工业设计过程中产品结构设计注意事项之一

2023-12-11
唐工
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塑料产品结构设计注意事项

1、塑料产品开发的结构设计原则

⑴、结构设计要合理:装配间隙合理,所有插入式的结构均应预留间隙;保证有足够的强度和刚度(安规测试),并适当设计合理的安全系数。

⑵、塑件的结构设计应综合考虑模具的可制造性,尽量简化模具的制造。

⑶、塑件的结构要考虑其可塑性,即零件注塑生产效率要高,尽量降低注塑的报废率。

⑷、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)

⑸、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构,所谓模块化设计。

⑹、能通用/公用的,尽量使用已有的零件,不新开模具。

⑺、兼顾成本。

2、材料的选取

⑴、ABS:高流动性,便宜,适用于对强度要求不太高的部件(不直接受冲击,不承受可靠性测试中结构耐久性的部件),如内部支撑架(键板支架、LCD支架)等。还有就是普遍用在电镀的部件上(如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等)。目前常用奇美PA-757PA-777D

⑵、PC+ABS:流动性好,强度不错,价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧性的制件,如框架、壳体等。常用材料代号:拜尔T85T65

⑶、PC:高强度,价格贵,流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。常用材料代号如:帝人L1250YPC2405PC2605

⑷、POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等,常用材料代号如:M90-44

⑸、PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。受冲击力较大的关键齿轮,需添加填充物。材料代号如:CM3003G-30

⑹、PMMA有极好的透光性,在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光,室外十年仍有89%,紫外线达78.5%。机械强度较高,有一定的耐寒性、耐腐蚀,绝缘性能良好,尺寸稳定,易于成型,质较脆,常用于有一定强度要求的透明结构件,如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如:三菱VH001

3、结构中常见的问题注意点

3.1、塑料零件的脱模斜度:

材料名称

型腔(a1)

型芯(a2)

聚酰胺(普通)

2040

2540

聚酰胺(增强)

2050

2040

聚乙烯

2545

2045

聚甲醛

351°30

301°

聚氯醚

2545

2045

聚碳酸酯

351°

3050

聚苯乙烯

351°30

301°

有机玻璃

351°30

301°

ABS塑料

401°20

301°

脱模角的大小是没有一定的准则,多数是凭经验和依照产品的深度来决定。此外,成型的方式,壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来说,对模塑产品的任何一个侧面,都需有一定量的脱模斜度,以便产品从模具中顺利脱出。脱模斜度的大小一般以0.5°1°居多。具体选择脱模斜度注意以下几点:

⑴、塑件表面是光面的,尺寸精度要求高的,收缩率小的,应选用较小的脱模斜度,如0.5°。

⑵、较高、较大的尺寸,根据实际计算取较小的脱模斜度。

⑶、塑件的收缩率大的,应选用较大的斜度值。

⑷、塑件壁厚较厚时,会使成型收缩增大,脱模斜度应采用较大的数值。

⑸、透明件脱模斜度应加大,以免引起划伤。一般情况下,PS料脱模斜度应不少于2.5°~3°,ABSPC料脱模斜度应不小于1.5°~2°。

⑹、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°~5°的脱模斜度,视具体的皮纹深度而定。皮纹深度越深,脱模斜度应越大。

⑺、结构设计成对插时,插穿面斜度一般为1°~3°。

⑻、取斜度的方向,一般内孔以小端为准,符合图样,斜度由扩大方向取得,外形以大端为准,符合图样,斜度由缩小方向取得。

⑼、一般情况下,脱模斜度不包括在塑件公差范围内。

⑽、外壳面脱模斜度大于等于3°。除外壳面外,壳体其余特征的脱模斜度以1°为标准脱模斜度。特别的也可以按照下面的原则来取:低于3mm高的加强筋的脱模斜度取0.5°,35mm1°,其余取1.5°;低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5°,35mm1°,其余取1.5°。

3.2、塑件壁厚确定以及壁厚处理

合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求:包括零件的强度、质量成本、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求,一般壁厚都有经验值,参考类似即可确定,其中注意点如下:

⑴、塑件壁厚应尽量均匀,避免太薄、太厚及壁厚突变,若塑件要求必须有壁厚变化,应采用渐变或圆弧过渡,否则会因引起收缩不均匀使塑件变形、影响塑件强度、影响注塑时流动性等成型工艺问题。薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内,整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm,且该处背面不是A级外观面,并要求面积不得大于100mm²。

⑵、塑件壁厚一般在15mm范围内。而最常用的数值为23mm

⑶、尽量不要将加强筋和螺钉柱设计的太厚,一般建议取本体壁厚的一半较保险,否则容易引起缩影等外观问题。

⑷、尽量不要将零件设计成单独的平板,尺寸很小另论,否则变形导致零件不平整。

⑸、塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表

塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位mm)

工程塑料

最小壁厚

小型制品壁厚

中型制品壁厚

大型制品壁厚

尼龙(PA)

0.45

0.76

1.50

2.403.20

聚乙烯(PE)

0.60

1.25

1.60

2.403.20

聚苯乙烯(PS)

0.75

1.25

1.60

3.205.40

改性聚苯乙烯

0.75

1.25

1.60

3.25.4

有机玻璃(PMMA) (372)

0.80

1.50

2.20

4.006.50

聚丙烯(PP)

0.85

1.45

1.75

2.403.20

聚碳酸酯(PC)

0.95

1.80

2.30

3.004.50

聚甲醛(POM)

0.8

1.40

1.60

2.403.20

聚砜(PSU)

0.95

1.80

2.30

3.004.50

ABS

0.80

1.50

2.20

2.403.20

PC+ABS

0.75

1.50

2.20

2.403.20

聚氯乙烯()

1.15

1.60

1.80

3.25.8

聚氯乙烯()

0.85

1.25

1.50

2.43.2

聚酰胺

0.45

0.75

1.50

2.43.2

聚苯醚

1.20

1.75

2.50

3.56.4

聚砜

0.95

1.80

2.30

3.04.5

氯化聚醚

0.90

1.35

1.80

2.53.4

醋酸纤维素

0.70

1.25

1.90

3.24.8

乙基纤维素

0.90

1.25

1.60

2.43.2

丙烯酸类

0.70

0.90

2.40

3.06.0

3.3、塑件加强

为了确保塑件的强度和刚性,而又不致使塑件的壁厚过厚,可以在塑件的适当部位设置加强筋。加强筋还可以避免塑件的变形,在某些情况下,加强筋还可以改善塑件成型过程中塑料流动的情况。

⑴、加强筋的厚度不应大于壁厚的1/2,以免引起塑件表面缩影;同时从成型流动性考虑,最小不宜低于0.8mm

⑵、在必须采用较大的加强筋时,在容易形成缩痕的部位可以设计成纹理,来遮盖缩痕。

⑶、加强筋应加脱模斜度,筋应标注大端尺寸(但是考虑加工工艺,3D图上可不做出,模具加工时EDM加工会自然产生斜度,高精度零件另论)

⑷、除特殊要求外,加强筋应尽可能矮,加强筋的高不要超过(34×TT为零件厚度)

小技巧:把表面制成拱形和波形也是增加强度和刚性的方法之一。

⑸、加强筋厚度与塑件壁厚的关系

当(A-B/B×100%<8%时,就不会缩水

3.3.1、转角部位加R

在塑件设计过程中,为了避免应力集中,提高塑件强度,改善塑件的流动情况及便于脱模,在塑件的各面或内部连接处,应采用圆弧过度。另外,塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度,也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时,塑件的各转角处均应有半径不小于0.51mm的圆角。允许的情况下,圆角应尽量大。

对于内外表面的拐角处,外圆角应为内圆角加壁厚,可减少内应力,并能保证壁厚均匀一致。

塑料产品的尖锐转角常常是造成产品破坏的最大因素。消除产品尖锐的转角,不但可以降低该处的应力集中,提高产品的结构强度,也可以使得塑料材料成形时有流线型的流路,以及成品更易于顶出。另外,从模具的观点,圆角也是有益于模具加工和模具强度。

产品所有的内侧和外侧的周边转角园弧都必须尽可能的大,以消除应力集中;

但太大圆弧可能造成缩水,特别是在肋或突柱根部转角园弧。原则上,最小的转角园弧为0.30.8mm

综上所述,园角对于成形品的设计会有以下的一些优点:

⑴、圆角使得成形品提高强度以及降低应力。

⑵、尖锐转角的消除,自动地降低了龟裂的可能性,就是提高对突然的震动或冲击的抵抗能力。

⑶、塑料的流动状态将被重大的改善,圆形的转角,使得塑料能够均匀,没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面,并且改善成形品断面的密度之均匀性。

⑷、模具强度获得改善,以避免模具内尖锐的转角,造成应力集中,导致龟裂,特别是对于需要热处理或受力较高的部分,圆弧转角更为重要。

圆角加大,应力集中减少。

内圆角R<0.3T----应力剧增。

内圆角R>0.8T----几乎无应力集中。

3.3.2、增设加强肋

肋根部厚度约为0.40.6T

PC,PPO

T<0.6T

PA,PE

T<0.5T

PMMA,ABS

T<0.5T

PS

T<0.6T

肋间间距>4T          肋高L<3T

3.3.3、利用变化肉厚及形状

⑴、侧壁加强:既可防止变形,也可改善流动性。

⑵、边缘加强:用变化的边缘形状来加强,防止变形。

⑶、周边加强:较大的平面易发生翘曲变形,用周边凹凸或波浪形来防止变形。

⑷、底部加强:箱形件底部,为加强及防变形通常在造型上做局部沉台或凸起造型。


来源:八千里设计公司内部资料
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