塑料件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、塑料件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)指南p前言前言(Foreword)塑料件設(shè)計(jì)不合理往往導(dǎo)致產(chǎn)品存在一些天生的缺陷。比如零件結(jié)構(gòu)不合理，零件用料過(guò)多，質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗，不得不重新設(shè)計(jì)。因此，塑料件的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到我們產(chǎn)品的水準(zhǔn)，質(zhì)量和成本。這里收集了一些國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合我們實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，整理成塑料件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)指南，希望有益于各位工程師，為實(shí)際設(shè)計(jì)工作提供幫助。p設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程(Design Flow)根據(jù)公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理制度，塑料件的開(kāi)發(fā)流程一般為：概概念念I(lǐng)DCADCAE模具模具確確認(rèn)認(rèn)概念：根據(jù)立項(xiàng)要求，提出設(shè)計(jì)概念I(lǐng)D：工業(yè)造型進(jìn)行外形表皮設(shè)計(jì)CAD：開(kāi)發(fā)部

2、根據(jù)表皮及設(shè)計(jì)需求進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)CAE：對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行分析評(píng)估模具：與模具制造廠家確定模具技術(shù)要求，并確認(rèn)模具圖紙確認(rèn)：對(duì)模具廠家的模具和樣品進(jìn)行確認(rèn)p設(shè)計(jì)要素設(shè)計(jì)要素(Key Design Factors)塑料件的設(shè)計(jì)很大的一部分是要考慮模具結(jié)構(gòu)及注塑工藝，同時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)對(duì)零件的影響。主要考慮的要素有：1.分模線(Parting Lines)2.拔模角度(Draft Angles)3.壁厚(Wall Thickness)4.倒角(Fillets & Radii)5.螺柱(Bosses)6.筋(Ribs)7.收縮和變形(Shrinkage & Warpage)8.熔合縫(Kni

3、t Lines)下面就針對(duì)這些設(shè)計(jì)要素逐一講解。p分模線分模線(Parting Lines)分模線注意由模具設(shè)計(jì)工程師考慮，但有時(shí)為了保證零件的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)階段就要考慮。比如軸的設(shè)計(jì)，為了保證軸與孔或軸承的配合精度，分模線要設(shè)計(jì)成一個(gè)小得平面，如下圖：分模線0.10.2mmp拔模角度拔模角度(Draft Angles)為了出模方便，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮拔模角度。拔模角度的一般原則：1.所有的拔模方向是模具實(shí)際脫模的運(yùn)動(dòng)方向。2.表面皮紋深度每增加0.02mm，拔模角需要增加13.筋的拔模角度最小為0.5，大部分情況下拔模角最小為1.5。4.如果使用極限小的拔模角度，筋的深度不應(yīng)該超過(guò)15mm，否則，

4、筋就不容易被拋光從而影響出模p壁厚壁厚(Wall Thickness)塑料件的壁厚的設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本原則：在保證性能和用戶體驗(yàn)的前提下盡可能薄的壁厚。盡量均勻的壁厚。均勻壁厚的好處是：注塑流動(dòng)性好，減少外觀縮痕，消除內(nèi)部氣孔，減少注塑后應(yīng)力，減少不同收縮比例帶來(lái)的變形。如果實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)很難做到壁厚一致，那么壁厚的變化不應(yīng)超過(guò)公稱壁厚的50%。塑料件的一般設(shè)計(jì)厚度要求：增強(qiáng)材料：0.75mm到3mm非增強(qiáng)材料：0.5mm到7mm筋的厚度設(shè)計(jì)要求：50%75%基體壁厚p壁厚壁厚(Wall Thickness)縮痕縮痕內(nèi)部縮孔內(nèi)部縮孔不均勻壁厚產(chǎn)生的收縮p壁厚壁厚(Wall Thickness)不合理的

5、設(shè)計(jì)改進(jìn)的設(shè)計(jì)p壁厚壁厚(Wall Thickness)不合理的設(shè)計(jì)改進(jìn)的設(shè)計(jì)不合理的設(shè)計(jì)改進(jìn)的設(shè)計(jì)s3s1.5ttp倒角倒角(Fillets & Radii)倒角的一般原則：盡可能在根部，聯(lián)接處位置加圓角如果設(shè)計(jì)允許，倒角應(yīng)該大一些盡量避免在分模面處加不必要的圓角圓角設(shè)計(jì)要求：50%60 %基體（或筋）的厚度帶圓角處根部的厚度原則上不大于壁厚的125%圓角處太薄圓角處太厚正確的設(shè)計(jì)p螺柱螺柱(Bosses)螺柱設(shè)計(jì)的一般原則：1.螺柱盡可能不要獨(dú)立布置，盡量與殼體用筋相連（圖1）或用三角筋加強(qiáng)（圖2）2.考慮是否會(huì)引起過(guò)多的壁厚而導(dǎo)致縮痕2-2.5DD1.5mmt最大0.3t不正確設(shè)

6、計(jì)正確設(shè)計(jì)一般尺寸要求0.6tp螺柱螺柱(Bosses)自攻螺釘螺柱的設(shè)計(jì)t不同材質(zhì)自攻螺釘螺柱的設(shè)計(jì)參數(shù)材料螺柱內(nèi)孔直徑(d)螺柱外徑(OD)ABS0.8D2DABS+PC0.8D2DPC0.85D2.5DPA60.75D1.85DPA660.75D1.85DPP0.7D2DPS0.8D2DPOM0.75D1.95DOD注意：螺紋的旋入深度一般取2D2.5Dp螺柱螺柱(Bosses)0.5T0.5T0.7T0.25T縮痕圖1圖2注意以下幾點(diǎn)：1. 三角筋的厚度盡量不超過(guò)0.5T。2. 螺柱外徑盡量取2D加三角筋以減少縮痕的風(fēng)險(xiǎn)。p螺柱螺柱(Bosses)降低縮痕的螺柱設(shè)計(jì)孔太淺孔太深圓角合適

7、圓角太大p螺柱螺柱(Bosses)長(zhǎng)螺孔的設(shè)計(jì)（螺柱長(zhǎng)度大于5倍其外徑）不正確正確正確正確抽芯太長(zhǎng)p收縮和變形（收縮和變形（Thrinkage & Warpage)窄筋無(wú)玻纖有玻纖窄筋寬筋不同的材料，不同的加強(qiáng)筋，其收縮變形的方向是不同的寬筋p收縮和變形（收縮和變形（Thrinkage & Warpage)易變形不易變形p筋筋(Ribs)一般原則：1.對(duì)于不考慮表面質(zhì)量的加強(qiáng)筋，筋的厚度(t)應(yīng)在75%85%的基體壁厚(T)。2.對(duì)于有表面質(zhì)量要求的加強(qiáng)筋，如果表面為毛面,筋的厚度(t)不應(yīng)超過(guò)基體壁厚(T)的50%。如果為光面，筋的厚度(t)應(yīng)控制在基體壁厚(T)的30%以下

8、。3.為保證加強(qiáng)筋起到加強(qiáng)作用，筋的高度至少是基體壁厚(T)的2.53倍。4.加強(qiáng)筋的最小拔模角度為0.5，一般1.5。5.加強(qiáng)筋的根部需要倒圓角，圓角至少R0.5,一般為筋厚度(t)的0.5倍。6.如果需要多條筋加強(qiáng)，筋之間的距離至少是基體壁厚(T)的2倍以上。最小最小最小0.5 最小p筋筋(Ribs)不同材質(zhì)加強(qiáng)筋厚度的設(shè)計(jì)參考（相對(duì)基體壁厚）材料最小的縮痕輕微縮痕PC50%（高亮表面40%）66%ABS40%60%PC+ABS50%66%PA30%40%PA增強(qiáng)33%50%PP30%40%PP增強(qiáng)33%50%p筋筋(Ribs)較好的設(shè)計(jì)理想的設(shè)計(jì)不合理的設(shè)計(jì)不不合理的設(shè)計(jì)改進(jìn)的設(shè)計(jì)改進(jìn)的

9、設(shè)計(jì)p筋筋(Ribs)不正確的設(shè)計(jì)正確的設(shè)計(jì)不正確的設(shè)計(jì)正確的設(shè)計(jì)料流軌跡該處排氣不好為了避免筋位出現(xiàn)排氣問(wèn)題，導(dǎo)致局部材料不足或燒焦現(xiàn)象，獨(dú)立的筋應(yīng)該做成三角形或帶倒角。p熔合縫熔合縫(Knit Lines/Weld Lines)熔合縫的產(chǎn)生主要與澆口的布置有關(guān)系。雖然這是模具工程師的問(wèn)題，但在與模具廠交流過(guò)程中，為了防止熔合縫導(dǎo)致的外觀及強(qiáng)度問(wèn)題，我們有必要對(duì)其提出要求。2 Gate熔合縫單澆口無(wú)熔合縫雙澆口產(chǎn)生熔合縫p熔合縫熔合縫(Knit Lines/Weld Lines)螺柱的熔合縫澆口位置熔合縫當(dāng)澆口位置的布置而可能產(chǎn)生熔合縫時(shí)，需要在該處增加一加強(qiáng)筋來(lái)增加強(qiáng)度。加強(qiáng)筋熔合縫最大的

10、問(wèn)題是導(dǎo)致零件強(qiáng)度下降，下表是兩種材料的比較。增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度(Mpa)熔合縫導(dǎo)致強(qiáng)度下降比例PA66無(wú)79773%PA6640%玻纖19910348%PP無(wú)373214%PP30玻纖692366%可見(jiàn)，熔合縫對(duì)于不同材料導(dǎo)致的強(qiáng)度下降也有很大不同。尤其是我們常用的加增強(qiáng)的材料，熔合縫會(huì)大大降低材料的強(qiáng)度。p熔合縫熔合縫(Knit Lines/Weld Lines)沉頭螺釘孔處的熔合縫會(huì)導(dǎo)致該處開(kāi)裂澆口位置澆口位置改成盤(pán)頭及向內(nèi)移動(dòng)孔位改進(jìn)設(shè)計(jì)p熔合縫熔合縫(Knit Lines/Weld Lines)p美工線美工線美工線的目的有兩個(gè)：1.在一個(gè)面上噴不同顏色的油漆時(shí)，需要設(shè)計(jì)一細(xì)槽來(lái)分色，因此也

11、叫分油線。另外一個(gè)零件表面要做不同皮紋的處理時(shí)，也需要美工線。2.在兩個(gè)機(jī)殼合縫時(shí)，為了保證合縫嚴(yán)密，一般也設(shè)計(jì)有美工線（如下圖），也叫美縫線。美工線0.8T0.2Tg30.10.65T止口筋止口筋gp美工線美工線美工線的設(shè)計(jì)：1.尺寸g的取值一般在0.21.0mm之間。工程師需根據(jù)不同的產(chǎn)品大小、機(jī)殼壁厚、模具精度、零件材料等來(lái)進(jìn)行取值。一般電動(dòng)工具可取0.30.5，園林工具0.50.8mm，大型產(chǎn)品可以取到1.0mm。2. 美工線的設(shè)計(jì)一定要做止口筋，否則容易導(dǎo)致錯(cuò)位p結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化加強(qiáng)筋對(duì)強(qiáng)度的影響X1.5X13.3X27X30Xp結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化流動(dòng)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)澆口澆口此結(jié)構(gòu)導(dǎo)致零件材質(zhì)不均勻改進(jìn)設(shè)計(jì)控制材料流動(dòng)p結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化六角嵌件容易使塑料開(kāi)裂改進(jìn)后的設(shè)計(jì)p標(biāo)記標(biāo)記塑料件重量大于25g或者面積大于200mm2，需要在塑料件上打上生產(chǎn)日期、材料及回收標(biāo)記。模具如