塑料件结构设计Word格式文档下载.docx
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此类新产品约占10％。
（3）创新（innovation）：
剩下的10％即为发明前所未有之新制品，此类产品由于须花费较长的时间在宣传及消费者的接受性上，所以通常这方面之设计比例较低。
塑料产品设计者与其它设计者最大的不同是，前者必须详加考虑塑料之各种物性，尤其是环境变化对物性之影响及在长时间负载下对产品之影响。
1.4在选料方面需考虑
（1）塑料的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性等；
（2）塑料的成型工艺性，如流动性、结晶速率，对成型温度、压力的敏感性等；
（3）塑件在成型后的收缩情况，及各向收缩率的差异。
1.5在制品形状方面：
能满足使用要求，有利于充模、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑件）或快速受热固化（热固性塑件）等。
1.6在模具方面：
应考虑它的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程度。
同时应充分考虑模具零件的形状及其制造工艺，以便使制品具有较好的经济性。
1.7在成本方面：
要考虑注射制品的利润率、年产量、原料价格、使用寿命和更换期限，尽可能降低成本。
2塑料件的收缩
塑件在成型过程中存在尺寸变小的收缩现象，收缩的大小用收缩率表示。
（2-1）
式中S——收缩率；
L0——室温时的模具尺寸；
L——室温时的塑件尺寸。
影响收缩率的主要因素有：
（1）
成型压力。
型腔内的压力越大，成型后的收缩越小。
非结晶型塑料和结晶型塑料的收缩率随内压的增大分别呈直线和曲线形状下降。
（2）
注射温度。
温度升高，塑料的膨胀系数增大，塑件的收缩率增大。
但温度升高熔料的密度增大，收缩率反又减小。
两者同时作用的结果一般是，收缩率随温度的升高而减小。
（3）
模具温度。
通常情况是，模具温度越高，收缩率增大的趋势越明显。
（4）
成型时间。
成型时保压时间一长，补料充分，收缩率便小。
与此同时，塑料的冻结取向要加大，制品的内应力亦大，收缩率也就增大。
成型的冷却时间一长，塑料的固化便充分，收缩率亦小。
（5）
制品壁厚。
结晶型塑料（聚甲醛除外）的收缩率随壁厚的增加而增加，而非结晶型塑料中，收缩率的变化又分下面几种情况：
ABS和聚碳酸酯等的收缩率受壁厚的影响小；
聚乙烯、丙烯腈—苯乙烯、丙烯酸类等塑料的收缩率随壁厚的增加而增加；
硬质聚氯乙烯的收缩率随壁厚的增加而减小。
（6）
进料口尺寸。
进料口尺寸大，塑件致密，收缩便小。
（7）
玻璃纤维等的填充量。
收缩率随填充量的增加而减小。
表2-1、表2-2、表2-3为常用塑料的成型收缩率。
3拔模斜度
3.1基本设计守则
塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易的使产品由模具脱离出来而需要在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角为出模角。
若然产品附有垂直外壁并且与开模方向相同的话，则模具在塑料成型后需要很大的开模力才能打开，而且，在模具开启后，产品脱离模具的过程亦相信十分困难。
要是该产品在产品设计的过程上已预留出模角及所有接触产品的模具零件在加工过程当中经过高度抛光的话，脱模就变成轻而易举的事情。
因此，出模角的考虑在产品设计的过程是不可或缺的，因注塑件冷却收缩后多附在凸模上，为了使产品壁厚平均及防止产品在开模后附在较热的凹模上，出模角对应于凹模及凸模是应该相等的。
不过，在特殊情况下若然要求产品于开模后附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角尽量减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。
出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，高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角。
深入或附有织纹的产品要求出模角作相应的增加，习惯上每0.025mm深的织纹，便需要额外1度的出模角。
出模角度与单边间隙和边位深度之关系表，列出出模角度与单边间隙的关系，可作为叁考之用。
此外，当产品需要长而深的筋及较小的出模角时，顶针的设计须有特别的处理，见对深而长加强筋的顶针设计图。
出模角度与单边间隙和边位深度之关系表
拔模斜度：
为便于拔模，塑件壁在出模方向上应具有倾斜角度α，其值以度数表示（参见表2-4）。
3.2拔模斜度确定要点
制品精度要求越高，拔模斜度应越小。
尺寸大的制品，应采用较小的拔模斜度。
制品形状复杂不易拔模的，应选用较大的斜度。
制品收缩率大，斜度也应加大。
增强塑料宜选大斜度，含有自润滑剂的塑料可用小斜度。
制品壁厚大，斜度也应大。
斜度的方向。
内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向取得；
外形则以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。
一般情况下拔模斜度。
可不受制品公差带的限制，高精度塑件的拔模斜度则应当在公差带内。
拔模斜度α值可按表2-4选取。
由表中可以看出，塑料硬脆、刚性大的，拔模斜度要求大。
具备以下条件的型芯，可采用较小的拔模斜度：
顶出时制品刚度足够。
制品与模具钢材表面的摩擦系数较低。
型芯表面的粗糙度值小，抛光方向又与制品的拔模方向—致。
制品收缩量小，滑动摩擦力小。
不同材料的设计要点
ABS
一般应用边0.5°
至1°
就足够。
有时因为抛光纹路与出模方向相同，出模角可接近至零。
有纹路的侧面需每深0.025mm（0.001in）增加1°
出模角。
正确的出模角可向蚀纹供应商取得。
LCP
因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性，倒扣的设计应要避免。
在所有的筋、壁边、支柱等凸出胶位以上的地方均要有最小0.2-0.5°
的出模角。
若壁边比较深或没有磨光表面和有蚀纹等则有需要加额外的0.5-1.5°
以上。
PBT
若部件表面光洁度好，需要1/2°
最小的脱模角。
经蚀纹处理过的表面，每增加0.03mm（0.001in）深度就需要加大1°
脱模角。
PC
脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。
一般光滑的表面1.5°
至2°
已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，以每深0.25mm（0.001in）增加1°
PET
塑胶成品的筋，支柱边壁、流道壁等，如其脱模角能够达到0.5°
就已经足够。
PS
0.5°
的脱模角是极细的，1°
的脱模角是标准方法，太小的脱模角会使部件难于脱离模腔。
无论如何，任何的脱模角总比无角度为佳。
若部件有蚀纹的话，如皮革纹的深度，每深0.025mm就多加1°
3.3
制品拔模斜度设计
a箱体与盖类制品（图2-1）
当H≤50mm时，S/H=1/30~1/50
当50＜H≤100mm时，S/H≤1/60
b格子板形制品（图2-2）
当格子的间距P≤4mm时，拔模斜度α=1/10P。
格子C尺寸越大，拔模斜度越大。
当格子高度H超过8mm，拔模斜度不能取太大值时，可采用图（b）的形式，使一部分进入动模一侧，从而使拔模斜度满足要求。
c带加强筋类制品（图2-3）
A=（1.0~1.8）Tmm；
B=（0.5~0.7）Tmm
d底筋类制品（图2-4）
A=（1.0~1.8）Tmm；
e凸台类制品（图2-5、表2-5）
高凸台制品（H＞30mm）的拔模斜度：
型芯：
型腔：
型芯的拔模斜度应大于型腔。
f最小拔模斜度（表2-6）
拔模斜度影响制品的脱出情况。
如果拔模斜度很小，拔模阻力增大，顶出机构就会失去作用。
在一般情况下，不能小于最小拔模斜度，以防止制品留模。
4塑料制品壁厚
确定合适的制品壁厚是制品设计的主要内容之一。
基本设计守则
壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。
一般的热塑性塑料壁厚设计应以4mm为限。
从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产周期、冷却时间，增加生产成本。
从产品设计角度来看，过厚的产品增加引致产生空穴、气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。
最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。
在此情形，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。
太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。
此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚胶料的地方流向薄胶料的地方。
这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。
若塑料的流动方向是从薄胶料的地方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。
4.1制品壁厚的作用
使制品具有确定的结构和一定的强度、刚度，以满足制品的使用要求。
成型时具有良好的流动状态（如壁不能过薄）以及充填和冷却效果（如壁不能太厚）
合理的壁厚使制品能顺利地从模具中顶出。
满足嵌件固定及零件装配等强度的要求。
防止制品翘曲变形。
4.2
制品壁厚的设计
确定壁厚的主要因素﹕
a
结构强度是否足够
b能否抵脱模力
c能否均匀分散所受的冲击力
d有埋入件时﹐能否防止破裂﹐如产生熔合线是否会影响强度
e成形孔部位的熔合线是否会影响强度
f尽可能肉厚均匀﹐以防止产生缩水
7.棱角及肉厚较薄部分是否会阻碍材料流动﹐从而引起充填不足
基本原则——均匀壁厚，一般的原则就是能够利用最少的壁厚，完成最终产品所须具备的功能。
即：
充模、冷却收缩均匀、形状性好、尺寸精度高、生产率高。
在满足制品结构和使用要求的条件下，尽可能采用较小的壁厚。
制品壁厚的设计，要能承受顶出装置等的冲击和振动。
在制品的连接固紧处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的汇合（熔接痕）处，要具有足够的厚度。
保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚。
满足成型时熔体充模所需壁厚，既要避免充料不足或易烧焦的薄壁，又要避免熔体破裂或易产生凹陷的厚壁。
（）
制品上相邻壁厚差的关系（薄壁：
厚壁）为：
热固性塑料：
压制1：
3，挤塑1：
5
热塑性塑料：
注塑1：
1.5
（2）
均一的壁厚是非常的重要的。
厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固后出现收缩痕。
更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或不同透明度。
若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的改变，并且在不超过壁厚3:
1的比例下，制品壁厚设计可采用逐步过渡的形式（图2-6，图2-7），或者改制成两个制品然后再装配为一个制品（图2-8）等方法。
制品壁厚的设计可参照表2-7~表2-11。
5加强筋设计
加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。
加强筋有效地如『工』字型，增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字型筋，倒扣结构将难于成型，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。
此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。
加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受制于一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。
加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。
要是加强筋没有接上产品外壁的话，末端部份亦不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题，这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上。
加强筋一般的设计
加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上，不过为了满足一些生产上或结构上的考虑，加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。
加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力过分集中的现象，圆角的设计亦给与流道渐变的形状使模腔充填更为流畅。
此外，底部的宽度须较相连外壁的厚度为小，产品厚度与加强筋尺寸的关系图a说明这个要求。
图中加强筋尺寸的设计虽然已按合理的比例，但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈R1时，图中可见此部分相对外壁的厚度增加大约50%因此，此部份出现缩水纹的机会相当大。
如果将加强筋底部的宽度相对产品厚度减少一半（产品厚度与加强筋尺寸的关系图b），相对位置厚度的增幅即减至大约20%，缩水纹出现的机会亦大为减少。
由此引伸出使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较为优胜，但当使用多条加强筋时，加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。
加强筋的形状一般是细而长，加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。
留意过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空穴、变形挠曲及夹水纹等问题，亦会加长生产周期，增加生产成本。
（）
产品厚度与加强筋尺寸的关系
为避免缩水，
筋的根部为0.6T，筋的高度为2T（最大不过3T）,
底部圆角为R=0.125T,
拔模斜度为0.5°
~1.5°
筋的方向最好和GATE同向.
筋间的距离尽可能在壁厚两倍以上.
筋根部厚度约为（0.5~0.7）T；
筋间间距>
4T；
筋高L<
3T
PC,PPO
T<
0.6T
PA,PE
0.5T
PMMA,ABS
除了以上的要求，加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。
从生产的角度看，材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。
此外，塑料的蠕动（creep）特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因素。
例如，从生产的角度看，加强筋的高度是受制于熔胶的流动及脱模顶出的特性（缩水率、摩擦系数及稳定性），较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶黏度、较低的摩擦系数、较高的缩水率。
另外，增加长的加强筋的出模角一般有助产品顶出，不过，当出模角不断增加而底部的阔度维持不变时，产品的刚性、强度，与及可顶出的面积即随着减少。
顶出面积减少的问题可从在产品加强筋部份加上数个顶出凸块或使用较贵的扁顶针得以解决，同时在顶出的方向打磨光洁亦有助产品容易顶出。
从结构方面考虑，较深的加强筋可增加产品的刚性及强度而无须大幅增加重量，但与此同时，产品的最高和最低点的屈曲应力（bendingstress）随着增加，产品设计员须计算并肯定此部份的屈曲应力不会超出可接受的范围。
从生产的角度考虑，使用大量短而窄的加强筋比较使用数个深而阔的加强筋优胜。
模具生产时：
加强筋的阔度（也有可能深度）和数量应尽量留有馀额，当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时可适当地增加，因为在模具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢料的方法来得简单及便宜。
加强筋增强塑胶件强度的方法
以下是加强筋被置于塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。
置于塑胶部件边缘地方的加强筋
5.1
加强筋的作用
在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约塑料用量，减轻重量，降低成本。
可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。
便于塑料熔体的流动，在塑件本体某些壁部过薄处为熔体的充满提供通道。
5.2
加强筋的形状及尺寸
塑件上加强筋和凸台的形式和应用如图2-9，图2-10所示。
加强筋尺寸参数如图2-11，图2-12所示。
凸台的形状及尺寸参数如图2-13~图2-15所示。
角撑位于制品边缘，支撑制品壁面，以增加强度及刚度，尺寸参数如图2-16所示。
5.3
加强筋的设计要点
用高度较低、数量稍多的筋代替高度较高的单一加强筋，避免厚筋底冷却收缩时产生表面凹陷（图2-17、图2-18）。
当筋的背面出现凹陷影响美观时，可采用图2-19所示的装饰结构予以遮掩。
筋的布置方向最好与熔料的充填方向一致（见表2-12中示例）。
筋的根部用圆弧过渡，以避免外力作用时产生应力集中而破坏。
但根部圆角半径过大则会出现凹陷。
一般不在筋上安置任何零件。
位于制品内壁的凸台不要太靠近内壁，以避免凸台局部熔体充填不足（图2-20）。
加强筋在防止制品变形、增加制品刚性方面的应用如图2-21~图2-22所示。
加强筋设计注意的问题参见表2-12。
6支承面设计
塑料制品的支承面不能是整个底面，而应采用凸边或凸起支脚类结构，如三点支承、边框支承等，如图2-23~图2-26所示。
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