一種塑料零件設(shè)計(jì)方法

劉華榮

摘要：塑料零件設(shè)計(jì)一般都經(jīng)過(guò)建模、零件強(qiáng)度分析、拔模分析、筋位布局等過(guò)程;完成一個(gè)全新塑料零件的設(shè)計(jì)首先考慮其用途，應(yīng)用環(huán)境，在整體裝配中的作用，為下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較準(zhǔn)確的信息;設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要根據(jù)作用對(duì)部分特定結(jié)構(gòu)或部分特征進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：拔模、抽殼、加強(qiáng)筋

在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮應(yīng)用環(huán)境、作用及后繼加工或如何出模，出模方向及在模具中所提到的分型面，定義分型后以此面進(jìn)行零件拔模，一般塑料件拔模角度為0.5°～3°（視具體情況而定）。為了保證零件整體厚度一致，抽殼前應(yīng)完成上述拔模操作，應(yīng)對(duì)抽殼后的零件進(jìn)行殼體分析，輸入殼體的上下限值，超出或小于設(shè)計(jì)厚度時(shí)會(huì)以不同顏色（見(jiàn)圖一）進(jìn)行顯示，一目了然，也可多角度剖截面對(duì)零件的厚度進(jìn)行檢查（建議自動(dòng)檢查）。

若塑料件殼體比較薄在注塑過(guò)程中容易導(dǎo)致零件變形，對(duì)零件的裝配尺寸或關(guān)鍵尺寸及零件之間的裝配都有著極大的影響，對(duì)此問(wèn)題的改善是在不影響生產(chǎn)工藝的情況下在非裝配或非配合區(qū)域中加筋位，增強(qiáng)薄弱面的強(qiáng)度，筋位如設(shè)計(jì)不合理將會(huì)使零件表面出現(xiàn)注塑收縮紋，表面有出現(xiàn)不同程度的變形，將影響外觀面的質(zhì)量;所以筋位的設(shè)計(jì)厚度一般為：T*40%=t1，（注：T：表示零件厚度;t1：表示筋厚度）。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

不同的塑料材質(zhì)收縮率相差較大，前期應(yīng)綜合慎重考慮成本及各方面因素對(duì)材料進(jìn)行選型，否則開(kāi)模后基本是不能改變零件材質(zhì)。

零件厚度整體應(yīng)均勻，若出現(xiàn)有過(guò)度面厚度有變化時(shí)，盡可能的采用具有弧度的面進(jìn)行連接，避免塑料件表面質(zhì)量問(wèn)題等。

特別注意絲銅絲柱料不可太厚，將直接影響零件表面質(zhì)量、導(dǎo)致變形等問(wèn)題。

零件分析：

零件設(shè)計(jì)完成后輸出開(kāi)模前，需要對(duì)零件進(jìn)行分析拔模角度是否符合要求，可以采用專業(yè)的3D設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析，例如：creo、ug等軟件。

分析拔模是為了確定型腔內(nèi)部的零件是否能順利脫模，避免出現(xiàn)有倒扣現(xiàn)象，外表面質(zhì)量處理是否能滿足設(shè)計(jì)或客戶要求，以creo4.0為例對(duì)一個(gè)塑料結(jié)構(gòu)件進(jìn)行拔模分析，相關(guān)分析數(shù)據(jù)如圖一所示：

關(guān)于圖一所示分析數(shù)據(jù)顯示拔模角度符合設(shè)計(jì)要求，分析估計(jì)最大錯(cuò)誤百分比為：0。

拔模分析是為了確定模具中內(nèi)部零件能否從型腔中脫模，拔模分析要指定一個(gè)拔模角度和出模方向。所選零件的曲面是否要進(jìn)行拔模斜度的設(shè)置，分析軟件會(huì)檢測(cè)垂直于零件曲面的平面進(jìn)行參考與出模方向之間的角度。

使用拔模分析可以確保模具型腔內(nèi)的零件是否能順利的脫模，而產(chǎn)品不易變形，拔模分析是以用戶定義的拔模脫出方向?yàn)闄z查依據(jù)。

如果拔模分析以一側(cè)為準(zhǔn)，那么被完全拔模的曲面就會(huì)以洋紅色顯示，如果拔模分析以兩側(cè)為準(zhǔn)，那么一側(cè)就會(huì)顯示洋紅色，另一側(cè)就會(huì)顯示藍(lán)色，分析軟件也以一個(gè)顏色范圍顯示零件表面的實(shí)際拔模角度與指定值之間的差異。

零件壁厚設(shè)計(jì)建議：

零件壁厚度一般不宜≤0.9mm，常選取1.0mm～4.0mm，具體壁厚根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要而定。

基本設(shè)計(jì)原則：

一般塑料件的厚度為2.0mm～3.0mm，如吸油煙機(jī)大面板壁厚就是2.0mm～3.0mm，熱塑性塑料最大設(shè)計(jì)壁厚為4.0mm。

壁厚的大小取決于：

a、產(chǎn)品需要承受的外力;

b、是否作為其他零件的支撐;

c、承接柱位的數(shù)量;

d、加強(qiáng)筯的數(shù)量;

e、選用的材料。

產(chǎn)品過(guò)厚從成本角度來(lái)看，不但增加材料成本并降低生產(chǎn)注塑效率，增加生產(chǎn)成本。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來(lái)看，注塑周期及冷卻時(shí)間設(shè)置不合理會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生空穴氣孔的可能性，削弱產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度，增加產(chǎn)品的縮水痕。

平面原則：

最理想的壁厚分布無(wú)疑是切面在任何一個(gè)地方都是均勻的，為滿足功能上的需求以致改變壁厚是無(wú)可避免的。壁厚的地方比壁薄的地方冷卻時(shí)間相對(duì)較慢，若在相接的地方表面在澆口凝固后出現(xiàn)收縮痕，甚至?xí)a(chǎn)生收縮紋、熱內(nèi)應(yīng)力、撓曲部份歪曲、顏色不同或透明度有所差異。若壁厚的地方漸變成薄壁的是不能避免的情況下，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成塑料由壁厚的地方流向壁薄的地方，不同平面過(guò)度要逐漸的改變，并且壁厚比例不小于3：1。

轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則：

壁厚均勻的轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要，以免冷卻時(shí)間不一致，導(dǎo)致冷卻時(shí)間較長(zhǎng)的地方會(huì)有收縮現(xiàn)象，因而部件變形和撓曲。另，尖銳的圓角位通常會(huì)導(dǎo)致零件有缺陷及應(yīng)力集中，尖角的位置也常再加工或表面處理過(guò)程后引起物料聚積（如電鍍）。集中應(yīng)力的地方會(huì)在受負(fù)載或撞擊的時(shí)候破裂。較大的圓角提供了這種缺點(diǎn)的解決方法，不但降低應(yīng)力集中的因素，而且流動(dòng)的塑料流體更順暢及成品脫模時(shí)更容易。圓弧位與壁厚是有一定的比例，一般數(shù)值是在0.5左右。

加強(qiáng)筋作用：

加強(qiáng)筋在塑料中主要是增加產(chǎn)品的剛性和強(qiáng)度。加強(qiáng)筋最有效的形狀如“工”字，對(duì)一些經(jīng)常受到壓力、扭力、彎曲的塑料產(chǎn)品尤其適用。選擇加強(qiáng)筋的位置應(yīng)考慮如塑料流動(dòng)方向、收縮方向、脫模方向等。如承重的結(jié)構(gòu)需要加厚、漸變加厚或加筋等方法。

加強(qiáng)筯的形狀：

加強(qiáng)筋的長(zhǎng)度可與產(chǎn)品的長(zhǎng)度一致，兩端與零件壁相接，也可用于局部增加產(chǎn)品某部份的剛性。見(jiàn)“加強(qiáng)筋尺寸示意圖”，要是加強(qiáng)筋沒(méi)有接上產(chǎn)品壁，末端部份應(yīng)漸變終止，從而減少出現(xiàn)困氣、填料不滿及燒焦痕等問(wèn)題，這些問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生在排氣不足或封閉的位置上。

1、為防止縮水缺陷及保證加強(qiáng)筋強(qiáng)度，加強(qiáng)筋的寬度一般是壁厚的40%～60%，見(jiàn)“加強(qiáng)筋縮水示意圖”;

2、加強(qiáng)筋應(yīng)加拔模角度，在不影響其強(qiáng)度或效果的情況下斜度越大越好;

3、為保證塑料件基本平整，加強(qiáng)筋的端面不應(yīng)與塑料件的支撐面等高，應(yīng)低于支撐面至少1.0mm。

綜上，可以看到在設(shè)計(jì)之初需要考慮材料的特殊性（如耐高溫特性，阻燃等級(jí)等），還必需考慮到對(duì)食品級(jí)的要求等級(jí)，包括在小家電中應(yīng)用特別廣泛的塑料件及金屬件。以上是在設(shè)計(jì)過(guò)程中特別要注意的，若是出口應(yīng)符合進(jìn)口國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于PC料的特殊性歐盟等國(guó)對(duì)此材料應(yīng)用于兒童食物接觸的器具是禁用的，如法國(guó)的食品級(jí)Reach要求，另特別注意歐盟要求RoHS。