王 鑫，李立堯，李 程，王 靜

(河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 451191)

0 前言

隨著時(shí)代的發(fā)展，智能手機(jī)如今已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂玫漠a(chǎn)品，智能手機(jī)的熱銷也帶來(lái)了手機(jī)保護(hù)殼的興起和發(fā)展。在眾多材質(zhì)的手機(jī)保護(hù)殼產(chǎn)品中，膠質(zhì)手機(jī)保護(hù)殼由于硬度高、輕薄抗摔、花色圖案豐富等特點(diǎn)，已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品之一[1]。傳統(tǒng)方法制作該產(chǎn)品上的圖案主要是在壓制或者注射成型后通過(guò)轉(zhuǎn)印、噴涂或者電鍍等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，工序較為復(fù)雜，且圖案與膠質(zhì)外殼貼合不緊，容易掉漆脫色，因此在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了模內(nèi)裝飾(IMD)注射成型技術(shù)。該技術(shù)是將已經(jīng)預(yù)成型好的圖案薄膜放在注塑模具中作為嵌件，然后再注射成型，使膠質(zhì)保護(hù)殼與圖案在模具內(nèi)一體成型，減少了后期工序，并能保證圖案與膠質(zhì)產(chǎn)品的緊密貼合[2-3]。

模內(nèi)裝飾注射成型技術(shù)與普通注塑不同，模具內(nèi)預(yù)先固定有圖案薄膜，且同樣要保證連續(xù)生產(chǎn)，圖案表面質(zhì)量要求較高，不能有澆口痕跡，因此其注塑模具在模架結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、和頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面要求較為嚴(yán)格。本文以某智能手機(jī)為適用對(duì)象，介紹了該智能手機(jī)保護(hù)殼的模內(nèi)裝飾注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 塑件結(jié)構(gòu)和分析

如圖1為針對(duì)某款智能手機(jī)而設(shè)計(jì)的保護(hù)殼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，側(cè)面開(kāi)設(shè)有手機(jī)按鍵和充電等功能性側(cè)孔，需要做側(cè)抽芯處理，整個(gè)外形尺寸為130.7 mm×70.4 mm×7.0 mm，壁厚為1 mm，屬于薄壁塑件。整個(gè)產(chǎn)品背面要求有裝飾圖案薄膜，故對(duì)背面外觀要求較高，不允許有澆注系統(tǒng)痕跡。為了保證成型時(shí)圖案薄膜不發(fā)生變形，產(chǎn)品脫模斜度設(shè)計(jì)為5 °， 膠質(zhì)材料選擇常用的聚碳酸酯(PC)材料，其常用的收縮率為0.5 %，但因IMD模具塑件的收縮率要比普通模具小一點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)模具的收縮率取為0.3 %。

圖1 手機(jī)保護(hù)殼Fig.1 Phone protective case

2 模具設(shè)計(jì)

2.1 分型面和模具整體機(jī)構(gòu)

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)分析，為了方便將產(chǎn)品取出，分型面設(shè)計(jì)在保護(hù)殼端面最大截面處，如圖2所示，整個(gè)模具設(shè)計(jì)為一模兩腔形式，如圖3所示為設(shè)計(jì)的一模兩腔模仁結(jié)構(gòu)。

圖2 分型面的選擇
Fig.2 Selection of parting surface

圖3 模仁結(jié)構(gòu)Fig.3 Mold core structure

為了能夠保證生產(chǎn)連續(xù)，圖案薄膜輸送裝置設(shè)置在動(dòng)模部分，而頂出機(jī)構(gòu)又不能直接從產(chǎn)品外觀面頂出，故本次將模具整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為倒裝模具形式[4]。如圖4所示為倒裝模具結(jié)構(gòu)，薄膜從動(dòng)模板一側(cè)進(jìn)入，一側(cè)輸出，由輸送裝置自動(dòng)連續(xù)控制，產(chǎn)品成型后利用動(dòng)模部分的開(kāi)模動(dòng)作和側(cè)面的限位螺釘4來(lái)帶動(dòng)定模部分的頂出機(jī)構(gòu)頂出，澆注系統(tǒng)穿過(guò)頂針板進(jìn)入型腔進(jìn)行注射。

1—?jiǎng)幽５装?2—墊板 3—?jiǎng)幽０?4—限位螺釘 5—定模板6—墊塊 7—定模底板 8—下頂針板 9—上頂針板 10—復(fù)位桿 11—導(dǎo)柱 12—導(dǎo)套圖4 倒裝模具Fig.4 Flip-chip mold

2.2 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品側(cè)邊有功能性按鍵孔，需要進(jìn)行測(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于模具整體為倒裝模具結(jié)構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)品側(cè)孔的尺寸，分別設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的斜頂和撥塊機(jī)構(gòu)，來(lái)完成側(cè)孔的抽拔動(dòng)作。

斜頂機(jī)構(gòu)借助于頂出機(jī)構(gòu)的頂出動(dòng)作來(lái)完成充電和耳機(jī)孔的抽拔動(dòng)作，同時(shí)具有頂出功能，因此本次斜頂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在定模部分。根據(jù)側(cè)孔的尺寸，采用分體式斜頂機(jī)構(gòu)，上端通過(guò)螺釘固定在頂出板上，下端結(jié)構(gòu)用于成型側(cè)孔，兩者之間采用定位銷連接，斜頂角度設(shè)計(jì)為10 °，如圖5所示為分段式斜頂結(jié)構(gòu)尺寸。

圖5 斜頂零件圖(mm)Fig.5 Slanting rejecting part drawing(mm)

由于手機(jī)按鍵孔較小，成型滑塊行程不大，故采用撥塊機(jī)構(gòu)?？紤]到模具倒裝，撥塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在動(dòng)模部分，利用動(dòng)模部分的開(kāi)模動(dòng)作來(lái)完成滑塊的抽拔動(dòng)作，結(jié)構(gòu)如圖6所示。根據(jù)產(chǎn)品的側(cè)孔長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)限位螺釘?shù)南尬痪嚯x為5 mm，撥塊的傾斜角度為15 °，使用螺釘固定在動(dòng)模墊板上，開(kāi)模時(shí)利用右斜面進(jìn)行導(dǎo)向，閉模時(shí)利用左斜面進(jìn)行鎖緊，且由于撥塊在動(dòng)模部分，故不需要額外的鎖緊裝置[5]。圖7所示為斜頂和撥塊機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。

圖6 撥塊機(jī)構(gòu)(mm)Fig.6 Block mechanism(mm)

圖7 側(cè)抽芯三維結(jié)構(gòu)Fig.7 Side core-pulling three-dimensional structure

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖8 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)(mm)Fig.8 Gating system design(mm)

考慮產(chǎn)品外觀面的要求，以及采用側(cè)澆口容易引起沖墨等缺陷[4]，本次澆口設(shè)計(jì)為潛伏式澆口，依靠頂針潛伏進(jìn)膠，澆口位置選擇在產(chǎn)品內(nèi)部側(cè)邊中部位置進(jìn)膠，如圖8所示。采用圓形分流道，直徑為8 mm，長(zhǎng)度為40 mm，主流道需要穿過(guò)頂針板和定模仁，長(zhǎng)度為164 mm。該澆注系統(tǒng)在脫模時(shí)，頂針頂出會(huì)使?jié)部谧詣?dòng)與塑件斷開(kāi)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，澆口向上傾斜15 °，進(jìn)膠口大小為1 mm，便于澆口凝料從模具中脫出。主流道較長(zhǎng)，因此為了開(kāi)模時(shí)將主流道凝料從澆口套脫出，在分流道上加設(shè)兩根流道頂針，在頂出分流道凝料的同時(shí)，使主流道凝料從澆口套中拉出。

2.4 其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品屬于薄壁制品，為了均勻頂出，除了斜頂機(jī)構(gòu)參與頂出外，每個(gè)產(chǎn)品再選擇6根頂針平均分布在產(chǎn)品周邊，頂針直徑5 mm，共12根頂針，如圖9所示為頂針的三維布局形式。

該產(chǎn)品背面結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，圖案薄膜較好定位。圖案薄膜的輸送是從動(dòng)模仁側(cè)邊進(jìn)入模具，從對(duì)邊退出，圖案薄膜的定位采用壓桿機(jī)構(gòu)壓緊薄膜，同時(shí)為了保證薄膜在動(dòng)模仁內(nèi)不起皺，壓桿機(jī)構(gòu)在動(dòng)模仁上設(shè)置為凸臺(tái)，定模仁上設(shè)置為壓桿型腔，這樣薄膜在動(dòng)模仁內(nèi)成型時(shí)，就會(huì)被凸臺(tái)撐起，不易起皺，薄膜定位裝置如圖10所示。

圖10 圖案薄膜定位裝置Fig.10 Pattern film positioning mechanism

根據(jù)制品的形狀和尺寸，礙于頂出和薄膜輸送機(jī)構(gòu)的存在，本次動(dòng)定模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)都采用傳統(tǒng)的串聯(lián)直通式水路，如圖11所示。冷卻水孔的直徑為8 mm，水路與型腔表面之間距離設(shè)計(jì)為15 mm。

圖11 冷卻水路設(shè)計(jì)Fig.11 Cooling waterway design

3 模具裝配

圖12所示為手機(jī)保護(hù)殼的模內(nèi)裝飾模具裝配圖。模具工作過(guò)程為：模具沿主分型面打開(kāi)，圖案薄膜通過(guò)輸送裝置和壓桿機(jī)構(gòu)被輸送至動(dòng)模板型腔內(nèi)，模具合模，利用壓桿機(jī)構(gòu)對(duì)圖案薄膜進(jìn)行定位。注塑機(jī)進(jìn)行注射，通過(guò)澆注系統(tǒng)充滿模具型腔，然后經(jīng)冷卻后，圖案薄膜與塑件結(jié)成一體。模具重新打開(kāi)，撥塊機(jī)構(gòu)完成保護(hù)殼按鍵孔的抽拔動(dòng)作，待限位螺釘24接觸到動(dòng)模板3時(shí)，開(kāi)模動(dòng)作帶動(dòng)上下頂針板、頂針和斜頂機(jī)構(gòu)向下頂出保護(hù)殼和澆注系統(tǒng)凝料，同時(shí)潛伏式澆口凝料與產(chǎn)品分離，分別被頂針19和20頂出。待取出產(chǎn)品和凝料后，重新輸送圖案薄膜，再繼續(xù)進(jìn)行注射成型。

1—?jiǎng)幽５装?2—墊板 3—?jiǎng)幽０?4—定模板 5—斜頂6—墊塊 7—定模底板 8—下頂針板 9—上頂針板 10—復(fù)位桿 11—導(dǎo)柱 12—導(dǎo)套13—撥塊 14—滑塊 15—定模仁 16—頂出導(dǎo)柱17—頂出導(dǎo)套 18—澆口套 19—流道頂針 20—頂針 21—水路 22—塑件 23—?jiǎng)幽Ｈ?24—限位螺釘(a)主視圖 (b)側(cè)視圖圖12 模具裝配圖Fig.12 Mold assembly drawing

4 結(jié)論

(1)通過(guò)模內(nèi)裝飾注塑模具設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)方法生產(chǎn)手機(jī)保護(hù)殼工序復(fù)雜，圖案薄膜容易掉色脫落的缺陷；

(2)根據(jù)模內(nèi)裝飾注射成型技術(shù)的要求，采用了倒裝模具結(jié)構(gòu)，并根據(jù)模具結(jié)構(gòu)，運(yùn)用斜頂和撥塊機(jī)構(gòu)完成了產(chǎn)品的側(cè)抽芯動(dòng)作，采用潛伏頂針進(jìn)膠的方法，保護(hù)了產(chǎn)品表面，運(yùn)用簡(jiǎn)單的壓桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了圖案薄膜的定位和固定。