手机造型设计及其典型覆盖件模具型腔设计与制造.docx
《手机造型设计及其典型覆盖件模具型腔设计与制造.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机造型设计及其典型覆盖件模具型腔设计与制造.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
手机造型设计及其典型覆盖件模具型腔设计与制造
摘要
为了设计一款造型时尚，受消费者欢迎的手机，先通过查阅文献资料和市场调查等方式，了解手机市场和消费者的需求，确定手机的定位，进而确定手机的定位并设计出相应的设计方案。
通过对设计方案的分析，确定最终方案后进行深入设计以及制作proe模型，并用proe的塑料顾问模块进行浇口分析，对手机后盖进行分析和手机后盖模具型腔设计以及模具型腔的注塑模设计，编写模具型腔的NC代码并且加工出实物模型，最后再使用keyshot对模型进行渲染。
加工出实体模型之后，可以看出手机后盖的模型以及模具型腔设计的合理性以及加工难度并加以改进。
关键词手机，覆盖件，模具，制造
ABSTRACT
Inordertodesignamobilephone,whichhasfashionableappearancemoldingandispopularwithconsumers,Itriedtounderstandthemarketofmobilephoneandthedemandofconsumersbymanyways,suchasconsultingdocumentation,researchingmarketandsoon,todeterminethephone'slocation,andputforwardappropriatedesignprograms.Atfirst,byanalyzingthealldesignprograms,determiningthefinalprojectanddesigningin-depth,thencompletingthemodelingprocessbyPro/esoftware,thenext,IanalysisthegatebyplasticadvisormoduleofPro/e.Inthisprocess,includinganalyzingthephone’sbackcoveranditsmoldcavitydesignandmoldcavityinjectionmolddesign,writingNCcodeofmoldingcavityandworkingoutphysicalmodel.Finally,usingkeyshotforrenderingmodel.Afterprocessingtheentitymodel,wecanseethephone’sbackcoverofthemodelingandknowtherationalityofthemoldcavitydesignandknowtheprocessingdifficulty,soastoimproveit.
KeywordsCellphone，Cover，Mould，Manufacture
1绪论
从1973年第一部手机的问世到现在，手机已经诞生了四十多年。
随着智能手机价位的平民化和各大通讯卖家各种流量套餐的推出，智能手机迅速走进社会，几乎人手一部，智能手机已经成为工作、学习和生活中的重要伴侣，为生活带来了极大的便利，以至于许多人不知不觉的依赖上了手机。
据保守估计，全球手机用户已突破50亿，而前不久来自工业和信息化公布的数据显示，截止到2012年，中国手机用户超过10亿，每年新增用户1亿左右，目前中国可以说无可争议的成为了全球最大的移动通信市场，中国手机用户已经超过了全欧洲国家手机用户总和。
[1]然而，即便是面对如此庞大的市场，手机行业的竞争依然非常激烈。
每一个手机厂商都使劲浑身解数，想要通过不断加强手机的造型设计以及功能的强大来吸引消费者，并由此得到消费者的喜爱，从而获得更高的市场占有率。
技术的逐渐成熟打破了手机造型的限制，消费者需求的多样化，这些使得手机外观设计丰富多彩。
从开始只能打三十分钟电话的大哥大，到现在的超薄手机，手机朝着轻薄化、大屏化不断发展。
到了现在，智能手机已经成为主流，人们手中的手机，不仅仅只是用于通话，而是逐渐演变成了具有电脑的功能且方便携带的手机。
[2]
近几年，以智能操作系统、智能人机交互技术、手机屏幕显示技术等技术为代表的多项智能手机关键技术取得了快速的发展。
软件技术的发展使智能手机具有了更加灵活和开放的应用开发平台，能够以更为人性化的人际交互方式同时处理更多的任务。
手机造型的进化过程中，“平面化”的趋势在众多电子产品中表现得最为典型。
手机显示屏幕的发展呈现出平面扩大化趋势。
手机操作界面与显示界面呈现一体化趋势。
传统的手机键盘是以9个数字为主的模式排列的，到了现在，虚拟多点触控键盘已经成为主流产品，至此手机的屏幕和操作键盘合二为一了，语音识别、体感控制等新的交互技术正在丰富着手机产品的操作界面。
智能手机，正在一步步的改变人们的行为和生活。
[3]手机的操作方式越来越自然化，更加接近人的本能动作，在下意识中就完成了命令的输入。
在电子技术的推动下，造型的简约设计是目前手机的主要风格，由苹果公司推出的“极简主义”设计风格近年来已风靡全球，成为各大手机企业学习和模仿的对象。
手机大部分的零件都是塑料成型制品。
塑料成型制品是以塑料为主要结构材料经成型加工获得的制品，又称塑料制件，简称塑件。
塑料作为20世纪的一种新兴材料，其使用范围已经深入到社会生活与生产的方方面面，成为继金属、木材、硅酸盐之后的现代工业生产中的重要原材料。
塑料成型是将塑料原料加热熔融达到要求的塑性状态，在一压力下填冲到要求形状模具模腔内，待冷却定型后，获得要求的形状、尺寸及性能塑件的生产过程，而注塑模具是利用其特定形状去复制加工具有一定形状和尺寸制件的工具。
金属的塑料模具一般可多次使用，适应大批量生产，是现代工业生产中重要的装备。
许多欧美工业发达国家对模具行业极为重视。
随着热流道、逆向工程、高速铣削等新技术在注塑成型中的应用，注塑模具逐渐向标准化、复杂化、自动化、精密化方向发展。
[4]当前，欧美发达工业国家和地区的热流道模具使用率占塑料模具总量的比例的60%～70%及以上，[5]注塑模具正朝着精密、高速、节能的方向发展，具体表现在以下方面：
（1）CAD/CAM/CAE技术应用于模具设计：
模具从设计到制造是一个复杂的过程，随着模具行业的发展，在注塑模具设计方面需要许多新技术的投入。
近年来，CAD/CAM/CAE技术在注塑制造业的应用越来越广泛，其技术也越来越成熟。
（2）热流道模具使用率逐渐提高：
在模具制造中采用热流道技术可以大幅度提高塑件的质量，同时还可以节省能源，提高生产效率，因此，近年来，热流道技术在注塑模具的应用中快速发展，很多厂家将热流道技术应用于注塑模具的生产，热流道技术在注塑模具中的使用率将不断提高。
（3）优质模具材料不断发展：
模具材料一般在整个模具价格中占20%左右，优质的材料可以提高塑件的成型率、延长模具的使用寿命。
模具材料的选用一般要耐磨性好、强韧性高，目前采用较多的是钢模。
（4）智能化研磨抛光得到应用：
模具的表面质量对塑件的成型率以及外观质量有重要影响的因素。
随着人们对塑件外观要求的不断提高，模具表面的加工也越来越引起重视。
（5）模具标准化程度提高：
随着新技术在模具生产中的不断应用，模具标准件使用覆盖率已经达到80%，同时还将对加工精度的要求不断提高，模具的使用寿命不断增长，快速成型技术在模具中的应用越来越广泛。
2市场分析和产品定位
2.1手机市场状况
从2010年开始，智能手机已经已经成为了手机市场的主流，2012年9月的中国手机市场中，智能机已经占到51.3%。
智能手机，已经是当代人无法忽视的一个现象。
根据三大运营商近期公布的数据显示，2012年第一季度，中国电信移动用户数达到1.36亿户。
移动用户数达到6.67亿户。
联通用户数达到2.095亿户。
三者相加，中国手机用户已达10.125亿户。
这一数据超过了欧洲的总量，是北美市场的三倍。
在不同价位智能机销量方面，第三季度1000～2000元的智能手机占据主流，占比为45.2%，1000元以下的达到33.7%，两者共占据78.9%。
此外2000～3000元的智能手机销量占12.8%，3000～4000元的智能手机的销量占4.6%，4000元以上的占3.7%。
从销售份额来看，国产智能手机市场份额过半。
[6]从这一调查结果可以看出，中国消费者购买的手机大部分是中低价手机。
在智能手机购买者中，年轻人占很大一部分，这一类人追求刺激和新奇，希望智能手机带给自己新的体验，购机尤其重视“新”，要求手机带来便捷的沟通，又在一定程度上体现自己的身份。
[7]在智能化日益泛滥到各个硬件的趋势下，手机更多的是成为一个连接中心、存储中心和屏幕，从这个角度看，智能硬件还需要手机，还不会颠覆手机，但是，不可避免的将会分散手机的使用。
对于手机市场来说，国产手机扎根于国内，有着共同的文化传统和共同的消费习惯，因而更了解消费者。
由于国产品牌长期耕耘国内市场，组建了完整的销售网络，再加上小米的营销创新被各厂商模仿，网络销售也风生水起，国内产商纷纷与电商企业如京东商城等合作，加上传统的与运营商合作、实体店销售等，在营销渠道上国产品牌厂商有着很大的优势。
然而，国产手机缺乏核心竞争力，在产业链上，芯片、操作系统等智能手机的关键部件至今仍掌握在国外厂商手中，即便是显示屏，其核心技术也多集中在日韩厂商手中，国内目前还只有华为研制了自己的芯片，但也只是作为对芯片供应商断粮的替代品，并没有能在市场上供应别的厂商，没有市场占有率。
因为对运营商的过度依赖，国内智能手机厂商利润稀薄。
由于山寨机的冲击，破坏了国产手机的名誉和国内手机厂商长期以来是与运营商合作推出定制机，没有对品牌进行培育，导致品牌美誉度不够，同等价位的手机，消费者愿意出钱买洋品牌，而不是国内品牌。
再加上高端手机进军中低端市场，二线品牌由于业绩不振，欲进军国内中低端市场，如果在加上其它国外品牌也卷入的话，国内厂商面临更大的竞争压力。
随着联发科的芯片研发成功以及零部件等的降价，低端手机市场尤其是千元以内准入门槛进一步放低，各山寨厂商也想加入这个市场，低端市场竞争更加恶化。
由于缺乏核心竞争力，产品同质化严重，竞争集中于价格竞争，行业利润进一步摊薄。
2.2智能手机市场细分
智能手机功能强大，提供的应用种类十分丰富，因此，消费者在购买手机时的需求也会呈现出更大的多样性和差异化。
面对这样一个多层次、多元化的需求集合体，有必要从用户需求的角度出发，运用市场细分手段将消费者有效区分，从而进行市场定位。
根据消费者的不同将手机消费者细分为7个族群：
（1）商务沟通：
希望手机能够带来工作上的便利和效率的提高，关注手机的商务类功能和沟通的便捷性，不在乎手机对身份的体现，不追求时尚，不追求低价；
（2）低价理性：
认为手机仅仅是通讯工具，不关注手机的各项附加功能（如商务、娱乐等），不追求外观，购机时特别关注价格，倾向于购买低价手机；
（3）实用价值：
不熟悉最新科技，对3G手机没有研究，实际使用中以基本功能为主，仅要求提供实用型功能。
不认为手机是身份和个性的体现。
有经济消费意识，购买行为较为理智；
（4）新潮体验：
追求刺激和新奇，希望智能手机带给自己新的体验，购机尤其重视“新”，要求手机带来便捷的沟通，又在一定程度上体现自己的身份。
不盲目跟风，购机谨慎，消费理性；
（5）简单移动：
追求简单平淡的生活，购机时没有特别关注的需求，不关注手机价格。
手机对其而言只是一个附属品，不在乎新功能和应用所能带来的刺激体验；
（6）时尚品位：
购买高档手机，希望手机能体现其身份地位，有时尚品味。
同时也熟悉最新科技，对智能手机有所研究，认为手机仅提供基本/实用功能是远远不够的，在一定程度上追求手机的个性化和娱乐应用；
（7）大众跟随：
是手机市场的追随者，尽管希望手机能在一定程度上提供各种功能，即包括基本和实用功能，但均没有表现明确的、刻意的要求，随大流是这类人的最大特点。
2.3产品定位
影响智能手机消费者者行为的因素主要有：
（1）社会因素：
随着科技不断发展，社会不断进步，年轻一代的消费者普遍会选择购买智能手机，甚至是最新的智能手机。
中年人也会选择购买智能手机以不至于与社会脱节。
对于老年人来说，不会操作，一般不会选择购买智能手机，但一些儿女为了孝顺长辈，会选择购买送给老年人。
（2）文化因素：
手机的使用操作需要一定的文化基础，相比较而言，文化程度较高的消费者会更青睐价格更贵更高科技的智能手机，而文化程度较低的消费者可能不会购买智能手机或购买操作较简单的智能手机。
（3）心理因素：
从众心理会使更多消费者使用智能手机，比较心理会使消费者追求更新更好的智能手机。
比如前段时间刚出来的苹果6,深受大家追捧，许多有经济能力又追求新潮的消费者如明星等都在第一时间换上了苹果6。
（4）个人因素：
个人的偏好、习惯、个性、对品牌的认知会影响对智能手机的选择，消费者会根据自己的需求或通过询问的方式来选择智能手机的品牌、样式、购买渠道等。
[8]
随着科技的发展以及人们生活水平的提高，消费者更换手机的周期也越来越短，一半以上的消费者在两年之内更换手机。
消费者更换手机的理由主要有原有手机出故障、享用新功能或服务、追求时尚及其它等，各占41.4%、33.2%、17.2%、8.2%。
这一结果说明手机已成为中国消费者的时尚品。
这说明对消费者来说，手机不仅是生活必需品，而且是时尚消费品。
消费者购买手机时考虑的主要因素购买手机时考虑的主要因素由品牌、品质、外形设计、功能多样性、价格、其它等6个因素构成。
其中，消费者购买手机时考虑的首要因素是功能多样性，占25.1%，其次分别是品牌、外形设计、品质，各占24.5%、21.8%、21.5%。
这一数据说明，手机制造商开发新手机时应更加注重手机功能，而且要把更多的精力放在提高品牌形象上。
综合以上数据可以看出，中国手机市场上以智能手机为主，有大量对于中等档次的智能手机有需求的中等消费水平的消费者。
中国智能手机市场绝非是一个只顾价格的完全低端的市场，真正的市场主力是中等价位手机的消费者。
[9]手机生产商需要通过对消费人群需求的把握来寻找产品与消费者之间的共鸣，使产品具有亲和性，能更好与使用者的文化心理需求，这样才能在手机市场占据一席之地。
通过以上的分析，本次设计定位于一款全触屏的智能手机，价格定位在1700元左右，主要针对追求新潮体验的25-35岁的年轻人。
2.4产品人机分析
智能手机做为便携设备，是需要随身携带，装在口袋里面，贴在脸上打电话的设备，这就限制了智能手机的体积。
当手机宽度在70mm左右，人手还可以比较舒适的把持住的手机，但是拇指操作覆盖的范围就很有限了，比较舒适的方式是一手把持，一手操作。
因此，全键盘手机和大屏幕手机有些做到了70mm；当手机宽度做到80mm的时候，只有比较大的手掌才能把持。
所以，要单手操作的极限宽度是60mm左右，可以一手把持一手操作的极限宽度是70mm左右。
人手把持的舒适感除了宽度，还有厚度，要贴合人手掌的曲线。
两边的厚度加上宽度不能超过100mm，超过100mm，即使比较窄的手机，把持也很不舒服，80mm-90mm时则会感觉舒适。
所以70mm宽度的手机，15mm是厚度极限，10mm以下把持舒适。
手机的长度极限受到两个限制，一个是从耳朵到嘴的距离，180mm，对手机来说几乎不算限制。
一个限制是口袋的长度，普通衬衣口袋和牛仔裤的口袋极限是140mm。
所以很少有手机的长度超过140mm。
在手机尺寸的极限下面，屏幕的极限取决于边框的厚度，边框制造工艺越好，边框厚度越薄，同样的极限尺寸下，屏幕的尺寸越大。
边框厚度以常见的3mm计算，70mm的宽度极限，去掉两个边框是64mm，按照16：
9的比例，对角线长度为130.54mm，折合英寸是5.13英寸。
此时屏幕的长度是113.78mm，加上上下边框、按键、听筒话筒占据的25mm、长度为在138.78mm，恰好在140mm的口袋容纳极限尺寸之内。
所以当前工艺下，手机屏幕的极限尺寸是5.13英寸，比例为16：
9。
2.5产品功能设计
手机的最基本就是打电话，首先人的声音通过麦克风转化成模拟的话语信号，模拟的话音信号转换成数字信号，通过内部电路在转换为射频信号，射频信号通过电磁波进行传输，在接收端将射频信号转换成数字信号，数字信号被还原成模拟的话音信号，模拟的话音信号通过扬声器转换成人能听到的声音。
电容式触摸屏技术是利用人体的电流感应进行工作的，手指触摸在电容式触摸屏的金属层上时，人体电场、用户和触摸屏表面形成以一个低电压，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。
这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。
智能手机的一个显著特点是支持第三方应用程序对手机功能的扩展。
软件通过手机硬件中的逻辑单元执行了软件的功能。
现在的智能手机几乎都满足了人们对于手机沟通、娱乐及办公的基本需求，区别只是每款手机配置的侧重点不同。
这款手机由手机系统、CPU、GPU、ROM、RAM、话筒、手机屏幕、触摸屏、感应器、蓝牙、无线连接等组成，有前置摄像头和后置摄像头，同时搭配闪光灯。
可以扩展内存，下载大量软件，无线WIFI、蓝牙、GPS功能一应俱全。
3产品方案设计
本次课题设计的目标是针对追求新潮体验的25-35岁的年轻人设计一款全触屏的智能手机。
手机造型应简洁、实用，具有美感，符合人机工程学，能够满足人们对手机造型的需求。
3.1设计方案
3.1.1设计方案一
图3.1方案一
设计说明：
造型灵感来源为植物大战僵尸上的坚果的造型。
在这款游戏中坚果能有效的抵御僵尸的攻击，保护植物，因此，坚果给人以可靠、坚固的感觉。
手机整体呈椭圆的饼状，由于人们受游戏的影响，会感觉这款手机坚固耐用，而屏幕下方的菜单键像是一张嘴，给人以卡通的感觉。
手机机身采用白色，菜单键采用银白色。
由于手机侧面为曲面，故电源键和音量键不设置在侧面而设置在屏幕两边。
电源键设置在底部侧面，耳机插孔在手机上部侧面。
手机外壳采用ABS塑料制作，ABS属于无定形聚合物，无明显熔点，热稳定性较好，不易出现降解或分解。
而且ABS的熔体粘度适中，其流动性比聚氯乙烯、聚碳酸酯等要好，强度高、尺寸稳定性好、易于加工。
3.1.2设计方案二
图3.2方案二
设计说明：
这个方案整体采用鸡蛋的造型，把鸡蛋切开后再进行分割变形就得到了现在的造型。
由于手机背面有类似鸡蛋的隆起，手在拿手机的时候，能够和手掌很好的贴合在一起，具有良好的手感。
手机机身和菜单键、音量键均采用黄色，黄色能引起人的食欲，再搭配以鸡蛋为来源的手机造型，给人以亲切、温馨的感觉。
由于手机背面是曲面，将耳机插孔设置在右侧面上部，电源孔设置在左侧面下部，音量键在右侧面中部，电源键在左侧面上部。
菜单键放在屏幕下方。
手机机身材料选择聚苯乙烯（PS）。
聚苯乙烯质量较轻，表面硬度高，有光泽，易于着色具有优良的电绝缘性，耐化学腐蚀和低吸湿性。
3.1.3设计方案三
图3.3方案三
设计说明：
本方案跟现在市面上很火爆的苹果手机造型相似，但手机的长度有所减少，宽度增加，厚度减小，使手机在相同的屏幕尺寸下变得没有那么狭长，可以放在较浅的口袋里，操作起来也更加方便。
听筒放在屏幕上方，将扬声器放在手机背面，可以避免人们在双手玩游戏时挡住扬声器，减小音量。
菜单键放置在屏幕底部，使用虚拟键，采用透明的亚克力。
音量键和电源键分别放在左侧面和右侧面的上方，与机身都采用银灰色白色的镁铝合金制造，给人以精致、尊贵的感觉。
镁铝合金强度高，密度小，成型方便，但价格较贵，多用于高端手机。
3.1.4设计方案四
图3.4方案四
设计说明：
本方案采用规则的几何形态，案屏幕上方和屏幕下方均采用半圆形，厚度为9mm。
上下两端的半圆形设计可以让用户在双手玩游戏时可以更好、更稳的控制手机。
整体造型简洁大气，具有柔和的感觉。
机身、菜单键和音量键都采用蓝色，给人以成熟、纯净的感觉。
屏幕上方设置前置摄像头和听筒，下方为菜单键，菜单键使用透明的聚碳酸脂。
手机背后有后置摄像头、闪光灯以及扬声器。
耳机插孔放在上端面中间，充电孔放在下端面。
音量键在手机左侧面上部，电源键在右侧面上部。
机身和电源键、音量键均采用蓝色的聚碳酸酯。
聚碳酸酯无色透明，有良好的着色性以及良好的机械性能。
成形收缩率低，具有良好的尺寸稳定性，是优良的绝缘材料。
3.1.5设计方案五
图3.5方案五
设计说明：
这款手机灵感来源于抽屉的造型，手机上端和下端都是倾斜的，而且倾斜方向相反，倾斜角度为45度，一部手机的上端面可以和另一部手机的下端面完全贴合在一起，就像是在玩积木一样，增加了手机的趣味性。
在面与面的过渡之间采用极小半径的圆角过渡，看起来棱角分明，稳定厚重。
深红色的机身像是一团燃烧的火焰，给人以热情、充满朝气的感觉，非常适合年轻人。
控制键设置在下端的斜面，将手机面积的利用率最大化，听筒和前置摄像头平行排列在屏幕上方，也能有效减小手机的长度。
电源键和耳机插孔在手机左侧面，音量键和充电孔在左侧面。
手机机身采用PMMA工程塑料，PMMA密度低，机械强度高，耐腐蚀，有透光性，易于加工成型。
3.2设计方案分析
通过打分法对这四个方案进行打分（如表2.1所示），得出分值最高的最优方案。
结果是将方案四作为最终的设计方案。
表2.1方案评价表
序号
评价目标
细化评价目标（实际评价目标）
加权系数
1
Z1整体效果0.4
Z11形式与功能的统一
Z12局部和整体风格一致
0.1
0.15
2
Z2宜人性
Z21显示装置处于最佳视觉区域
Z22操作和显示装置相匹配合理
Z23操作件使用方便
0.1
0.1
0.15
3
Z3型态0.3
Z31具有独特的风格
Z32比例协调、线型风格统一
Z33外观规整、衔接适度
0.1
0.1
0.1
4
Z4色泽0.3
Z41对比适度协调
0.1
利用评分法对上面给出的评价目标进行评分，其评分标准采用优劣程度5分制及打分：
不能用0分；勉强可用1分；可用2分；良好3分；很好4分；理想5分。
[10]评分结果如表2.2所示。
表2.2方案评分表
方案
评价
项目
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
加权系数
Z11
2
3
3
4
3
0.1
Z12
3
3
3
4
2
0.15
Z21
2
2
3
3
3
0.1
Z22
3
4
3
3
3
0.1
Z23
3
3
2
3
3
0.15
Z31
3
3
3
3
3
0.1
Z32
2
3
3
3
2
0.1
Z33
3
2
2
3
2
0.1
Z41
2
2
2
3
3
0.1
总分
2.56
2.78
2.67
3.2
2.67
通过运用目标评选法可以看出出方案四优于其它方案，但还有许多不足，现以第四个方案作为设计雏形进行细节设计设计完成最终的造型设计。
3.3方案详细设计
图3.6手机三维模型
手机整体尺寸为144×66×9mm。
CPU为四核，内存4G，扩展内存32G。
操作系统是Android5.0，使用锂电池。
前后摄像头采用1200万像素内变焦镜头，后置摄像头搭配闪光灯。
菜单键采用透明的聚碳酸酯，音量键和电源键用银白色的镁铝合金制作。
图3.7
升级会员 