塑料产品结构设计第五章 加强筋.docx

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塑料产品结构设计第五章加强筋

第五章加强筋（含凸台、角撑）

基本设计守则

　　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。

长方形的加强筋必须改变形状使生产更容易

　　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

T<0.5T

PMMA,ABS

T<0.5T

PS

T<0.6T

　　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

（1）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。

（2）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。

（3）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

（1）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。

（2）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）。

（3）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。

（4）一般不在筋上安置任何零件。

（5）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。

ABS加强筋的设计要点

　　PA

　　单独的筋高度不应是筋底部厚度的三倍或以上。

在任何一条筋的后面，都应该设置一些小筋或凹槽，因筋在冷却时会在背面造成凹痕，用那些筋和凹槽可以作装饰用途而消除缩水的缺陷。

　　PBT

　　厚的筋尽量避免以免产生气泡，缩水纹和应力集中。

方式的考虑是会限制了筋尺寸。

在壁厚于3.2mm（1/8in）以下筋厚度不应超过壁厚的60%。

在壁厚超过3.2mm的筋不应超过40%。

筋高度应不超过壁厚的3倍。

筋与胶壁两边的地方以一个0.5mm（0.02in）的R来相连接，使塑料流动畅顺和减低内应力。

PS置于中位的筋设计要点

　　PC

　　一般的筋厚度是取决于塑料流程和壁厚。

若很多筋应用于补强作用，薄的筋是比厚的要好。

PC筋的设计可叁考下图PS的筋设计要点。

　　PS

　　筋的厚度不应超过其相接壁厚的50%。

经验告诉我们违反以上的指引在表面上会出现光泽不一现象。

PS置于边位的筋设计要点

　　PSU

　　筋是可以增强了产品的撞击强度和利用最经济的成本达致有效的结果。

不良的设计是会使表面有收缩痕和非期望的撞击强度。

5.4支柱（Boss）

基本设计守则

　　支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开对象及支撑承托其他零件之用。

空心的支柱可以用来嵌入件、收紧螺丝等。

这些应用均要有足够强度支持压力而不致于破裂。

　　支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。

此外，因过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气，所以支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半。

加强支柱的强度的方法，尤其是远离外壁的支柱，除了可使用加强筋外，三角加强块（Gussetplate）的使用亦十分常见。

　　一个品质好的螺丝/支柱设计组合是取决于螺丝的机械特性及支柱孔的设计，一般塑胶产品的料厚尺寸是不足以承受大部份紧固件产生的应力。

固此，从装配的考虑来看，局部增加胶料厚度是有需要的。

但是，这会引致不良的影响，如形成缩水痕、空穴、或增加内应力。

因此，支柱的导入孔及穿孔、避空孔的位置应与产品外壁保持一段距离。

支柱可远离外壁独立而处或使用加强筋连接外壁，后者不但增加支柱的强度以支撑更大的扭力及弯曲的外力，更有助胶料填充及减少因困气而出现烧焦的情况。

同样理由，远离外壁的支柱亦应辅以三角加强块，三角加强块对改善薄壁支柱的胶料流动特别适用。

　　收缩痕的大小取决于胶料的收缩率、成型工序的叁数控制、模具设计及产品设计。

使用过短的哥针、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利于收缩痕的减少；不幸地，支柱的强度及抵受外力的能力却随着增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸而增加。

因此，支柱的设计须要从这两方面取得平衡。

　　1）支柱位置

　　2）支柱设计

不同材料的设计要点

　　ABS

　　一般来说，支柱的外径是内径的两倍已足够。

有时这种方式结果支柱壁厚等于或超过胶料厚度而增加物料重量和在表面产生缩水纹及高成型应力。

严格的来说支柱的厚度应为胶料厚度的50-70%。

如因此种设计方式而支柱不能提供足够强度，但已改善了表面缩水。

斜骨是可以加强支柱的强度，可由最小的尺寸伸延至支柱高的90%。

若柱位置接近边壁，则可用一条筋将边壁和柱相互连接来支持支柱。

　　PBT

　　支柱通常用于机构上装配，如收螺丝、紧压配合、导入装配等多数情形，支柱外径是内孔径的两倍就足够强壮。

支柱设计有如筋设计的观念。

太厚的切面会产生部件外缩水和内部真空。

支柱的位置在边壁旁时可利用筋相连，则内孔径的尺寸可增至最大。

　　PC

　　支柱是大部份用来作装配产品用，有时用作支撑其它物件或隔开物体之用。

甚至一些很细小的支柱最终会热溶后作内部零件固定用。

一些放于边位的支柱是需耍一些筋作为互相依附，以增加支柱强度。

　　PS

　　支柱通常用于打入件，收螺丝，导向针，攻牙或作紧迫配合。

可能情形之下避免独立一支支柱而无任何支撑。

应加一些筋以加强其强度。

若支柱离边壁不远应以筋将柱和边相连在一起。

　　PSU

　　支柱是用作连接两件部件的。

其外径应是内孔径的两倍，高度不应超过外径的两倍。

D一般采用自攻螺丝，直径为2~3mm.以上表中所提供的是HIPS和ABS料常用螺丝孔尺寸,对于不同的材料,螺丝孔尺寸有所不同,一般来说,比较软、韧性较好的材料d值小，较脆的材料所选d值要大一点。