了解相关手机塑胶零件结构设计

JJJKE · 发表于 2011-8-13 20:31

1. 工程塑料的性能简介：

  1.1有些固态物质具有分子排布有序，致密堆积的特性，如食用盐，糖，石英，矿物质和金属。其它表现为固态物质，并不形成有规则的晶体排列方式。它们只是冷却成为无序的或随机的分子团，称为无定型聚合物。非晶体物质不是真正的固体，最普通的例子就是玻璃，它们只是过冷的，极端粘稠的液体。塑料树脂可以分为结晶型和无定型的。结晶型是相对的概念，由于聚合物的分子链大而复杂，所以不能够向无机化合物那样有完美的晶体排列次序。不同的聚合物有不同的结晶表现，如高密度的聚乙烯有点结晶性，尼龙的会更强一些，聚甲醛（POM）的更强。

  1.2 结晶型与无定型塑料的区别：
  熔解／凝固
结晶型会有一个熔点，熔解是需要熔解热，成型时会稳定性和硬度会迅速提高，所以结晶型塑料的成型周期比较短。
无定型物质的温度随着所加入的热量而增加，而且越来越呈现为液态。成型的周期也比较长。
  收缩
结晶型塑料的收缩率会比较大，无定型的比较小
结晶型塑料       收缩率
聚甲醛（POM）    2.0
尼龙66          1.5
聚丙烯          1.0～2.5
无定型塑料       收缩率
聚碳酸脂（PC） 0.6-0.8
ABS             0.4-0.7
PMMA             0.7
聚苯乙烯       0.4

由于收缩率小，无定型塑料有更好的尺寸稳定性，想我们通用的PC、ABS和PC+ABS的最小公差可以规定为＋/_0.002％

  1.3 塑料的其他性能
不同的塑料聚合物以及添加一些助剂之后塑料会有不同的性能。如添加玻纤（一般20％～40％）之后能够显著增加制成品的强度；GE的LEXAN PC和CYCOLOY  PC+ABS的HF是高流动级，对于手机这类薄壳设计的注塑加工的难度有显著的改善；添加阻燃剂之后能够达到UL945V/V0级阻燃要求。

  1.4 塑料选择
手机里面比较通用的塑料选择是：
手机外壳：GE PC EXL1414，SAMSUNG PC HF-1023IM，GE ABS+PC CYCOLOY 1200HF，GE ABS+PC CYCOLOY 2950、2950HF，其中GE PC EXL1414价格较贵大概是GE ABS+PC CYCOLOY 1200HF的两倍，GE ABS+PC CYCOLOY 2950、2950HF是阻燃级别
电池壳：GE PC EXL1414，SAMSUNG PC HF-1023IM，GE 1200HF， GE CX7240（超薄电池底壳0.2mm）
电镀件：奇美 PA-727，少数使用奇美PA-757、GE CYCOLAC EPBM
电池卡扣或者运动件：POM

2. 手机塑料件的平均肉厚为1.0mm~1.2mm。较大面（如主副屏贴LENS处可以做到0.5mm），局部可以做到0.35mm。
不同材料的最小肉厚不同，其中结晶性的塑料如铁弗龙、POM、尼龙可以做的比较小，PMMA、ABS次之，PC由于流动性比较差需要的最小肉厚比较大。

3. 壁厚尽量均一，如果是不可避免的变化可以通过转换区来避免肉厚的急剧变化：

4. 产品转角处不要设计成锐角，尤其是非结晶性塑料如我们常用的ABS、PC对锐角造成的应力非常敏感，容易造成应力集中，影响制成品的强度。同时圆滑过渡的也可以降低模腔压力，改善流动性。

  4.1 由于锐角处刻痕会产生应力集中，下面是悬臂梁结构下r/t>0.6的情况下能够有效降低应力集中因子；

  4.2 同样的所有的塑胶件的转角处都需要加上R角，内R角大于0.5t，最好是0.6～0.75t：

5. Rib的设计：

  5.1 使用GE的CYCOLOY ABS+PC时，Rib的厚度最好不大于壳子本体厚度的0.6倍。
  5.2 高度不要超过本体厚度的3~5倍。
  5.3 拔模角度为0.5~1.0度。
  5.4 在Rib的根部导Rib厚度的40％～60％的圆角。
  5.5 两根Rib之间的间距最好在壁厚的3倍以上。

6. 卡勾的设计：
  6.1 卡勾的卡入尺寸一般在0.5mm～0.8mm。
  6.2 钩子从分模面下沉0.2mm，有利于模具制造。
  6.3 钩子和卡槽的咬合面留0.05mm的间隙，以便日后修模。
  6.4 卡槽顶端于钩子底部预留0.3mm的间隙，作为卡勾变形的回弹空间。
  6.5 卡槽最好做成封闭式的（在壁厚保证不缩水的情况下），封闭面的肉厚0.3~0.5mm。
  6.6 其余配合面留0.1~0.2mm的间隙。
  6.7 钩子的斜顶需留6~8mm的行程。
  6.8 钩子的尖端导0.1mm的圆角，以便拆卸。
  6.9 卡勾配合面处可以自主导2度的拔模，作为拆卸角。
  6.10  卡槽底部导R角增加强度，所以肉厚不一的地方导斜角做转换区。

7. 模具铁料的厚度需要大于0.5mm。

8. 母模面拔模角最好大于3度。每增加千分之一英寸的咬花深度需增加一度的拔模角。

9. Boss的设计
Boss的目的是用来连接螺钉、导销等紧固件或者是做定位、热熔柱，设计Boss的最重要原则就是避免没有支撑物，尽量让其与外壁或者肋相连增加强度。

9.1 一般Boss通用设计规则：

9.2 埋螺母的Boss设计：

螺母有钻石花和斜花纹两种，钻石花不适合热熔但在超声波工艺中表现良好；斜花纹埋植时有自我导向功能，扭拉力综合性能良好。最好选滚花之间有沟槽的螺母，沟槽可以容纳塑料，提高拉力。在我们使用的对尖角敏感的无定型塑料（PC、ABS）不要使用花纹太尖的螺母。

螺母材质主要有三种：1.标准黄铜C3604；2.低铅铜，符合欧盟ROHS环保标准；3.不锈钢。一般情况下螺母不需要做表面处理，特殊的情况下可以电镀。

Boss的设计，螺母的Boss设计需要注意两点：
（一） Boss内径与螺母外径之间的关系，M1.2~M1.7的螺母，Boss内径＝螺母外径＋0.2～0.3mm；M2.0~M3.0的螺母，Boss内径＝螺母外径＋0.5～0.6mm。
（二） Boss孔深度的设计需要考虑溢胶空间，一般情况下为0.5～1.5mm。通常螺母长度小于2.5mm需要0.5mm～1.0mm，2.5mm～4.0mm的需要1.0mm～1.5mm。

螺母的埋入方式：
螺母有三种埋入方式：模内成型、热熔埋植和超声波埋植，它们各有优缺点。
注意要点：
1.模具顶针公差和螺母公差需要严格控制，参照旧版ISO螺纹孔规标准；
2.注意进胶点的设计，不能靠近螺母位置，以免料流冲击造成螺母位移埋植温度应低于塑料熔点10～20度
理想埋植温度为T+/_2度超声波瞬间释放能量，对螺母冲击大，容易破坏螺母特别是螺纹结构
M1.6以下的螺母不适合超声波埋植

其他主要要点
一把螺母都有导向端，塑料孔不用特别设计斜角
设计塑料孔径时孔径尺寸大于螺母导向端直径0.03mm以上
热固性塑料不时候热熔和超声波埋植，可以选择精密而尖锐的滚花螺母直接压入
塑料孔位置尽量避开结合线处，避免因为应力存在埋植螺母时导致塑料孔破裂
螺母埋植后的端面高度高于塑料孔端面0.05mm

10. 孔的设计

  10.1 全穿孔和半穿孔
全穿孔比半穿孔容易加工，因为全穿孔的穿孔销两端都有支撑，而半穿孔只有一端获得支撑，易于熔融的料流进入模穴造成尺寸偏差，所以半穿孔的深度最好不要超过半穿孔直径的两倍，如果要加深深度可以做成层次孔。半穿孔底部的壁厚至少须为其孔径的1/6，否则成型后此处薄壁会膨胀变形。

  10.2 多孔结构孔间距离
多孔结构中，孔与孔间，孔与侧壁间的距离须大于孔径，孔与边缘距离须大于两倍孔径。

wangyu123 · 发表于 2011-8-15 15:21

十年科良 · 发表于 2011-8-15 23:33

本帖最后由十年科良于 2011-8-15 23:37 编辑

很不错！说说我的经验，我自己做过的项目中关于螺母埋入方式用过模内成型、热熔埋植还没用过超声波埋植，不知超声波的效果如何，一般我用PC+ABS（C2950）做壳体材料，用模内成型出来的效果是比较不错的，不过考虑到成本问题和安全性问题比较让我纠结，如果选用人工装埋，工人的安全要注意（毕竟机器是会出特殊状况的，国内这种注塑机装埋引起的事故较多），如果选用机械手装埋，成本比较高。用热熔嵌入式塑料孔周边会出现融化的痕迹导致端面有稍微的变形。楼主分享下超声波的优缺点啊

676929719 · 发表于 2011-8-29 10:34

谢谢分享啊

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