材料工艺与结构

4. 圆角
设计塑料制品时，不能将制品设计成 具有尖锐的边角，应设计成圆角。
◆圆角可提高制品的成形性，有利于树脂流动。 ◆可增加制品的强度。
◆可消除应力集中现象。
一般来说圆角R不应小于0.5mm，R/T为0.6时对 应力集中现象的减少比较明显，超过这一点后即使再 增大R的值，也只能是少部分地减少应力集中现象。
要么产生装配质量问题，要么装配好后零
件之间存在应力。
2.设计中充分把握材料的特性
3.设计中的防错问题
防错法是指通过产品设计和制造过程的管控来
防止产品组装或使用时错误的发生。
① 零件仅具有唯一正确的装配位置。
②零件的防错特征越明显越好。
3. 夸大零件的不相似之处
4. 设计明显的防错标识
产品设计
材料工艺及结构
2012-11
概述
一切设备、生活用品等无不是材 料构成的，工业设计就是要依据对产
品功能和外观的需求选择适当的材料，
设计它们的结构与形式，确立它们的
组合方式等。
一、产品设计材料与工艺
（一）产品设计选材及成形原则
1. 使用性原则 主要考虑满足产品本身功能、性能，包括
材料的常规力学性能等。
2. 工艺性原则
在设计阶段考虑材料的可加工性可以
提高产品的经济性，减少能耗和制造过程
中不利副产品的产生。
3. 性价比原则
材料的价格性能比是制约设计选材的
一个重要因素，但在全生命周期中不能单
纯看价格，而应全面分析材料的使用效能。
4. 环保性原则
材料在使用过程中对环境的影响、废
弃后的可降解性等是全生命周期设计中必
a)为原始设计， b)~e)为改良的设计
2. 壁厚
通常，产品应具有均匀的壁厚，壁与壁的
连接处尽量用圆弧连接，避免壁厚的突然
巨变。
工程类壳体 2.5~3mm 日用品 1.5~2mm 薄壁类壳体 0.5~0.8mm
3. 脱模斜度
为使塑件顺利脱模并防止脱模时擦伤塑件，
其内外表面应具有合理的斜度。
斜度一般为高度的1/60~1/30
应 力
5. 加强肋
加强肋能有效增加制品的刚性与强度、节 省材料、减轻重量等。 为防止壳体外部出现 缩水，一般来说，肋的根 部厚度应为壁厚的 0.5~0.65倍。
必要时可通过设计掩盖表面缩水，如通
过U形槽、表面断差及表面滚花等方式。
6.螺纹柱及支柱的设计
◆避免柱体与侧壁或柱体之间距离太近。
◆注意壁厚均匀
1.卡扣设计 卡扣是塑胶件装配方式中最简单、最 快捷、成本最低的结构形式。
根据不同的场合 和使用条件，卡扣有 多种类型。
可拆卸式
不可拆卸式
直臂式
锥形式
卡扣设计的尺寸需保证卡扣有足够强度和弹性
t=（0.5~0.6）T
R ≧ 0.5t
H=(5~10)t α=25°~35 ° β=35 °很小外力可拆卸 β=45 ° 较小外力可拆卸 β=35 °~ 35 °很大外力不可拆 卸
注射成形是最重要的成形方法之一，工 程塑料产品中的约80%采用这种方法成形。
（2）挤出成形
挤出成形是在挤出机中通过加热、加压使物料 以流动状态连续通过挤出模成形的方法。
（3）吹塑成形 吹塑成形是将挤塑机挤出的熔融热塑性 树脂坯料夹入模具，然后向坯料内吹入空 气，在空气压力作用下，熔融的坯料膨胀 与模具结合， 冷却后开模 取出。
（三）材料的感觉特性
材料的感觉特性是一种心理感受，是人的感
觉器官对材料的综合印象。它对人的作用是直接
的，且影响很大。
材料感觉特性又被称为材料质感，它是工业
设计基本构成的三大感觉（形态感、色彩感、材
质感）要素之一。
材料质感按其本身的构成特性可分 为自然质感和人为质感。
◆自然质感是材料本身
固有的质感，它突出的
车身烤漆表现了 华丽和坚实
内部的柔软给人亲 切、舒适之感
◆ 主从原则
质感设计应注意重点、突出中心、主
从分明。若产品中用材主辅不分势必杂乱 无章，缺少层次，使产品造型呆板。 一般情况下，对产品的主体重要部位 如面板、商标、操纵键等，可运用良好视
觉感和触觉感的材料。
这款收音机主 体运用的是塑料， 显得十分轻巧，金 属的装饰做了特别 的电镀处理，显得 十分精致，又不至 于喧宾夺主。
2. 塑料分类
◆按热性能分
①热塑性塑料 ②热固性塑料 ◆按应用领域分 ①通用塑料 ②工程塑料 ③特种塑料 料 指产量大用途广，如聚乙烯 指力学性能好，如ABS 指具有特种功能，如导电塑 如聚乙烯、聚丙烯等 如环氧树脂等
3. 塑料的主要成形工艺
（1）注射成形
注射成形是将粉粒状塑料先在加热料筒中均 匀塑化，然后由柱塞或移动螺杆将粘流态塑料用较 高压力和速 度注入到预 先合模的模 具中，冷却 硬化成形。
◆避免孤零零的柱体。
7.嵌件
镶入嵌件的目的是为ห้องสมุดไป่ตู้增加制品的强调导电性等。
8. 分模线
凹凸模的结合线称为分模线，位于制品的外围。 ◆尽量设计在不明显的位置，以便隐藏分模线 痕迹。
◆尽量设计在最外侧的棱边上，以便清除飞边。
◆尽量设计形状简单的分模线，以便提高模具 闭合时的配合精度。
（二）结构性卡扣、止口及按键设计
三、设计中的其它问题
1.设计中的约束问题
空间任何一个物体共有6个自由度，如果零 件在6个自由度上均存在约束，称为完全约束； 在1个或1个以上的自由度上没有约束称为欠
约束；在1个自由度上有2个或2个以上的约束
称为过约束。
◆如果零件发生欠约束，安装好后，零件会 在欠约束的自由度方向上出现不该有的运 动，妨碍零件功能的实现。 ◆如果零件发生过约束，要么很难进行装配，
须考虑的因素。
5. 美学性原则
材料的美学属性包括：材料美的自然
属性、材料美的科技属性和材料美的社会
属性。
（二）材料分类
按物质结构分类材料可分为： 1. 金属材料；如钢、铁、铜、铝、等 2. 无机非金属材料；如石材、玻璃、石膏等 3. 有机材料；如木材、塑料、橡胶等
4. 复合材料；如玻璃纤维或碳纤维复合等
Y≦t
常见卡扣样例
①传统式
② 肋（筋）片式
③ 肋（筋）片式
2. 止口设计
止口为产品的基本形式，主要功
能为防止主壳体配合的分型面因组装 间隙二看到内部零件，并可有效克服
分型面外观段差问题。
a≥0.65T
0.5T≤b ≤T c ≥1.5mm
3.按键设计
①滑动式推键
②直压悬臂式按键
③弹簧式按键
二、产品设计与结构
产品通常都是由众多的零部件组成的，各
零件的形状、结构首先取决功能的需求，此 外还需考虑材料、加工工艺及使用方式等。 合理的零部件结构是产品优良品质的基础。 除去具体功能因素外，很多零部件的一些 基本结构是具有共通性的。
（一）塑料制品的结构工艺性
1. 形状
塑料制品的形状应易于成形，内外表 面尽可能不出现侧凹部分，尽量避免采用 复杂的分型与侧面抽芯。凸台设计应有利 于起模。
是一种天然的感觉，这
样的质感表面通常会使
人有亲近自然的感觉。
◆ 人为质感是人有目的地对材料表面进行技
术性和艺术性加
工处理，使其形成 自身非固有的表面 特征。
材料质感设计的形式美法则
◆配比原则 配比原则是指质感设计中整体与局部、 局部与局部之间的配比关系。其实质就是 和谐，主要通过调和与对比来实现。
◆ 适合原则
各种材质有明显的个性，在质感设计中应
考虑到材质的功能与价值是否与产品的功
能与价值相符。
(四) 塑料及成形工艺
自从1868年第一种塑料问世以来，塑料 已成为当今产品中利用率最高的材料。
1.
塑料的特性
⑴ 易成形、低成本 ⑵ 有一定强度、质量轻 ⑶ 耐蚀性稳定 ⑷ 透明性好、着色性强 ⑸ 绝缘性好、耐磨性高 ⑹ 减振消声、透光保湿