塑膠件設(shè)計(jì)指南

1、塑膠件設(shè)計(jì)指南（jinyongcai）一、塑膠1、塑膠的定義塑膠：主要由碳、氧、氫和氮及其他有機(jī)或無機(jī)元素所構(gòu)成，成品為固體，在制造過程中是熔融狀的液體，因此可以籍加熱使其熔化、加壓力使其流動(dòng)、冷卻使其固化，而形成各種形狀，此龐大而變化多端的材料族群稱為塑膠。2、塑膠的特征低強(qiáng)度與低韌性原料豐富，價(jià)格低廉成型容易，易加工成復(fù)雜形狀，可大批量生產(chǎn)重量輕，低密度（塑膠比重0.92，鋁2.7，鐵7.8）受外力作用時(shí)容易產(chǎn)生連續(xù)變形色彩鮮明，著色容易，適當(dāng)加入著色劑，可改變其色澤良好的絕緣性耐腐蝕性佳，耐水、耐油、耐酸、耐化學(xué)藥品，而且不生銹耐熱性差，大部份的塑料耐熱溫度約在150 以下不導(dǎo)電性、不導(dǎo)

2、熱性可以具有其他特殊性質(zhì)，例如透明性、彈性等 3、注射成型（Injection Molding）一個(gè)典型的注射成型機(jī)主要包括：模具系統(tǒng)、射出系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鎖門系統(tǒng)等5個(gè)單元。二、塑膠材料的選擇1、塑膠材料的分類1.1、通用塑料通用塑料：指綜合力學(xué)性能較低、不能作為結(jié)構(gòu)件，但成型性能好、價(jià)格便宜、用途廣、產(chǎn)量大的塑料。如：PE、PP、EEA、PVC用處：薄膜、管材、鞋材、盆子、桶、包裝材料等。1.2、普通工程塑料普通綜合塑料：指綜合力學(xué)性能中等、在工程方面用作非承載荷的材料。如：PS、HIPS、ABS、AAS、ACS、MBS、AS、PMMA用處：各種產(chǎn)品外殼和殼體類。1.3、結(jié)構(gòu)工程

3、塑料結(jié)構(gòu)工程塑料：指綜合力學(xué)性能較高、在工程方面用做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件、可以承受較高載荷的材料。如：PA、POM、NORYL、PC、PBT、PET用處：各種產(chǎn)品外殼1.4、耐高溫工程塑料耐高溫工程塑料：指在高溫條件下仍能保持較高力學(xué)性能的塑料，耐高溫和高剛性。如：PI、PPO、PPS、PSF、PAS、PAR用處：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件、油泵和氣泵蓋、電子電器儀表用高溫插座等。1.5、塑料合金塑料合金：指利用物理共混或化學(xué)接枝的方法而獲得的高性能、功能化、專用化的一類新材料。能改善或提高現(xiàn)有塑料的性能并降低成本。如：PC/ABS、PC/PBT、PC/PMMA用處：汽車、電子、精密儀器、辦公設(shè)備、包裝材料、建筑材

4、料等領(lǐng)域。1.6、熱塑性彈性體熱塑性彈性體（TPE）：指物理性能介于橡膠和塑料之間的一類高分子材料，它既具有橡膠的彈性，又具有塑料的易加工性。用處：汽車、電子、電氣、建筑、工程及日常生活用品等多方面，其使用的最終形態(tài)包括各種護(hù)套、管材、電線電纜、墊片、零配件、鞋件、密封條、輸送帶、涂料、油漆、粘合劑、熱熔膠、纖維。1.7、改性塑料改性塑料：指在塑料原料中添加各種添加劑、填充料和增強(qiáng)劑（如玻璃纖維、導(dǎo)電纖維、阻燃劑、抗沖擊劑、流動(dòng)劑、光穩(wěn)定劑等），使塑料具有高阻燃性、高機(jī)械強(qiáng)度、高沖擊性、耐高溫性、高耐磨性、導(dǎo)電性等性能，從而擴(kuò)大塑料的使用范圍。如：玻璃纖維增強(qiáng)塑料，簡稱玻璃鋼，是在原有塑料（如

5、PC、PP、PA、PET、PBT）的基礎(chǔ)上，加入玻璃纖維，復(fù)合而成的一種具有高強(qiáng)度、高性能的工程結(jié)構(gòu)塑料。用處：汽車、機(jī)械、電器、輪船、航空航天等領(lǐng)域，是替代傳統(tǒng)金屬材料的最好選擇。2、常用塑膠材料性能3、塑膠材料選擇原則3.1、塑膠件載荷情況表：典型的載荷條件及應(yīng)考慮的塑膠材料特性：載荷條件應(yīng)考慮的塑膠材料特性短期載荷應(yīng)力-應(yīng)變行為長期載荷潛變反復(fù)性載荷疲勞強(qiáng)度高速和沖擊性載荷抗沖擊強(qiáng)度極端溫度下的載荷熱應(yīng)力-應(yīng)變行為3.2、產(chǎn)品使用環(huán)境環(huán)境溫度：考慮使用環(huán)境的溫度、最高和最低使用溫度、長期工作溫度、倉儲(chǔ)溫度等。接觸介質(zhì)：如接觸溶劑和各種蒸汽的情況、與酸堿等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況、吸水情況、受紫

6、外線和環(huán)境氧化的影響、受砂和雨水的影響等。3.3、價(jià)格在滿足產(chǎn)品應(yīng)用的條件下，選取價(jià)格比較便宜的塑膠材料。成本：通用塑料（PVC PEPSPPPMMA）工程塑料（ABSPOMPCPA6PBTPA66 PET）高性能工程塑料（PPOPPSPSUPI）3.4、裝配要求考慮到零件通過什么方式裝配到產(chǎn)品之中，根據(jù)產(chǎn)品裝配需求選擇合適的材料。如：超聲波焊接，就得選考慮材料的焊接熔合性能。3.5、尺寸穩(wěn)定性有些塑膠材料尺寸穩(wěn)定性好，如：PC、ABS。有些塑膠材料尺寸穩(wěn)定性差，如：PA、PBT。3.6、外觀考慮零件是否有透明度、咬花、電鍍、表面粗糙度等要求。3.7、安全規(guī)范考慮產(chǎn)品是否需要滿足安全規(guī)范或認(rèn)證

7、的要求。如：阻燃、防火等級(jí)、3C認(rèn)證、FDA、USDA、UL等要求。三、設(shè)計(jì)指南1、零件壁厚1.1、零件壁厚必須適中壁厚太小：強(qiáng)度低；流動(dòng)阻力大，熔料難充滿。壁厚太大：零件產(chǎn)生縮水、氣孔和翹曲等質(zhì)量問題；零件冷卻時(shí)間增加，成型周期加長，零件生產(chǎn)效率低；零件用料增加，產(chǎn)品成本增加。表：常用塑膠材料零件的合適壁厚范圍（單位：mm）材料壁厚PEPPNylonPSASPMMAPVCPCABSPOM最小0.90.60.61.01.01.51.51.51.51.5最大4.03.53.04.04.05.05.05.04.55.01.2、盡量減小零件壁厚決定塑膠件壁厚的關(guān)鍵因素包括：零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否足夠。零

8、件成型時(shí)能否抵抗脫模力。能否抵抗裝配時(shí)的緊固力。有金屬埋入件時(shí)，埋入件周圍強(qiáng)度是否足夠。零件能否均勻分散所承受的沖擊力?？椎膹?qiáng)度是否足夠。在滿足以上要求的前提下，而且注射成型不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問題，塑膠件零件壁厚應(yīng)盡量做到最小。1.3、零件壁厚均勻最理想的零件壁厚分布是在零件的任意截面上零件壁厚均勻一致。不均勻的零件壁厚會(huì)引起零件不均勻的冷卻和收縮，從而造成零件表面縮水、內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、零件翹曲變形、尺寸精度很難保證等缺陷。一般來說，過渡區(qū)域的長度為厚度的3倍。2、避免尖角塑膠件的內(nèi)部和外部需要避免產(chǎn)生尖角。尖角阻礙塑膠件熔料的流動(dòng)，容易產(chǎn)生外觀缺陷；同時(shí)在尖角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低零件強(qiáng)度。使得零

9、件在承受載荷時(shí)失效。因此，在塑膠件的尖角處，應(yīng)當(dāng)添加圓角，使得零件光滑過渡。2.1、避免零件外部尖角當(dāng)然，避免零件外部尖角也不可一概而論。零件分型面處的圓角會(huì)造成模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加模具成本，影響外觀。在零件分型面處直角的設(shè)計(jì)較好。2.2、避免在塑膠熔料流動(dòng)方向上產(chǎn)生尖角 2.3、避免零件壁連接處產(chǎn)生尖角應(yīng)力集中是塑膠件失效的主要原因之一。應(yīng)力集中大多發(fā)生在零件尖角處。一般來說，零件截面連接處內(nèi)部圓角R為0.5t，外部圓角為1.5t。3、脫模斜度決定脫模斜度的因素：脫模斜度一般取12；收縮率較大的塑膠件脫模斜度較大；尺寸精度要求較高的特征處取較小脫模斜度；公模側(cè)脫模斜度小于母模側(cè)以利于脫模；壁厚

10、較厚時(shí)，成型收縮大，取較大脫模斜度；咬花面與復(fù)雜面取較大脫模斜度；玻纖增強(qiáng)塑料取較大脫模斜度；零件某些平面因?yàn)楣δ苄枰梢圆辉O(shè)置脫模斜度，但模具則需設(shè)計(jì)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；在零件功能和外觀等允許情況下，零件脫模斜度盡可能取大；脫模斜度的大小與方向不能影響零件的功能實(shí)現(xiàn)。4、加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)4.1、加強(qiáng)肋的厚度不應(yīng)該超過塑膠件壁厚的50%60%對(duì)于薄壁塑膠件（零件厚度小于1.5mm），加強(qiáng)肋的厚度可以超過表中比值，甚至等于零件壁厚。加強(qiáng)肋厚度越小，表面縮水程度越小。4.2、加強(qiáng)肋的高度不能超過塑膠件壁厚的3倍4.3、加強(qiáng)肋根部圓角為塑膠件壁厚的0.250.5倍4.4、加強(qiáng)肋的脫模斜度一

11、般為0.51.54.5、加強(qiáng)肋與加強(qiáng)肋之間的間隙至少為塑膠件壁厚的2倍4.6、加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)需要遵守均勻壁厚原則加強(qiáng)肋與加強(qiáng)肋連接處、加強(qiáng)肋與零件壁連接處添加圓角后，很容易造成零件壁厚局部過大。4.7、加強(qiáng)肋頂端增加斜角避免困氣4.8、加強(qiáng)肋方向與塑膠熔料流向一致5、支柱的設(shè)計(jì)參數(shù)：支柱的外徑為內(nèi)徑的2倍；支柱的厚度不超過零件壁厚的0.6倍；支柱的高度不超過零件厚度的5倍；支柱的根部圓角為零件壁厚的0.250.5倍；支柱根部厚度為零件壁厚的0.7倍支柱的脫模斜度，內(nèi)徑為0.25，外徑為0.5，支柱也可以不用脫模，在模具使用套筒來脫模，但模具費(fèi)用稍高。5.1、支柱與零件壁的連接通過加強(qiáng)肋把支柱與零件

12、壁連接成一個(gè)整體，增加支柱的強(qiáng)度，并使得塑膠熔料的流動(dòng)更加順暢。 5.2、單獨(dú)支柱四周添加加強(qiáng)肋當(dāng)支柱遠(yuǎn)離澆口時(shí)，在支柱上很容易產(chǎn)生熔接痕，熔接痕會(huì)降低支柱的強(qiáng)度。因此，需要在單獨(dú)的支柱周圍添加加強(qiáng)肋，增加支柱的強(qiáng)度，同時(shí)在加強(qiáng)肋與支柱連接處添加一定的圓角。5.3、支柱設(shè)計(jì)需要遵守均勻壁厚原則 6、孔的設(shè)計(jì)6.1、孔的深度尺寸推薦不通孔：直徑小于5mm時(shí)，孔的深度不應(yīng)該超過孔直徑的2倍。 直徑大于5mm時(shí)，孔的深度不超過孔直徑的3倍。通孔：通孔直徑小于5mm時(shí)，孔的深度不應(yīng)該超過孔直徑的4倍。 通孔直徑大于5mm時(shí)，孔的深度不超過孔直徑的6倍。階梯孔：如果孔太深情況。6.2、避免不通孔底部太薄

13、不通孔底部厚度至少應(yīng)當(dāng)大于不通孔直徑的0.2倍。如果底部太薄，則可以考慮使用如圖所示的方法增強(qiáng)不通孔的強(qiáng)度。 6.3、孔與孔的間距及孔與零件邊緣之間的距離孔與孔之間、距及孔與零件邊緣之間的距離，至少大于孔直徑或零件壁厚的1.5倍，即S1.5D。取二者的最大值。（有的資料中是不小于1倍，即S=D）如圖所示。6.4、零件上的孔盡可能遠(yuǎn)離守載荷部位塑膠零件常常因?yàn)檫^多的孔而造成強(qiáng)度降低，因此在零件受載荷部位應(yīng)盡量避免放置太多的孔。 6.5、在孔的邊緣增加凸緣以增加孔的強(qiáng)度對(duì)需要增加強(qiáng)度的長孔或槽也可以使用類似的設(shè)計(jì)。6.6、避免與零件脫模方向垂直的側(cè)孔孔的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量使得模具結(jié)構(gòu)簡單，在保證零件功能的

14、前提下，可以通過設(shè)計(jì)優(yōu)化來減少和避免側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的使用。6.7、長孔的設(shè)計(jì)避免阻礙塑膠熔料的流動(dòng)6.8、風(fēng)孔的設(shè)計(jì)一般情況下，風(fēng)孔為圓孔時(shí)模具型芯為圓柱形，加工容易，模具成本低。過多的風(fēng)孔會(huì)造成零件強(qiáng)度降低，可以通過增加加強(qiáng)肋或凸緣等方法增加風(fēng)孔處零件的強(qiáng)度。7、提高塑膠件強(qiáng)度的設(shè)計(jì)7.1、通過添加加強(qiáng)肋而不是增加壁厚來提高零件強(qiáng)度7.2、加強(qiáng)肋方向需要考慮載荷方向需要注意的是，加強(qiáng)肋只能加強(qiáng)塑膠件一個(gè)方向的強(qiáng)度。如果零件承受的載荷是多個(gè)方向的載荷或扭曲載荷，可以考慮添加X型加強(qiáng)肋或發(fā)散形加強(qiáng)肋來提高零件強(qiáng)度。7.3、多個(gè)加強(qiáng)肋常比單個(gè)較厚或較高的加強(qiáng)肋好 當(dāng)單個(gè)加強(qiáng)肋太高或太厚時(shí)，可以用兩個(gè)

15、較小的加強(qiáng)肋來替代。7.4、通過設(shè)計(jì)零件增強(qiáng)剖面形狀提高零件強(qiáng)度常見的零件增強(qiáng)剖面包括V形、鋸齒形和圓弧形，這種方法的缺點(diǎn)是零件不能提供一個(gè)平整的平面，在某些情況下不能使用。7.5、增加側(cè)壁和優(yōu)化側(cè)壁剖面形狀來提高零件強(qiáng)度7.6、避免零件應(yīng)力集中零件應(yīng)力集中常發(fā)生于零件尖角處、零件壁厚劇烈變化處、零件孔、槽及金屬鑲件處。7.7、合理設(shè)置澆口避免零件在熔接痕區(qū)域承受載荷零件熔接痕區(qū)域是零件強(qiáng)度最低的區(qū)域之一，是最容易發(fā)生失效的區(qū)域，因此必須合理設(shè)置澆口的位置和數(shù)量，以避免零件在熔接痕區(qū)域承受載荷。7.8、其它強(qiáng)度相關(guān)因素玻纖增強(qiáng)塑料常用來代替普通塑膠材料來提高塑膠件強(qiáng)度，需要注意的是玻纖增強(qiáng)塑膠

16、只在玻纖的方向上提高零件的強(qiáng)度；塑膠件承受壓縮載荷的能力比承受拉伸載荷的能力強(qiáng)；在承受拉伸載荷時(shí)，設(shè)計(jì)一致的零件剖面以均勻分散載荷。避免零件承受圓周載荷。零件承受圓周載荷時(shí)，例如金屬鑲件處，很容易發(fā)生破裂而失效；在承受沖擊載荷時(shí)，保持零件剖面的完整性，避免在沖擊載荷方向上零件剖面出現(xiàn)缺口和應(yīng)力集中。8、改善塑膠件外觀的設(shè)計(jì)8.1、選擇合適的塑膠材料8.2、避免零件外觀表面縮水通過設(shè)計(jì)掩蓋零件表面隨水，如：U形槽、零件表面斷差的設(shè)計(jì)、表面咬花等方式掩蓋塑膠件表面隨水?！盎鹕娇凇痹O(shè)計(jì)，但會(huì)在一定程度上降低支柱或加強(qiáng)肋的強(qiáng)度。合理設(shè)置澆口位置。零件上離澆口越遠(yuǎn)處，越容易產(chǎn)生表面縮水，澆口的位置應(yīng)使得

17、塑膠熔料從壁厚處流向壁薄處。8.3、避免零件變形零件發(fā)生變形的主要原因：零件在塑膠熔料流動(dòng)方向上和橫截面方向上不同的收縮比零件不均勻的冷卻零件壁厚不均勻零件集合特征不對(duì)稱8.4、外觀零件間美工溝的設(shè)計(jì)8.5、避免外觀零件表面出現(xiàn)熔接痕塑膠件表面咬花可以部分掩蓋熔接痕，但并不能完全掩蓋熔接痕；噴漆可以掩蓋熔接痕；合理設(shè)置澆口的位置和數(shù)量，避免在零件重要外觀表面產(chǎn)生熔接痕；保證模具通風(fēng)順暢。8.6、避免外觀零件表面出現(xiàn)斷差或毛邊模具公母模交匯處、型芯與型芯交匯處、型芯與公母模交匯處等很容易出現(xiàn)斷差或毛邊。應(yīng)避免把頂出結(jié)構(gòu)放置于零件的重要外觀面處，這也會(huì)產(chǎn)生毛邊，對(duì)透明塑膠件更應(yīng)該特別注意。9、降低

18、塑膠件成本的設(shè)計(jì)9.1、設(shè)計(jì)多功能的零件一個(gè)塑膠件往往可以替代兩個(gè)甚至多個(gè)傳統(tǒng)工藝方法加工的零件，而多個(gè)塑膠件在有些時(shí)候也可以合并成一個(gè)塑膠件以節(jié)省成本。9.2、降低零件材料成本降低零件厚度；通過添加加強(qiáng)肋而不是增加壁厚的方法提高零件強(qiáng)度；零件較厚的部分去除材料；9.3、簡化零件設(shè)計(jì)，降低模具成本零件中的每一個(gè)特征必須有存在的理由，否則，該特征是能夠去除的。9.4、避免零件嚴(yán)格的公差9.5、零件設(shè)計(jì)避免倒扣有些外側(cè)倒扣可以通過重新設(shè)計(jì)分型面來避免重新設(shè)計(jì)零件特征避免零件倒扣9.6、降低模具修改成本零件的可注塑性設(shè)計(jì)；減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改次數(shù)；避免添加材料的模具修改；9.7、使用卡扣代替螺釘?shù)裙潭ńY(jié)

19、構(gòu)塑膠件的固定方式包括卡扣、螺釘、熱熔和超聲波焊接等。9.8、其他零件外觀裝飾特征宜向外凸出，模具加工時(shí)為下凹，加工容易。零件上文字和符號(hào)宜向外凸出，模具加工時(shí)為下凹，加工容易。10、注射模具可行性設(shè)計(jì)10.1、卡扣等結(jié)構(gòu)應(yīng)為斜銷（或滑塊）預(yù)留足夠的退出空間一般斜頂預(yù)留7mm行程空間10.2、避免模具出現(xiàn)薄鐵以及強(qiáng)度太低的設(shè)計(jì)11、注射模具討論要點(diǎn)11.1、分型面的設(shè)計(jì)分型面是注射模具公模和母模的分界線，分型面的選擇一般需要注意以下幾點(diǎn)：不得位于外觀明顯位置而影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。盡量避免倒扣的產(chǎn)生，簡化模具結(jié)構(gòu)，降低模具成本。便于零件脫模，一般應(yīng)使得零件開模后零件留在公模側(cè)，因?yàn)樵诠?cè)設(shè)置脫模

20、機(jī)構(gòu)較容易。分型面應(yīng)有利于保證塑膠零件的某些尺寸精度要求。對(duì)于高度較大、脫模斜度較小的特征可以中間分模。位于模具加工和產(chǎn)品后加工容易處。方便零件的咬花和拋光。11.2、澆口的選擇11.3、頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)詳見114頁四、塑膠件的裝配方式塑膠件裝配方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：1、卡扣裝配1.1、卡扣的分類根據(jù)卡扣的形狀可以分為：直臂卡扣、L形卡扣、U形卡扣、圓周卡扣 根據(jù)卡扣是否可以拆卸分：可拆卸卡扣、不可拆卸卡扣根據(jù)卡扣的截面是否變化分為：直臂卡扣、錐型卡扣1.2、卡扣設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)卡扣的尺寸卡扣厚度t = 0.50.6T卡扣的根部圓角Rmin = 0.5t卡扣的高度H = 510t卡扣的裝配導(dǎo)入角= 25

21、35卡扣的拆卸角度：35用于不需外力的可拆卸的裝配；45用于需較小外力的可拆卸的裝配；8090用于需很大外力的不可拆卸的裝配；卡扣的頂端厚度Y t卡扣根部增加圓角避免應(yīng)力集中卡扣均勻分布使用定位柱輔助零件裝配和包裝裝配尺寸精度卡扣設(shè)計(jì)避免增加模具復(fù)雜度卡扣設(shè)計(jì)需要考慮模具修改的方便性2、機(jī)械緊固2.1、緊固件裝配避免使用過大的扭矩來進(jìn)行裝配避免使用較小頭型的螺栓（螺釘）避免使用平頭螺釘或平頭拉釘可以通過塑膠件的優(yōu)化設(shè)計(jì)來避免塑膠件承受較大的應(yīng)力2.2、自攻螺釘裝配次數(shù)一般裝配和拆卸次數(shù)一般不超過3次，可以使用自攻螺釘。自攻螺釘支柱的內(nèi)徑和外徑一般自攻螺釘支柱的內(nèi)徑為螺釘公稱直徑的0.8倍，外徑為公稱直徑的2倍。支柱的內(nèi)徑與塑膠材料