文/王江涛、申明倩、戚敬

摘要: 对手机外壳进行了工艺分析， 并选择压铸作为成型手段，同时将大型CAD/ CAM软件Pro/ E 贯穿在整副压铸模的设计过程之中。实践证明：使用Pro/ E 软件，提高了设计水平和生产效率，在保证质量的同时降低了成本，最终提高了产品的市场竞争力。

1、引言

手机外壳大部分使用塑料成型， 如PC、ABS、PC/ ABS 或添加纤维等。一般厚件手机产品（厚度2.5～3.2mm， 长度比<100) 会产生喷泉流现象， 造成产品外观瑕疵且应力分布不均， 致使产品强度减弱。当前手机外壳有越来越薄的趋势，当壁厚小于1mm时，产品刚性及耐冲击性要求上升。而一般塑料材料已不适用， 若添加纤维来增强强度， 散热、电磁遮蔽及产品耐冲击性又差。因此为解决以上问题， 选择镁合金材料。镁合金具有质轻， 极佳的电磁遮蔽， 极佳的热传导性， 刚性高且耐冲击， 优越的耐腐蚀性，良好的金属质感，合理化的成本，环保，超薄的美学设计，优良的生产技术，完全的不可燃性及稳定的资源提供。

2、工艺分析

图1 所示为手机外壳在Pro/ E 平台下绘制的三维模型，材料AZ91D。

目前AZ91D 为最常用的压铸镁合金， 比重小，强度良好， 价格适中。最重要的是具有优良的铸造性能和良好的强度。AZ91D 力学性能(括号内数值为单体压铸试样平均值) 如表1 所示。

2. 2 结构分析

2. 2. 1 壁厚

通过对产品进行分析，壁厚最薄处为0.6mm，面积为798.4mm2 ；最厚处为1.55mm， 面积为374.82mm2。工件壁厚基本符合要求，0.6mm的厚度略低于规定，但由于面积小，成型并不困难。

2. 2. 2 铸孔

产品上的孔<1.3、<1.5、<1.8、<2mm皆为通孔， 孔深即为壁厚。<1.5、<1.8、<2mm的孔符合孔径与孔深和孔距的关系要求， 而<1.3mm要直接铸出在技术上有难度， 但考虑到有台阶面使得孔深很小，只有1.05mm，所以仍然将其直接铸出。从模具使用寿命看， 有台阶面的几个孔， 其悬臂长度减少，由于台阶面的存在而金属液冲击压力也减少，使悬臂寿命相对较长，而要铸造图2中标记的孔的悬臂相对较长，直接受金属液冲击，寿命相对其他有台阶面的悬臂要短，所以从简化模具和模具总体使用寿命来看，应将图2中标注的孔去除，改在后续机加工。

2. 2. 3 侧槽

图3 所示为工件侧面， 结构为与其他零件连接的倒钩，此结构如果直接铸出需要增加一个侧抽芯，大大增加了模具成本和复杂程度，所以去除该结构，改在后续机加工。

2. 2. 4 脱模斜度

脱模斜度如表2所示。由于工件本身存在一些斜度， 这对铸造有利，无须修改，只对零件边框增加斜度，为使后续机加工减少工作量，斜度取小些，图4中实线表示的为配合面， 斜度采用15′， 虚线表示的为非配合面，斜度采用30′。

3、模具设计

3. 1 确定成型尺寸

成型零件上构成压铸件形状的相关尺寸为成型尺寸，成型尺寸的确定对压铸件的结构形状和尺寸精度有直接影响。首先要选择合适的成型收缩率，镁合金的收缩率为0. 7%。其次要分析成型零件受到冲蚀后的变化趋势，如型腔内腔及其深度的尺寸选取接近最小的极限尺寸；型芯外廓及其高度的尺寸选取接近最大的极限尺寸；中心距离及位置尺寸取成型尺寸接近于最大和最小2个极限尺寸的平均值。为消除相对位移或压射变形产生的尺寸误差，在确定这些部位的成型尺寸时， 采取必要的补偿措施；为便于脱模，成型零件都在脱模方向上设置脱模斜度，这样必然会引起各部尺寸的变化，根据上述原则确定手机外壳的压铸件尺寸。

3. 2 压铸模型腔设计

Pro/ MOLDESIGN 是Pro/ E 软件中的可选模块，提供了在Pro/ E 中进行虚拟模具设计的主要功能，并利用其单一数据库的特点，对零件模型中发生变更的部分及时更新，快速完成整副模具的3D 设计任务。图5 所示是利用Pro/ MOLDESIGN 生成模具型腔的步骤。图6、7 所示是在Pro/ MOLDESIGN 模具模块里， 激活图5 产生的动模和定模元件后，直接在模具模块里利用Pro/ E 的切减、拔模、倒圆角等特征命令做出的最终动、定模三维图。

图5 基于Pro/ E开模的步骤示意图

3. 3 浇注系统设计

根据工件为矩形薄壁零件，侧浇口浇注系统的布局方式是比较适合的，特点是适应性强，可按铸件结构特点，布置在铸件外侧面，去除浇口较方便。为使金属液流程尽可能短， 侧浇口设在长边一侧。整个浇注系统位于零件中线，使零件左右两侧均匀充型。为了详细地看清浇注系统的结构，使用了Pro/ E里的Pro/ DETAIL模块， 生成结构图， 如图8、9所示。

3. 4 排溢系统设计

排溢系统是熔融的金属液在填充型腔过程中，排除气体、冷污金属液以及氧化夹杂物的通道和存储器，用以控制金属液的填充流态，消除某些压铸缺陷，是浇注系统中不可缺的重要组成部分。排溢系统一般包括溢流槽和排气道2个部分。

3. 4. 1 溢流槽设置

在分型面上设置溢流槽是一种简单适用的方法。为了后序工艺的需要，而保持溢流包与压铸件的整体连接，将溢流槽开设在动模一侧。图10 所示是在Pro/ DETAIL 生成的溢流槽结构图。在分型面上设置溢流槽是一种简单适用的方法。为了后序工艺的需要，而保持溢流包与压铸件的整体连接，将溢流槽开设在动模一侧。图10 所示是在Pro/ DETAIL 生成的溢流槽结构图。

3. 4. 2 溢流槽布置

在金属液最先冲击部位的两侧设置溢流槽(见图11中Ⅰ) ，引导金属液向两侧流动，排除金属液流前头的气体、冷污金属液，稳定流态，减少涡流。在溢流槽布置在金属液最先冲击部位的两侧设置溢流槽(见图11中Ⅰ) ，引导金属液向两侧流动，排除金属液流前头的气体、冷污金属液，稳定流态，减少涡流。在内浇口两侧设置溢流槽(见图11中Ⅱ) ，将折回浇口两侧的气体、夹渣排除。在拐角、死角处，金属液汇合处是气体、冷污金属液、涂料残渣最集中的区域，应该设置溢流槽来改善充填、排气条件(见图11中Ⅲ)。型芯背面区域是金属液在填充过程中被型芯阻止所形成的死角，也是由气体和夹渣形成铸造缺陷之处，故经常布置溢流槽，以改善铸件的质量(见图11中Ⅳ) 。

3. 5 推出机构设计

模具采用推杆一次推出机构。推杆的配合精度应以既不产生溢料， 又可起到排气作用为原则。推出段的封闭长度是封闭金属液最短的有效距离。同时在保证推杆稳定导向和减少摩擦的前提下，尽量取短一些， 以降低推杆孔的加工难度， 提高排气效果。推杆与复位杆的形状与位置如图12所示。

3. 6 压铸模总装技术要求

设计的压铸模总装技术要求较多，具体如下:

(1) 模具分型面对定、动模座板安装平面的平行度根据文献[1]确定，被测面最大直线长度≤160mm，公差值为0. 06mm。

(2) 在分型面上，定模镶块和动模镶块应分别与定模套板和动模套板齐平或略高，但高出量控制在0.05～0.10mm。

(3) 模具安装在压铸机上合模后，成型镶块上的分型面应保持良好的闭合状态， 允许有不大于0. 05mm的局部间隙。

(4) 导柱、导套对定、动模座板安装平面的垂直度根据文献[1]确定，有效导滑长度≤40mm，公差值为0.015mm。

(5) 各安装面应光滑平整，各模板的边缘均应倒角2mm×45°。

3. 7 压铸模总装设计

在Pro/ E 平台下，生成的手机外壳装配图如图13所示。

4、结束语

在追逐时尚外观、质量耐用的今天，AZ91D无疑是极好的手机外壳材料。而压铸以其生产效率高，压铸形状复杂、尺寸精度高、轮廓清晰、表面质量好以及强度、硬度较高的优点被广泛应用。随着计算机技术的普及，CAD/ CAM/ CAE技术也因其高效、准确、消耗低被更多模具企业所青睐。