黃建藝

摘要：塑膠制件除了成本低廉，其還有理想的設(shè)計性能。并且隨著制造技術(shù)的發(fā)展，塑膠件應(yīng)用也越來越廣泛。筆者根據(jù)自己日常的研究發(fā)現(xiàn)，從塑膠件的設(shè)計要求和設(shè)計原則兩方面來具體的闡述塑膠件的結(jié)構(gòu)設(shè)計技巧，指導(dǎo)實際的設(shè)計生產(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的特點。隨著近年來生產(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)域也在不斷的擴大，小到兒童玩具、手機、家用電器，大到醫(yī)療設(shè)備、汽車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很好的戰(zhàn)略舉措。塑膠件具有很多優(yōu)勢：1）制作的材質(zhì)、設(shè)計結(jié)構(gòu)多變，具有很高的設(shè)計性能，能夠根據(jù)實際的設(shè)計要求制作成合適的用件。2）在一定程度上可以擴大設(shè)計自由，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度、硬度的時候相比于金屬制件往往需要較大的壁厚，這就要求對其進行重新的構(gòu)件設(shè)計。除此之外，塑膠件受溫度的影響特別明顯，在高溫環(huán)境中易降低強度和剛度而在較低的環(huán)境中又會變脆。

2.塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

2.1加強筋設(shè)計要求

塑膠件的強度和剛度比在其他金屬材料制件中并不具有優(yōu)勢，而對其適當(dāng)?shù)脑O(shè)計加強筋，則可以達到提升強度和剛度的目的。在制造的過程中加強筋的位置合理的選擇還可以改善塑膠融體的流動性能。加強筋在設(shè)計時候需要遵循的原則：1）加強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）加強筋的位置應(yīng)低于制件表面0.1mm，螺釘柱上的加強筋則應(yīng)低于其表面1mm以上。4）多條加強筋相交時，要注意因疊加帶來的材料堆積的問題，較細的加強筋在設(shè)計的時候還要盡量使其承受拉力，避免因為承受較大的壓力而出現(xiàn)失穩(wěn)問題。

2.2避免應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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，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)計制造的時候要避免應(yīng)力集中的情況出現(xiàn)。例如，在其構(gòu)件有棱角的部分，幾何過渡不連續(xù)就會有應(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，對構(gòu)件尖銳部分進行優(yōu)化設(shè)計，盡可能的將尖角用平緩的曲面來過渡，在功能不影響的時候，甚至可以取消構(gòu)件尖銳部位的設(shè)計。

2.3拔模斜度的設(shè)計要求

塑膠件制造中最為關(guān)鍵的一個工藝就是脫模。塑膠件在模具中冷卻成型的過程中由于溫度變化其自身的密度也會變化，而這樣的變化中就會對模具產(chǎn)生粘附。相應(yīng)的在脫模的階段就會不可避免的對構(gòu)件造成一定的毀壞，從而在設(shè)計的時候事前設(shè)計好構(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)計需要遵照一些設(shè)計要求：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）在脫模的過程中不可強制脫模，即使是可以強制脫模的構(gòu)件其強行脫模量不能超過型芯最大截面積的5%。

3.塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)則

3.1模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計準(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)計的要考慮到模具的實際情況，不能出現(xiàn)塑膠件的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜而無法實現(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)約制造的時間提高效率。例如，在實際的生產(chǎn)設(shè)計中要尤其注意側(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)孔就會阻礙出模。通常采取將側(cè)槽和側(cè)孔設(shè)計成與頂出方向一致或設(shè)計成碰穿結(jié)構(gòu)來簡化模具，實現(xiàn)構(gòu)件應(yīng)有的功能。這就很可能導(dǎo)致模具無法設(shè)計，雖然可以將模具分離來脫模，但是這種模具設(shè)計方式會大大降低模具的可靠性，也會是得產(chǎn)品的不合格率增加，這樣無疑也達不到批量生產(chǎn)要求。在設(shè)計操作過程中要避免內(nèi)切式結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

另外，在一些特殊要求的構(gòu)件中需要采用側(cè)向脫模的方式來滿足塑膠件功能要求，這時候就需要思索實際的模具結(jié)構(gòu)對產(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動情況，斜頂和滑塊在分模結(jié)構(gòu)中具有一定的運動，在垂直于分模的方向還不能有阻擋斜頂運動的設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分留給斜頂和滑塊運動的空間。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)計滑塊結(jié)構(gòu)。

3.2裝配方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

在塑膠件的結(jié)構(gòu)設(shè)計時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，因為構(gòu)件的尺寸大，積累的變形也會相應(yīng)的增加，對公差的影響也越大。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)計的時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，所以在設(shè)計的時使粘接面負載剪切力則是最佳的設(shè)計措施。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。塑膠件的強度相比于連接的金屬螺栓要低很多，在設(shè)計裝配時，還避免將自攻螺絲在構(gòu)件無預(yù)留裝配部位直接的擰進構(gòu)件中。

4.結(jié)語

塑膠件因其廉價的成本和較為理想的設(shè)計優(yōu)勢，得到很廣泛的應(yīng)用普及。隨著生產(chǎn)力的不斷進步，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。筆者對塑膠件結(jié)構(gòu)設(shè)計進行總結(jié)，提出和闡明了優(yōu)化設(shè)計的要求和原則。

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