淺談塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃建藝

摘要：塑膠制件除了成本低廉，其還有理想的設(shè)計(jì)性能。并且隨著制造技術(shù)的發(fā)展，塑膠件應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。筆者根據(jù)自己日常的研究發(fā)現(xiàn)，從塑膠件的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)原則兩方面來(lái)具體的闡述塑膠件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技巧，指導(dǎo)實(shí)際的設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

1_引言

相比于其他材料制件，塑膠件具有重量輕盈、絕緣性能好和耐腐蝕性能強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著近年來(lái)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，塑膠件的質(zhì)量也有著很大的提高，應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，小到兒童玩具、手機(jī)、家用電器，大到醫(yī)療設(shè)備、汽車(chē)制造均有塑膠件的使用。塑膠制品已成為制造廠商用于降低成本的一個(gè)很好的戰(zhàn)略舉措。塑膠件具有很多優(yōu)勢(shì)：1）制作的材質(zhì)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)多變，具有很高的設(shè)計(jì)性能，能夠根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)要求制作成合適的用件。2）在一定程度上可以擴(kuò)大設(shè)計(jì)自由，能夠制作成其他材料難以制造的復(fù)雜形狀。3）在保證性能和絕緣要求的同時(shí)自身的重量較輕，大大減輕設(shè)備自身的自重。

但是塑膠件在保證足夠的強(qiáng)度、硬度的時(shí)候相比于金屬制件往往需要較大的壁厚，這就要求對(duì)其進(jìn)行重新的構(gòu)件設(shè)計(jì)。除此之外，塑膠件受溫度的影響特別明顯，在高溫環(huán)境中易降低強(qiáng)度和剛度而在較低的環(huán)境中又會(huì)變脆。

2.塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

2.1加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)要求

塑膠件的強(qiáng)度和剛度比在其他金屬材料制件中并不具有優(yōu)勢(shì)，而對(duì)其適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，則可以達(dá)到提升強(qiáng)度和剛度的目的。在制造的過(guò)程中加強(qiáng)筋的位置合理的選擇還可以改善塑膠融體的流動(dòng)性能。加強(qiáng)筋在設(shè)計(jì)時(shí)候需要遵循的原則：1）加強(qiáng)筋的壁厚一般要求在主體厚度的0.4-0.6倍之間。2）筋與筋之間的間隔應(yīng)不少于主體壁厚的4倍，其高度不應(yīng)低于主體壁厚的3倍。3）加強(qiáng)筋的位置應(yīng)低于制件表面0.1mm，螺釘柱上的加強(qiáng)筋則應(yīng)低于其表面1mm以上。4）多條加強(qiáng)筋相交時(shí)，要注意因疊加帶來(lái)的材料堆積的問(wèn)題，較細(xì)的加強(qiáng)筋在設(shè)計(jì)的時(shí)候還要盡量使其承受拉力，避免因?yàn)槌惺茌^大的壓力而出現(xiàn)失穩(wěn)問(wèn)題。

2.2避免應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑膠件同金屬鑄熔件一樣需要避免應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在構(gòu)件的應(yīng)力集中處相比于其他部位較容易出現(xiàn)損壞。塑膠件同其他熔鑄制品一樣在設(shè)計(jì)制造的時(shí)候要避免應(yīng)力集中的情況出現(xiàn)。例如，在其構(gòu)件有棱角的部分，幾何過(guò)渡不連續(xù)就會(huì)有應(yīng)力集中的出現(xiàn)，應(yīng)力集中的部位相比于其他部位較容易損毀。因此，對(duì)構(gòu)件尖銳部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能的將尖角用平緩的曲面來(lái)過(guò)渡，在功能不影響的時(shí)候，甚至可以取消構(gòu)件尖銳部位的設(shè)計(jì)。

2.3拔模斜度的設(shè)計(jì)要求

塑膠件制造中最為關(guān)鍵的一個(gè)工藝就是脫模。塑膠件在模具中冷卻成型的過(guò)程中由于溫度變化其自身的密度也會(huì)變化，而這樣的變化中就會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生粘附。相應(yīng)的在脫模的階段就會(huì)不可避免的對(duì)構(gòu)件造成一定的毀壞，從而在設(shè)計(jì)的時(shí)候事前設(shè)計(jì)好構(gòu)件脫模的方向，并在該方向上設(shè)置一定的拔模斜度就顯得十分重要。拔模斜度的設(shè)計(jì)需要遵照一些設(shè)計(jì)要求：1）拔模斜度都取整數(shù)數(shù)值，便于模具的制造和標(biāo)準(zhǔn)化的大批量生產(chǎn)。2）構(gòu)件外觀部位的拔模斜度設(shè)計(jì)要大于內(nèi)壁的角度。3）通常在不影響構(gòu)件功能和外觀的前提下拔模斜度要取較大值。4）在脫模的過(guò)程中不可強(qiáng)制脫模，即使是可以強(qiáng)制脫模的構(gòu)件其強(qiáng)行脫模量不能超過(guò)型芯最大截面積的5%。

3.塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則

3.1模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

塑膠件的形狀有模具最終決定。塑膠件的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的要考慮到模具的實(shí)際情況，不能出現(xiàn)塑膠件的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況。在滿足功能和結(jié)構(gòu)外觀的要求前提下，還要盡可能的優(yōu)化結(jié)構(gòu)使得模具簡(jiǎn)約化，不僅有利于提高生產(chǎn)制造的質(zhì)量，還能夠節(jié)約制造的時(shí)間提高效率。例如，在實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中要尤其注意側(cè)槽和側(cè)孔的結(jié)構(gòu)，塑膠件在生產(chǎn)中一般是沿著頂部方向出模的，而側(cè)槽和側(cè)孔就會(huì)阻礙出模。通常采取將側(cè)槽和側(cè)孔設(shè)計(jì)成與頂出方向一致或設(shè)計(jì)成碰穿結(jié)構(gòu)來(lái)簡(jiǎn)化模具，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件應(yīng)有的功能。這就很可能導(dǎo)致模具無(wú)法設(shè)計(jì)，雖然可以將模具分離來(lái)脫模，但是這種模具設(shè)計(jì)方式會(huì)大大降低模具的可靠性，也會(huì)是得產(chǎn)品的不合格率增加，這樣無(wú)疑也達(dá)不到批量生產(chǎn)要求。在設(shè)計(jì)操作過(guò)程中要避免內(nèi)切式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

另外，在一些特殊要求的構(gòu)件中需要采用側(cè)向脫模的方式來(lái)滿足塑膠件功能要求，這時(shí)候就需要思索實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的影響。首先應(yīng)考慮的就是斜頂跟滑塊在分模方向的運(yùn)動(dòng)情況，斜頂和滑塊在分模結(jié)構(gòu)中具有一定的運(yùn)動(dòng)，在垂直于分模的方向還不能有阻擋斜頂運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分留給斜頂和滑塊運(yùn)動(dòng)的空間。另外需要注意的就是垂直面的優(yōu)化處理，有些構(gòu)件的側(cè)面需要垂直，這樣就不可避免的需要設(shè)計(jì)滑塊結(jié)構(gòu)。

3.2裝配方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在塑膠件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到裝配的要求，主要有三的方面：第一，要避免大尺寸小公差的設(shè)計(jì)，因?yàn)闃?gòu)件的尺寸大，積累的變形也會(huì)相應(yīng)的增加，對(duì)公差的影響也越大。塑膠件限于材料的選擇其彈性模量也減小，公差精度也相應(yīng)的較低。第二，塑膠件最主要的裝配方式就是粘接，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量避免粘接面承載拉力的作用。在粘接面的抗拉能力較弱，而抗剪切能力較強(qiáng)，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)使粘接面負(fù)載剪切力則是最佳的設(shè)計(jì)措施。第三，螺栓連接也是塑膠件在裝配中做常用的一種裝配措施。塑膠件的強(qiáng)度相比于連接的金屬螺栓要低很多，在設(shè)計(jì)裝配時(shí)，還避免將自攻螺絲在構(gòu)件無(wú)預(yù)留裝配部位直接的擰進(jìn)構(gòu)件中。

4.結(jié)語(yǔ)

塑膠件因其廉價(jià)的成本和較為理想的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，得到很廣泛的應(yīng)用普及。隨著生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，制造水平不斷的提高，塑膠件也成為代替金屬件的最佳選擇。筆者對(duì)塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，提出和闡明了優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求和原則。

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