淺談Pro/E塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘 要】現(xiàn)在的中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)課程中，一般都開設(shè)Pro/E軟件應(yīng)用課程。本文概要介紹了Pro/E塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用與意義，討論了基于Pro/E行為建模中合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個方面因素。

【關(guān)鍵詞】Pro/E；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著CAD/CAE/CAM一體化軟件廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)械、電子、模具等行業(yè)，現(xiàn)在的中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)一般都開設(shè)了Pro/E軟件應(yīng)用課程。但基于現(xiàn)有教材及師資條件的限制，課堂教學(xué)中一般都只著重于教授Pro/E軟件的操作技巧和建模方法，而較少強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的合理化問題。

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中一個好的塑料制品，首先要有一個好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一個合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠簡化塑料制品的注塑模具，降低模具成本，而且也使它的成型工藝變得簡單，并提高制品的成型合格率。

在制造業(yè)已經(jīng)高度發(fā)達(dá)的今天，塑料制品依靠它時尚的造型和靚麗的外表以及良好的強(qiáng)度而進(jìn)入了千家萬戶，大到神州六號宇宙飛船、各種汽車、船舶、家用電器，小到一個兒童玩具、螺母、電子手表、塑料凳、礦泉水瓶等等，塑料制品給我們的生活帶來了諸多的便利和美感。制作精美、毫無暇疵的塑料制品確實(shí)能裝點(diǎn)我們的居室，豐富我們的生活。而帶有缺陷的塑料制品不僅影響它的外觀，也會影響它的使用功能。一個精美的塑料制品往往離不開一個優(yōu)化的注塑模具、一個合理的成型工藝和性能優(yōu)良的原材料，另外還有一個前提條件，那就是一個不斷優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面我們來討論一下在運(yùn)用Pro/E進(jìn)行塑料制品產(chǎn)品設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的合理化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素。

1.壁厚的設(shè)計(jì)

壁厚的合理設(shè)計(jì)對一個塑料制品來說是至關(guān)重要的，制品的壁厚一般在1～6mm范圍內(nèi)，而最常用的壁厚數(shù)值為2～3mm。過薄的壁厚不能保證制品的強(qiáng)度，過厚的壁厚要消耗大量材料、增加制品成型后的冷卻硬化時間，此外還容易產(chǎn)生氣泡、凹陷、夾心和收縮不均勻，從而造成應(yīng)力集中。壁厚的設(shè)計(jì)一般來說應(yīng)遵循如下原則：制品的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證壁厚均勻，避免壁厚突然變厚或變薄； 對于壁厚過厚的地方，采用增加工藝孔等方式去掉多余的壁厚，消除該處產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

2.脫模斜度的設(shè)計(jì)

為了使塑料制品順利地從模具型腔中取出，須在制品內(nèi)外壁設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度。脫模斜度的大小取決于塑料的性質(zhì)、收縮率的大小、制品的壁厚和形狀，設(shè)計(jì)時一般考慮以下幾種情況：制品形狀復(fù)雜，深度較深，不易脫模的，應(yīng)選用較大的脫模斜度；塑料的收縮率大的，應(yīng)選用較大的斜度值；制品尺寸精度要求高的，應(yīng)選用較小的脫模斜度；制品較高、較大的，也應(yīng)選用較小的脫模斜度。

3.加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)

通常對于尺寸較大而壁厚較小的制品，我們可以通過在制品的適當(dāng)位置設(shè)置加強(qiáng)筋的的方法，來改善制品的強(qiáng)度和剛性，但是加強(qiáng)筋的設(shè)置也有很多講究，如：加強(qiáng)筋不應(yīng)設(shè)計(jì)得過厚，否則容易在其對應(yīng)的壁上產(chǎn)生凹陷；加強(qiáng)筋應(yīng)有足夠的斜度，底部應(yīng)呈圓弧過渡；加強(qiáng)筋的布局要合理、均勻，應(yīng)減少因收縮不勻而引起的變形和開裂；對于大面積的制品，加強(qiáng)筋應(yīng)設(shè)計(jì)得多一些、矮一些為好。

4.孔的設(shè)計(jì)

塑料制品上的孔通常有兩種，一種是制品本身有各種用途的裝配孔，另一種是為了改善制品的性能而設(shè)置的工藝孔，不管是哪一種孔，設(shè)計(jì)合理，就會有一個好的質(zhì)量并且便于制品的成型。具體應(yīng)用主要分三種情況：當(dāng)制品需有側(cè)孔時，往往會使模具增加側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，使模具的制造復(fù)雜化，因此應(yīng)盡量改進(jìn)設(shè)計(jì)，簡化模具結(jié)構(gòu)，確保順利脫模；制品上孔的位置，應(yīng)盡可能設(shè)置在不易削弱制品強(qiáng)度的位置上；對于脆性制品，相鄰孔之間以及孔到制品邊緣之間，要留有適當(dāng)?shù)木嚯x，以防止在連接和固定制品時發(fā)生破裂。

5.圓角的設(shè)計(jì)

圓角在塑料制品的設(shè)計(jì)中既能使塑料制品的外形更加流暢、美觀，又能避免應(yīng)力集中，提高制品強(qiáng)度，也能改善物料流動情況和便于脫模。應(yīng)在制品的各面及內(nèi)部連接處，均應(yīng)采用圓弧過渡，制品中內(nèi)圓角設(shè)計(jì)的大小可遵循如下公式：0.25

6.嵌件的設(shè)計(jì)

為了滿足連接、安裝要求，制品常采用各種嵌件。多數(shù)嵌件由金屬制成，由于金屬嵌件冷卻時尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大，致使嵌件周圍產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易造成制品的開裂，為防止這種現(xiàn)象，嵌件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意：嵌件與制品的線膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近；嵌件各尖角部位應(yīng)倒圓角，以減少內(nèi)應(yīng)力；嵌件應(yīng)盡可能采用圓形或?qū)ΨQ的形狀，以保證收縮均勻。

7.支承面的設(shè)計(jì)

塑料制品較容易變形，因此當(dāng)塑料制品的支撐面為一個大平面時，大平面的變形，往往造成支撐面不平穩(wěn)，因此塑料制品的支撐面一般由幾個小的平面組成。應(yīng)注意：當(dāng)制品需要由一個面作為支撐面時，設(shè)計(jì)時不宜用整個面作為支撐面，而應(yīng)采用凸邊或支腳的形狀來代替；當(dāng)制品采用凸耳作為緊固用的支撐面時，為使凸耳有足夠的強(qiáng)度以承受緊固力，可采用設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋的支撐面。

8.螺紋的設(shè)計(jì)

塑料制品上的螺紋可以在成型時直接制成，由于塑料螺紋具有強(qiáng)度差、精度差、易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等缺點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：塑料螺紋應(yīng)選用螺牙尺寸較大者；塑料螺紋的開始端和結(jié)束端均不應(yīng)突然開始和結(jié)束，而應(yīng)有過渡部分；考慮到塑料螺紋牙距的收縮，塑料螺紋與金屬螺紋的配合長度不宜太長。

綜上所述，一個好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加上一個制作精良的模具和一個合理的成型工藝就等于一個完美的塑料制品。當(dāng)我們在運(yùn)用Pro/E進(jìn)行塑料制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，同時要求我們具備塑料模具和塑料成型方面的基本知識，掌握了這些，我們才能在設(shè)計(jì)時考慮周到，合理設(shè)計(jì)出讓消費(fèi)者和自己都比較滿意的塑料制品產(chǎn)品。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]錢志屏編著.塑料制品設(shè)計(jì)與制造，1993（1）.