【文章內(nèi)容簡介】 有 億的手機用戶，它帶領(lǐng)我們走向互聯(lián)網(wǎng)時代。最重要的是如此多的功能，手機的價格卻越來越低， 現(xiàn)在已成為大眾都能消費的起的物品。從剛開始的多按鍵厚手機到現(xiàn)在的智能大屏觸屏手機，手機發(fā)展在不斷的適應(yīng)大眾。 我們再來了解手機的市場，在我國國內(nèi) 2021 年手機的銷售額達到了 570 億美元，手機銷量也達到了 億臺，而到了 2021 年銷售額高達 870 億美元，手機銷量高達 億臺，這么大的市場，重要的是手機零件大部分都是用注塑模具注射成型出來的，可見模具工業(yè)在手機制造領(lǐng)域的重要性。有專門的調(diào)查機構(gòu)，通過調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，未來的幾年手機銷量仍會不斷的增長，而且增長的速率會保持在 53%左右。手機制造廠家要想在這么大的 市場下占頭，就必須從兩反面入手，第一手機造型要符合大眾審美觀，更要強烈吸引消費者；第二要降低科研開發(fā)周期，以達到降低生產(chǎn)成本的目的。由于手機外形在前期設(shè)計就已經(jīng)確定好了，所以主要還是從第二方面去入手。手機外殼大多是注塑模具注射成型，因為注塑模具有注塑出來的塑件精度高、尺寸精確的優(yōu)點，而且適合大批量的生產(chǎn)。作為手機外形最直觀的手機外殼，使得手機外殼對于表面要求很高，也由于手機后蓋有很多的倒勾，增加了注塑成型難度，這也使得整個手機外殼的設(shè)計難度加大，因此對手機外殼的注塑設(shè)計過程研究具有很大的實用價值，如設(shè)計過程 中的澆口位置、澆口形式、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計等。 本設(shè)計的目的是為了讓讀者通過我的設(shè)計去清晰的認(rèn)清楚手機注塑模具是咋樣的一個設(shè)計過程，這次設(shè)計的是華為手機后蓋，型號為 C8812E，從手機后蓋的造型設(shè)計開始，在到確定型腔、型芯的分型面，模局的零件設(shè)計、模架的選擇、校核，再到最后對整個模具進行的注塑仿真，讓讀者對于注塑模具的設(shè)計有個非常清晰的認(rèn)識。同時也讓讀者了解設(shè)計一個模具需要的一些專業(yè)設(shè)計軟件，如 Pro/ENGINEER、 Moleflow 分析軟件，和這些軟件的作用。 Pro/ENGINEER 主要是設(shè)計手機外殼的造型 、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，使得整個模具設(shè)計過程不斷得到優(yōu)化。 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 3 在日常的設(shè)計模具中，設(shè)計工作者通過 Pro/ENGINEER 這款專業(yè)的設(shè)計軟件，讓許多復(fù)雜的工作變得簡單，這不僅是設(shè)計簡單優(yōu)化，同時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)計中，正常的注塑模具設(shè)計中對于模架的設(shè)計時很麻煩的，因為一套模具有很多的配件， 但是運用 這個專門設(shè)計注塑模具模塊，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，還可以進行運動仿真，讓讀者清楚的觀察到注塑模具整個開模過程。 最后還可以在所有工作完成后把整個模具 3D 圖轉(zhuǎn)化成二維圖紙。而 Moldflow 這款分析軟件，利用其強大的功能，對整個設(shè)計過程需要優(yōu)化的地方對其進行分析優(yōu)化，同時分析的結(jié)果和過程以特別直觀的方式直接呈現(xiàn)出來，讓設(shè)計人員可以根據(jù)這些直觀的觀察和所得的分析數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，讓設(shè)計方案不斷的優(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)計參數(shù)的確定和優(yōu)化提供理論依據(jù)，可以幫助設(shè)計者進一步修改模具設(shè)計方案。 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 4 2 塑件成形工藝性分析 手機后蓋分析 手機后蓋的外觀如下圖 1 手機后蓋的有關(guān)技術(shù)參數(shù)見零件圖紙 所選手機后蓋 所采用的塑料名稱 —— PC+ABS 這款手機 的生產(chǎn)批量 —— 中等批量 體積和重量 見表 1 21 手機后蓋造型圖 22 尺寸圖 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 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、汽車、家電、機械等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。尤其是在手機行業(yè)，大部分手機外殼采用的材料是 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 80～125℃，普遍用于耐高溫的電器中，如手機的外殼。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： 1. 綜合性能比較好，抗沖擊強度高，良好的耐熱性。 2. 流動性、柔韌性好。 3. 卓越的機械性能。 4. 熱變形溫度達 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 成型時工藝條件的變化、塑件成型后的時效變化和模具的結(jié)構(gòu)等 。手機機殼屬于高精度的塑 件，本設(shè)計選用 3 級的塑料精度，也就是公差等級為 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 造成原料 的 浪費， 也使 熱塑性塑料 得 冷卻時間 增加 ，降低了生產(chǎn)率，而且 影響了產(chǎn)品的質(zhì)量， 可能會 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)計中， 壁厚均勻取 1mm。 （ 3）塑件表面質(zhì)量分析： 本設(shè)計手機后蓋表面質(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)計的手機外殼外表面粗糙精度為 。 （ 4）塑件工藝性分析：由于本設(shè)計的手機尺寸為 ，切要求表面精度要高，無凹痕。選擇點澆口形式，進行二次分型可以保證表面精度。 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 6 3 注塑機的確定 分型面的確定 模具設(shè)計中， 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模一側(cè)，便 于設(shè)置和制造簡便易行的脫模機構(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)確定了點澆口的澆口方式，根據(jù)以下經(jīng)驗公式來求型腔數(shù)目 ,公式如下： 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 7 21PAPAFN ?? 式中： N— 型腔數(shù)目； P— 塑料熔體對型腔的平均壓力 /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 流動速率 Moldflow 分析壓力圖 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 8 由此得 N≤ ***≤ ，取 N=1。故采用一模一腔。它的主要優(yōu)點有：塑件的形狀和尺寸始終一致，單型腔模具機構(gòu)簡單緊湊，工藝參數(shù)易于控制，分型面設(shè)計比較方便，制造成本低，制造簡單。 注塑機的選擇 注塑機的注塑量要滿足 機 VV ? 式中： V 機 — 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出本次設(shè)計的手機后蓋體積為 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≥ cm3 上網(wǎng)查的 PC+ABS 材料密度為 g/cm3，所以 M 機≈ 根據(jù)上面所得總體積和總質(zhì)量，查《中國模具工程大典第 3 卷》初選 XSZ60 機 。這款注塑機的規(guī)格參數(shù)如表 3： 表 3： XSZ60 注塑機規(guī)格參數(shù) 型號 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，機械頂出 動定模固定板尺寸 mmXmm 330X440 拉桿空間 /mm 350X300 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 9 和模方式 液壓 機械 液壓泵壓力 /Mpa 液壓泵流量 L/lim 70,12 電動機功率 /KW 11 加熱功率 /KW 機器外形尺寸 3160X850X1550 基于 Pro/E 的手機外殼模具設(shè)計與解析 10 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)的組成和設(shè)計原則 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)對塑件成形過程中補料和充模起著控制作用。因此澆注系統(tǒng)的 設(shè)計是否合理對塑件性能、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)計是 整個 模具設(shè)計 中 的 很 重要環(huán)節(jié)。 本設(shè)計在對 澆注系統(tǒng)進行設(shè)計時 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 進入型腔， 對塑件質(zhì)量造成影響。 （ 4） 整個澆注系統(tǒng) 排氣 要 良好，澆注系統(tǒng)