袁晨峰

摘 要：产品结构设计及成型工艺的研究对模具设计、生产工艺、质量提高有着重要的意义。基于相机前盖外壳的结构设计与成型工艺分析，对注塑产品提出了基本的设计原则，进行成型工艺的分析，为相机前盖外壳的模具结构设计提供参考。

关键词：结构设计;成型工艺;模具设计

0 引言

随着产品越来越大型、复杂、精密，其模具的制造成本也越來越高。模具设计与制造由经验设计向理论设计、数字设计、信息化模拟方向发展。以数码相机前盖外壳作为载体，进行产品结构设计提出基本原则，以及进行成型工艺的研究，在进行模具设计及注塑成型时如何避免缺陷，进而提高产品质量。

1 相机前盖外壳产品设计概述

在日常生活中，相机被广泛使用，伴随着社会的变迁、技术的进步，从功能完善、加工工艺、还是外观设计不断创新与突破。改善造型，新颖的外观设计容易引起消费者的关注，成为大家购买的主要动机之一。相机前盖外壳设计如图1所示。

本设计是薄壁的外壳类产品，整体造型结构比较规则，但是细节的成型部分相对复杂，同时细节部分是不对称结构，在设计模具时需要对细节部位尺寸进行详细分析。本塑件侧面有小孔需要成型，需要设计侧抽芯机构，在塑件的上表面有几个小孔，也难以成型。同时，塑件有倒扣结构，增加了成型的难度，需设计斜顶机构。

2 塑料制品设计的基本原则

（1）壁厚设计。设计的原则是能尽量均匀，目的是外观美观，强度可靠;厚度取决于产品是否作为其他零件的支撑、承受的外力、选用的塑胶材料等因素而定。若是壁厚不均匀，会引起材料收缩的不一致，相对较厚的位置往往在表面发生凹坑、缩水等缺陷，还会影响材料在模腔内的流动，产品表面出现冲击痕等问题。但壁厚并非越厚强度越高，过厚的产品会增加生产成本。薄壁与厚壁的过渡处会有内应力，造成产品强度下降，收缩的不一致，也会引起产品变形量的增加。由厚过渡到薄应尽可能顺滑，本设计采用的壁厚平均为2mm。

（2）圆角的设计。因尖角容易应力集中，塑件的尖锐转角是造成产品破坏的最大因素。消除产品尖角，自动地降低了龟裂的可能性，降低该位置内应力集中，增加塑件结构的强度，在注塑时候能够有顺畅的流路，从而便于塑件的开模顶出。在设计外观结构时，塑件的内外侧周边的圆弧转角，尽可能的大。但是，过大的圆弧又会引起缩水现象，尤其是在凸起的柱根部与肋部转角处的圆弧。所以一般这类位置的圆弧大小范围在0.3～0.8mm之间。

（3）拔模角的设计。拔模是为了保证模具在生产过程中塑件顺利脱模，拔模角大小与塑件的几何形状、摩擦因数、收缩率、壁厚等有关。由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，拔模角设计缺陷会造成塑件取出困难，强行取出会引起产品表面擦伤、拉毛。脱模斜度根据不同的塑料品种与塑件结构，一般应在20′至1°30′之间。

3 成型工艺分析

（1）设计方法分析。1）浇口流道分析。该产品的表面要求光洁，而点浇口的浇口较小，长度很短，脱模后塑件上的浇口残痕不明显，不需要再修正浇口痕迹。为了方便零件后续清理，采用点浇口、直流道、平衡式分流道的方式。根据相关计算，模具采用一模两腔式。流道的截面选择圆形以保证流道的表面积与体积之比最小，减少注射周期，提高生产率。2）收缩率的考虑。PPO制品具有优良的几何稳定性。具有优良的电绝缘特性和很低的热膨胀系数，因此选用收缩率为1.008。3）确定模具结构。该塑件浇口设计采用点浇口的方式，为三板式注塑模具，利于浇口处进行凝料与脱模。该塑件因为横截面积较小，因此模具采用顶杆顶出机构，且采用一次顶出。设计顶杆时，顶出力作用点应在塑件能受力大的部位，尽量避免顶出力作用于塑件的最薄部位。模具采用斜滑块抽芯、斜顶机构。考虑到零件的侧面有孔道和倒扣，需要靠侧型来抽出形状以及斜顶机构成型顶出倒扣结构。

（2）塑件成型特点分析。相机属于高精密产品，薄壁外壳塑件表面质量要求高，不管是从强度还是美观性要求，都不可存在黑点、斑纹、气孔、泛白、变色、不光泽等缺陷。不单只是对产品设计、模具设计有严格的要求，更加是在整个注塑过程中对原料、设备、生产环境等都有着特殊的要求。

4 拟定主要成型工艺

（1）结构分析。此零件总体为三个侧面均有方孔或者圆孔，一个边上有三个倒扣，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构和斜顶机构。尺寸精度，取决于塑料收缩率的波动和模具加工制造时候的误差。

（2）产品的表面质量。产品塑料制件内外表面在注塑成型后方不可见位置不能存在缺陷，要求边缘处平整光顺，同时不存在熔接痕与斑点缺陷。外表面要求更加光滑，内、外表面的粗糙度分别可取Ra0.4μm、Ra0.2μm。引起塑件表面光泽度较差的主要原因，一是熔料过早冷却，二是模具工作面抛光不好。

（3）制品的成型方法。该设计选用热塑性塑料PPO，使用注射成型。从熔结痕、内应力等考虑，减少熔结痕，可以考虑缩短浇口流道的注塑流程，提高填充速度，也可适当提高注塑温度。同时，改善模具排气结构的设计与制造。设计浇口的位置，使熔结痕产生在塑件的次要部位;注塑过程中，尽量不使用脱模剂等。塑件注射压力不要过高，注塑过程中保持较高的料温和模温，但保压时间适中，可采取降压的保压方法等。

（4）该塑件的成型参数。根据工艺分析与计算可拟定如下参数：塑料：PPO;密度（g/cm?）：1.04-1.10;收缩率（%）：0.4-0.7;注射压力（MPa）：85-135;料筒温度（℃）：230-270;模具温度（℃）： 75-95;成型时间（s）：注射时间0～6、高压时间35～75、冷却时间25～55、总周期65～145;成型设备：螺杆式注塑机。

参考文献：

[1]张维和.注塑模具设计实用教程[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]许荔珉，李澍，胡炯宇.注塑成型质量缺陷分析[J].模具技术，2005（02）：43-46.

[3]魏朝晖.基于UG和Moldflow的天线外壳塑料模具设计[J].机械工程师，2016（02）.