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手机显示屏镜片注射模设计要点 |
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摘要：针对手机显示屏镜片的特点及模具设计要点，从模具钢材选取、浇注系统设计、冷却设计、顶出系统设计及模具加工中的细节方面作了详细介绍。
关键词：手机显示屏镜片；注射；模具设计；模具加工
一、引言
当前手机更新越来越快，客户对手机外观的要求也越来越高。传统的手机显示屏镜片是使用透明塑胶板材或玻璃切割加工的，但现在越来越多的手机显示屏镜片要求用注射来成型，以配合手机的外观曲面。注射生产手机显示屏镜片相对一般的塑胶产品有其自身的一些特点，现以本公司实际生产流程为例，就生产中的一些问题进行论述，将模具设计及生产中的要点进行归纳，以供大家参考。
二、钢材选择及热处理要点
实际生产流程中，公司在接到客户确定的模具订单后，首先要确定模具的型腔、型芯的外形尺寸及选用何种钢材。
注射生产显示屏镜片的模具型腔都要求镜面抛光，不允许型腔的任何一面有一点点的缺陷，因此首先要保证钢材要有良好的镜面抛光性能；另外还要注意产品的生产批量，如果批量较大，就要求型腔要有足够的寿命，这就要靠模具钢材的硬度来保证，这时中小批量生产常用的NAK80（日本大同生产）就不能满足要求了（注意：NAK80是经过特殊时效处理的钢材，不可以进行淬火处理）。现用得较多的是ASSAB公司的经过ESR（电渣重熔处理）的S136（类同于AISI420），对要求特别高的产品，还可以选ASSAB公司的OPTIMAX，它是经过两次电渣重熔处理的不锈钢，有更高的镜面抛光性能，但是钢材成本也倍增。当生产外形尺寸较小的手机显示屏镜片时，可以把成型部分做成镶件，使用好钢材，其余部分用廉价钢材。
对模具钢材的选择还要注意塑料的酸性可能腐蚀模具，有些PC塑料可能因为干燥不够，成型过程中会对模具型腔面产生腐蚀作用，为此要选择耐酸蚀的钢材。AISI420类钢材都是不锈钢，具有防酸性能，而NAK80不耐酸。
对于手机显示屏镜片模具，要保证达到高的镜面抛光性能及长的模具寿命，除了在选择钢材时要注意外，其热处理也是一个十分重要的环节，很多模具制造商对此不够重视，从而造成后期生产的许多麻烦。如果热处理不当，会造成钢材内部组织不均，例如表面脱碳，则抛光时会产生波纹或针点现象；另外有些不太正规的热处理供应商在淬火后没有进行3次足够时间的回火处理，造成热处理残留应力较大，使后续加工，如线切割加工时应力释放，造成工件变形。真空热处理具有金相组织均匀，晶粒细化，热处理变形小，表面氧化轻微等优点，随着技术的发展和竞争的激烈，真空热处理的市场价格已大大下降，一般厂家现已可以承受。
三、浇注系统设计要点
注射生产手机显示屏镜片所用材料一般都是压加力（聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）或聚碳酸酯（PC），这2种材料的收缩率相近，经常遇到的情况是，在试模及试产时这2种材料都要试一下，看哪种注射容易，尺寸更易达到要求，以及更方便后续加工，如显示屏镜片表面硬化处理（会产生塑件尺寸收缩现象）、丝印，甚至超声波焊接加工等，所以在进行浇注系统设计时要同时考虑这2种材料的成型特点。
1、流道
因为PC或PMMA的流动性能都不好，故流道要取得大一些以利于充填。对略大一点的产品，如手机显示屏前镜片，外形尺寸约为50mm×60mm，常规设计一般取直径<6mm的圆形截面流道，对较小的产品，一般取直径<4mm的圆形截面流道，流道形状如图1所示，目的是避免充填时塑料直接冲向型腔，和在进入型腔前在流道末端形成冷料穴，减少充填不良产生的可能性。为了避免产生冲痕，还有种做法是塑料进入型腔前，在流道上设计一起阻流作用的凸起，即加工时保留1mm左右钢料不铣削，而让塑料流动路径在此处呈S形，以增加流动紊乱程度。
图1 手机显示屏镜片及流道正面立体图
如果使用热熔剪来剪切分离产品与浇注系统，要注意流道与产品的距离要够大，以保证剪钳可以伸入，具体尺寸由实际生产中使用的热熔剪大小而定，一般有8mm足够了。另外，流道末端一定要做排气，以减少可能从流道进入型腔的空气。
2、强化把手
流道末端要设计一工艺用长条，俗称强化把手（见图2），其作用是显示屏镜片在后续的清洗及表面镀膜强化处理时可以作为装夹部分。它不一定要做在流道末端，也可以从成品的某个位置引出，但是那样会增加一个后续废料去除工序，从而增加产品报废率，所以只要产品的型腔排布空间允许，应尽量把强化把手设计为从流道末端引出。强化把手的厚度和宽度要根据镜片厂生产中用的夹具规格来定，此模具设计为厚1.2mm，宽8mm。其使用方法是：将强化把手穿过一个尺寸与其截面相应的长矩形缝，并靠把手上的一凸点定位（见图2），然后用一铁棍穿过把手末端的圆孔。1根铁棍上穿很多个产品形成一排成品，然后很多排成品一起放入盛有清洗液或强化液的缸中进行清洗或表面镀膜强化处理。
图2 手机显示屏镜片及流道背面立体图
1.流道 2.圆形通孔 3.圆形凸点 4.手机显示屏镜片
需要注意的是：强化把手设计的方向要保证产品可以以图3所示方向竖直向下浸入强化液。强化处理液的黏度较大，产品从强化液中取出时，浇口及流道上附着的强化液会受重力作用向下滴落，此时应注意的是：绝不允许向产品的方向滴落，否则会在产品上留下痕迹，也是由于这个原因，在一模多件时要注意，虽不用每件产品对应1个强化把手，但要适当增加把手个数，保证强化处理时上下方向只能有1个产品，以避免1个产品上的附着液滴落到下方产品上的情况发生。
图3 表面镀膜强化处理前的产品
3、浇口设计
有的专业镜片生产厂的显示屏镜片模具是使用凸片浇口（扇形浇口），并从强化把手一侧引出扇形浇口，塑料从流道通过一个小的侧浇口进入强化把手，再从侧面的扇形浇口进入成品。这样的设计可以将流道做得较小（φ2～φ3mm）而不会出现充填问题，如图4所示。
图4 扇形浇口进浇
浇口设计宜用扇形浇口，从有利充填角度考虑，要求设计得尽量厚，宽度也要设计得尽量宽，但要考虑的是，越大越厚的浇口，后续去除时就会越困难，产品报废率也就越高。作为模具部门常会遇到的情况就是注射成型部投诉模具浇口设计太小，充填困难，而镜片生产部又埋怨浇口设计得太厚、太宽，浇口去除困难，产品报废率高。所以要综合考虑两方面的因素，一般从厚度上而言，如果进浇的侧面是接着外观面的，则浇口一定要在动、定模2个方向都要离产品外观面单边0.15mm以上，如图5所示。
图5 浇口部位放大图
A.浇口 B.产品外观面
另外对PMMA产品，要特别应注意的是，PMMA很脆，产品顶出时有一点粘模（顶出不顺）就可能出现细小的裂纹，造成产品报废。为此，最好在浇口的侧面也设计拔模斜度（见图6），并且斜度为单边5°～8°，以确保容易出模。
图6 浇口横断面放大图
由于显示屏镜片上不能有推杆痕，所以大多数显示屏镜片出模都设计为推杆顶在浇口上，再由浇口将产品从型腔中带出。从这方面考虑，浇口厚度还要保证其强度可以将产品从型腔中带出，这对较厚的产品不是问题，但对一些尺寸较薄的产品，浇口厚度设计在0.6mm及以下时就需特别注意。
手机显示屏镜片一般要进行后续的丝印加工，而实际生产中，很多丝印加工是人工操作的，丝印面一般是显示屏镜片背部的平面。有的显示屏镜片外观面是随手机外观变化的一个较为平坦的曲面，靠肉眼很难看出哪个面是外观曲面，哪个是要丝印的平面，这时丝印工人要通过观察浇口剪去后留下的明显痕迹在产品的哪边来判断，对此，在设计1模多腔时要注意产品型腔的排布方向，以保证浇口位置对于每个型腔的产品而言都是相同的，否则丝印工人就难以区分。
4、热流道系统的应用
由于显示屏镜片要求很高，塑料在热流道中有任何不良现象都会在产品上明显反映，所以业内对热流道的应用很少，有很少的应用者也是使用直通式的热流道进浇到分型面上再转普通浇口从侧面进入型腔的。
四、型腔设计要点
1、型腔尺寸的确定
显示屏镜片在生产中可能会因为塑料腐蚀等原因造成模具成型面出现细小的缺陷，如麻点、塑件上有小白点等情况，这时就要对模具重新进行抛光处理，如果多次进行抛光，型腔尺寸就会慢慢偏大。为此在制造型腔时要先将其加工到公差带的下偏差，以保证以后可以进行尺寸调整，也给模具维修留下余地。设计时对产品收缩率取较小的设计值，如4‰或3‰，也可以按照一般情况取5‰，但是模具设计在处理产品时应将产品外形尺寸取到公差要求的下限值。因显示屏镜片的3D模型一般都很简单，故可以用Pro/E方便地处理。模具制造者要注意的是，不要把模具进行镜面抛光后再试模，因为显示屏镜片在进行强化处理时其尺寸还可能收缩，并且尺寸变化会较大（视注射条件而定）；另外还要考虑与显示屏镜片装配的手机壳有可能尺寸也有偏差，因此显示屏镜片型腔尺寸是否合适较难在生产初期得到确认，而专业的镜面抛光处理成本很高，故应先进行粗抛光，在确定了型腔尺寸符合装配要求后再进行最后的镜面抛光加工，正常的镜面抛光加工对型腔尺寸的增大，单面小于0.02mm，对产品影响不大。
2、分型面设计
手机显示屏镜片的形状大多很简单，分型面也很简单，但也有如下几点要特别注意。首先，对于没有工艺凸缘的产品，也就是整个侧面是接着外观面的产品，不能将型腔只设计在模具的单侧，一定要从产品侧面的中间部位来分模。原因是如果产品在模具的单侧，浇口就直接连到产品外观面而没有一个台阶作为产品和浇口的界限。这样的后果是，在去除浇口时很容易伤到外观面，或是从外观可以直接从正面看到的产品背面（显示屏镜片的透明性决定），造成产品报废。
3、型腔尺寸设计
一般情况下，产品的一个侧面在动、定模内都有成型时会将动模型腔尺寸加工得单边小于定模（成型外观面的一侧）0.05mm，这样可以避免模具长期生产后精度降低，或是因为加工精度不够，动、定模型腔有一点错位时，从产品正面会看到两型腔错位产生的台阶。但是显示屏镜片模具恰恰相反，不能将动模型腔尺寸加工得较小，反而要加工得略大一点，这是因为手机显示屏镜片四周一般要印成黑色，如果动模小，从显示屏镜片正面看，就会看到产品外缘有1圈反光亮带，特别明显。
对于产品留在定模一侧的情况，模具设计时要特别注意提防，特别是使用PMMA时更要注意。目前的做法是，动模部分成型的塑件要保证比定模多，并在定模上设计出3°或以上的拔模斜度，动模不设计或设计很小，如0.5°的拔模斜度。另外还要尽量将浇口设计在动模一侧，并在浇口下方设计1根推杆，并将该推杆做得低于浇口底面3mm以上，形成一个从浇口伸入动模推杆孔内的圆台，以拉住浇口，保证塑件留在动模。
型腔一般会使用EDM进行最后的精加工，EDM加工时要注意选择合适的加工工艺，如应使用较小的加工电流，保证加工表面粗糙度值较小以方便后续的抛光处理。如果放电加工工艺选择不当，则可能造成放电白层较厚，抛光时可能没有将该层抛除，就会影响模具质量。
五、冷却管路设计
手机显示屏镜片一般外形尺寸较小，故冷却要求不高，为缩短循环周期及方便产品质量控制，还是设计冷却管路为宜。
为了降低产品靠破孔后面熔接线的明显程度，往往在成型时要求要有较高的模温，此时需在冷却管路中通以热油，故模具要使用耐热的胶圈及水塞，以避免在高模温情况下试模或生产时，这些模具配件失效，造成热油泄漏而引发安全事故。
六、顶出设计要点
产品的透明性决定了在产品上一般不能出现推杆痕迹，手机显示屏镜片模具一般是通过顶浇口来带出产品的，但有时力量不够，会出现浇口顶坏而产品还无法顶出，或出现裂纹或顶白的情况，这时就要在浇口对角增加1个溢料槽，并在溢料槽下面设计推杆，该溢料槽既可以在开模时拉住产品让其留在动模，又可以在顶出时用到它。但要注意的是：溢料槽的位置一般选择在浇口对角，但有时产品形状不规则，此时就要分析产品哪个部位有较大的包紧力作用在模具上，则溢料槽的位置就要靠近该位置，比如有靠破孔的位置。
作者简介：曾盛渠( 1981-),四川德阳人,工程师,主要从事精密注射模具设计工作,地址:四川成都航空职业技术学院.电话: 13008169551,电子信箱: zengshengqu@163.com
作者单位：曾盛渠（深圳欣旺达电子有限公司,广东,深圳,518100）(end)
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(11/3/2006) |
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