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摘要本文主要讨论手机外壳模具浇注系统的设计，从生产用的塑料的特性及手机外壳件的特点展开分析，分别对浇注系统的四个组成部分作了全面的设计探讨。
关键词 注射模具 手机模 浇注系统
中图分类号：TB47文献标识码：A
Cellphone Mould Gating System Design
LI Qiwu
(Senior Technical School of Maoming, Maoming, Guangdong 525000)
AbstractThis article primary discuss the design ofthe gating system, the feature of the productionplastics and the specialty of the cellpone housing, as well as the four components of the gating system.
Key wordsinjection mold; cellphone mould; gating system
手机外壳常用的塑料材料有ABS或PC或ABS+PC，这主要是根据手机的外形、外观、使用特性等决定。在生产中，手机外壳是采用注塑成型的。手机模具的浇注系统与一般的注塑模具的浇注系统既有共同之处，也有其自身的特殊要求。手机外壳属薄壳塑料件，尤其现在的手机造型上追求轻巧、时尚、美观耐用。在很多人的心目中，手机已不仅仅是通信工具，而是一件艺术品，甚至是生活的伴侣。在设计手机外壳模具时，必须充分考虑人们的这些心理要求。浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴流向模具型腔的通道，是影响塑件质量的重要因素。手机外壳模具的浇注系统与普通浇注系统一样，是由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。在设计手机外壳模具时必须高度重视浇注系统，这部分的设计合理与否直接关系到手机外壳的质量和生产效率。
1 浇注系统的设计原则
（1）充分考虑塑料材料的流动性。ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，具有良好的综合力学性能，其流动性能较好，但随温度的上升粘度增高。PC塑料熔体的粘度也较大。过小的浇注系统通道会造成塑料熔体充模困难，影响生产效率，甚至通道堵塞。过大的浇注系统也不好，手机外壳属轻薄类塑件，每次注射量不大。过大的浇注系统也会造成废料量太大。
（2）在保证成型质量的前提下，尽量缩短浇注系统的流程。缩短流程能减少塑料熔体流经浇注系统的温度、压力损失，是塑料熔体能顺利、均匀填充型腔，获得理想塑件产品的保证。缩短流程也同时缩短了成型周期，减少塑料损耗量。
（3）尽量采用平衡式浇注系统。平衡式浇注系统能使熔料更均匀进入模具型腔内，获得外观更美、内质更优的产品。
（4）合理布置浇口数量及位置。可采用侧浇口、针点浇口、潜伏浇口等，尽量不把浇口开在外表面显眼处。
如下图1为手机外壳及浇注系统：
2 主流道的设计
浇注系统的前段为主流道。主流道与注射机喷嘴在同一轴线，是塑料熔体从注射成型机进入模具流经的首段通道，首先与高温熔体接触；同时，主流道入口还与注射机的喷嘴紧密接触，为防止碰坏注射机喷嘴，一般其材质硬度应小于注射机喷嘴的材质硬度。在生产中，主流道设计成可拆卸的衬套形式，一方面便于特殊的加工处理，另一方面也方便更换。如图2所示为某手机外壳模具的主流道衬套。
图1手机外壳及浇图2手机模具浇口套
（1）主流道的锥度：为了在开模时能将主流道内的凝料顺利拨出，主流道设计成圆锥形，锥角一般取2-6度。生产中应根据所用塑料材料的特性尤其是熔体的流动性来合理选取锥角值。过小的锥角会阻碍熔体的流动，降低充模效率；过大的锥角会导致熔体产生涡流，影响充模质量。如图2中手机模具的主流道锥角为 5 度。
（2）主流道与注射机喷嘴的接口设计。高温、高压的塑料熔体从注射机喷嘴注入主流道，要求对接处要紧密接合，达到无阻挡、不溢料。为此把主流道的对接处设计成半球形凹坑，且该半球形的球半径要比注射机喷嘴的凸球半径大1-2mm；同时主流道口径应比注射机喷嘴口径大0.5-1mm，使熔料能顺利地从喷嘴进入主流道。如图3所示。
（3）主流道与定模板的安装配合设计。因主流道是以独立的衬套形式设计，则在定模板上要开设一个安装孔，定模板与主流道衬套之间的配合采用H7/m6。为了使注射机喷嘴与主流道衬套能顺利对接，在主流道衬套前设计一个定位环，方便生产中注射机与模具的对接调整操作。主流道衬套与定位环均采用螺钉固定在模板上。
3 分流道的设计
分流道是指从主流道末端开始到浇口为止的塑料熔体流经通道，起分流、转向作用。在分流道的设计中，要考虑尽量减小温度、压力在流道内的损失，同时还要考虑减小流道的容积。
（1）分流道的截面形状设计。分流道的截面形状可采用圆形、梯形、U形、半圆形、矩形。具体采用哪一种截面形状，应根据塑料种类、工艺条件、加工条件来确定。圆形截面分流道的比表面积最小，热量损失最小，但它需要开设在动模与定模两侧，加工制造较困难。如果温度因素很重要，为了减小流道内的散热量可采用圆形截面。如图1所示的分流道即为圆形。
（2）分流道的截面尺寸设计。分流道的截面尺寸要视塑件的尺寸、塑料品种、注射速率以及分流道的长度而定。塑件越大，每次注射的熔体量越多，分流道截面尺寸相对要大些；塑料熔体的流动性差，分流道尺寸也要大些；注射速率要求快时，分流道尺寸也相对应大一些。实验证明：对于多数塑料，分流道直径在5~6mm以下时，对流动性影响较大，但在8mm以上时，再增大直径，对流动性影响已经很小。手机外壳属小型薄体零件，分流道直径一般取3~6mm。
（3）分流道的走向布置形式。分流道的布置形式取决于型腔的布局，遵循的原则是排列紧凑、能缩小模板尺寸，减小流程，均衡进料。其布置形式有平衡式与非平衡式两类。所谓平衡式就是从主流道到各型腔的流程、形状、断面尺寸都对应相等。这种设计可达到理想的均衡进料。如果不能采用平衡布置形式，则应通过浇口的不同尺寸来力求达至平衡进料。如图1是手机外壳模具单腔多浇口的分流道布置。
图3浇口套及喷嘴配合图
4 浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔的通道，塑料熔体经浇口流入模具型腔，实现充模，故浇口也称为进料口。浇口的形状、位置、尺寸对制品的质量影响很大。特别是手机外壳这样的产品，对外观质量有较高的要求，浇口的设计是保证获得高质量产品的重要条件。
（1）浇口的作用：浇口的尺寸比分流道尺寸小很多，一般为分流道截面的3%~9%，熔体流经浇口时，流速增加，产生较大的剪切摩擦作用，使熔体升温，有利于充模的均匀化。对于多浇口的浇注系统，浇口还起到平衡进料的作用。在充模完成注射保压补缩后，浇口处首先凝固，封闭型腔；当注射机螺杆后退时，能防止型腔内的熔料回流而导致产品的变形。浇口过小，会造成充模不足，浇口易出现喷射现象，产品易出现收缩凹陷、熔接痕等外观缺陷，且成型收缩会增大；浇口过大，浇口周围产生过剩的残余应力，易使产品产生变形、破裂，且过大的浇口会使去除后留下明显痕迹，影响外观质量。
（2）手机模具浇口类型选择。侧浇口、针点式浇口是手机模具常采用的浇口型式。侧浇口一般开设在分型面上，其截面形状多为矩形狭缝。侧浇口的截面形状简单，易于加工，是应用较多的浇口形式，在手机模具设计中常被采用。如图所示的手机外壳模具就是侧浇口。侧浇口对注射压力损失较大，且易产生喷痕和气纹，在实践中要注意优化设计，尽量减少这些缺陷的产生。
针点式浇口在手机模具中被广泛应用，其优点是浇口附近残余应力小，开模时浇口被自动切断，在制品上几乎看不到浇口疤痕。在模具结构上，采用针点浇口的模具需增加一个分型面，即三板式双分型面结构，浇注系统凝料和产品分别从不同的分型面处落下。点浇口的截面为圆形，直径一般取0.5-1.8mm，可根据下面的经验公式计算得出：
d = (0.14~0.20)
其中：d：点浇口直径（mm）；
t：制品壁厚（mm）；
A：制品外表面积（mm）；
（3）浇口位置的选择。浇口的位置对手机外壳的质量影响很大，必须根据产品的几何形状和技术要求，并在分析熔体在流道和型腔中的流动状态及对填充补缩排气等因素综合考虑后作出合理的安排。生产中可依据如下原则：
①尽量缩短熔料的流程，减少流向变化。熔料在充模过程中，过长的流程必然会造成过大的能量损失，从而使模腔填充困难，达不到理想效果。
②尽量开设在侧面、背面。手机外壳一般有较高的外观质量要求。合理的浇口位置可减少后续的修磨浇口的工作量。
③有利于模腔内气体的排出。如果進入型腔的熔体过早地封闭排气通道，则型腔内的气体不能顺利排出，会使手机外壳上产生气泡、疏松，甚至产生充不满、熔接不牢等缺陷。
④减少熔接痕，增加熔接强度。熔体在充填模腔的过程中都会有料流间的熔接存在，应根据模腔的几何形状来安排浇口位置，尽量减少熔接痕的出现。
5 冷料穴的设计
设置冷料穴的目的是为了防止充模前锋的冷料进入模腔，故一般开设在主流道的未端及分流道的未端，其大小以能容下冷料为宜。主流道未端的冷料穴一般设在主流道对面的动模板上，与拉料杆作Z形的配合，在开模时，拉料杆能通过Z形的配合把流道凝料拉出。
参考文献
[1]庞祖高.塑料成型基础及模具设计.重庆大学出版社.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词 注射模具 手机模 浇注系统
中图分类号：TB47文献标识码：A
Cellphone Mould Gating System Design
LI Qiwu
(Senior Technical School of Maoming, Maoming, Guangdong 525000)
AbstractThis article primary discuss the design ofthe gating system, the feature of the productionplastics and the specialty of the cellpone housing, as well as the four components of the gating system.
Key wordsinjection mold; cellphone mould; gating system
手机外壳常用的塑料材料有ABS或PC或ABS+PC，这主要是根据手机的外形、外观、使用特性等决定。在生产中，手机外壳是采用注塑成型的。手机模具的浇注系统与一般的注塑模具的浇注系统既有共同之处，也有其自身的特殊要求。手机外壳属薄壳塑料件，尤其现在的手机造型上追求轻巧、时尚、美观耐用。在很多人的心目中，手机已不仅仅是通信工具，而是一件艺术品，甚至是生活的伴侣。在设计手机外壳模具时，必须充分考虑人们的这些心理要求。浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴流向模具型腔的通道，是影响塑件质量的重要因素。手机外壳模具的浇注系统与普通浇注系统一样，是由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。在设计手机外壳模具时必须高度重视浇注系统，这部分的设计合理与否直接关系到手机外壳的质量和生产效率。
1 浇注系统的设计原则
（1）充分考虑塑料材料的流动性。ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，具有良好的综合力学性能，其流动性能较好，但随温度的上升粘度增高。PC塑料熔体的粘度也较大。过小的浇注系统通道会造成塑料熔体充模困难，影响生产效率，甚至通道堵塞。过大的浇注系统也不好，手机外壳属轻薄类塑件，每次注射量不大。过大的浇注系统也会造成废料量太大。
（2）在保证成型质量的前提下，尽量缩短浇注系统的流程。缩短流程能减少塑料熔体流经浇注系统的温度、压力损失，是塑料熔体能顺利、均匀填充型腔，获得理想塑件产品的保证。缩短流程也同时缩短了成型周期，减少塑料损耗量。
（3）尽量采用平衡式浇注系统。平衡式浇注系统能使熔料更均匀进入模具型腔内，获得外观更美、内质更优的产品。
（4）合理布置浇口数量及位置。可采用侧浇口、针点浇口、潜伏浇口等，尽量不把浇口开在外表面显眼处。
如下图1为手机外壳及浇注系统：
2 主流道的设计
浇注系统的前段为主流道。主流道与注射机喷嘴在同一轴线，是塑料熔体从注射成型机进入模具流经的首段通道，首先与高温熔体接触；同时，主流道入口还与注射机的喷嘴紧密接触，为防止碰坏注射机喷嘴，一般其材质硬度应小于注射机喷嘴的材质硬度。在生产中，主流道设计成可拆卸的衬套形式，一方面便于特殊的加工处理，另一方面也方便更换。如图2所示为某手机外壳模具的主流道衬套。
图1手机外壳及浇图2手机模具浇口套
（1）主流道的锥度：为了在开模时能将主流道内的凝料顺利拨出，主流道设计成圆锥形，锥角一般取2-6度。生产中应根据所用塑料材料的特性尤其是熔体的流动性来合理选取锥角值。过小的锥角会阻碍熔体的流动，降低充模效率；过大的锥角会导致熔体产生涡流，影响充模质量。如图2中手机模具的主流道锥角为 5 度。
（2）主流道与注射机喷嘴的接口设计。高温、高压的塑料熔体从注射机喷嘴注入主流道，要求对接处要紧密接合，达到无阻挡、不溢料。为此把主流道的对接处设计成半球形凹坑，且该半球形的球半径要比注射机喷嘴的凸球半径大1-2mm；同时主流道口径应比注射机喷嘴口径大0.5-1mm，使熔料能顺利地从喷嘴进入主流道。如图3所示。
（3）主流道与定模板的安装配合设计。因主流道是以独立的衬套形式设计，则在定模板上要开设一个安装孔，定模板与主流道衬套之间的配合采用H7/m6。为了使注射机喷嘴与主流道衬套能顺利对接，在主流道衬套前设计一个定位环，方便生产中注射机与模具的对接调整操作。主流道衬套与定位环均采用螺钉固定在模板上。
3 分流道的设计
分流道是指从主流道末端开始到浇口为止的塑料熔体流经通道，起分流、转向作用。在分流道的设计中，要考虑尽量减小温度、压力在流道内的损失，同时还要考虑减小流道的容积。
（1）分流道的截面形状设计。分流道的截面形状可采用圆形、梯形、U形、半圆形、矩形。具体采用哪一种截面形状，应根据塑料种类、工艺条件、加工条件来确定。圆形截面分流道的比表面积最小，热量损失最小，但它需要开设在动模与定模两侧，加工制造较困难。如果温度因素很重要，为了减小流道内的散热量可采用圆形截面。如图1所示的分流道即为圆形。
（2）分流道的截面尺寸设计。分流道的截面尺寸要视塑件的尺寸、塑料品种、注射速率以及分流道的长度而定。塑件越大，每次注射的熔体量越多，分流道截面尺寸相对要大些；塑料熔体的流动性差，分流道尺寸也要大些；注射速率要求快时，分流道尺寸也相对应大一些。实验证明：对于多数塑料，分流道直径在5~6mm以下时，对流动性影响较大，但在8mm以上时，再增大直径，对流动性影响已经很小。手机外壳属小型薄体零件，分流道直径一般取3~6mm。
（3）分流道的走向布置形式。分流道的布置形式取决于型腔的布局，遵循的原则是排列紧凑、能缩小模板尺寸，减小流程，均衡进料。其布置形式有平衡式与非平衡式两类。所谓平衡式就是从主流道到各型腔的流程、形状、断面尺寸都对应相等。这种设计可达到理想的均衡进料。如果不能采用平衡布置形式，则应通过浇口的不同尺寸来力求达至平衡进料。如图1是手机外壳模具单腔多浇口的分流道布置。
图3浇口套及喷嘴配合图
4 浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔的通道，塑料熔体经浇口流入模具型腔，实现充模，故浇口也称为进料口。浇口的形状、位置、尺寸对制品的质量影响很大。特别是手机外壳这样的产品，对外观质量有较高的要求，浇口的设计是保证获得高质量产品的重要条件。
（1）浇口的作用：浇口的尺寸比分流道尺寸小很多，一般为分流道截面的3%~9%，熔体流经浇口时，流速增加，产生较大的剪切摩擦作用，使熔体升温，有利于充模的均匀化。对于多浇口的浇注系统，浇口还起到平衡进料的作用。在充模完成注射保压补缩后，浇口处首先凝固，封闭型腔；当注射机螺杆后退时，能防止型腔内的熔料回流而导致产品的变形。浇口过小，会造成充模不足，浇口易出现喷射现象，产品易出现收缩凹陷、熔接痕等外观缺陷，且成型收缩会增大；浇口过大，浇口周围产生过剩的残余应力，易使产品产生变形、破裂，且过大的浇口会使去除后留下明显痕迹，影响外观质量。
（2）手机模具浇口类型选择。侧浇口、针点式浇口是手机模具常采用的浇口型式。侧浇口一般开设在分型面上，其截面形状多为矩形狭缝。侧浇口的截面形状简单，易于加工，是应用较多的浇口形式，在手机模具设计中常被采用。如图所示的手机外壳模具就是侧浇口。侧浇口对注射压力损失较大，且易产生喷痕和气纹，在实践中要注意优化设计，尽量减少这些缺陷的产生。
针点式浇口在手机模具中被广泛应用，其优点是浇口附近残余应力小，开模时浇口被自动切断，在制品上几乎看不到浇口疤痕。在模具结构上，采用针点浇口的模具需增加一个分型面，即三板式双分型面结构，浇注系统凝料和产品分别从不同的分型面处落下。点浇口的截面为圆形，直径一般取0.5-1.8mm，可根据下面的经验公式计算得出：
d = (0.14~0.20)
其中：d：点浇口直径（mm）；
t：制品壁厚（mm）；
A：制品外表面积（mm）；
（3）浇口位置的选择。浇口的位置对手机外壳的质量影响很大，必须根据产品的几何形状和技术要求，并在分析熔体在流道和型腔中的流动状态及对填充补缩排气等因素综合考虑后作出合理的安排。生产中可依据如下原则：
①尽量缩短熔料的流程，减少流向变化。熔料在充模过程中，过长的流程必然会造成过大的能量损失，从而使模腔填充困难，达不到理想效果。
②尽量开设在侧面、背面。手机外壳一般有较高的外观质量要求。合理的浇口位置可减少后续的修磨浇口的工作量。
③有利于模腔内气体的排出。如果進入型腔的熔体过早地封闭排气通道，则型腔内的气体不能顺利排出，会使手机外壳上产生气泡、疏松，甚至产生充不满、熔接不牢等缺陷。
④减少熔接痕，增加熔接强度。熔体在充填模腔的过程中都会有料流间的熔接存在，应根据模腔的几何形状来安排浇口位置，尽量减少熔接痕的出现。
5 冷料穴的设计
设置冷料穴的目的是为了防止充模前锋的冷料进入模腔，故一般开设在主流道的未端及分流道的未端，其大小以能容下冷料为宜。主流道未端的冷料穴一般设在主流道对面的动模板上，与拉料杆作Z形的配合，在开模时，拉料杆能通过Z形的配合把流道凝料拉出。
参考文献
[1]庞祖高.塑料成型基础及模具设计.重庆大学出版社.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”