手機背夾電池內蓋包膠注射模具設計

周建安

(深圳職業(yè)技術學院機電學院，廣東 深圳 518055)

0 前言

世界進入智能手機時代，智能手機相比傳統(tǒng)功能手機，的確有巨大的優(yōu)勢，比如操作便利、功能可以隨意擴展、能夠無線接入互聯(lián)網等。但同時，智能手機也有一些缺點，比如待電時間較短，容易摔壞等。為了彌補智能手機的缺點，手機背夾電池應運而生。手機背夾電池不僅能擴大智能手機的電源容量，而且能對智能手機起保護作用，因此應用非常廣泛。

1 產品分析

(a)制品 (b)骨架 (c)包覆層及其內側局部放大圖圖1 背夾電池內蓋三維圖Fig.1 3D drawing of the inner cover of the battery

手機背夾電池內蓋產品三維圖如圖1所示，中間為產品骨架，材料為ABS(硬膠)，周邊為產品包覆層，材料為TPU(軟膠)。產品最大外形尺寸為162 mm×81 mm×6 mm，產品骨架平均壁厚為1 mm，包覆層平均壁厚度為1.2 mm。為了使軟膠和硬膠緊密結合在一起，骨架和包覆層的周邊有鋸齒狀的結構嚙合在一起(如圖1包覆層局部放大圖所示)，另外骨架周邊有長0.8 mm、厚0.4 mm、非連續(xù)的薄片結構嵌入包覆層相應的槽里(如圖2放大圖所示)，增加了二者結合的強度。為了設置各種按鈕及充電、接耳機等，軟膠的周邊還設有各種孔及一些外凸、內凹結構，并且整個包覆層的側面整體為外凸內凹結構。包覆層外表面粗糙度為Ra1.6 μm，內表面為Ra3.2 μm，且表面不允許有縮痕、熔接線或其他注塑缺陷；骨架上、下表面的粗糙度要求皆為Ra3.2 μm，表面也不允許有明顯的注塑缺陷。

圖2 背夾電池內蓋截面剖視圖Fig.2 Section view of battery inner cover

1—頂板 2—型腔板板 3—A板 4—成型推塊 5—型芯板 6—連接桿 7—B板 8—墊鐵 9—底板 10—定位環(huán) 11—澆口套 12—薄片鑲件 13—限位塊 14—頂針面板 15—頂針底板(a)A—A視圖 (b)B—B視圖 (c)主視圖圖3 骨架模具裝配圖Fig.3 Die assembly drawing of the skeleton frame

2 模具整體結構設計方案

因為產品由2種不同材料的結構構成，故可以選擇雙色模具或者包膠模具結構。雙色模具由于注塑時需要雙色注塑機，并且模具大且結構復雜，制造成本高。而包膠模具雖然要兩幅模具，但模具小，結構相對簡單，且可以使用普通注塑機，因此擬采用包膠模具設計。

骨架模具結構較為簡單，不需要抽芯機構，尺寸精度和表面粗糙度要求也不高，而尺寸值中等，因此可以采用常用的一模兩腔的布局，二板模，側澆口進膠。而包覆層結構復雜很多，四面皆需要抽芯，因此擬采用一模一腔的布局，因為注塑時中間要放置成型好的骨架成品，無法在分型面開設分流道，故采用點澆口、三板模結構。

3 骨架模具結構設計

模具結構圖如圖3所示。因為產品有較多的細微結構，并且塑料ABS流動性能中等，為了改善熔體充模，防止充不滿現象發(fā)生，澆注系統(tǒng)采用扇形澆口。因為產品對內、外表面皆有較高的粗糙度要求，而產品的中間區(qū)域又恰好為平面，所以頂出機構在產品中間設置了一個成型推塊4，它通過連接桿6和頂針底板15連接起來，并由成型推塊在開模后推出骨架產品，由于它和產品是面接觸，所以頂出平穩(wěn)，并且不會留下明顯的頂出痕跡。在骨架周邊有嵌入包覆層的薄片結構，為了方便加工，把薄片成型部分的膠位做在定模鑲件12(為長方形環(huán)形體)上。另外，型芯板5需要成型骨架周邊的密集的齒形結構，而ABS 具有較大的吸濕性，因此在和成型推塊4相配合的臺階底部開設了排氣槽，氣體先通過型芯板和推塊之間的側面間隙進入排氣槽，再通過排氣槽直通模外。

4 包覆層模具結構設計

包覆層模具結構圖如圖4所示。包覆層將骨架包圍在中間，通過齒形結構和骨架緊密結合，其外表面設計為手持功能。為了提高用戶使用的質感，其經常手持的中間部位不允許有分型痕跡、澆口痕跡、熔接痕等；另外，其側面整體呈外凸內凹形狀，又有較多的側孔和側凹，因此模具設計為四面斜導柱抽芯機構(如圖5所示)，不僅解決了成型脫模問題，還成功把分型痕跡轉移到四個很少觸碰的角上。包覆層模具成型時需在動模型芯上預置已經成型好的骨架成品，所以不能夠開設水平分流道；而同樣由于表面質量的關系，其澆口位置須開設在內側面；另外其產品尺寸較大，本身又有較多細微結構。綜合考慮，澆注系統(tǒng)設計為兩點平衡式點澆口，且其軸線與豎直方向成20 °傾斜，開模時利用TPU常溫下彈性好強度高的特性，將澆注系統(tǒng)拉出(如圖6所示)。包覆層由于結構和材料關系，不宜設置頂針頂出，為了保證平穩(wěn)頂出，參照骨架的頂出結構，在預制的骨架部位的下方，設計推塊頂出。成型前，將合格的骨架成品放置在推塊6上，成型后，包覆層和骨架緊密結合在一起，推塊6將頂出力施加到骨架下表面上，骨架再帶動包覆層出模。包覆層的側面內側整體為內凹結構，但因為內凹半徑為約5 mm的圓弧，寬度僅為約3 mm(較小)，而TPU材料又具有較高的柔軟度，所以可以在開模時通過頂出結構強制脫模，不要設計專門的內抽芯機構。為此，動模在包覆層成型部位設計一個中空的成型鑲件7，里面和推塊6相配合，外面和型芯件5相配合。這樣設計的好處還可以使成型部位的加工變得容易起來。

1—底板 2—B板 3—小拉桿 4—推塊連接桿 5—型芯 6—推塊 7—成型鑲件 8—型腔件1 9—刮料板 10—限位塊 11—拉料螺釘 12—定位環(huán) 13—澆口套 14—型腔件2 15—A板 16—滑塊成型型芯 17—耐磨塊 18—鎖緊楔 19—斜導柱 20—滑塊體 21—定位柱 22—定位螺釘 23—壓板(a)A—A視圖 (b)主視圖圖4 包覆層模具裝配圖Fig.4 Die assembly drawing of the cladding layer

圖5 四面抽芯機構示意圖Fig.5 Schematic diagram of the four-way core pulling mechanism

圖6 澆注系統(tǒng)示意圖Fig.6 Schematic diagram of the gating system

模具工作過程為：模具打開，將已經成型好的骨架產品依靠兩個定位柱21定位放入模具型腔的推塊6上；模具閉合，同時抽芯機構復位，接著注射成型，經過保壓和冷卻后模具再次打開。模具打開的同時，斜導柱19等驅動滑塊實現產品四周側抽芯，并依靠拉料桿11拉斷點澆口，實現澆注系統(tǒng)和產品分離，接著澆注系統(tǒng)又被刮料板9自拉料桿11卸下。然后，注塑機頂出機構驅動連接桿4，進一步帶動推塊6將頂出力作用在骨架背面，并帶動包覆層實現強制脫模。

5 生產驗證

模具投入生產，運行良好，目前已出合格成品5萬件。其中包覆層模具裝上注塑機的工作狀態(tài)如圖7(a)所示，注塑得到的包膠產品如圖7(b)所示。

(a)包覆層模具 (b)內蓋成品圖7 包覆層模具及產品實物圖Fig.7 Cladding layer mould and product picture

6 結論

(1)由兩幅模具構成，第一幅模具成型產品中間骨架，第二幅模具成型產品周邊包覆層，注塑前需將第一幅模具成型好的骨架合格成品預先放入型腔；

(2)兩幅模具均采用推塊推出，頂出力平穩(wěn)，產品不容易頂破、頂白；

(3)第一幅模具采用扇形澆口進膠，第二幅采用點澆口進膠，因為進膠位置在產品豎直側面的內側，所以澆口設計有30 °的傾角，開模時，利用材料TPU的良好彈性及韌性將澆注系統(tǒng)拉出。