手機保護殼模內裝飾注塑模具設計

王 鑫，李立堯，李 程，王 靜

(河南工程學院機械工程學院，鄭州 451191)

0 前言

隨著時代的發展，智能手機如今已經成為人們日常生活中普遍使用的產品，智能手機的熱銷也帶來了手機保護殼的興起和發展。在眾多材質的手機保護殼產品中，膠質手機保護殼由于硬度高、輕薄抗摔、花色圖案豐富等特點，已經成為市場的主流產品之一[1]。傳統方法制作該產品上的圖案主要是在壓制或者注射成型后通過轉印、噴涂或者電鍍等方法來實現，工序較為復雜，且圖案與膠質外殼貼合不緊，容易掉漆脫色，因此在此基礎上發展出了模內裝飾(IMD)注射成型技術。該技術是將已經預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，使膠質保護殼與圖案在模具內一體成型，減少了后期工序，并能保證圖案與膠質產品的緊密貼合[2-3]。

模內裝飾注射成型技術與普通注塑不同，模具內預先固定有圖案薄膜，且同樣要保證連續生產，圖案表面質量要求較高，不能有澆口痕跡，因此其注塑模具在模架結構、澆注系統、和頂出機構設計方面要求較為嚴格。本文以某智能手機為適用對象，介紹了該智能手機保護殼的模內裝飾注塑模具設計過程。

1 塑件結構和分析

如圖1為針對某款智能手機而設計的保護殼產品結構，側面開設有手機按鍵和充電等功能性側孔，需要做側抽芯處理，整個外形尺寸為130.7 mm×70.4 mm×7.0 mm，壁厚為1 mm，屬于薄壁塑件。整個產品背面要求有裝飾圖案薄膜，故對背面外觀要求較高，不允許有澆注系統痕跡。為了保證成型時圖案薄膜不發生變形，產品脫模斜度設計為5 °， 膠質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，所以本次設計模具的收縮率取為0.3 %。

圖1 手機保護殼Fig.1 Phone protective case

2 模具設計

2.1 分型面和模具整體機構

根據塑件結構分析，為了方便將產品取出，分型面設計在保護殼端面最大截面處，如圖2所示，整個模具設計為一模兩腔形式，如圖3所示為設計的一模兩腔模仁結構。

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

圖3 模仁結構Fig.3 Mold core structure

為了能夠保證生產連續，圖案薄膜輸送裝置設置在動模部分，而頂出機構又不能直接從產品外觀面頂出，故本次將模具整體機構設計為倒裝模具形式[4]。如圖4所示為倒裝模具結構，薄膜從動模板一側進入，一側輸出，由輸送裝置自動連續控制，產品成型后利用動模部分的開模動作和側面的限位螺釘4來帶動定模部分的頂出機構頂出，澆注系統穿過頂針板進入型腔進行注射。

1—動模底板 2—墊板 3—動模板 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—復位桿 11—導柱 12—導套圖4 倒裝模具Fig.4 Flip-chip mold

2.2 側抽芯機構設計

產品側邊有功能性按鍵孔，需要進行測抽芯機構設計。由于模具整體為倒裝模具結構，根據產品側孔的尺寸，分別設計了對應的斜頂和撥塊機構，來完成側孔的抽拔動作。

斜頂機構借助于頂出機構的頂出動作來完成充電和耳機孔的抽拔動作，同時具有頂出功能，因此本次斜頂機構設計在定模部分。根據側孔的尺寸，采用分體式斜頂機構，上端通過螺釘固定在頂出板上，下端結構用于成型側孔，兩者之間采用定位銷連接，斜頂角度設計為10 °，如圖5所示為分段式斜頂結構尺寸。

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

由于手機按鍵孔較小，成型滑塊行程不大，故采用撥塊機構。考慮到模具倒裝，撥塊機構設計在動模部分，利用動模部分的開模動作來完成滑塊的抽拔動作，結構如圖6所示。根據產品的側孔長度，設計限位螺釘的限位距離為5 mm，撥塊的傾斜角度為15 °，使用螺釘固定在動模墊板上，開模時利用右斜面進行導向，閉模時利用左斜面進行鎖緊，且由于撥塊在動模部分，故不需要額外的鎖緊裝置[5]。圖7所示為斜頂和撥塊機構的三維結構。

圖6 撥塊機構(mm)Fig.6 Block mechanism(mm)

圖7 側抽芯三維結構Fig.7 Side core-pulling three-dimensional structure

2.3 澆注系統設計

圖8 澆注系統設計(mm)Fig.8 Gating system design(mm)

考慮產品外觀面的要求，以及采用側澆口容易引起沖墨等缺陷[4]，本次澆口設計為潛伏式澆口，依靠頂針潛伏進膠，澆口位置選擇在產品內部側邊中部位置進膠，如圖8所示。采用圓形分流道，直徑為8 mm，長度為40 mm，主流道需要穿過頂針板和定模仁，長度為164 mm。該澆注系統在脫模時，頂針頂出會使澆口自動與塑件斷開，容易實現自動化生產，澆口向上傾斜15 °，進膠口大小為1 mm，便于澆口凝料從模具中脫出。主流道較長，因此為了開模時將主流道凝料從澆口套脫出，在分流道上加設兩根流道頂針，在頂出分流道凝料的同時，使主流道凝料從澆口套中拉出。

2.4 其他機構設計

該產品屬于薄壁制品，為了均勻頂出，除了斜頂機構參與頂出外，每個產品再選擇6根頂針平均分布在產品周邊，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。

該產品背面結構較為簡單，圖案薄膜較好定位。圖案薄膜的輸送是從動模仁側邊進入模具，從對邊退出，圖案薄膜的定位采用壓桿機構壓緊薄膜，同時為了保證薄膜在動模仁內不起皺，壓桿機構在動模仁上設置為凸臺，定模仁上設置為壓桿型腔，這樣薄膜在動模仁內成型時，就會被凸臺撐起，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

根據制品的形狀和尺寸，礙于頂出和薄膜輸送機構的存在，本次動定模的冷卻系統設計都采用傳統的串聯直通式水路，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計為15 mm。

圖11 冷卻水路設計Fig.11 Cooling waterway design

3 模具裝配

圖12所示為手機保護殼的模內裝飾模具裝配圖。模具工作過程為：模具沿主分型面打開，圖案薄膜通過輸送裝置和壓桿機構被輸送至動模板型腔內，模具合模，利用壓桿機構對圖案薄膜進行定位。注塑機進行注射，通過澆注系統充滿模具型腔，然后經冷卻后，圖案薄膜與塑件結成一體。模具重新打開，撥塊機構完成保護殼按鍵孔的抽拔動作，待限位螺釘24接觸到動模板3時，開模動作帶動上下頂針板、頂針和斜頂機構向下頂出保護殼和澆注系統凝料，同時潛伏式澆口凝料與產品分離，分別被頂針19和20頂出。待取出產品和凝料后，重新輸送圖案薄膜，再繼續進行注射成型。

1—動模底板 2—墊板 3—動模板 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—復位桿 11—導柱 12—導套13—撥塊 14—滑塊 15—定模仁 16—頂出導柱17—頂出導套 18—澆口套 19—流道頂針 20—頂針 21—水路 22—塑件 23—動模仁 24—限位螺釘(a)主視圖 (b)側視圖圖12 模具裝配圖Fig.12 Mold assembly drawing

4 結論

(1)通過模內裝飾注塑模具設計，解決了傳統方法生產手機保護殼工序復雜，圖案薄膜容易掉色脫落的缺陷；

(2)根據模內裝飾注射成型技術的要求，采用了倒裝模具結構，并根據模具結構，運用斜頂和撥塊機構完成了產品的側抽芯動作，采用潛伏頂針進膠的方法，保護了產品表面，運用簡單的壓桿機構，實現了圖案薄膜的定位和固定。