塑料件结构设计及材料选取.方案

第四讲
塑料件结构设计
0 塑料件结构设计要点
材料
壁厚
脱模斜度
加强筋
支柱/螺丝柱
止口
卡扣
其他
1 材料
ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）
–用途：玩具、机壳、日常用品、汽车 配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反 光镜盒）、家电外壳； –特性：坚硬、不易碎、可涂胶水，工 作温度-50~+70℃，可燃烧，损坏时可 能有利边出现。多数应用于玩具外壳或 不用受力的零件。
支柱靠近外壁的基本设计 支柱远离外壁的基本设计
Screw Æ Ø 2.0 mm Ø 2.3 mm Ø 2.6 mm Ø 3.0 mm Ø 3.5 mm
Ød Ø 1.7 mm Ø 1.9 mm Ø 2.3 mm Ø 2.6 mm Ø 3.0 mm
ØD Ø 4.3~4.4 mm Ø 4.7~4.8mm Ø 5.0 mm Ø 5.5 mm Ø 6.0 mm
3M螺丝
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止口
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止口
• 真止口 –用途: 生产装配时作较对之用，而且可作涂胶水之 用。
• 假止口 –用途: 在外形上可作遮丑之用。
• 半假止口 如平均料厚有2.0mm或以上时，因为凹槽太深的关系，所 以需要在止口的位置加多一层料，保持成品外形的美观。
双止口 用途:多用于一些需要有防水功能的成品上。而且，会以 超音波焊接法作装配，加强较对效用。
PS （聚苯乙烯） –用途：绝缘透明件、装饰件、化学仪器 、光学仪器；发泡PS（保丽龙），建筑隔 音、隔热层，冰箱保温层，一次性饭盒， 头盔缓冲层； –特性：绝缘性好，硬而脆，无色透明， 可染色，耐热。发泡PS无法回收；
PC（聚碳酸酯） –用途：车辆前后灯、仪表板、冰箱抽屉 、搅拌机、网线水晶插头、一次性医疗器 械； –特性：无色透明、无毒、可染色、抗冲 击、耐磨、耐腐蚀、抑制细菌、阻燃，耐 高温和耐低温（-60~120℃）； –应用：多数应用于透明零件，代替玻璃 。
因注塑件冷却收缩后多附在凸模上，为了使产品壁厚平均
及防止产品在开模后附在较热的凹模上，出模角对应于凹
模及凸模是应该相等的。不过，在特殊情况下若然要求产
品于开模后附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角尽
量减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。
出模角的大少是没有一定的准则，多数是依
照产品的深度来决定。
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。圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎0.2至
0.6之间，理想数值是在0.5左右。下图可供参考之用。
转角准则
壁厚设计
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脱模斜度
离出来而需要在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜的出模 角。否则如果产品垂直外壁并且与开模方向相同的话，模 具在塑料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也相信十分困难。另外如 果强行脱模的话，会在产品上留下顶拔痕。如果该产品在 设计的过程中已预留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。
•加强筯的布置 加强筋一般被放在塑料产品的非接触面，其伸展方向应 跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的 位置也受制于一些生产上的考虑，如塑料流动方向、收 缩方向及脱模方向等。
•加强筯的形状 加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外 壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部 份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话，末端部 份也不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结， 从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题，这些问 题经常发生在排气不足或封闭的位置上。
设计实作
案例01
设计总结
1、选材； 2、外形设计：采用复制几何和发布几何拆分壳体； 3、壁厚：根据材料和零件大小设定； 4、拔模斜度：每设计完一个特征，注意检查斜度； 5、止口：采用偏移工具，注意虚位配合；非活动 虚位（0.1），活动虚位（0.3） 6、支柱：采用拉伸工具，注意拉伸顺序，查尺寸 表； 7、加强筋：采用电火花加工出，两侧不需要设置 拔模斜度。 8、干涉检查
Kraton（热塑性丁苯橡胶） -用途：摩打垫，手工具把手 -特性： 柔软，有弹性，韧度高，延伸性强。 -设计上的应用：多数作为摩打垫，吸收摩打 震动，减低噪音。
2 壁厚
一般不宜小于0.6~0.9mm，常选取2~4mm。 ABS：一般最先选择的材料，壁厚通常为1, 1.2, 1.5, 2, 2.5, 3mm，视乎产品的 大小和功能而定。 PP：因为比较软，而且基于缩水的问题，所 以不能太厚，一般为1, 1.2, 1.5mm。 薄壁件壁厚0.6mm。 PVC：因为多用由于外形，多是实心，所以限 制不大。 PS：1.5~5.0mm。 PC： 1.0~4.0mm。 POM：一般为1, 1.2, 1.5, 2, 2.5, 3mm视乎 产品大小而定。
1、为防止缩水缺陷及保证加 强筋强度，加强筋的宽度一 般取壁厚的1/2～2/3； 2、加强筋应加脱模斜度，在 允许的情况下，斜度越大越 好； 3、为保证塑件基本平整，加 强筋的端面不应与塑件的支 撑面相平，应低于支撑面至 少0.5mm。 加强筋的缩水情况
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支柱/螺丝柱
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支柱/螺丝柱
• 支柱高度一般不要超过支柱直径的两倍半。
一般的出模角为0.5°-1.0°。 在深入或附有织纹的产品上，出模角的要求 是视乎织纹的深度而相应增加，一般为2°3°。 一般的晒纹版上已清楚例出可供作参考之用 的要求出模角。
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加强筋
加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部 份，它能增加产品的刚性和强度而无需大 幅增加产品切面面积。加强筋最有效的形 状如”工”字铁般，对一些经常受到压力、 扭力、弯曲的塑料产品尤其适用，但如” 工”字铁般形状有倒扣，难于脱模，一般 设计成『⊥』字形。此外，加强筋更可充 当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料 流入部件的支节部份很大的作用。
平面原则
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。壁厚的地方比旁边壁薄的地方冷却得比较
慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固后出现收缩痕。
更甚者导致产生收缩印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜
色不同或不同透明度。若壁厚的地方渐变成壁薄的是无
可避免的话，应尽量设计成塑料由壁厚的地方流向壁薄
支柱的出模角一般会以支柱顶 部的平面为中性面，而且角度 一般为0.5º~1.0º。如支柱的 高度超过15.0mm的时候，为加 强支柱的强度，可在支柱连上 些加强筋，作结构加强之用。
支柱套
跟据一般的安全规格标准，螺丝头必须收藏于不能触摸的 位置，所以高度必须有2.5mm或以上。由于加上支柱套后 会有锐边，所以在每一个支柱套上壳收螺丝的地方，必须 加上R1.0或以上的圆角。
POM 聚甲醛 –用途:机械零件、齿轮、家电外壳 –特性:耐磨、坚硬但脆弱，损坏时容易 有利边出现。 –应用:多数用于胶齿轮、滑轮、一些需 要传动，承受大扭力或应力的地方。
Nylon（尼龙，PA） –用途：齿轮、滑轮、纺织品 –特性：坚韧、吸水、耐磨、吸震、耐热， 但当水份完全挥发后会变得脆弱。 –应用：因为精准度比较难控制，所以大 多用于一些模数较大的齿轮
2 壁厚
基本设计原则 一般塑料件的厚度为2～3mm，如我们油烟机大面板壁 厚就是2～3mm，热塑性塑料最大设计壁厚为4mm。 壁厚的大小取决于： a 产品需要承受的外力； b 是否作为其他零件的支撑； c 承接柱位的数量； d 加强筯的多少； e 选用的塑料材料。 产品过厚从经济角度来看，不但增加物料成本，延长 生产周期冷却时间，增加生产成本。从产品设计角度 来看，增加导致产生空穴气孔的可能性，大大削弱产 品的刚性及强度，增加产品的缩痕。
的地方，不同平面过度要渐次的改变，并且在不小于壁
厚3:1的比例下。下图可供参考。
平面原则
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。冷却时间长的地通常会导致部件有缺
陷及应力集中，尖角的位置也常在电镀过程后引起不希望
PP（聚丙烯） –用途:玩具、日常用品、 包装胶袋、瓶子 –特性:有弹性、韧度强、 延伸性大、但不可涂胶水， 工作温度-30℃～140℃ 。 –应用:多数应用于一些因 要接受跌落测试而拆件的地 方。
PVC（聚氯乙烯） –用途:软喉管、硬喉管、软板、硬板、电 线、玩具 –特性:柔软、坚韧而有弹性，工作温度25℃～75℃ ；200 ℃ 易分解产生腐蚀、 刺激性气体。 –PVC电线、电缆在制造、使用及废弃处理 时，都会产生大量的二恶英、氯氢酸、铅 等有害物质。 –设计上的应用:多数用于玩具，或一些需 要避震或吸震的地方。