塑胶产品结构优化设计规范.docx

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塑胶产品结构优化设计规范

塑料产品设计规范

塑料制品设计特点﹕

塑料产品的设计与其它材料如钢,铜,铝,木材等的设计有些是类似的;但是,由于塑料材料组成的多样性,结构﹑形状的多变性,使得它比起其它材料有更理想的设计特性;特别是它的形状设计,材料选择,制造方法选择,更是其它大部分材料无可比拟的.因为其它的大部分材料,其设计者在外形或制造上,都受到相当的限制,有些材料只能利用弯曲﹑熔接等方式来成形.当然,塑料材料选择的多样性,也使得设计工作变得更为困难,如我们所知,目前已经有一万种以上的不同塑料被应用过,虽然其中只有数百种被广泛应用,但是,塑料材料的形成并不是由单一材料所构成,而由一群材料族所组合而成的,其中每一种材料又有其特性,这使得材料的选择,应用更为困难.

塑料制品设计原则﹕

1.依成品所要求的机能决定其形状﹐尺寸﹐外观﹐材料

2.设计的成品必须符合模塑原则﹐既模具制作容易﹐成形及后加工容易﹐但仍保持成品的机能

塑料制品设计程序:

为了确保所设计的产品能够合理而经济,在产品设计的初期,在外观设计者﹐机构工程师,制图员,模具制造者,成形厂以及材料供应厂之间的紧密合作是必须的,因为没有一个设计者,能够同时拥有如此广泛的知识和经验,而从不同的事业观点所获得的建议,将是使产品合理化的基本前提;除此之外,一个合理的设计考虑程序也是必须的;以下将就设计的一般程序作出说明:

1.确定产品的功能需求,外观.

在产品设计的初始阶段,设计者必须列出对该产品的目标使用条件和功能要求;然后根据实际的考虑,决定设计因子的范围,以避免在稍后的产品发展阶段造成可能的时间和费用的漏失.下表为产品设计的核对表,它将有助于确认各种的设计因子.

产品设计的核对表

一般数据:

1.产品的功能?

2.产品的组合操作方式?

3.产品的组合是否是可以靠着塑料的应用来简化?

4.在制造和组合上是否可能更为经济有效?

5.所需要的公差?

6.空间限制的考虑?

7.界定产品使用寿命?

8.产品重量的考虑?

9.有否承认的规格?

10.是否已经有相类似的应用存在?

结构考虑:

1.使用负载的状态?

2.使用负载的大小?

3.使用负载的期限?

4.变形的容许量?

环境:

1.使用在什么温度环境?

2.化学物品或溶剂的使用或接触?

3.温度环境?

4.在该种环境的使用期限?

外观:

1.外形

2.颜色

3.表面加工如咬花,喷漆等.

经济因素:

1.产品预估价格?

2.目前所设计产品的价格?

3.降低成本的可能性?

2.绘制预备性的设计图:

当产品的功能需求,外观被确定以后,设计者可以根据选定的塑料材料性质,开始绘制预备性的产品图,以作为先期估价,检讨以及原则模型的制作.

三.制作原型模型:

原型模型让设计者有机会看到所设计的产品的实体,并且实际的核对其工程设计.原型模型的制作一般有两种方式,第一种就是利用板状或棒状材料依图加工再接合成一完整的模型,这种方式制作的模型,经济快速,但是,缺点是量少,而且较难作结构测试;另一种方式,是利用暂用模具,可作少量生产,需花费较高的模具费用,而且所费的时间较长,但是,所制作的产品较类似于真正量产的产品（需要特殊模具机构的部分,可能成形后再以机械加工成形）,可做一般的工程测试,而且建立的模具,成形经验,将有助于产品针对实际模具制作,成形需要而作正确的修正或评估.

四.产品测试

每一个设计都必须在原型阶段,接受一些测试,以核对设计时的计算和假想和实体之间的差异.

产品在使用时所需要做的一些测试,大部分都可以籍着原型做有效的测试;此时,面对了所有设计的功能要求,并且能够达成一个完整的设计评估.

仿真使用测试通常在模型产品阶段就必须开始,这种型态的测试价值,取决于使用状态被模拟的程度而定.

机械和化学性质的加速化测速通常被视为模型产品评估的重要项目.

五.设计的再核对与修正

对设计的检讨将有助于回答一些根本的问题:

所设计的产品是否达到预期的效果?

价格是否合理?

甚至于在此时,许多产品为了生产的经济性或是为了重要的功能和外形的改变,必须被发掘并改善,当然,设计上的重大改变,可能需要做完整的重新评估;假若所有的设计都经过这种仔细检讨,则能够在这个阶建立产品的细节和规格.

六.制定重要规格

规格的目的在于消除生产时任何的偏差,以使产品符合外观,功能和经济的要求,规格上必须明确说明产品所必须符合的要求,它应该包括:

制造方法,尺寸公差,表面加工,分模面位置,毛边,变形,颜色以及测试规格等.

七.开模生产

当规格被谨慎而实际的订定之后,模具就可以开始被设计和制作,模具的设计必须谨慎并咨询专家的意思,因为不适当的模具设计和制造,将会使得生产费用提高,效率降低,并用可能造成质量的问题.

八.质量的控制

对照一个已知的标准,订定对生产产品的规律检测是良好的检测作法,而检测表应该列出所有应该被检查的项目,另外,相关人员,如品管者或设计者也应与成形厂联合订定一个质量管理的程序,以利于在生产的产品能够符合规格的要求.

产品设计细节确定:

一．分模线之选定

1.不得位于明显影响外观的位置

2.开模时不形成死角（undercut）的位置

3.位于模具易加工的位置

4.位于成品后加工容易的位置

5.位于不影响尺寸精度的位置（尺寸关系重要的部分尽量放在模具的同一边）

二．脱模斜度

脱模斜度是为了便于产品从模具中脱出而设置的。

脱模斜度一采用1~2度﹐最小不小于0.5度。

具体数值视成品形状﹐成形材料的类别﹐模具结构﹐表面精度﹐以及加工方等会有所不同。

在不影响产品质量的前提下﹐脱模斜度愈大愈好。

三．产品外形及肉厚

产品外形尽量采用流线外形﹐避免突然的变化﹐以免在成形时因塑料在此处流动不顺引起气泡等缺陷﹔并且此处模具易产生磨损。

决定肉厚的主要因素﹕

1.结构强度是否足够

2.能否抵脱模力

3.能否均匀分散所受的冲击力

4.有埋入件时﹐能否防止破裂﹐如产生熔合线是否会影响强度

5.成形孔部位的熔合线是否会影响强度

6.尽可能肉厚均匀﹐以防止产生缩水

7.棱角及肉厚较薄部分是否会阻碍材料流动﹐从而引起充填不足

肉厚不均对成形性的影响﹕

1.成形品之冷却时间取决于肉厚较厚的部分﹐使成形周期延长﹐生产性能降低

2.肉厚不均则成品冷却后收缩不均﹐造成缩水﹐产生内应力﹐变形﹐破裂等

我们经常用的材料有:

PC,ABS,PMMA等几种,它们的标准肉厚如下:

PC:

1.5-5.0ABS:

1.2-3.5PMMA:

1.5-5.0

四．加强与防止变形

方法﹕

1.转角部位加R

塑料产品的尖锐转角常常是造成产品破坏的最大因素.消除产品尖锐的转角,不但可以降低该处的应力集中,提高产品的结构强度,也可以使得塑料材料成形时有流线型的流路,以及成品更易于顶出.另外,从模具的观点,园角也是有益于模具加工和模具强度.

产品所有的内侧和外侧的周边转角园弧都必须尽可能的大,以消除应力集中;但是,太大的园弧可能造成缩水,特别是在肋或突柱根部转角园弧.原则上,最小的转角园弧为0.020到0.030inch.

综上所述,园角对于成形品的设计会有以下的一些优点:

（1）园角使得成形品提高强度以及降低应力.

（2）尖锐转角的消除,自动地降低了龟裂的可能性,就是提高对突然的震动或冲击的抵抗能力.

（3）塑料的流动状态将被重大的改善,园形的转角,使得塑料能够均匀,没有滞留现象以及较少应力的流入模穴内所有的断面,并且改善成形品断面的密度之均匀性.

（4）模具强度获得改善,以避免模具内尖锐的转角,造成应力集中,导致龟裂,特别是对于需要热处理或受力较高的部分,园弧转角更为重要.

园角加大,应力集中减少.

内圆角R<0.3T----应力剧增

内圆角R>0.8T----几乎无应力集中

2.增设加强肋

肋根部厚度约为（0.5~0.7）T

PC,PPO

T<0.6T

PA,PE

T<0.5T

PMMA,ABS

T<0.5T

PS

T<0.6T

肋间间距>4T

肋高L<3T

3.利用变化肉厚及形状

1）侧壁加强

既可防止变形﹐也可改善流动性

2）边缘加强

用变化的边缘形状来加强﹐防止变形

3）周边加强

较大的平面易发生翘曲变形﹐用周边凹凸或波浪形来防止变形

4）底部加强

箱形件底部﹐为加强及防变形常采用如下方法﹕

五．BOSS之设计

1.BOSS的长度一般不超过本身直径的两倍﹐否则必须加加强肋。

（长度太长时会引起气孔﹐烧焦﹐充填不足等）

2.BOSS的位置不能太接近转角或侧壁

3.BOSS的形状以圆形为主﹐设计在底部时取3个（其它形状则加工不易﹐且流动性也不好）

4.BOSS周围可用除去部分肉厚来防收缩下陷

六．孔及凹陷之设计

孔的形状和位置的选择,必须避免造成产品的脆弱性以及生产上的复杂性.

在成形孔的一般方法中,塑料被射出模穴,然后沿着心梢的周边流动而形成孔,因此,当塑料在心梢一端会合时,会形成接合线,这些接合线位置就成为成品本身的潜在脆弱性.

1.孔与孔之间距离为孔径2倍以上

2.孔与成品边缘之间距离为孔径3倍以上

3.孔与侧壁之间距离为孔径3/4倍以上

4.孔周边的肉厚宜加强（尤其针对有装配性﹐受力的孔）﹐切开的孔周边也宜加强

5.垂直于材料流动方向的盲孔﹐孔径在1.5mm以下时﹐孔深不得超过孔径的2倍（只有一端支撑的模仁梢比起两端都有支撑的模仁梢会高出48倍的变形量）

6.孔径不变的通孔不宜设计为两边对合成形﹐会产生偏心﹐可将任一边的孔径加大﹐或设计为不用对合成形的孔

孔的形状设计比较﹕

七．成形螺纹及辊纹设计

成形螺纹设计注意事项﹕

1.避免使用32牙/inch（螺距0.75mm）以下的螺纹﹐最大螺距可采用5mm

2.长螺纹会因收缩的关系使螺距失真﹐应避免使用﹐如结构需要时可采用自攻螺丝锁紧

3.螺纹公差小于成形材料收缩量时应避免使用

4.螺纹不得延长至成品末端﹐因如此产生的尖锐部会使模具及螺纹的端面崩裂﹑寿命降低﹐所以至少要留0.8mm的平坦部分

5.螺纹需有2~4度的拔模角

辊纹通常是平行于脱模方向的沟槽﹐辊纹间距通常为3.0mm,最小为1.5mm。

为防模具崩裂及使后加工容易﹐辊纹与分模面间至少留0.8mm的平坦部分。

八．埋入件设计

埋入件举例﹕

埋入件需注意点﹕

1.由于流动性的关系﹐会在埋入件的周围产生熔接痕﹔由于塑料与金属的收缩率不一样﹐成形后易产生开裂

2.使用埋入件成形时﹐会使周期延长

3.埋入件高出成形品少许﹐可避免在装配时被拉动而松脱

成形品设计要点改善:

（1）外观的改善:

A.原肋为表面形成收缩下陷之原因尽量减薄,肋原<=0.5-0.6T

B.光泽表面可施行一些如放电,喷砂,腐蚀加工等防止收缩下陷及保持表面无痕迹

C.尽可能地使分模面变得容易,可使模具加工容易及毛边,浇口切除容易

D.肉厚均一,可防收缩下陷

E.内部肉厚去除,使肉厚均一,防止收缩下陷

F.凸彀周围,除去部分肉厚,防止收缩下陷

G.凸彀之设置在同样强度下,可以多数以小凸彀代替,可防止收缩下陷

H.格子连接凸彀之场合,可防收缩下陷,并可使强度显著增加

（2）强度的改善

A.肉厚较薄之孔,把孔边肉厚增加及高度增高以补强

B.切离之孔周边肉厚宜增加

C.曲面的设置,可使强度增强

D.脱模时,心型销受收缩力,使成形品顶出时造成破裂,可设置凸彀承受顶出力量

E.角隅设R,可改善强度,防止应力集中,变形破裂

F.加设补强肋及角隅部设R,增强凸彀之强度

G.孔与孔之间距,孔与边缘之距离,应有适当之距离,可防止破裂之发生

（3）模具及成形品的改善

A.锐角薄内部分,易使材料充填不足

B.透明成形品,肩角部设充分之脱模斜度,顶出时不被刮痕,才不致于影响透明性

C.斜向凸彀,使模具构造变为复杂,改善凸彀方向的形状,使成直角向之分模

D.将侧面之孔癖开,可消除UNDERCUT而不用侧向心型

E.上下对合,可免除使用侧向心型,使模具构造简化

F.上对对合之孔,恐有偏心之处,宜将另一方孔扩大

G.外缘波纹之成形品,后加工不易（毛边去除,浇口切离）可改为边缘,使变为容易

H.手扭止滑部,凸形场合模具之切削加工容易

I.分模线为阶断形,模具制作困难,毛边修整不易,宜改为直线形式曲线形.

J.底部设置凸缘,可使分模线单纯,后加工容易

K.切削时左右对称形状加工容易,非对称者加工困难

L.车削加工比铣削加工速度快且廉价,成形品应尽量设计为圆形

M.成形品加饰,宜设计凸出,模具加工时为下凹,雕削容易

N.模具成形加工,在成形品之孔,一般以心型销来成形.所以在模具构造上,宜避免上部内厚过薄

O.薄内部位,易造成充填不足

P.成形品凸出文字,于模具加工时,反为凹入文字,雕削加工容易

Q.内部托架上开孔,模具成本增加,且易发生故障,可改在成形后,钻孔加工

R.深凹穴,应尽量为于成形品之同一侧（顶出,成形需要）

改变模具固定侧之心型形状,使减少与成形品之接触面积（有利脱模）

S.断面内厚较厚时,可改为补强肋,但内厚应与其它内厚均一

T.深入之补强肋,尽量使用最大之脱模斜度,以利脱模,波形面之谷底,宜避免锐角形成.锐角部会阻碍材料流动,使模具强度减弱,成形品产生应力集中.

其它:

a.成形品与组合件,组合时宜在任何一方角部设置间隙

b.埋入件螺纹部至成形品顶面留一平坦部避免成形时材料进入螺纹部

c.两件成形品熔接,给予t之间隙,使熔接毛边进入

d.螺纹埋入件制作成本高,成形时使成形周期延长,应尽量避免使用,成形品可预留攻丝用孔再与攻螺丝配合使用

e.埋入件高出成形品少件,固定时可避免被拉取而松脱

f.凸壳之预留攻丝用孔,前端,宜予倒角,以便于自攻螺丝导入

g.贯穿孔使模具加工变为困难,可预留钻孔定位孔,待成形后,再次加工.

h.心型销之分割面,位于埋入件之端面,埋入件受抵压,于成形时能确保固定

i.铰链成形品﹐宜设两段圆弧﹐使用效果更佳