注塑产品结构设计准则分解

(2) 成型后嵌入 成型后嵌入是将入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有
热式和冷式，唯原理都是利用塑胶的热可塑特性。热式是将入件预先在嵌 前加热至该塑胶部ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ融化的温度，然後迅速的将入件压入部件上特别预留 的孔中冷却后成型。冷式一般是使用超声波焊接方法把入件压入。用超声 波的方法所得到的结果比较一致和美观，而预热压入在工艺上要控制得好 才有好的效果。否则出现入件歪斜、位置不正、塑料包含不均匀等现象形 成坏品。正常情形下入件是在塑胶成品平面对齐或有些微的在平面之上以 减少塑胶内的应力。
加强筋
• ABS
减少在主要的部件表面上 出现缩水情形，筋的厚度应 不可是相交的胶料厚度的 50%以上，无表面要求时筋 厚度可最多到70% 。筋的高 度不应高於胶料厚的三倍。 当超过两条筋条的时侯，筋 条之间的距离应不小塑件厚 度的两倍。出模角应使脱模 容易。
加强筋
• PA
单独的筋条高度不应是筋条底部厚度的三倍或以上。在 任何一条筋条的背面，都应该设置一些小筋条或凹槽，因筋 条在冷却时会在背面造成凹痕，用那些小筋条和凹槽可以作 装饰用途而消除缩水的缺陷。
一般的筋条厚度是取决于塑料流程和壁厚。若很 多筋条应用于加强作用，薄的筋条是比厚的要好。
扣位
• 操作原理
扣位提供了一种方便快捷且经济 的产品装配方法，因为扣位的组合部 份在生产成品的时候同时成型，装配 时无须配合其他如螺丝、介子等紧锁 配件，只要需组合的两边扣位互相配 合扣上即可。
扣位的设计虽有多种几何形状， 但其操作原理大致相同：当两件零件 扣上时，其中一件零件的勾形伸出部 份被相接零件的凸缘部份推开，直至 凸缘部份完结为止；藉着塑胶的弹性， 勾形伸出部份即时复位，其后面的凹 槽亦即时被相接零件的凸缘部份嵌入， 此倒扣位置立时形成互相扣着的状态， 如图所示：
洞孔
在塑件上开孔使其和其它部件相接合或增加产品功能 上的组合是常用的手法，洞孔的大小及位置应尽量不会对 产品的强度构成影响或增加生产的复杂性，下图是穿孔的 类别
洞孔
• 穿孔
从装配的角度来看，穿孔的应用远较盲孔为多，而且较 盲孔容易生产。从模具设计的角度来看，穿孔的设计在结构 上亦较为优胜，因为用来穿孔成型的芯针的两端均可受到支 撑。穿孔的做法可以是靠芯针两端同时固定在模具上、或两 边芯针相接而各有一端固定在模具上。一般来说，第一种方 法被认为是较好的；应用第二种方法时，两条芯针的直径应 稍有不同以避免因为两条芯针轴心稍有偏差而引致产品孔尺 寸达不到要求。还可通过漏空而缩短小芯针的长度，如下图 所示：
扣位
• 种类
以功能区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。 以形状区分，可分为环型扣、单边扣、球形扣等
球形扣
• 弱点
扣位
扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份：勾形伸出部份 及凸缘部份经多次重复使用后容易产生变形，甚至出现断裂 的现象，断裂后的扣位很难修补，这情况较常出现于脆性或 掺入纤维的塑料材料上。因为扣位与产品同时成型，所以扣 位的损坏亦即产品的损坏。补救的办法是将扣位装置设计成 多个扣位同时共用，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏 而不能运作，从而增加其使用寿命。
扣位装置的另一弱点是扣位相关尺寸的公差要求十分严 谨，倒扣位置过多容易形成扣位损坏；相反，倒扣位置过少 则装配位置难以控制或组合部份出现过松的现象。
入件
• 基本设计守则
塑胶内的入件通常作为紧固件或支撑部份。此外，当 产品在设计上考虑便于返修、易于更换或重复使用等要求 时，入件是常用的一种装配方式。但无论是作为功能或装 饰用途，入件的使用应尽量减少，因使用入件需要额外的 工序配合，增加生产成本。入件通常是金属材料，其中以 铜为主。
• 尺寸影响
加强筋底部的宽度须较相连外壁的产品厚度为小。下图a中加强筋尺 寸的设计虽然已按合理的比例，但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一 圆圈R1时，图中可见此部份相对外壁的厚度增加大约50%，因此，此部份 出现缩水纹的机会相当大。如果将加强筋底部的宽度相对产品厚度减少一 半，如b图所示，相对位置厚度的增幅即减至大约20%，缩水纹出现的机 会亦大为减少。当使用多条加强筋时，加强筋之间的距离必须较相接外壁 的厚度大。加强筋一般是细而长。过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空 穴、变形挠曲等问题，亦会加长生产周期，增加生产成本。
加强筋一般被放在塑件的非接触面，其伸展方向跟随产品最大应力和 最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受模腔充填、缩水及脱模等影响。 其长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，也占据产品部份的长 度，以局部增加产品的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话，末端部 份不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，以减少困气、填充 不满及烧焦痕等现象。如下图：
洞孔
• 洞孔的边缘设计
洞孔的边缘应预 留最少0.2mm的直身 位，设计一个完整的 倒角或圆角于孔边在 经济上或实践上都是 不设实际的，可参考 右图。
加强筋
• 基本设计守则
加强筋在塑件上是不可或缺的功能部份。加强筋能有效地增加产品的 刚性和强度，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。此 外，加强筋还可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入塑件的支 节部份很大的作用。
壁厚
• 转角准则
壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要，以免冷却时间 不一致。冷却时间长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变 形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常会导致部件有缺陷及应力 集中，尖角的位置亦常在电镀过程后引起不希望的物料聚积。 集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提 供了这种缺点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流 动的塑料流得更畅顺和成品脱模时更容易。下图可供参考之用。
壁厚
• 壁厚限制
不同的塑料材 料有不同的流动性。 胶位过厚的地方会 有收缩现象，胶位 过薄的地方塑料不 易流过。右表是一 些建议的胶料厚度 可供参考。
壁厚
其实大部份厚胶的设计可 从使用加强筋及改变横切面形 状取代。除了可减省物料以致 减省生产成本外，取缔后的设 计更可保留和原来设计相若的 刚性、强度及功用。右图的金 属齿轮如改成使用塑胶材料， 更改后的设计理应如图一般。 此塑胶齿轮设计相对原来金属 的设计不但减省材料，消除因 厚薄不均引致的内应力增加及 齿冠部份收缩引致整体齿轮变 形的情况发生。
支柱
• 基本设计守则
支柱是用以装配产品、隔开物件及支撑承托其他零件。空心支柱可以用来嵌入 件、收紧螺丝等。这些均要有足够强度支持压力而不致于破裂。支柱尽量不要单独 使用，应与连接至外壁的加强筋一同使用，以加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。 过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气，所以支柱高度尽量不超过支柱直径的两倍 半。远离外壁的支柱，可使用三角加强筋。
最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一 的厚度，但为满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可 避免的。在此情形，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应 尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同 和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。
壁厚
•平面准则
在大部份热融过程操作，包括 挤压和固化成型，均一的壁厚是非 常的重要的。厚胶的地方比旁边薄 胶的地方冷却得慢，并且在相接的 地方，表面在凝固后出现收缩痕。 更甚者引致产生缩水印、热内应力、 部份歪曲、颜色不同或不同透明度。 若厚胶的地方变成薄胶的是无可避 免的话，应尽量设计成渐次的改变， 并且在不超过壁厚3:1的比例下。 右图可供参考。
洞孔
• 盲孔
盲孔是靠模具上的芯针形成，而芯针的设计只能单边 支撑在模具上，因此很容易被溶融的塑料使其弯曲变形， 形成盲孔出现椭圆的形状，所以芯针的长度不能过长。 一般来说，盲孔的深度只限于直径的两倍。要是盲孔的 直径只有或小于1.5mm，盲孔的深度更不应大于直径的 尺寸。
可采用多级孔增加芯针刚性
盲孔的设计要点
加强筋
• 基本尺寸图
截面尺寸
边缘尺寸
加强筋
• 注意点
加强筋的设计与塑料材料有关。材料的熔胶粘度和缩水率 对加强筋设计的影响非常大。加强筋的高度是受制于熔胶的流 动及脱模顶出，较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶粘度、较 低的摩擦系数、较高的缩水率。另外，增加长的加强筋的出模 角一般有助产品顶出，不过，当出模角不断增加而底部的阔度 维持不变时，产品的刚性、强度，与及可顶出的面积即随着减 少。从生产的角度考虑，使用大量短而窄的加强筋较使用数个 深而阔的加强筋优胜。设计时加强筋的阔度或深度和数量应尽 量留有余量，当试模时发觉产品的刚性及强度不足时可适当增 加，因为在模具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢 料的方法来得简单方便。
洞孔
• 侧孔
侧孔往往增加模具上的困难，当侧孔的方向与开模的方向不一致时， 一般是使用活动侧模或油压抽芯。因模具的结构较为复杂，模具的制造成 本比教高，此外，生产时间亦因模具必须抽芯才可脱模而相应增加。
侧孔若使用抽芯必会使模具的结构复杂及增加成本，如塑件设计允许， 可从增加侧孔壁位的角度，或以两级的孔取代原来的侧孔，从而使模具上 可以能过插配而得到侧孔。如下图所示：
入件的设计必须使其稳固地嵌入塑胶内，避免旋转或 拉出。入件的设计亦不应附有尖角或封利的边缘，因为尖 角或封利的边缘使塑胶件出现应力集中的情况。
• 成型方式
入件
(1) 同步成型嵌入 同步成型嵌入是在部件成型前将入件放入模具之中，在合模成型时塑
料会将入件包围起来同时成型。若要使塑料把入件包合得好，必先预热后 才放入模具。这样可减低塑料的内应力和收缩现象。
注塑件冷却收缩后多附在凸模上，为了使产品壁厚均衡 及防止产品在开模后附在定模上，出模角根据分模时定动模 位置放置，以保证塑件分模后留在动模部分。若塑件需要将 凹模放置与动模，则需减小凹模的出模角或刻意在凹模加上 适量的倒扣位。出模角的大小是没有一定的准则，多数是凭 经验和依照产品的深度及形状来决定。
出模角
• 基本设计准则
塑件设计时通常为了能够轻易的使产品由模具内脱出而 需要在内外侧各设有出模角，若产品无出模角，则模具在注 塑成型后需要很大的开模力才能打开，而且，在模具开启后， 产品脱离模具的过程亦十分困难。要是该产品在产品设计的 过程上留有出模角及所有接触产品的模具零件在加工过程当 中经过高度抛光的话，脱模就变成轻而易举的事情。因此， 出模角的考虑在产品设计的过程是不可或缺的。
加强筋
• 形状
加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的 表面上，不过为了满足一些生产上或结构上的考虑，加强 筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底 部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力集过份中的现 象，圆角的设计亦使模腔充填更为流畅，加强筋的形状及 尺寸须要改变成如下图所示：
加强筋
注塑产品结构设计准则
• 壁厚 • 出模角 • 洞孔 • 加强筋 • 扣位 • 入件 • 支柱
目录
壁厚
• 基本设计守则
壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其他 零件的支撑、承接柱位的数量、伸出部份的多少以及选用的 塑料材料而定。一般的热塑性塑料壁厚设计应以4mm为限。 从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产 周期（增加冷却时间），增加生产成本。从产品设计角度来 看，过厚的产品增加气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及 强度。
加强筋
• PBT
厚的筋条尽量避免以免 产生气泡，缩水纹和应力集 中。在壁厚于3.2mm以下筋 条厚度不应超过壁厚的60%。 在壁厚超过3.2mm的筋条不 应超过40%。筋条高度应不 超过壁厚的3倍。筋条与胶壁 两边的地方以一个0.5mm的 R来相连接，使塑料流动畅 顺和减低内应力。
加强筋
• PC
出模角
• 不同材料的设计要点
ABS 一般应用边0.5°至1°就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同， 出模角可接近至零。有纹路的侧面需每深0.025mm（0.001 in）增加 1°出模角。正确的出模角可向蚀纹供应商取得。 PBT、PA 若部件表面光洁度好，需要0.5°的最小的脱模角。经蚀纹处理过的表 面，每增加0.03mm（0.001 in）深度就需要加大1°脱模角。 PC 脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方都要有的，包括上模和下模 的地方。一般光滑的表面1.5°至2°已很足够，然而有蚀纹的表面是 要求额外的脱模角，以每深0.25mm（0.001 in）增加1°脱模角。 PET 塑胶成品的肋骨，支柱边壁、流道壁等，如其脱模角能够达到0.5°就 已经足够。