塑料件设计一般原则
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汽车塑料产品结 构设计的一般原则及精度
形状和结构的简化 壁厚均一
避免应力集中 加强刚度的设计
抗变形设计 注塑件的精度
一、 形状和结构的简化
产品形状和结构复杂
产品形状和结构简单
模具结构的复杂性
熔体充模也就越容易
增加模具制造的难度
质量就越有保证
产品性能不稳定性和经济成 本
理想的产品简洁化设计基本原则：
U 形注塑件由于熔体流动过程中热扩散 不均，引起直角方向上的收缩，因而会
产生如图（a）所示的翘曲变形。解决 这种现象的办法除设加强筋之外也可如
（b）所示，在直角部位开一小槽。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（二）抗热变形设计
• 温度对制件的影响与材料的耐热性直接有 关。
④圆锥体结构，相对圆柱体结构，这种结构 能承受很大的压缩载荷，弯曲稳定性好。
⑤双壁结构，有不少工艺可成型具有双壁结 构的制件，这种结构的制件有较高的刚性 、冲击韧性和抗弯能力。
五、抗变形设计
两种能引起制件 变形的情况
由制件的内应力 引起的翘曲变形
由热效应引起的 热变形。
（一）由内应力引起的制件变形
（2）加强筋的设计和运用
通过加强筋提高轴套扭转刚 性和弯曲刚性
容器沿口部位的设计起到了边缘增强 的作用，实质上这种突变的边缘可以 看作是加强筋的变异。
（3）嵌件的加强作用
• 在制件中设置金属嵌件，可以提高塑料制件局部 或整体的强度。
如汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、 带有金属嵌件的塑料齿轮等。
• 塑料件最通用料厚是2.5mm，大件适当增加，小件 减小，强烈建议通过增加翻边及加强筋的方式而 不是增加料厚来保证零件强度； PP塑料的壁厚范 围是0.6—3.5mm。
壁厚不均匀造成制 件翘曲变形
不均匀壁厚部位设置圆 孔，由于收缩不均匀， 难以成为正圆。
壁厚不均匀时常用处理办法
（1）厚薄交接处的平稳过渡，当制件厚度不 可避免需设计成不一致时，在厚薄交接处 应逐渐过渡，避免突变，厚度比例变化在 一合适的范围（一般不超过3：1）。
图中曲线表明，半径R 与壁厚T之比，即R/T 在 0.6 以后，曲线趋于平缓，由此可知，内圆角之 半径应至少为壁厚的一半，最好为壁厚的0.60.75。
四、加强刚度的设计
刚性不足 外载和自重 引起变形、翘曲、蠕变
加强刚度
材料
形状和结 构
几何形状的改变
加强筋
嵌件的加强作用
（1）几何形状的改变
• 薄壳状的平板制件，将其表面设计成波纹 形、瓦楞形、拱形、球形、抛物面，其刚 性比同样重量的平板要高得多
• 这种变形由制件内的内应力所导致。 • 通常不均匀的内应力分布是翘曲变形的主
要原因，而内应力的不均匀分布则可能是 加工条件（如温度、压力的不均匀分布， 收缩率的各向异性等）、材料组成（结晶 型材料的百年形倾向较大）、模具结构（ 特别是浇口设计）和制品形状共同作用的 结果。
防止变形的措施
• 前述的避免应力集中以及刚性设计的一些 措施，也都有助于防止或者降低制件的变 形。此外，设计时考虑防止产品变形，在 形状上进行规避。
①有利于成型 加工；
②节约原材料， 降低成本；
③简洁、美观；
简化设计的一些建议和提示
（1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几 何图形；
结 构 简 单 容 易 成 型
对 称 设 计
（2） 产品侧孔和侧壁内表面的凹凸形状成型 困难，需要在产品成型后进行二次加工， 设计时应避免。
设 计 改 进 避 免 侧 向 抽 芯
（3）厚壁部位减薄，使厚壁趋于一致，壁厚 差异大的制件可通过增设工艺孔、开槽或 设置加强筋的方式，使厚壁部位减薄，厚 薄趋于一致。
厚壁减薄
开槽
设置加强筋
三、避免应力集中
• 对制件上有孔洞、切口、拐角等几何不连续部位 施加一定的力，在这个部位的断面上将产生远比 给予的表观应力大得多的应力，这个现象称为应 力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比 为应力集中系数。
矩形的薄壁容器的侧壁容易发生内凹变 形，为此可将侧壁设计得稍微外凸一些
深度较浅的盒类制品，为避免翘曲变形， 可将其底边设计成倒角形状
因壁厚不同，壁厚处的塑料完全固化后， 会对先行固化的薄壁部位施以拉力，导 致制件出现变形
（a）采用均匀壁厚的办法；
（b）采用增加筋的高度的 办法。
采用加强筋来防止框形结构变形
（3） 尺寸设计要考虑成型的可能性，不同的 成型工艺对制件的尺寸设计，包括尺寸大 小，尺寸变化会有一定的限制。
二、壁厚均一的设计原则
• 在确定壁厚尺寸时，壁厚均一是一个重要原则。 该原则主要是从工艺角度以及由工艺导致的质量 方面的问题而提出来的。均匀的壁厚可使制件在 成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。壁薄 部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应 力，内应力会导致制件在短期之内或经过一个较 长时期之后发生翘曲变形。
（4）结构上的设计，在产品设计中，有几种 结构具有比较高的刚性/质量比。
① 蜂窝夹层结构：刚性的设计效果好，缺点 是工艺上比较复杂，成本和价格较高。
②结构泡沫：具有致密表皮层和呈微孔结构 的芯部，这种结构具有高的比强度，可应用 在受力结构中。
③口字形结构、T 形结构以及工字梁结构，与 矩形截面的实心结构比较，这种结构既能 节省材料，又不降低刚性。
壁厚过渡形式
（a）为阶梯式过 渡，应尽力避免；
（b）为锥形过渡， 比较好；
（c）是圆弧过渡， 应是最好的。
（2）将尖角改为圆角处理，两个壁厚相同的 壁面成直角的连接，破坏了壁厚均一的原 则。
转角处的最大厚度是壁厚的1.4倍，如果将内角处 理成圆角而外角仍是直角，则在转角处的最大厚 度（W）可增加到壁厚的1.6-1.7 倍。正确的设计 应是内外角均进行圆角处理，以确保壁厚均匀。 圆角处理还可避免应力集中，以及改善塑料成型 时熔体的流动性和成型性。
• 后果：塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料， 在应力作用下，这些部位会逐渐产生微细裂纹， 随后逐步扩展到大的裂纹，而裂纹的不断延伸终 将导致制件的损坏。
避免应力集中应作为一条基本的准则
• 避免应力集中最直接最有效的方法就是在 拐角、棱边、凹槽灯等轮廓过渡与厚薄交 接处采用圆弧过渡。
根据不同的壁厚和圆角半径对应的应力集中系数, 得出应力集中系数与半径R 与壁厚T之比的关系
形状和结构的简化 壁厚均一
避免应力集中 加强刚度的设计
抗变形设计 注塑件的精度
一、 形状和结构的简化
产品形状和结构复杂
产品形状和结构简单
模具结构的复杂性
熔体充模也就越容易
增加模具制造的难度
质量就越有保证
产品性能不稳定性和经济成 本
理想的产品简洁化设计基本原则：
U 形注塑件由于熔体流动过程中热扩散 不均，引起直角方向上的收缩，因而会
产生如图（a）所示的翘曲变形。解决 这种现象的办法除设加强筋之外也可如
（b）所示，在直角部位开一小槽。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（二）抗热变形设计
• 温度对制件的影响与材料的耐热性直接有 关。
④圆锥体结构，相对圆柱体结构，这种结构 能承受很大的压缩载荷，弯曲稳定性好。
⑤双壁结构，有不少工艺可成型具有双壁结 构的制件，这种结构的制件有较高的刚性 、冲击韧性和抗弯能力。
五、抗变形设计
两种能引起制件 变形的情况
由制件的内应力 引起的翘曲变形
由热效应引起的 热变形。
（一）由内应力引起的制件变形
（2）加强筋的设计和运用
通过加强筋提高轴套扭转刚 性和弯曲刚性
容器沿口部位的设计起到了边缘增强 的作用，实质上这种突变的边缘可以 看作是加强筋的变异。
（3）嵌件的加强作用
• 在制件中设置金属嵌件，可以提高塑料制件局部 或整体的强度。
如汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、 带有金属嵌件的塑料齿轮等。
• 塑料件最通用料厚是2.5mm，大件适当增加，小件 减小，强烈建议通过增加翻边及加强筋的方式而 不是增加料厚来保证零件强度； PP塑料的壁厚范 围是0.6—3.5mm。
壁厚不均匀造成制 件翘曲变形
不均匀壁厚部位设置圆 孔，由于收缩不均匀， 难以成为正圆。
壁厚不均匀时常用处理办法
（1）厚薄交接处的平稳过渡，当制件厚度不 可避免需设计成不一致时，在厚薄交接处 应逐渐过渡，避免突变，厚度比例变化在 一合适的范围（一般不超过3：1）。
图中曲线表明，半径R 与壁厚T之比，即R/T 在 0.6 以后，曲线趋于平缓，由此可知，内圆角之 半径应至少为壁厚的一半，最好为壁厚的0.60.75。
四、加强刚度的设计
刚性不足 外载和自重 引起变形、翘曲、蠕变
加强刚度
材料
形状和结 构
几何形状的改变
加强筋
嵌件的加强作用
（1）几何形状的改变
• 薄壳状的平板制件，将其表面设计成波纹 形、瓦楞形、拱形、球形、抛物面，其刚 性比同样重量的平板要高得多
• 这种变形由制件内的内应力所导致。 • 通常不均匀的内应力分布是翘曲变形的主
要原因，而内应力的不均匀分布则可能是 加工条件（如温度、压力的不均匀分布， 收缩率的各向异性等）、材料组成（结晶 型材料的百年形倾向较大）、模具结构（ 特别是浇口设计）和制品形状共同作用的 结果。
防止变形的措施
• 前述的避免应力集中以及刚性设计的一些 措施，也都有助于防止或者降低制件的变 形。此外，设计时考虑防止产品变形，在 形状上进行规避。
①有利于成型 加工；
②节约原材料， 降低成本；
③简洁、美观；
简化设计的一些建议和提示
（1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几 何图形；
结 构 简 单 容 易 成 型
对 称 设 计
（2） 产品侧孔和侧壁内表面的凹凸形状成型 困难，需要在产品成型后进行二次加工， 设计时应避免。
设 计 改 进 避 免 侧 向 抽 芯
（3）厚壁部位减薄，使厚壁趋于一致，壁厚 差异大的制件可通过增设工艺孔、开槽或 设置加强筋的方式，使厚壁部位减薄，厚 薄趋于一致。
厚壁减薄
开槽
设置加强筋
三、避免应力集中
• 对制件上有孔洞、切口、拐角等几何不连续部位 施加一定的力，在这个部位的断面上将产生远比 给予的表观应力大得多的应力，这个现象称为应 力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比 为应力集中系数。
矩形的薄壁容器的侧壁容易发生内凹变 形，为此可将侧壁设计得稍微外凸一些
深度较浅的盒类制品，为避免翘曲变形， 可将其底边设计成倒角形状
因壁厚不同，壁厚处的塑料完全固化后， 会对先行固化的薄壁部位施以拉力，导 致制件出现变形
（a）采用均匀壁厚的办法；
（b）采用增加筋的高度的 办法。
采用加强筋来防止框形结构变形
（3） 尺寸设计要考虑成型的可能性，不同的 成型工艺对制件的尺寸设计，包括尺寸大 小，尺寸变化会有一定的限制。
二、壁厚均一的设计原则
• 在确定壁厚尺寸时，壁厚均一是一个重要原则。 该原则主要是从工艺角度以及由工艺导致的质量 方面的问题而提出来的。均匀的壁厚可使制件在 成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。壁薄 部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应 力，内应力会导致制件在短期之内或经过一个较 长时期之后发生翘曲变形。
（4）结构上的设计，在产品设计中，有几种 结构具有比较高的刚性/质量比。
① 蜂窝夹层结构：刚性的设计效果好，缺点 是工艺上比较复杂，成本和价格较高。
②结构泡沫：具有致密表皮层和呈微孔结构 的芯部，这种结构具有高的比强度，可应用 在受力结构中。
③口字形结构、T 形结构以及工字梁结构，与 矩形截面的实心结构比较，这种结构既能 节省材料，又不降低刚性。
壁厚过渡形式
（a）为阶梯式过 渡，应尽力避免；
（b）为锥形过渡， 比较好；
（c）是圆弧过渡， 应是最好的。
（2）将尖角改为圆角处理，两个壁厚相同的 壁面成直角的连接，破坏了壁厚均一的原 则。
转角处的最大厚度是壁厚的1.4倍，如果将内角处 理成圆角而外角仍是直角，则在转角处的最大厚 度（W）可增加到壁厚的1.6-1.7 倍。正确的设计 应是内外角均进行圆角处理，以确保壁厚均匀。 圆角处理还可避免应力集中，以及改善塑料成型 时熔体的流动性和成型性。
• 后果：塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料， 在应力作用下，这些部位会逐渐产生微细裂纹， 随后逐步扩展到大的裂纹，而裂纹的不断延伸终 将导致制件的损坏。
避免应力集中应作为一条基本的准则
• 避免应力集中最直接最有效的方法就是在 拐角、棱边、凹槽灯等轮廓过渡与厚薄交 接处采用圆弧过渡。
根据不同的壁厚和圆角半径对应的应力集中系数, 得出应力集中系数与半径R 与壁厚T之比的关系