文根保， 姚冬梅

(1.中國航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002；2.深圳市美圖工業(yè)設計有限公司，廣東 深圳 518106)

0 引言

這是一款國產手機面殼，面殼是整臺手機的平臺，手機的芯片、線路板和電子元件等都安裝在面殼之內。手機面殼上有著開關機按鈕、音量調節(jié)按鈕和照攝像及照明的窗口，還有散熱孔。其材料為ABS50%+PC50%。PC具高強度及彈性系數(shù)、高沖擊強度、使用溫度范圍廣、高度透明性及自由染色性、成形收縮率低、尺寸安定性良好、耐疲勞性差、耐候性佳、電氣特性優(yōu)、無味無臭對人體無害符合衛(wèi)生安全的特點。ABS的綜合性能較好、沖擊強度較高、化學穩(wěn)定性、電性能良好；有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別；流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。由于手機面殼面積大、厚度較薄，需要改善熔體在模腔的流動性。

1 手機形體分析

手機面殼二維圖，如圖1(a)所示，手機面殼三維圖，如圖1(b)所示。手機面殼形體上存在多種形式的“型孔”、“ 型槽”、“外觀”要素以及“凸臺”和“凹坑”障礙體要素[1]。

1.1 “型孔”和“型槽”要素的分析

手機面殼上存在著與開閉模方向一致的“型孔”要素和側向垂直開閉模方向“型孔”和“型槽”要素。

（1) 與開閉模方向一致的“型孔”要素分析

如 圖1(a)所示，存在著Φ2.1 mm、Φ6.5 mm、2.9 mm×1 mm×R、79×Φ0.9 mm的“型孔”和14.3 mm×41.8 mm的“型槽”要素

（2）側向垂直開閉模方向“型孔”要素分析

存在著四個側向的多種“型孔”要素[2]。

a.OX方向的“型孔”要素分析：如圖1(a)左視圖所示，存在著Φ4.2 mm“型孔”要素。

b.－OX方向的“型孔”要素分析：如圖1(a)右視圖所示，存在著Φ3.8 mm、Φ1.2 mm和7.3 mm×2.2 mm×95°“型孔”要素。

c.OY方向的“型孔”要素分析：如圖1(a)的A-A剖視圖所示，存在著16.4 mm×2.2 mm×R和5.8 mm×2.2 mm×R“型孔”要素，OY方向側壁上存在著72.2 mm×4.3 mm×（2×SR2.7 mm）“凹坑”要素。

d.－OY方向的“型孔”要素分析：如圖1a的B-B剖視圖所示，存在著11.1 mm×2.1 mm×R和Φ1.4 mm“型孔”要素，-OY方向側 壁上存在 著72.2 mm×4.3 mm×（2×SR2.7 mm）“凹坑”要素。

1.2 “凸臺”障礙體要素的分析

OZ方向的“凸臺”障礙體要素[3]，如圖1(a)圖所示。OX向和-OX方向側壁和OY和-OY方向側壁上共存在著18×1.7 mm×0.9 mm×43°×30°的OZ方向的“凸臺”要素。

圖1 手機面殼

1.3 “外觀”要素分析

“外觀”要素[4]， 如圖1(a)圖所示，由于手機面殼是人們使用的通訊設備，手機面殼的外型面上不允許存在著任何的澆口和頂桿脫模的痕跡，分型面的痕跡也不允許出現(xiàn)，即使是手機面殼的內型腔面也不能存在明顯的澆口和頂桿脫模的痕跡。將這種要求稱為“外觀”要素[4]。

手機面殼的形體分析所提出的形體要素，就是注射模結構上需要采取措施去解決形體要素提出的要求。

2 手機面殼注射模結構方案可行性分析

手機面殼注射模結構方案可行性的分析，必須是針對其形體分析中所提出的要素，采取相應得當?shù)拇胧@些措施就是模具結構的方案。

2.1 針對“型孔”和“型槽”要素的方案

由于型孔和型槽要素存在著二種形式，那么就相應有二種形式模具的結構方案。

（1）針對與開閉模方向一致的“型孔”模具結構方案

對于Φ2.1 mm、Φ6.5 mm、2.9 mm×1 mm×R, 79×Φ0.9 mm的“型孔”和14.3 mm×41.8 mm的“型槽”要素，可以在動模板或定模板安裝成型它們的型芯，利用模具開閉模運動進行型芯的抽芯和成型。

（2）針對側向垂直開閉模方向“型孔”的模具結構方案

主要是采用斜導柱滑塊外抽芯機構，利用動定模的開閉模運動完成型孔的抽芯和成型。

（3）針對OZ軸方向的“凸臺”的模具結構方案

由于手機面殼四周沿二長壁上各分布了5處OZ軸方向的凸臺，二短壁上各分布了4處OZ軸方向凸臺。這些存在的凸臺會影響手機面殼的的脫模，又因為這18處凸臺在手機面殼型腔之內，故只能采用內抽芯機構。利用脫模運動，一方面完成對凸臺的抽芯，另一方面還可以起到頂桿的作用。

（4）針對“外觀”的模具結構方案

對于手機各種零部件而言，不能存在任何的遐疵，這反映了人們對手機高的要求。所謂外觀要求，就是在手機外表面上不能存在任何模具結構的痕跡和缺陷的痕跡，即使是內表面也盡量具有外觀上的要求。這樣就要通過模具結構的設計來達到上述的要求，如圖2所示。

a.方案一：如圖2(a)所示，主流道的點澆口在手機面殼外表面上，頂桿處在型腔內表面。這是典型的在定模上設置澆注系統(tǒng)，在動模上設置頂桿的動模脫模結構形式，模具結構簡單。在手機面殼外表面上一定會存在著點澆口的痕跡，這樣的手機面殼外表就不美觀了，直接影響著銷售，方案不可取。

b.方案二：如圖2(b)所示，弧形潛伏澆口在手機面殼的內豎壁上，避免了澆口痕跡留在手機面殼外表面上，滿足了外觀要求。但是，塑料熔體沿著箭頭方向流動，由于熔體溫度降低在匯合處形成熔接痕，影響強度方案也不可取。該方案是澆注系統(tǒng)由定模采用潛伏澆道進入動模，屬于動模頂出，模具結構簡單。

c.方案三：如圖2(c)所示，塑料熔體通過角度為β=30°～45°的斜直潛伏澆道進入手機面殼內腔底面，避免了澆口痕跡留在手機面殼外表面上。只是澆口痕跡移動了一定的距離，同樣會產生多處熔接痕，只是程度有所減緩，熔接痕較方案二有所減緩，方案基本上可取。

d.方案四：如圖2(d)所示，主流道的點澆口從定模進入手機面殼型腔內壁中央，頂桿從定模方向脫模。塑料熔體從點澆口處流出向四周溢出，只在有型孔的型芯部位存在著微弱的熔接痕，方案十分可取。但原有的動模脫模條件消失了，需要將開閉模運動轉換成定模脫模運動，模具結構復雜，其外觀質量比方案三更佳。

（5）針對“批量”的模具結構方案

由于手機生產的批量大，要求注射模為一模多腔，最起碼為二腔，再多可以是四腔?？紤]到該手機為初始上市，先采用一模一腔。

只要注射模結構能妥善地解決上述手機面殼形體要素的問題，手機面殼的加工就不會出現(xiàn)大的問題。注射模采用定模脫模機構后，定模部分增加了推件板、安裝板和墊塊，使得定模部分厚度增加，澆道套需要加裝電熱器。

3 澆注系統(tǒng)的設計

如圖3所示，噴嘴定位套1是用3個沉頭螺釘2固定在定模墊板上，并以端面壓住澆道套噴嘴定位套的外徑用以固定在注射機固定板孔中，錐孔是與注射機嘴噴錐柱連接。塑料融體通過主流道6分別流入兩側的分流道9和斜柱孔8中，同時流入錐形柱孔10、次流道11和點澆口12中，然后流入模腔中，熔體冷卻后形成冷凝料。由于澆注系統(tǒng)的長度過長，熔體降溫后會使手機面殼產生許多的缺陷。故在噴嘴定位套外面安裝有處電加熱器4，可使主流道中熔體保持噴嘴噴出時的溫度，使得主流道6不會形成冷凝料。澆道套下端以定位墊圈固定，以確保大澆口的正確位置。但是，點澆口中的冷凝料必須切斷，次流道中冷凝料必須在動定模開啟時被拔出，這樣注射模才能連續(xù)不斷的進行手機面殼的加工。如何才能清除次流道和點澆口中的冷凝料呢？設計有2側分流道9和斜柱孔8，熔體冷卻之后，開模時可以將點澆口中的冷凝料切斷，并將次流道中冷凝料拔出，而錐形柱孔的冷凝料可將大澆口7中的冷凝料拔出。這樣就可全部清除從大澆口到點澆口中的冷凝料，以確保注射機連續(xù)的加工。

圖2 手機面殼外觀注射模結構方案可行性分析

圖3 澆注系統(tǒng)的設計

4 冷卻系統(tǒng)的設計

由于塑料熔體將熱量傳遞到模具零件中，在連續(xù)不斷的加工過程模具溫度的升高，模溫過高會導致手機面殼出現(xiàn)過熱碳化現(xiàn)象。因此，模具應設置冷卻系統(tǒng)來降低模溫。模具冷卻系統(tǒng)，如圖4所示。

（1）動模嵌件的冷卻

為了冷卻水不泄漏，在動模板2和動模嵌件1接合處安裝有以“O”形密封圈6，在動模板

右端的縱橫通道端頭安裝有螺塞8，動模板

左端安裝有接管嘴5室溫的水可從動模板進水接管嘴中流入動模板和動模嵌件的通道中，再從出水接管嘴中流出，將熱量帶走從而起到降溫作用。

（2）中模嵌件的冷卻

同理，室溫的水可從中模板進水接管嘴中流入中模板和中模嵌件的通道中，再從出水接管嘴中流出，將熱量帶走從而起到降溫作用。

5 內外抽芯機構的設計

根據(jù)手機面殼形體分析與模具結構方案可行性，手機面殼存在著18出“凸臺”障礙體，需要采用內抽芯機構去除障礙體對制品脫模的阻擋作用，四周還存在多種型孔對手機面殼脫模的阻擋作用，只有完成了四周成型多種型孔和成型“凸臺”的型芯抽芯，才能實現(xiàn)手機面殼的順利脫模。

5.1 手機面殼內抽芯機構的設計

圖4 冷卻系統(tǒng)的設計

手機面殼內共有18處“凸臺”障礙體需要采用內抽芯機構進行抽芯，它們的結構相同。只是存在著2種不同寬度，一種是10處長邊型，另一種是8處短邊型。

（1）擺桿閉模狀態(tài)

如圖5(a)所示，動模嵌件12與中模嵌件8處于閉合狀態(tài)時，推件板2和安裝板4處于復位狀態(tài)，即安裝板與定模板7之間保持脫模距離H（38）。由于擺桿5下端與孔的配合間隙為0.02 mm，其形狀上存在5 mm×0.7 mm×45°的結構，孔壁迫使擺桿下端的45°角使其向左橫向移動0.7 mm。這樣擺桿下端就退回到孔中，形成可成型“凸臺”障礙體的型面。圓柱銷3的作用一是可掛住擺桿，二是可在槽中左右移動。

（2） 擺桿抽芯狀態(tài)

如圖5(b)所示，動模嵌件與中模嵌件開啟時，同時推件板、安裝板與擺桿移動脫模距離H（38） mm后，擺桿5上端的5 mm×0.7 mm×45°角度在接觸到定模板7孔壁過程中會產生右橫向移動0.7 mm，一方面使得擺桿下端移出中模型芯9孔，另一方面也會產生右橫向移動0.7 mm，從而實現(xiàn)對0.7 mm“凸臺”障礙體的抽芯。

（3）擺桿復位狀態(tài)

如圖5（c）所示，擺桿隨著推件板、安裝板的復位，擺桿下端5 mm×0.7 mm×45°角度在接觸到中模型芯9孔壁時，一方面產生0.7 mm的左橫向復位移動，另一方面使擺桿進入中模型芯型孔中形成型芯一部分。

只有實現(xiàn)了對手機面殼18處“凸臺”障礙體的內抽芯，才能實現(xiàn)手機面殼的脫模。

圖5 注射模內抽芯機構的設計

5.2 手機面殼外抽芯機構的設計

手機面殼四周存在著多種形式的側向型孔，成型這些型孔的型芯必須要完成抽芯才能實現(xiàn)手機面殼的脫模。這些外抽芯機構的結構是相同的，只是抽芯距離有所區(qū)別。

（1）注射模外抽芯機構處于成型時的狀態(tài)：

如圖6(a)所示，注射模閉合時，斜導柱3插入滑塊4的斜孔中，使得側向型芯12進入動模嵌件15的孔中并突入模具型腔抵緊中模型芯11成型手機側向孔。楔緊塊2楔緊滑塊斜面，防止滑塊在注射力和保壓力作用下后退。

（2） 注射模外抽芯機構處于抽芯時的狀態(tài)

如圖6(b)所示，注射模開啟模時，斜導柱3和楔緊塊脫離滑塊接觸，斜導柱撥動滑塊和側向型芯13退出模具型腔。此時的半球形凹坑的位置正好在限位銷6處，在彈簧7的作用下限位銷進入半球形凹坑鎖緊滑塊。一方面是限制了滑塊的貫性移動，另一方面使斜導柱在合模時能插入滑塊的斜孔中。

只有實現(xiàn)了對手機面殼18處“凸臺”障礙體的內抽芯和對四周型孔的外抽芯，才能實現(xiàn)手機面殼的脫模。

圖6 注射模外抽芯機構的設計

6 手機面殼注射模結構設計

遵照手機面殼注射模結構方案分析，找對相對應模具結構機構，便可以進行模具設計。

6.1 分型面與模具型腔、型面的數(shù)量和尺寸設置

注射模設計之前先要確定分型面位置和模具型腔的數(shù)量，才能確定模架的形式和尺寸。

（1）分型面的選擇：如圖7的A-A剖視圖所示，根據(jù)手機面殼形體分析所制訂的分型面I-I，便可以確定模具分型面Ⅱ-Ⅱ的形式和位置。為了使分型面Ⅱ-Ⅱ不出現(xiàn)痕跡，分型面Ⅱ-Ⅱ之間的間隙應小于0.02 mm.由于手機面殼有外觀要求，注射模采用了次流道的形式。次流道中的冷凝料需要脫模，為此在定模板8與中模板9之間可設置分型面I-I。

（2）模具型腔、型面的數(shù)量和尺寸設計

如圖7所示，塑料為ABS50%+PC50%，收縮率為：0.5%，模具型腔、型面的尺寸均需要放大0.5%，成型脫模后的手機面殼尺寸才能符合圖紙要求。當手機銷售量增大時，可以采用一模二腔，甚至四腔。模具型腔是成型手機面殼的外表面的，外表面有外觀要求，需要研磨的粗糙值Rc應小于0.2 μm.

6.2 模架與開閉模導向及限位構件

根據(jù)確定的分型面和定模脫模的結構，可以確定模架與開閉模導向及限位構件的結構形式。

（1）模架

如圖7所示，采用三模板的模架，模架由推件板5、定模墊板6、安裝板7、定模板8、中模板9、噴嘴定位套13、澆道套14、電加熱器15、定位墊圈16、回程桿19、推板導柱21、推板導套22、接管嘴24、動模板26、動模墊板28和模腳29和墊塊78組成。

（2）開閉模導向和限位構件

如圖7所示，定中動模板的開閉模運動，是以四組導柱57和導套58、59、60進行導向和定位。導柱安裝在墊塊78中，模具開啟是以臺階螺釘38進行限位。開模時，中模部分是懸掛在四根導柱上面。

6.3 定模脫模機構與運動轉換機構

定模脫模機構與動模脫模機構有著很大的區(qū)別，動模脫模機構的運動是由注射機的頂桿直接作用在推件板上所產生的，而定模的脫模運動是由模具開閉模運動經運動轉換機構轉換得來的。

6.3.1 手機面殼的定模脫模形式

由定模脫模機構和定模脫模運動轉換機構組成。

（1）定模脫模機構的組成

如圖7的A-A和B-B剖視圖所示，由推件板5、安裝板7、回程桿19、彈簧20、推板導柱21、推板導套22、擺桿10、18、36、39和頂桿11組成。

（2）定模脫模機構的脫模運動

如圖7的A-A和B-B剖視圖所示，推板導柱和推板導套可確保脫模機構的定位和運動的導向。擺桿10、18、36、39和多根頂桿安裝在安裝板上，當推件板、安裝板進行脫模運動時，擺桿10、18、36、39和多根頂桿可將手機面殼頂離中模型芯17。

（3）定模脫模機構的回程運動

如圖7的A-A和B-B剖視圖所示，模具開啟后，推件板、安裝板和擺桿10、18、36、39和多根頂桿11在彈簧20作用下復位。同時，回程桿19接觸到中模板9可推著脫模機構精準復位。

6.3.2 定模脫模運動轉換機構

定模脫模轉換運動包括脫模轉換機構的脫模運動和回程運動。

（1）定模脫模運動轉換機構組成

如圖7右視圖所示，由臺階螺釘48、六角螺母49、彈簧50、沉頭螺釘51、Z形擺鉤52、掛鉤53、內六角螺釘54和圓柱銷55組成。

（2）定模脫模轉換機構的脫模運動

如圖7右視圖所示，兩側掛鉤通過內六角螺釘和圓柱銷55與推件板和安裝板7相連接。Z形擺鉤由臺階螺釘安裝在動模墊板上，并可沿臺階螺釘圓柱面左右擺動。模具開模時，首先是定模部分與中模板9之間分型面I－I處開啟；Z形擺鉤拉著推件板、安裝板和擺桿10、18、36、39和多根頂桿作手機面殼的脫模運動。當推件板5和安裝板7接觸到定模板8時停止了移動，手機面殼被頂脫模。動模部分與中模板繼續(xù)開啟，Z形擺鉤斜面在掛鉤斜面作用下產生橫向力，Z形擺鉤下端向右壓縮彈簧，使得Z形擺鉤上端向左張開脫離掛鉤，模具被打開。

（3） 定模脫模轉換機構復位運動：

如圖7右視圖所示，注射模閉合時，Z形擺鉤上端弧形面接觸到掛鉤的弧形面，加之彈簧的作用， Z形擺鉤下端向左張開，使得上端向右張開，Z形擺鉤上端的斜面可以掛住掛鉤的斜面復位，以便進行下一次脫模運動。

圖7 手機面殼注射模的結構設計

7 注射模主要零部件鋼材與熱處理

注射模主要零部件型面需要研磨，并要具有一定的壽命，就必須采用新型塑料模具鋼材和熱處理，以提高鋼材的性能。成型件表面的粗糙度值應該在Rc0.4以下，這樣成型手機面殼模具主要零件必須具有一定的硬度才能進行拋光。

（1） 注射模主要成型零件鋼材選擇

采用SUPER-STAR（S-STAR）鋼，是日本超鏡面拋光性、高硬度和耐腐蝕的馬氏體型不銹塑料模具鋼，其經特殊熔煉而成.該鋼為預硬抗腐蝕高拋光不銹鋼，適合要求高鏡面，高耐磨，抗腐蝕的模具。其交貨硬度可在≤229HB下或在30～34HRC預硬狀態(tài)下。

（2）熱處理

經500 ℃和800 ℃兩次預熱后，加熱至1 020～1 070 ℃奧氏體化，然后油冷、空冷或氣淬，淬火硬度可達56HRC，回火視耐蝕性或硬度要求在200～400 ℃或490～510 ℃范圍進行，一般要求2次，回火后空冷，達53 HRC左右，也可進行冷處理。

8 結束語

成功的模具結構設計之前，一定需要進行認真和細致對象零件的形體分析，并要根據(jù)對象零件的形體分析制訂好模具結構可行性方案，才能進行模具的設計。對象零件形體分析出現(xiàn)了錯誤，模具結構可行性方案也跟著出現(xiàn)了錯誤。對象零件形體分析出現(xiàn)了遺漏，就不會可能有相對應模具結構的措施。正因為手機面殼形體分析全面到位，注射模結構采用的措施得當，加上模具零件加工的精細，模具加工手機面殼過程順利，并且外觀十分漂亮。