電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化研究

王英杰

摘? ?要：文章將對電子產(chǎn)品塑料部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析和研究，進一步探討其在設(shè)計過程中的質(zhì)量優(yōu)化，以期能夠為子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)化提供相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品;塑料部件;結(jié)構(gòu)設(shè)計;質(zhì)量優(yōu)化

從電子產(chǎn)品的構(gòu)造來看，塑料部件占了大部分，而且就其整體的設(shè)計和制造來看，塑料部件的設(shè)計要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝處理，而且還要進行模具制作和后期生產(chǎn)、工藝優(yōu)化多個階段。所以，要進行科學、合理的電子產(chǎn)品塑料部件設(shè)計，保證質(zhì)量優(yōu)化，一方面，要結(jié)合電子產(chǎn)品功能需要來確定部件的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計規(guī)范，另一方面，還要選擇合適的塑料部件表面處理工藝，進行模具加工和產(chǎn)品裝配等多方面的工藝優(yōu)化研究。

1? ? 電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

（1）選擇材料特性適合的塑料，需要考慮材料的物理性質(zhì)，如成型收縮率、熱變形溫度或長期使用的溫度;材料的力學性能，如強度、剛性、韌性、彈性、可彎曲性、耐沖擊性及對應力的敏感性;材料的化學性能，如對接觸物（溶劑等）良好的耐受性，以及使用時對人體的安全性等;注塑成型的工藝性，如良好的流動性、結(jié)晶性。

（2）電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中還要對外形進行考量，優(yōu)先考慮設(shè)計成對稱或者近似對稱外形。但這極容易造成裝配時出現(xiàn)反裝的錯誤，因此，裝配的定位結(jié)構(gòu)應有防反裝設(shè)計[1]。

（3）模具的分型面避免設(shè)計在外觀表面，保證設(shè)計基準與定位基準和測量基準重合。

（4）塑料零件的設(shè)計應考慮其成型模具的總體結(jié)構(gòu)，使模具型腔易于制造，便于抽芯。同時，為了盡量減少模具結(jié)構(gòu)的復雜性，在設(shè)計的過程中還要盡可能減少使用側(cè)凹結(jié)構(gòu)零件。

（5）各部分功能滿足設(shè)計要求的原則。要考慮子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，最重要的是要保證其功能能夠滿足預先的設(shè)計，保證電子產(chǎn)品的正常使用。

（6）產(chǎn)品的強度和剛度滿足要求的原則。原則上電子產(chǎn)品作為一種商品，其強度和剛度必須符合要求，達到該產(chǎn)品的規(guī)范標準要求，只有滿足該要求，才更加能夠保證電子產(chǎn)品使用的穩(wěn)定性和安全性。

2? ? 設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化理念

要進行電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化，應該首先從其結(jié)構(gòu)角度來考量。這不僅需要對電子產(chǎn)品的幾何形狀和裝配組合進行設(shè)計，而且需要對其強度進行設(shè)計，并且對其成本也要進行考量和計算?？梢哉f以上幾個方面構(gòu)成了塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的全部，同時，其關(guān)系也是相互依托，貫穿了整個設(shè)計環(huán)節(jié)。

2.1? 形狀優(yōu)化設(shè)計

2.1.1? 塑料部件壁厚設(shè)計

在壁厚的設(shè)計過程中，需要對零件尺寸大小、幾何形狀和塑料性質(zhì)等多方面的因素進行綜合考慮。

塑料件的壁厚決定于塑料件的使用要求，其設(shè)計應滿足以下幾點：（1）首先要滿足產(chǎn)品的強度要求和安全要求，在結(jié)構(gòu)方面和尺寸方面還要滿足裝配的需要。（2）要有效減少電子產(chǎn)品塑料部件的內(nèi)應力，就要保證壁厚的均勻。因此，在設(shè)計中可以設(shè)計壁厚2～4 mm（當壁厚超過4 mm時，會引起冷卻時間過長、產(chǎn)生縮印等問題），而且相鄰的壁厚厚度差距不宜過大，應該保證在20%以內(nèi)。若出現(xiàn)壁厚不均勻的設(shè)計時，可以考慮通過平緩斜面過渡等方式避免壁厚突變。（3）在壁厚方面，還要避免壁厚過薄。因為壁厚過薄會導致塑料部件的強度和剛度不夠，容易在使用過程中發(fā)生變形。（4）壁厚的設(shè)計也不宜過厚，否則會增加設(shè)計的成本，在使用方面也會導致其發(fā)生局部收縮和翅曲現(xiàn)象等。

壁厚設(shè)計的問題主要有以下幾種：（1）壁厚設(shè)計過厚，不僅會增加原料使用的成本，而且會導致運輸?shù)某杀敬蟠笤黾樱罱K導致生產(chǎn)成本增加。（2）延長壁厚過厚，這也會使得塑料部件難以均勻硬化，使得產(chǎn)品出現(xiàn)氣孔和縮痕等缺陷。（3）壁厚設(shè)計太薄，一方面，會影響產(chǎn)品的強度，使其在脫模、加工和生產(chǎn)中出現(xiàn)彎曲、變形等問題，導致不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，影響后期的使用強度。另一方面，壁厚設(shè)計過薄還會導致熔料在沖模時難度加大，受到阻力等因素影響，導致填充的不完全。（4）在電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了要考慮基本的壁厚之外，還需要考慮壁厚是否均勻設(shè)置。如果在設(shè)計中出現(xiàn)了壁厚不均勻的情況，也將影響其使用，尤其是會導致收縮的不均勻，對于產(chǎn)品的質(zhì)量和使用有嚴重影響[2]。

塑料部件在設(shè)計中需要設(shè)計合理的壁厚，并且要盡可能保證壁厚的均勻。均勻的壁厚能夠保證熔料沖模的準確性，而且能夠極大地縮短產(chǎn)品冷卻的時間，保證收縮均勻度。此外，均勻的壁厚還能夠保證設(shè)計的精度，使得塑料部件生產(chǎn)的效率大大提高，能夠很好地符合后期裝配的產(chǎn)品需求。但是，生產(chǎn)過程中的壁厚難以保證完全的均勻，所以在特殊位置壁厚設(shè)計和加工中，可以考慮平滑過渡等方式進行優(yōu)化。

2.1.2? 圓角的優(yōu)化設(shè)計

圓角是塑料部件功能體現(xiàn)的重要手段，所以要進行電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化，就要盡可能避免出現(xiàn)銳角，進一步提高塑料部件的機械強度。圓角的設(shè)計和使用，還能夠使得熔料的沖模和脫模更加容易。在使用過程中，還能夠有效提高產(chǎn)品的強度，延長使用壽命。

圓角優(yōu)化設(shè)計要點如下：（1）塑料部件除了必須要保留的尖角外，凡轉(zhuǎn)角處應采用圓角過渡。圓角的使用能夠在結(jié)構(gòu)上減少應力的集中，提高塑料部件在使用中的強度;還能夠保證塑料部件在注塑過程中的熔融體具有良好的流動性，保證其能夠充滿磨具，有利于脫模。而且相應模具在結(jié)構(gòu)設(shè)計中多采用圓角，能夠保證在模具生產(chǎn)中減少模具的應力集中，提高模具的強度和使用壽命。（2）內(nèi)圓角的半徑R一般為壁厚的1/4～1/3倍[即R=（1/4～1/3）t]，因為壁厚常取2～4 mm，所以通常地，R≥0.5 mm，且一般情況采用等壁厚設(shè)計如圖1所示。

2.2? 裝配功能的優(yōu)化設(shè)計

在對塑料部件裝配功能進行優(yōu)化與設(shè)計前，首先要明確塑料部件在電子產(chǎn)品中承擔的功能。然后才能夠進一步確定電子產(chǎn)品中塑料部件的構(gòu)成部位及尺寸等，確定塑料部件形狀與裝配方式、間隙等。

2.2.1? 裝配連接方式優(yōu)化

（1）自攻螺釘連接。通常自攻螺釘，連接模型的設(shè)計較為簡單，但簡單的模型結(jié)構(gòu)卻能存在較高的使用強度。通常自攻螺釘?shù)氖褂脮拱惭b的過程變得復雜。這在一定程度上會提高生產(chǎn)成本，同時，也不利于結(jié)構(gòu)的拆除。

（2）扣位連接。大大減少了裝配過程的工作量，并且加大了模具設(shè)計的高精確度，這也在很大程度上增加了模具加工的難度和復雜程度。

2.2.2? 間隙配合原則設(shè)計優(yōu)化

在實際生產(chǎn)實踐過程中，塑料部件發(fā)生變形的原因有很多。所以，在實際的設(shè)計過程中需要結(jié)合實際情況，根據(jù)材料的特性以及形變所允許的范圍，進行準確的計算，設(shè)置相應的空間。避免因預留空間的大小不符而導致安裝過程中出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象。由于在制造過程中，塑料部件會受到多種不定因素的影響，因此，其產(chǎn)生形變現(xiàn)象也是必然的。所以在實際的生產(chǎn)加工過程中，整個材料的設(shè)計必須根據(jù)材料的特性以及精確計算材料加工變形后的形變大小進行設(shè)計，設(shè)置合理的形變空間。如果計算不精確，就會導致安裝過程中出現(xiàn)空間過大或過小的問題，使塑料部件難以安裝。在實際的設(shè)計過程中，還需嚴格遵守國家標準（GB8898—2011）的相關(guān)要求，保證塑料部件與其他部件的匹配。

2.3? 強度優(yōu)化設(shè)計

在進行強度最優(yōu)化的設(shè)計過程中，可以從零部件的強度和連接強度方面進行計算設(shè)計。影響零部件強度的主要因素有厚度、形狀、結(jié)構(gòu)等，零部件的強度，在一定程度上與其功能的實現(xiàn)有密切的聯(lián)系。實際連接強度的影響因素主要有連接方式和結(jié)構(gòu)，連接強度會對零部件的強度產(chǎn)生重大影響。實際上，產(chǎn)品的設(shè)計不能僅局限于對其外觀和大小的設(shè)計，更應注重產(chǎn)品的強度等方面的設(shè)計，而且還要保證各模塊的位置平衡及協(xié)調(diào)組裝，要求滿足所期望的效果，完成設(shè)計的功能。

2.4? 成本優(yōu)化設(shè)計

塑料部件成本的優(yōu)化在產(chǎn)品中占有重要地位。在此，筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，對成本優(yōu)化提出以下幾種建議：（1）在保證塑料部件結(jié)構(gòu)強度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電子產(chǎn)品塑料部件的基本功能，在滿足基本要求的基礎(chǔ)上再降低部件的壁厚，從形狀和大小等方面著手，盡量精簡，減少不必要的結(jié)構(gòu)，節(jié)約原材料和注塑材料，有效降低成本。（2）在保證零部件數(shù)量滿足基本功能要求的基礎(chǔ)上，對電子產(chǎn)品塑料部件的多種裝配部件進行標準化、一體化和通用化設(shè)計，這在為后期裝配和運維提供便利的同時，在結(jié)構(gòu)方面很大程度上避免了裝配部件過多的情況，能夠有效降低成本。

3? ? 工藝思路創(chuàng)新

3.1? 模具加工與注塑思路創(chuàng)新

當前使用最廣泛的塑料部件加工方法是注塑，因此，可以從這一角度出發(fā)，對模具的實際設(shè)計以及注塑工藝進行優(yōu)化。設(shè)計人員在實際的設(shè)計過程中需要綜合分析塑料部件在注塑過程中會產(chǎn)生的誤差以及最后脫模設(shè)計，確保產(chǎn)品最優(yōu)化。如在保證模具厚度的前提下，在內(nèi)側(cè)添加適當?shù)拿撃Ｐ泵?，設(shè)計合理的圓角。當然，在添加圓角以及脫模斜面的過程中不能一味地添加，需要考慮整個工藝結(jié)構(gòu)，因為任何工藝的優(yōu)化過程，都必須在保證產(chǎn)品設(shè)計合格的前提條件下進行[3]。

3.2? 量產(chǎn)思路的工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

好的設(shè)計不但需要考慮最終設(shè)計產(chǎn)品的規(guī)格質(zhì)量，需要優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低成本。因此，設(shè)計師在實際設(shè)計過程中就需要對產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率等因素進行分析綜合。在實際的設(shè)計過程中，需要考慮工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的同時仍舊要將產(chǎn)品的形狀設(shè)置裝配方式連接方式、資金成本等充分考慮。比如可以適當用卡扣設(shè)計代替子宮螺釘、使用統(tǒng)一規(guī)格的螺釘連接、減少種類等。

4? ? 結(jié)語

電子產(chǎn)品塑料部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化，在保證產(chǎn)品基礎(chǔ)功能和性能的前提先，還要充分考慮電子產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)成本和生產(chǎn)能力。在此基礎(chǔ)上，再對細化設(shè)計、合理配置結(jié)構(gòu)、標準化、一體化組織裝配件等進行工藝思路創(chuàng)新，降低成本，保證電子產(chǎn)品的功能和性能，這才能達到結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化的目標。

[參考文獻]

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[3]王家慶.塑料模具設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.