浅析手机外壳模具设计与制作

张建斌　黄秋香

摘 要：随着计算机技术的发展以及制造业的进步，塑料模具的设计推陈出新，为手机外壳的应用需求奠定了基础。手机塑料外壳是以射出成型来实现生产加工的，因此，射出成型模具的设计制作技术就成为了手机塑料壳制造的关键。本文首先阐述了实验材料的选择以及模具设计的基本功能，其次对实验的整体过程进行了分析，以最终得出手机外壳模具设计制作的流程。

关键词：手机外壳；模具；设计制作；分析

前言

手机外壳的制作是通过射出成型模具实现，因而，射出成型模具的相关技术就成为了手机外壳制作的关键。基于此，本文通过实验分析法，借助数控加工机和射出成型机，再以CAD软件Unigrahics NX版构建手机塑料壳加工模具图，对手机外壳模具设计制作进行分析，以在传统手机壳模具设计制作工艺的基础上进行进一步的完善，并对射出成品技术进行修正，从而实现在提高精密度的基础上、缩短时间并降低投入成本的效益目标。

1.实验材料与模具设计

1.1實验材料的选择

1.1.1塑料材料选择

根据成型加工性质可将塑料材料分为两大类：热固性与热塑性。其中热塑性塑料又分为以下两类：结晶与非结晶，热塑性塑料的加工过程具有可塑性，结晶性热塑性塑料结构相对非结晶热塑性塑料要结实，但是其透明度却很低，且在进行成品制作时，很容易出现扭曲等现象。热固性塑料会随着加热温度的升高而粘度增大，进而形成立体网状结构，固化后会形成坚硬且不易软化的物质。在热塑性塑料形成网状的过程中，其结构越密，所形成的物质就会越坚硬，因而其耐热性与耐熔性就会越强。比较常用的热固性塑料有：环氧树脂以及尿素等。因此，本实验选用ABS塑料颗粒原料来射出成型。

1.1.2模具材料选择

射出成型模具材料的选择关系到模具的使用寿命以及模具在加工过程中的性能，因此，在选择模具的过程中要根据模具所需特性以及加工过程所需进行材料的选择。当前，随着塑料模具生产批量的逐年增加，塑料模具在规格上要求要能够熔与火，所以此实验选用S45C钢材为主零部件，选用P20材料为辅。

1.2模具设计

1.2.1 模具构成

模具的基本构成为定位环、导销、顶出版、顶出销、顶出器套盖、支撑板以及顶部挟版等。

1.2.2浇道设计

浇道是用来链接主入口和模穴交口，用于多道浇口大件模具或者是多穴模具的制作，从而确保塑料溶液能够同时到达各模穴，确保模具能够迅速且均匀的形成。

1.2.3模穴与模心

模穴在设计的过程中，要求其性能要能够符合迅速填料且易脱模，拖模后要求模具的表面必须保持光滑；模心在设计时要确保整个模穴的温度要受热均匀。

1.2.4浇口的设计

几年来，在设计射出成型模具的过程中，研究人员将计算机辅助工程分析法与高分子加工原理相结合，实现计算机绘图，从而形成模具设计的辅助软件，比如CAE-MOLD等[1]。

1.3射出成型的设计

射出成型设计步骤包括：熔化、流动、凝固。先将固体塑料材料经过加热，溶解成液态后射入模具中，然后经过冷却，最终凝固成型。

2.实验过程

2.1实验概述

当前，国内CAD曲面构架与CAM加工模块的商业软件功能十分强大，本文实验选取UG NX 版Mold Wizard模块。CAE采用数控加工中心进行模板曲面的任意复杂造型，从而使其脱离于传统的切削切割形式的束缚，在制模前，采用仿真软件对模型的各部零件间的构建进行了解，并找出其中所存在的不足进行改善；以Moldex 3D进行分析能够找出最合适的射出条件，从而掌握模具的不足之处。因此，此次试验中的制作流程能够有效节约制模的实践，降低制模的投入成本，并提高模具的精密度。在确定模型精密度后，便是最后的成型技术的应用，在此基础上，以压力、温度以及时间等作为参数，从而找到射出成型产品的不足，并加以完善。

2.2实验模具的制作流程

以CAD以及CAM系统对模具的曲面进行设计，建立与编修成品与模具几何模型，以数控技术实现对手机上盖塑料模具的射出成型制作，并以模流分析软件获得成型的加工软件，最后对模具的寿命进行科学的评估，从而实现低成本高效益的目标[2]。

2.3射出成型

将模型与模座组合后，采用模流分析的结果，设定射出的条件。射出机机型为台中精机Ve-80，射出材料为ABS塑料颗粒材料。

2.4实验结果

2.4.1模具制作实验结果

本次试验所采用的CAD部分的模快来设计曲面加工以及编修构建模具成品，有利于CAM的三轴加工和数控技术，因此，将其转为文件利用仿真软件Vericut 实现仿真切割，从而实现实机制作。CAE部分，将CAD图直接置入Mold Flows，然后将设定值输入，从而能够实现直接分析。这样的方式不仅操作简单方便，而且还大大的提高了工作效率，有效的避免了错误以及漏洞的生成[3]。

2.4.2射出成型实验结果

本次试验采用射出成型机实际机上做模温、射出温度、时间以及流量的变化，最终完成手机壳的制作，成品形成后置于偏光仪下作最后的检验与探讨。

3.总结

综上所述，采用CAD的模具设计的步骤为：首先，得到制品图、设计模具构造、分面膜、横浇道以及进入浇口等，然后确定温度控制以及脱模等，并要按照制品图来制定公模以及母模的尺寸。当射出成型制造出的成品模具出现表面出现气泡或者皱纹等现象，是因为成型模具空间内部的压力不足、树脂的流动性不足等。需要采取的完善措施为：要充分延长填充的实践，升高模具温度、增大射出的压力、扩大浇口等，在此过程中要做到具体问题具体分析，针对所出现的问题对号入座的使用相应的解决方案。

本文通过实验分析法，借助数控加工机和射出成型机，再以CAD软件Unigrahics NX版构建手机塑料壳加工模具图，对手机外壳模具设计制作进行分析，以在传统手机壳模具设计制作工艺的基础上进行进一步的完善，并对射出成品技术进行修正，从而实现在提高精密度的基础上、缩短时间并降低投入成本的效益目标。

参考文献：

[1]徐发跃.实用模具设计制作手册[M].北京：机械工业设计出版社，2013.

[2]夏巨谌，李志刚.中国模具设计大典（轻工模具设计分册）[J].南昌：江西科学技术出版社，2011，5（09）：35-37.

[3]夏巨谌，李志刚.中国模具设计大典（轻工模具设计分册）[J].南昌：江西大学技术出版社，2010，8（16）：136-137.