产品结构设计工程师必备之结构篇

结构篇

塑料的外观要求：产品表面应平整、饱满、光滑，过渡自然，不得有碰、划伤以及缩孔等缺陷。产品厚度应均匀一致，无翘曲变形、飞边、毛刺、缺料、水丝、流痕、熔接痕及其它影响性能的注塑缺陷。毛边、浇口应全部清除、修整。产品色泽应均匀一致，表面无明显色差。颜色为本色的制件应与原材料颜色基本一致，且均匀；

•需配颜色的制件应符合色板要求。

•上、下壳外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面

•壳）。可接受面刮<0.15mm,可接受底刮<0.1mm。所以在无法保证零段差时，尽量

•使产品：面壳>底壳。

•一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，

•一般选0.5%，底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选0.4%。

结构设计的一般原则：力求使制品结构简单，易于成型；壁厚均匀；保证强度和刚度；根据所要求的功能决定其形状尺寸外观及材料，当制品外观要求较高时，应先通过外观造型在设计内部结构。

尽量将制品设计成回转体或对称形状，这种形状结构工艺性好，能承受较大的力，模具设计时易保证温度平衡，制品不以产生翘曲等变形。应考虑塑料的流动性，收缩性及其他特性，在满足使用要求的前提下制件的所有转角尽可能设计成圆角或用圆弧过渡。

塑料件设计要点

开模方向和分型线

每个塑料产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯机构和消除分型线对外观的影响；

开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。

脱模斜度

脱模斜度的要点

脱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来决定。此外，成型的方式，壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来讲，对模塑产品的任何一个侧壁，都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中取出。脱模斜度的大小可在0.2°至数度间变化，视周围条件而定，一般以0.5°至1°间比较理想。具体选择脱模斜度时应注意以下几点:

a. 取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图样，斜度由扩大方向取得，外形以大端为准，符合图样，斜度由缩小方向取得。如下图1-1。

b. 凡塑件精度要求高的，应选用较小的脱模斜度。

c. 凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度。

d. 塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。

e. 塑件壁厚较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。

f. 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。

g. 透明件脱模斜度应加大，以免引起划伤。一般情况下，PS料脱模斜度应大于3°，ABS及PC料脱模斜度应大于2°。

h. 带革纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应加3°~5°的脱模斜度，视具体的咬花深度而定，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。咬花深度越深，脱模斜度应越大.推荐值为1°+H/0.0254°(H为咬花深度）.如121的纹路脱模斜度一般取3°，122的纹路脱模斜度一般取5°。

i. 插穿面斜度一般为1°~3°。

j. 外壳面脱模斜度大于等于3°。

k. 除外壳面外，壳体其余特征的脱模斜度以1°为标准脱模斜度。特别的也可以按照下面的原则来取:低于3mm高的加强筋的脱模斜度取0.5°，3~5mm取1°，其余取1.5°；低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5°，3~5mm取1°，其余取1.5°

外形及壁厚

一般不宜小于0.6~0.9mm，常选取2~4mm。

a. 壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内，整个部件的最小壁厚不得小于0.4mm，且该处背面不是A级外观面，并要求面积不得大于100mm²。

b. 在厚度方向上的壳体的厚度尽量在1.2~1.4mm，侧面厚度在1.5~1.7mm；外镜片支承面厚度0.8mm，内镜片支承面厚度最小0.6mm。

c. 电池盖壁厚取0.8~1.0mm。

d. 塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。

塑料的成型工艺及使用要求对塑件的壁厚都有重要的限制。塑件的壁厚过大，不仅会因用料过多而增加成本，且也给工艺带来一定的困难，如延长成型时间（硬化时间或冷却时间）。对提高生产效率不利，容易产生汽泡，缩孔，凹陷；塑件壁厚过小，则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力就大，尤其是形状复杂或大型塑件，成型困难，同时因为壁厚过薄，塑件强度也差。塑件在保证壁厚的情况下，还要使壁厚均匀，否则在成型冷却过程中会造成收缩不均，不仅造成出现气泡，凹陷和翘曲现象，同时在塑件内部存在较大的内应力。设计塑件时要求壁厚与薄壁交界处避免有锐角，过渡要缓和，厚度应沿着塑料流动的方向逐渐减小。

决定壁厚的主要因素：

结构强度和刚度是否足够；脱模时能够经受推出

机构的推出力而不变形；能否均匀分散所受的

冲击力；有嵌入件时能否防止破裂；成型空的部

位的熔合线是否会影响强度；能承受装配时的

紧固力；棱角及壁厚较薄的部分是否会阻碍材料

流动从而引起填充不足。

壁厚太小，熔融塑料在模具型腔中的流动阻力较

大，难填充，强度刚度差；壁厚太大，内部容易生气泡，外部易生收缩凹陷，且冷却时间长。

通常壁厚小于1mm时称为薄壁。

薄壁制品要用高压高速来注塑，其热量很快被模具镶件带走，有时无需冷却水冷却。

圆角的设计

塑料制品的尖锐转角既不安全，有对成型不利，在尖角处模具容易产生应力开裂。

消除塑料制品尖角的转角，不但可以降低该处的应力集中，提高塑料制品的结构强度，也可以使得塑料材料成型时有流线型的流路，以及成品更易于顶

出。另外，从模具的角度去看，圆角也是有益于模具加工和模具强度。

塑料制品的所有内外侧的周边转角圆弧都尽可能的大，以消除应力集中。但是太大的圆弧肯可能造成收缩，特别是在加强筋或突柱根部的转角圆弧。原则上，最小的圆弧转角为0.5~0.8mm。

圆角一般取0.5～1.5倍壁厚；

圆角大小宜取：R=1.5T r=05T T—壁厚 R—大圆弧 r—小圆弧

若R/T<0.3,则易产生应力集中，若R/T>0.8,则不会。

加强筋

加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。应避免筋的集中，否则引起表面缩印。

作用：在不增加壁厚的情况下，加强塑料制品的强度和刚度，避免塑料制品翘曲变形；

合理布置加强筋还可以改善充模流动性，减少塑料制品内应力，避免气孔缩孔和凹陷等缺陷；在装配中用于装配或固定其他零件。

根筋倒角：R=T/8 倒角可以改善溶胶流动性，避免制品产生应力开裂。但倒角太大制品背面也会产生收缩凹痕。

加强筋的厚度一般为壁厚的1/3 ～ 1/2；筋与筋之间的距离大于4倍壁厚；筋的高度小于3倍壁厚；加强筋的脱模角度一般0.5~2.0度。

为了增加塑件的强度和刚性，宁可增加加强筋的数量，而不增加其壁厚。

塑料制品表面有蚀纹或结构复杂的应加大脱模角，最大可达到2度，这是因为形状复杂的制品脱模阻力大，拔模太小易产生拉花现象；

加强筋尽量对称分布，避免塑件局部应力集中；

加强筋交叉处易产生过厚胶位，导致反面产生收缩凹痕，应注意在此减料。

凸起设计

作用：减少配合接触面积，不至于因制品变形而造成装配困难，同时也使模具制作和修改更加方便。凸起飞高度一般为0.4mm当凸起或骨位引起内部收缩，表面出现凹陷时，可在凹陷位增设花纹等造型。

孔的设计

孔包括圆孔异型孔和螺纹孔，而任何一种孔又包括通孔台阶孔和盲孔。

孔的形状和位置的选择，必须以避免造成塑料制品在强度上的减弱以及生产上的复杂化为原则。

a. 孔与孔之间的距离，一般应取孔径的2倍以上。

b. 孔与塑件边缘之间的距离，一般应取孔径的3倍以上，如因塑件设计的限制或作为固定用孔，则可在孔的边缘用凸台来加强。

c. 侧孔的设计应避免有薄壁的断面，否则会产生尖角，有伤手和易缺料的现象。