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手机外壳模具设计及注塑技术

手机外壳模具设计及注塑技术

手机外壳模具设计及注塑技术

随着通讯技术的飞速发展,手机普遍应用。手机技术正朝着两个方向发展:一是功能多样化;二是外观精美轻便。因此,在手机开发过程中手机外壳突显出其特别重要的地位。一套手机外壳的制作涵盖了结构设计、模具开发、注塑生产、喷涂印刷等过程,每一环节都将影响最终外观。 

结构设计

手机外壳通常由四大件:面壳(上前)、面支(上后)、背支(下前)、背壳(下后)和一些小件,如电池盖、按键、视窗、卡扣、防划条等组成。这些组件在结构设计中需要充分考虑到互配性,以及与电路板和电池等部件的装配。在结构设计中需要考虑很多相关问题,如材料选用、内部结构、表面处理、加工手段、包装装潢等,具体有以下几点: 
a. 要评审造型设计是否合理可靠,包括制造方法,塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、结构强度,电路安装(和电子工程人员配合)等是否合理。 
b. 根据造型要求确定制造工艺是否能实现,包括模具制造、产品装配、外壳的喷涂、丝印、材质选择、须采购的零件供应等。 
c. 确定产品功能是否能实现,用户使用是否最佳。 
d. 进行具体的结构设计、确定每个零件的制造工艺。要注意塑件的结构强度、安装定位、紧固方式、产品变型、元器件的安装定位、安规要求,确定最佳装配路线。 
e. 结构设计要尽量减小模具设计和制造的难度,提高注塑生产的效率,降低模具成本生产成本。 
f.确定整个产品的生产工艺、检测手段,保证产品的可靠性。 

模具设计

模具设计必须充分考虑产品的结构、装配,同时还需要考虑生产中产品的脱模以及水路排布、浇口分布等,以下简单介绍产品筋条及卡钩、螺母孔等位置的设计注意点。 

筋条(Rib)的设计 

  • 使用PC或者 ABS+PC时,Rib的厚度最好不大于壳子本体厚度的0.6倍。 

  • 高度不要超过本体厚度的3-5倍。 

  • 拔模角度为0.5-1.0度。 

  • 在Rib的根部导Rib厚度的40%-60%的圆角。 

  • 两根Rib之间的间距最好在壁厚的3倍以上。 

卡勾的设计 

  • 卡勾的卡入尺寸一般在0.5mm-0.8mm。 

  • 钩子从分模面下沉0.2mm,有利于模具制造。 

  • 钩子和卡槽的咬合面留0.05mm的间隙,以便日后修模。 

  • 卡槽顶端于钩子底部预留0.3mm的间隙,作为卡勾变形的回弹空间。 

  • 卡槽最好做成封闭式的(在壁厚保证不缩水的情况下),封闭面的肉厚0.3-0.5mm。

  •  其余配合面留0.1-0.2mm的间隙。 

  • 钩子的斜顶需留6-8mm的行程。 

  • 钩子的尖端导0.1mm的圆角,以便拆卸。 

  • 卡勾配合面处可以自主导2度的拔模,作为拆卸角。 

  • 卡槽底部导R角增加强度,所以肉厚不一的地方导斜角做转换区。 

螺母孔(Boss)的设计 

Boss的目的是用来连接螺钉、导销等紧固件或者是做热压时螺母的定位、热熔柱,设计Boss的最重要原则就是避免没有支撑物,尽量让其与外壁或者肋相连增加强度。 
此外,模具铁料的厚度需要大于0.5mm;母模面拔模角最好大于3度。每增加千分之一英寸的咬花深度需增加一度的拔模角。 

注塑工艺 

手机外壳通常采用PC(聚碳酸酯)或者PC+ABS材料成型,由于PC的流动性比较差(物性如下表所示),所以工艺上通常采用高模温、高料温填充;采用的浇口通常为点浇口,填充时需采用分级注塑,找好过浇口位置以及V-P(注射–保压)切换位置,对于解决浇口气痕以及欠注飞边等异常会有很大的帮助。 PC的基本物性参数

PC的基本物性参数

以下为手机产品的成型条件要点,介绍熔体温度、模具温度、注塑速度、背压等成型参数的设定注意点。 

熔融温度与模温 

最佳的成型温度设定与很多因素有关,如注塑机大小、螺杆组态、模具及成型品的设计和成型周期时间等。一般而言,为了让塑料渐渐地熔融,在料管后段/进料区设定较低的温度,而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当或L/D值过小,逆向式的温度设定亦可。 
模温方面,高温模可提供较佳的表面外观,残留应力也会较小,且对较薄或较长的成型品也较易填满。而低模温则能缩短成型周期。 

螺杆回转速度 

建议40至70rpm,但需视乎机台与螺杆设计而调整。 
为了尽速填满模具,注塑压力愈大愈好,一般约为850至1,400kg/cm2,而最高可达2,400kg/cm2。 

背压

一般设定愈低愈好,但为求进料均匀,建议使用3至14 kg/cm2。 

注塑速度 

射速与浇口设计有很大关系,使用直接浇口或边缘浇口时,为防止日晖现象和波流痕现象,应用较慢之射速。另外,如成品厚度在5MM以上,慢速射出有助于避免气泡或凹陷。一般而言,射速原则为薄者快,厚者慢。 
从注塑切换为保压时,保压压力要尽量低,以免成型品发生残留应力。而残留应力可用退火方式来去除或减轻;条件是120℃至130℃约三十分钟至一小时。 

常见缺陷排除 

a.气痕:降低熔体过浇口的流动速率、提高模具温度。 
b.欠注:提高注塑压力,速度、提高料温,模温、提高进胶量。 
c.飞边:降低塑料填充压力、控制好V-P切换点防止过填充、提高锁模力、检查模具配合状况。 
d.变形:控制模具温度防止模温差异产生收缩不均变形、通过保压调整。 
e.熔接痕:提高模温料温、控制各段走胶流量防止困气、提高流动前沿温度、增加排气。 

二次加工 

手机外壳的后加工通常有:喷涂、套色喷涂、印刷、夹心印刷、电镀、真空蒸镀、热压螺母、退火、超声焊接等。通过喷涂、电镀等后加工方法可以提高塑料的外观效果,同时可以提高塑料表面的耐摩性能;热压超声焊等后处理方法则可以增加一些嵌件便于组装;退火处理可以消除制品的内应力,提高产品的性能。 
手机外壳从设计、开模、调试、生产、后处理整个流程都是环环相扣的,只有综合以下因素:合理的结构及外观设计、精确的模具、合理的工艺调试、稳定的生产和精湛的后处理才能生产出一套精美耐用的手机壳。

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