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1、手机注射件结构设计及模具设计,12.1 V38C型手机的外壳结构设计及其面壳注塑模具设计,一、前言 手机产品具有巨大的市场发展空间，同时，市场也处在高速发展阶段，这对于生产商、分销商以及零售商都是极为重要的发展阶段，是市场格局逐步形成的阶段。所以，在未来几十年，手机外壳的设计加工和相应的模具设计孕育着巨大的商机.,2、企业背景,深圳凌进电子有限公司是一家主要生产手机配件及电脑键盘的中港合资企业，有从模具制造、注塑、喷涂、印字、刻字等全套塑胶成型工艺。公司现有员工700余人，公司拥有先进的生产设备，其中注塑机110台，模具制造设备36台（包括加工中心、电火花、线切割、车、铣、刨、磨床等设备），生
2、产流水线8条，有插件线、波峰焊、组装等各种电子产品的能力，自动及手动超净无尘喷涂线6条。 有月产手机外壳200万的生产能力。公司主要客户有：日本夏普、韩国三星、韩国世进、日本索尼、深圳普天凌云、上海普天、北京信威公司、中科健、博力能、步步高集团、金正集团、东信、奥克兰、TCL等近三十多家企业。,二、 V38C型手机壳结构设计,1、V38C型手机壳结构分析 V38C型手机壳的设计是在给定PCB（Printed Circuit Board）和电池的基础上进行的。PCB的最大尺寸为100.9*39.2*9.1mm，电池尺寸为55*34.4*5.3mm。,二、 V38C型手机壳结构设计,1）手机壳材料
3、选取 V38C型手机外壳包括的零件有：面壳，底壳，电池盖，镜片，PC键，软胶键，测试孔塞。根据这些零件的使用环境、使用要求及成型工艺选材如下： 面壳，底壳，电池盖均选用ABS+PC,1）手机壳材料选取,ABS（Acrylonitrile-butadiene styrene）：ABS塑料具有优良的综合性能，即优良的力学性能、电绝缘性、化学稳定性、成型工艺性。虽然ABS塑料本身不透明，但其着色性能很好。ABS塑料另一个重要特点是表面可电镀、喷漆、印刷、真空镀膜和绘画。,1）手机壳材料选取,PC（Polycarbonate）：即聚碳酸酯，呈淡黄色透明体，透光率在塑料重仅次于有机玻璃和聚苯乙烯，可以制
4、作透明塑料制品。PC的吸水率很小，模塑收缩率小，成型后尺寸稳定性很好。其冲击强度是常用工程塑料中最好的品种之一。 但PC由两个明显的缺点，一是疲劳强度低，另一点是制品易开裂。,1）手机壳材料选取,ABSPC：即丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物/聚碳酸酯混合物。其性能如下： 物理性能：抗冲击性；高光泽；抗光性，可电镀，抗热性；高弯曲强度。 化学性能：仅有限的抗水解性能；不抗酮，酯，氯化碳氢化合物。,2）手机壳结构的市场需求分析,产品的外观与结构设计已经上升到了一个举足轻重的位置，设计已经成为手机市场的竞争利器。 不做芯片的诺基亚并没有妨碍它成为业界巨头。 三星手机的崛起同样得益于设计的力量。从某种角度上
5、讲，三星手机的核心竞争力体现在其精致漂亮的外观设计和工艺水平上，而这正是令许多使用者爱不释手的主要原因。当质量、功能与其他知名品牌难分高下时，出众的设计给三星带来了巨大的商业利益。,2）手机壳结构的市场需求分析,现在很多手机制造商不断地推出不同型号的手机，而且周期越来越短。这是因为一款手机在市场上销售一段时间后，其他手机制造商有新产品上市，吸引用户的目光。这就必须改型手机或重新开发新的机型，重新开发新机型成本比较高，而改型则可省去开发PCB的成本。改型就是重新进行手机的外观及结构设计，而其内核（PCB）却不变，以再次吸引用户。,2、手机结构设计难点,手机结构设计最困难的也就是第一步-外形设计。
6、因为在给定PCB时，一般要尽量将手机做小，做薄；考虑到工艺性、美观和人机工程学，要保证其整体的曲线，不能出现尖角等；还要为后续工作留下足够的空间；最为重要的是它直接影响到整机的外观和各种性能。 其次，扣位也是手机设计的难点。首先，扣位要便于安装、拆卸，其次，扣位的配合间隙也要把握好，特别是在无固定螺钉或螺钉较少时，否则，装配贴合处的间隙会扩大，甚至出现扣不住的现象。,3、整体外形设计,整体结构的设计，是整个手机设计的灵魂所在，其不仅决定了后面各种零部件结构的设计，还是整部手机外观设计的基础。因此，设计时应该力求曲面光滑、动感过渡。 1）侧面曲线设计:在设计侧面曲线时，考虑到手机的外壳厚（常取1
7、.2mm）、外壳至PCB板的装配间隙尽可能取小（常取0.5mm），因此取其侧面外围曲线与PCB板外围曲线间距最小为1.7mm左右，为了满足外观要求，在手机侧面曲线顶部使用一段圆弧（R32）进行连接，并在其底部用大圆弧（R150）连接。其整体外围曲线如右图所示。,侧面曲线,3、整体外形设计,2）面壳曲面设计： 观察PCB图档可知，在PCB板上正面最高点为听筒、显示屏、话筒，所以为了保证装配，前壳曲面要比三者均高出壳厚1.2mm与间隙之和，而显示屏上方有独立的镜片（不小于0.6mm）、镜片座厚最小为0.70.9mm； 而在听筒和话筒处，为使其更薄，在高度方向上间隙取0.2，即轮廓曲线要比PCB 上
8、高出1.4mm 以上。,面壳曲线,3、整体外形设计,3）底壳曲面设计 在PCB板背面，最高点为天线座、屏蔽罩、电池触点，且在屏蔽罩上方和触点上需放置电池，因此，底壳曲线要比PCB上的屏蔽罩高出壁厚（1.2mm）、电池厚（5.3mm）、电池与PCB板间厚（不小于0.5mm）和其他装配间隙之和，且电池底要不低于电池触点的最下端。并且将手机底壳的底部设计出一较明显圆弧，以增强手机的人性化。 沿侧面曲线和两侧曲线作曲面并交截可得一封闭的形体，并在四周倒圆角（两头大、中间较小）使其圆滑过渡并与整体相适应，既得整体外形。,底壳曲线,4、手机零部件设计,通过对整体结构的分隔切割，就可以得到手机的三大部件面壳
9、、底壳、电池盖，并由此进一步细化内部结构，分割功能模块，改善结构，最终得到各个零部件结构。 面壳是第一个细化结构的零部件，主要有镜片槽、听筒及话筒的孔槽、扣位、挡筋、螺孔柱、支承柱等。为了防止注塑件缩水，在结构设计时除了满足功能需求外，还要做到壁厚均匀，过渡圆滑。,面壳,5、V38C型手机壳关键零部件分析,1）连接卡扣的分析手机面壳与底壳的连接除了使用螺母外，还使用卡扣连接，这是为了增加面壳与底壳装配的可靠性。卡扣按可否拆卸分为A、B两类。,A、B两类卡口,1）连接卡扣的分析,A类卡扣是不可拆卸的，但也可利用塑料的弹性强行拆卸，这样可能会使卡扣断裂。 B类卡扣是可拆卸的，其导入角的作用和A类的
10、一样起到方便装配的作用，导出角起到方便拆卸的作用。 手机面壳和底壳的连接卡扣选择A类卡扣，因为面壳和底壳不常拆卸。 而电池盖与底壳需要经常拆卸更换电池，所以采用B类卡扣。,A类卡扣在面壳的母扣有两种形式,a类母扣结构形式比b类的强度高。a类母扣的结构由于要保证壁厚的均匀将内侧挖空，在注塑成型时需要内侧抽芯，一般采用斜滑杆抽芯，这就需要在内侧向为斜顶留出足够的行程空间。但是在手机壳的结构设计时，必须使手机尽量小，这样在某些必须放置卡扣的位置可能没有足够的斜顶行程空间，这时就只能采用b类母扣结构，b类母扣内侧可直接脱模，不需侧抽芯。在V38C型手机壳结构设计时尽量采用了a类母扣结构。,母扣的两种形
11、式,1）连接卡扣的分析,另外，要保证成型后的卡扣公扣母扣能可靠连接，在设计时必须考虑装配后的公扣母扣之间有一定的间隙。 根据经验，手机壳上的卡扣间隙为：a0.1mm0.2mm，b0.1mm0.3mm，c0.6mm，d0.1mm0.3mm，e0.1mm0.2，f0.1mm0.2mm。如果在设计时不考虑间隙，成型后的公扣和母扣就不能互相扣入。但间隙太大卡扣就不能扣紧。,公扣、母扣装配关系,6、在手机外壳的设计过程中，要注意以下几个问题,1）加“R”角，圆滑过渡。（1）成品的分模面处有尖角，应加“R”,（2） 面与面接合角处有应力集中，应加“R”,2） 加“C”角，便于装配,为了便于装配，常在螺柱孔
12、或定位柱的前端加“C”角,3）避免双台阶圆柱,（5）避免成品侧壁有凸起壁厚,7、基于PRO/E对V38C型手机壳进行三维建模,Pro/E共有约30个模块，其中Pro/PART、Pro/ASSEMBLE、Pro/MOLDDESIGN、Pro/DRAWING、Pro/MFG等模块比较常用。本设计将采用Pro/PART模块进行手机外壳各零部件的三维建模，Pro/ASSEMBLE模块进行手机外壳的装配，Pro/MOLDDESIGN模块进行手机外壳注塑模的设计，Pro/DRAWING模块进行工程图的绘制。,8、手机壳结构设计方法,一个产品的结构设计有两种方法。一种是自下向上（DownTop）的设计方法，
13、就是先设计好各个零部件，然后装配在一起。另一种是与之相对的自顶而下的设计方法，即TopDown，其含义是先确定总体思路、设计总体布局，然后设置零部件，自上而下，逐步细化，从而完成一个完整的设计。比较可知，TopDown更符合设计规律，能够更好地贯彻设计思路和总体目标，使设计达到预期的目的和要求。,8、手机壳结构设计方法,TopDown的另一个优点是可以实现同步工程，在一个团队完成一个大项目时，相互分工协作，同时进行设计，并保证各部分设计符合设计要求，从而保证总装配的正确。 V38C型手机外壳的设计采用了TopDown的设计方法，其在Pro/E中的实现过程如下： (1)首先，在Pro/E中新建一
14、个空组件，并在组件中创建主控件（master part），在主控件中完成整个手机外型轮廓的构建， (2)在组件中创建一系列空零件(面壳、底壳、电池盖)，其对齐方式均为坐标与组件坐标对齐。并用数据共享的方式将master主控件合并到各个零件。 (3)在各个零件中将合并的主控件切开，留下该零件需要的部分 (4)对各个零件的结构进行细化设计，完成整个设计。,8、手机壳结构设计方法,主控件,面壳,底壳,9、设计完成后的装配图和爆炸图,9、设计完成后的装配图和爆炸图,2、成型工艺方案确定,1）浇口位置的选择 为了实现生产的自动化，提高生产效率，应使浇口在脱模时自动脱落，减少后续加工，因此选择点浇口。 根
15、据Pro/E的MPA(Mold Plastic Advisor)确定浇口的最佳位置 最佳浇口位置在图中的蓝色区域，根据生产经验选择图中所示的浇口位置。然后再利用Pro/E的MPA进行模流分析，材料选取ABSPC，模温90，料温230，注射压力150MPa。,2、成型工艺方案确定,最佳浇口位置,2、成型工艺方案确定,2）工艺参数的确定 V38C型手机面壳采用的材料是ABSPC，ABSPC料的注塑工艺参数参考值如下： 料筒温度 喂料区 5070区1 230250区2 250260区3 250270区4 250270区5 250270喷嘴 250270 熔料温度 260270 料筒恒温 200 模具
16、温度 7090 注射压力 80150MPa,2、成型工艺方案确定,保压压力 注射压力的4050以避 免制件发生缩壁；为了使制品的内应力最小化，保压压力应尽可能设置低。 背压 只要25MPa 残料量 25mm，取决于计量行程和螺杆直径 预烘干 80下烘干4小时 回收率 可加入20的回料，只要料没有发生热降解并进行过适当的预烘干,2、成型工艺方案确定,根据以上参考，结合公司实际生产经验确定工艺参数如下： 加入20的回料，采用多级注射； 注射时间 1.5s；冷却时间6.5s；保压时间2.3s； 注射压力 P1 120MPa P2 146MPa P3 118MPa； 料 温 区1 250 区2 258 区3 245 保压压力 60MPa； 模具温度 90；,
