整個(gè)模具進(jìn)行的注塑仿真，讓讀者對(duì)于注塑模具的設(shè)計(jì)有個(gè)非常清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也讓讀者了解設(shè)計(jì)一個(gè)模具需要的一些專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，如 Pro/ENGINEER、 Moleflow 分析軟件，和這些軟件的作用。 Pro/ENGINEER 主要是設(shè)計(jì)手機(jī)外殼的造型 、型腔、型芯和模架的選擇，而 Mlodflow 分析軟件主要是去分析澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最佳澆口位置、模具成型壓力、冷卻系統(tǒng)優(yōu)化分析、熔接痕位置分析等一系列優(yōu)化分析，使得整個(gè)模具設(shè)計(jì)過程不斷得到優(yōu)化。 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 3 在日常的設(shè)計(jì)模具中，設(shè)計(jì)工作者通過 Pro/ENGINEER 這款專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件，讓許多復(fù)雜的工作變得簡(jiǎn)單，這不僅是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單優(yōu)化，同時(shí)讓工作效率得到極大提高，這就相當(dāng)于降低了科研周期，使得科研投入減少。 在這次利用 Pro/ENGINEER 軟件設(shè)計(jì)中，正常的注塑模具設(shè)計(jì)中對(duì)于模架的設(shè)計(jì)時(shí)很麻煩的，因?yàn)橐惶啄＞哂泻芏嗟呐浼?但是運(yùn)用 這個(gè)專門設(shè)計(jì)注塑模具模塊，可以在模架加載塊里選擇很多的標(biāo)準(zhǔn)模架和標(biāo)準(zhǔn)配件，節(jié)省了設(shè)計(jì)工作者大量的在這方面的工作。而且模架和配件選好后，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，讓讀者清楚的觀察到注塑模具整個(gè)開模過程。 最后還可以在所有工作完成后把整個(gè)模具 3D 圖轉(zhuǎn)化成二維圖紙。而 Moldflow 這款分析軟件，利用其強(qiáng)大的功能，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要優(yōu)化的地方對(duì)其進(jìn)行分析優(yōu)化，同時(shí)分析的結(jié)果和過程以特別直觀的方式直接呈現(xiàn)出來(lái)，讓設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)這些直觀的觀察和所得的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，讓設(shè)計(jì)方案不斷的優(yōu)化。是一款應(yīng)用廣 泛的模擬仿真軟件，使用該軟件可以全面模擬注塑成型過程，并以圖形的方式直觀地顯示分析結(jié)果，為設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和優(yōu)化提供理論依據(jù)，可以幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)一步修改模具設(shè)計(jì)方案。 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 4 2 塑件成形工藝性分析 手機(jī)后蓋分析 手機(jī)后蓋的外觀如下圖 1 手機(jī)后蓋的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見零件圖紙 所選手機(jī)后蓋 所采用的塑料名稱 —— PC+ABS 這款手機(jī) 的生產(chǎn)批量 —— 中等批量 體積和重量 見表 1 21 手機(jī)后蓋造型圖 22 尺寸圖 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 5 表 1 華為 C8812E 后蓋的主要參數(shù) 體積 密度 質(zhì)量 cm3 g/cm3 塑件的材料性能 PC+ABS 材料在手機(jī)、汽車、家電、機(jī)械等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。尤其是在手機(jī)行業(yè)，大部分手機(jī)外殼采用的材料是 PC+ABS。它是由聚碳酸酯和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物組成的混合物。具有 PC 的耐熱性、抗沖擊性和 ABS 的易加工特性，熱變形溫度可達(dá) 80～125℃，普遍用于耐高溫的電器中，如手機(jī)的外殼。它的材料性能參數(shù)見表 12. 表 2 PC+ABS 的材料性能參數(shù) 注射壓力 50100Mpa 拉伸強(qiáng)度 69Mpa 最大載荷熱變形溫度 75℃ 拉伸彈性模量 2600Mpa 伸比 模具溫度 5080℃ PC+ABS 具有以下一些優(yōu)點(diǎn)： 1. 綜合性能比較好，抗沖擊強(qiáng)度高，良好的耐熱性。 2. 流動(dòng)性、柔韌性好。 3. 卓越的機(jī)械性能。 4. 熱變形溫度達(dá) 80～ 125℃。 5. 易于注塑。 塑件的工藝性能 （ 1）塑件尺寸精度：塑件制品尺寸精度受很多因素影響，首先是模具各部分的制造精度和模具的磨損程度，其次是塑料收縮率以及 成型時(shí)工藝條件的變化、塑件成型后的時(shí)效變化和模具的結(jié)構(gòu)等 。手機(jī)機(jī)殼屬于高精度的塑 件，本設(shè)計(jì)選用 3 級(jí)的塑料精度，也就是公差等級(jí)為 IT8。 （ 2）塑件壁厚： 塑料制件規(guī)定 了 它的 成形 最小壁厚值， 不同的塑件都有不同的壁厚值 。塑件過厚 不僅會(huì) 造成原料 的 浪費(fèi)， 也使 熱塑性塑料 得 冷卻時(shí)間 增加 ，降低了生產(chǎn)率，而且 影響了產(chǎn)品的質(zhì)量， 可能會(huì) 產(chǎn)生 縮孔 、氣泡、凹陷等缺陷。 上網(wǎng)查的 PC+ABS 材料的最小壁厚值為 。 為了避免壁厚不均勻造成的 塑件翹曲、縮孔、裂紋甚至開裂等的缺陷。在本設(shè)計(jì)中， 壁厚均勻取 1mm。 （ 3）塑件表面質(zhì)量分析： 本設(shè)計(jì)手機(jī)后蓋表面質(zhì)量要求表面光澤，粗糙度精度高，必須避免在后蓋上有縮孔 ，飛邊毛刺，流痕等工藝缺陷。本設(shè)計(jì)的手機(jī)外殼外表面粗糙精度為 。 （ 4）塑件工藝性分析：由于本設(shè)計(jì)的手機(jī)尺寸為 ，切要求表面精度要高，無(wú)凹痕。選擇點(diǎn)澆口形式，進(jìn)行二次分型可以保證表面精度。 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 6 3 注塑機(jī)的確定 分型面的確定 模具設(shè)計(jì)中， 選擇分型面是 很 重要的 ，它決定了模具 的結(jié)構(gòu) 。 選擇分型面時(shí)要 根據(jù)塑件的成型要求 和 分型面選擇原則。 具體有如下要求： （ 1）分型面應(yīng)設(shè)在塑件的最大截面處，便于加工型腔和脫膜。 （ 2）盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)，便 于設(shè)置和制造簡(jiǎn)便易行的脫模機(jī)構(gòu) 。 （ 3） 有利于保證塑件的尺寸精度。 （ 4）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。 （ 5）有利于排氣。 （ 6）考慮鎖模力，盡量減少塑件在合模方向上的投影面積。 （ 7）有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。 為了滿足以上要求，將分型面布置如下圖： 31 分型面布置 型腔的數(shù)量確定及排列方式 上面已經(jīng)確定了點(diǎn)澆口的澆口方式，根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)求型腔數(shù)目 ,公式如下： 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 7 21PAPAFN ?? 式中： N— 型腔數(shù)目； P— 塑料熔體對(duì)型腔的平均壓力 /Mpa A1— 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 / cm2； A2— 單個(gè)產(chǎn)品在分型面上的投影面積 / cm2 通常情況 A1=A2*（ ～ ），取 利用 moldflow 軟件分析得到 A2≈ cm2，平均壓力 P=。如下圖： 總投影面積 / cm2 體積 /cm3 cm2 cm3 Moldflow 分析投影面積圖 壓力 /Mpa 流動(dòng)速率 Moldflow 分析壓力圖 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 8 由此得 N≤ ***≤ ，取 N=1。故采用一模一腔。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：塑件的形狀和尺寸始終一致，單型腔模具機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝參數(shù)易于控制，分型面設(shè)計(jì)比較方便，制造成本低，制造簡(jiǎn)單。 注塑機(jī)的選擇 注塑機(jī)的注塑量要滿足 機(jī) VV ? 式中： V 機(jī) — 額定注塑量（ cm3）； V 塑件 — 塑件與澆注系統(tǒng) 凝料 體積和（ cm3） 用 proe 軟件中的分析命令直接測(cè)出本次設(shè)計(jì)的手機(jī)后蓋體積為 V 后蓋 = cm3 由于是單型腔，正常流道內(nèi)體積要比塑件小 先假設(shè) V 塑件 =2xV 后蓋 = cm3 得： V 機(jī)≥ cm3 上網(wǎng)查的 PC+ABS 材料密度為 g/cm3，所以 M 機(jī)≈ 根據(jù)上面所得總體積和總質(zhì)量，查《中國(guó)模具工程大典第 3 卷》初選 XSZ60 機(jī) 。這款注塑機(jī)的規(guī)格參數(shù)如表 3： 表 3： XSZ60 注塑機(jī)規(guī)格參數(shù) 型號(hào) XSZ60 額定注塑量 / cm3 60 柱塞直徑 /mm 38 注射壓力 /Mpa 122 注射行程 /mm 170 注射方式 柱塞式 鎖模力 /KN 500 最大成型面積 / cm3 130 模板最大行程 /mm 180 模具最小厚度 /mm 70 模具最大厚度 /mm 200 噴嘴圓弧半徑 /mm 12 噴嘴孔直徑 /mm 4 頂出形式 中心沒有頂桿，機(jī)械頂出 動(dòng)定模固定板尺寸 mmXmm 330X440 拉桿空間 /mm 350X300 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 9 和模方式 液壓 機(jī)械 液壓泵壓力 /Mpa 液壓泵流量 L/lim 70,12 電動(dòng)機(jī)功率 /KW 11 加熱功率 /KW 機(jī)器外形尺寸 3160X850X1550 基于 Pro/E 的手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與解析 10 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)原則 澆注系統(tǒng) 一般由主流道、澆口、分流道、冷料井四部分組成。澆注系統(tǒng)對(duì)塑件成形過程中補(bǔ)料和充模起著控制作用。因此澆注系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)是否合理對(duì)塑件性能、尺寸 、 結(jié)構(gòu)、表面 質(zhì)量等影響很大， 所以 澆注系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)是 整個(gè) 模具設(shè)計(jì) 中 的 很 重要環(huán)節(jié)。 本設(shè)計(jì)在對(duì) 澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) 遵循了以 下一些 原則： （ 1）澆注系統(tǒng)流程 要 盡 量 短， 流道 截面尺寸盡可能大， 整個(gè)流道折彎 盡量少， 流道 表面粗糙度要低 便于脫廢料，使得 熱量 和 壓力損失 減少。 （ 2）在 充滿型腔 的前提下，澆注系統(tǒng)容積 要 盡量小， 降低塑料的用量。 （ 3）澆注系統(tǒng) 要可以 收集溫度較低的 冷料 ， 以 防 冷料 進(jìn)入型腔， 對(duì)塑件質(zhì)量造成影響。 （ 4） 整個(gè)澆注系統(tǒng) 排氣 要 良好，澆注系統(tǒng)