塑料产品结构设计应注意事项

塑料产品结构设计注意事项1、塑料产品开发的结构设计原则、结构设计要合理：装配间隙合理，所有插入式的结构均应预留间隙；保证有足够的强度和刚度(安规测试)，并适当设计合理的安全系数。、塑件的结构设计应综合考虑模具的可制造性，尽量简化模具的制造。、塑件的结构要考虑其可塑性，即零件注塑生产效率要高，尽量降低注塑的报废率。、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)。、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构，所谓模块化设计。、能通用/公用的，尽量使用已有的零件，不新开模具。、兼顾成本。2、材料的选取、ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性的部件），如内部支撑架（键板支架、LCD支架）等。还有就是普遍用在电镀的部件上（如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-757、PA-777D等 。、PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧性的制件，如框架、壳体等。常用材料代号：拜尔T85、T65。、PC：高强度，价格贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。常用材料代号如：帝人L1250Y、PC2405、PC2605。、POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等，常用材料代号如：M90-44。、PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。受冲击力较大的关键齿轮，需添加填充物。材料代号如：CM3003G-30。、PMMA有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5%。机械强度较高，有一定的耐寒性、耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质较脆，常用于有一定强度要求的透明结构件，如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如：三菱VH001。3、结构中常见的问题注意点3.1、塑料零件的脱模斜度：参 照 图材料名称型腔(a1)型芯(a2)聚酰胺(普通)20402540聚酰胺(增强)20502040聚乙烯25452045聚甲醛35130301聚氯醚25452045聚碳酸酯3513050聚苯乙烯35130301有机玻璃35130301ABS塑料40120301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。一般来说，对模塑产品的任何一个侧面，都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中顺利脱出。脱模斜度的大小一般以0.51居多。具体选择脱模斜度注意以下几点：、塑件表面是光面的，尺寸精度要求高的，收缩率小的，应选用较小的脱模斜度，如0.5。、较高、较大的尺寸，根据实际计算取较小的脱模斜度。、塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。、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。、透明件脱模斜度应加大，以免引起划伤。一般情况下，PS料脱模斜度应不少于2.53，ABS及PC料脱模斜度应不小于1.52。 、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取25的脱模斜度，视具体的皮纹深度而定。皮纹深度越深，脱模斜度应越大。、结构设计成对插时，插穿面斜度一般为13。、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。、一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。、外壳面脱模斜度大于等于3。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0.5，35mm取1，其余取1.5；低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5，35mm取1，其余取1.5。3.2、塑件壁厚确定以及壁厚处理合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求：包括零件的强度、质量成本、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求，一般壁厚都有经验值，参考类似即可确定，其中注意点如下：、塑件壁厚应尽量均匀，避免太薄、太厚及壁厚突变，若塑件要求必须有壁厚变化，应采用渐变或圆弧过渡，否则会因引起收缩不均匀使塑件变形、影响塑件强度、影响注塑时流动性等成型工艺问题。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100mm。、塑件壁厚一般在15mm范围内。而最常用的数值为23mm。、尽量不要将加强筋和螺钉柱设计的太厚，一般建议取本体壁厚的一半较保险，否则容易引起缩影等外观问题。、尽量不要将零件设计成单独的平板，尺寸很小另论，否则变形导致零件不平整。、塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位mm)工程塑料最小壁厚小型制品壁厚中型制品壁厚大型制品壁厚尼龙(PA)0.450.761.502.403.20聚乙烯(PE)0.601.251.602.403.20聚苯乙烯(PS)0.751.251.603.205.40改性聚苯乙烯0.751.251.603.25.4有机玻璃(PMMA) (372)0.801.502.204.006.50聚丙烯(PP)0.851.451.752.403.20聚碳酸酯(PC)0.951.802.303.004.50聚甲醛(POM)0.81.401.602.403.20聚砜(PSU)0.951.802.303.004.50ABS0.801.502.202.403.20PC+ABS0.751.502.202.403.20聚氯乙烯(硬)1.151.601.803.25.8聚氯乙烯(软)0.851.251.502.43.2聚酰胺0.450.751.502.43.2聚苯醚1.201.752.503.56.4聚砜0.951.802.303.04.5氯化聚醚0.901.351.802.53.4醋酸纤维素0.701.251.903.24.8乙基纤维素0.901.251.602.43.2丙烯酸类0.700.902.403.06.03.3、塑件加强为了确保塑件的强度和刚性，而又不致使塑件的壁厚过厚，可以在塑件的适当部位设置加强筋。加强筋还可以避免塑件的变形，在某些情况下，加强筋还可以改善塑件成型过程中塑料流动的情况。、加强筋的厚度不应大于壁厚的1/2，以免引起塑件表面缩影；同时从成型流动性考虑，最小不宜低于0.8mm。、在必须采用较大的加强筋时，在容易形成缩痕的部位可以设计成纹理，来遮盖缩痕。、加强筋应加脱模斜度，筋应标注大端尺寸（但是考虑加工工艺，3D图上可不做出，模具加工时EDM加工会自然产生斜度，高精度零件另论）、除特殊要求外，加强筋应尽可能矮，加强筋的高不要超过（34）T（T为零件厚度）小技巧：把表面制成拱形和波形也是增加强度和刚性的方法之一。、加强筋厚度与塑件壁厚的关系当（A-B）/B1008时，就不会缩水3.3.1、转角部位加R在塑件设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件强度，改善塑件的流动情况及便于脱模，在塑件的各面或内部连接处，应采用圆弧过度。另外，塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度，也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时，塑件的各转角处均应有半径不小于0.51mm的圆角。允许的情况下，圆角应尽量大。对于内外表面的拐角处，外圆角应为内圆角加壁厚，可减少内应力，并能保证壁厚均匀一致。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，圆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；但太大圆弧可能造成缩水，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0.30.8mm。综上所述，园角对于成形品的设计会有以下的一些优点：、圆角使得成形品提高强度以及降低应力。、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。、塑料的流动状态将被重大的改善，圆形的转角，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。、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，圆弧转角更为重要。圆角加大，应力集中减少。内圆角R0.8T-几乎无应力集中。3.3.2、增设加强肋肋根部厚度约为0.40.6TPC,PPOT0.6TPA,PET0.5TPMMA,ABST0.5TPST4T 肋高L362.02.53.06102.53.03.8103.84.35.0、孔的尺寸关系(最小值)参 照 图孔径d孔深与孔径比h/d边距尺寸盲孔的最小厚度h1当b20.3mm时,采用h23b2制件边孔制件中孔b 1b 222.03.00.51.01.0232.33.50.51.251.0342.53.80.81.51.2463.04.81.02.01.5683.45.01.22.32.08103.85.51.52.82.510144.66.52.23.83.014185.07.02.54.03.01830-4.04.04.030-5.05.05.03.6、嵌件设计在嵌件的设计过程中应注意以下几点：、嵌件周围塑料层厚度不宜太薄，否则会因收缩而破裂。、嵌件各尖角部位应倒圆角，这样可减少内应力。、嵌件在塑件中应固定牢固，可采用开槽、加凸台，或滚花结构。、在设计中应考虑嵌件在模具中便于安装，正确和牢固定位，成型时有利于塑料流动，模具制造方便。注塑成型时，塑件会收缩，金属件不会收缩，所以嵌件周围会产生内应力，过大则塑件开裂，解决办法，其一是塑件包围嵌件的尺寸不要太薄，其次，选择弹性较好，收缩率较小的塑胶材料，比如ABS，PC等，而脆性材料则不适合嵌件，比如PS。、埋入件举例：圆形埋入件之设计板状埋入件之设计3.7、外观要求及材料、收缩率、分型面：、在产品开发设计，作为开发工程师应该了解：、产品使用的材料、外观光洁度要求，如镜面、皮纹、喷砂、亚光、喷漆等，以及需处理的范围。、还需与客户以及模具厂沟通确定以下：、分型面的位置、滑块抽芯允许的分型线位置，允许设浇口的位置、哪些地方不允许有顶出痕迹、若塑件上需塑出文字、符号等标识，应落实文字、符号的大小、深度、位置等。、对塑件成型后难以避免的缺陷如：融接痕、微量收缩等应向客户提出，征得客户的认可。并尽量采取措施减轻缺陷。、修饰特征如logo，塑件上刻字等,宜设计先沉下然后凸起，模具加工时为下凹，加工容易实现。常用塑料及收缩率如下表：（含添加剂及其他特殊要求的材料视具体牌号及客户要求定）序号塑料名称密度收缩率（100）推荐值（100）1PP（聚丙烯）0.951.02.51.52ABS1.050.40.70.53PC（聚碳酸酯）1.20.50.70.54PE（聚乙烯）0.910.961.54.05POM（聚甲醛）1.4223.56PMMA（亚克力）1.20.40.70.57PA66(尼龙66)1.150.61.58PS（聚苯乙烯）1.050.50.80.5、其他见下图：、分型面尽量不要有台阶，可以改为斜面，便于修边以及模具加工，也便于精度实现；分型面能平面不要斜面，能斜面不要曲面等等。、螺钉柱防止缩影可以加火山口，如下示意：3.8、强制脱模的结构设计要点尺寸允许如下，且强脱的地方全部做成斜面和R角过渡，不能尖角。弹性塑料强制脱模的最大尺寸（脱模时的模温70）内侧向凹凸（B-A）/B100外侧向凹凸（C-B）/C100高密度聚乙烯：6； PA66：9；ABS、POM：53.9、3D结构设计完成后，工程师自检以及开模前与模具厂需要检讨的、自检：零件有没有未完全约束的情况；零件是否有干涉(结构设计时经常干涉分析)，配合的间隙是否合理；所有的设计数据是否可以在装配模式下再生成功(结构设计时经常再生分析)。、自检：产品厚度是否分布均匀（多做剖视图检查）。、自检：产品是否有拔模，或存在倒勾（拔模检测，做剖视图检查）。、模具厂讨论：产品分模线的具体位置，是否可以接受，对外观的影响程度。、模具厂讨论：模具的进料方式，进料点以及所产生的结合线是否接受。、模具厂讨论：斜顶、滑块的位置是否足够，产生的分型线是否被接受。、模具厂讨论：其它特殊要求，比如模具的材质和寿命，产品表面的要求，咬花面的规格等等。3.10、止口的设计、止口的作用、壳体内部空间与外界的导通不会很直接，能有效地阻隔灰尘/静电等的进入。、上下壳体的定位及限位。、壳体止口的设计需要注意的事项。、嵌合面应有35的脱模斜度，端部设计倒角或圆角，以利于装配。、上壳与下壳圆角的止口配合，应使配合内角的R角偏大，以增加圆角之间的间隙，预防圆角处相互干涉。、止口方向设计，应将侧壁强度大的一端的止口设计在里边，以抵抗外力。、止口尺寸的设计，位于外边的止口的凸边厚度为0.8mm；位于里边的止口的凸边厚度为0.5mm；B1=0.0750.10mm；B2=0.20mm。、美工线设计尺寸：0.500.50mm。是否采用美工线，可以根据设计要求进行。、面壳与底壳断差的要求。装配后在止口位，如面壳大于底壳，称之为面刮；底壳大于面壳，则称之为底刮。可接受的面刮0.15mm，可接受的底刮0.10mm，无论如何制作，段差均会存在，只是段差大小的问题，尽量使产品装配后面壳大于底壳，且缩小面壳与底壳的段差。3.11、卡扣的设计、卡扣设计的关键点、数量与位置：设在转角处的扣位应尽量靠近转角；、结构形式与正反扣：要考虑组装、拆卸的方便，考虑模具的制作；、卡扣处应注意防止缩水与熔接痕；、朝壳体内部方向的卡扣，斜销运动空间不小于5mm；、常见卡扣设计、通常上盖设置跑滑块的卡钩，下盖设置跑斜顶的卡钩；因为上盖的筋条比下盖多，而且上盖的壁常比下盖深，为避免斜顶无空间脱出。、卡钩离角位不可太远（小于25），否则角位会翘缝、卡扣间不可间距太远（一般最大为100），否则易开缝。3.12、装饰件的设计、装饰件的设计注意事项、装饰件尺寸较大时（大于400mm)，壳体四周与装饰件配合的粘胶位宽度要求大于2mm。在进行装饰件装配时，要用治具压装饰片，压力大于3kgf，保压时间大于5秒钟。、外表面的装饰件尺寸较大时（大于400mm)，可以采用铝、塑胶壳喷涂、不锈钢等工艺，不允许采用电铸工艺。因为电铸工艺只适用于面积较小、花纹较细的外观件。面积太大无法达到好的平面度，且耐磨性能很差。、电镀装饰件设计时，如果与内部的主板或电子器件距离小于10mm，塑胶壳体装配凹槽尽量无通孔，否则ESD非常难通过。如果装饰件必须采用卡扣式，即壳体必须有通孔，则卡位不能电镀，且扣位要用屏蔽胶膜盖住。、如果装饰件在主机的两侧面，装饰件内部的面壳与底壳筋位深度方向设计成直接接触，不能靠装饰件来保证装配的强度。、电镀装饰件设计时需考虑是否有ESD风险。、对于直径小于5.0mm的电镀装饰件，一般设计成双面胶粘接或后面装入的方式，不要设计成卡扣。、电镀塑胶件的设计。、电镀件的厚度按照理想的条件会控制在0.02mm左右，但是在实际的生产中，可能最多会有0.08mm的厚度，所以对电镀件装配设计时需要关注。镀覆层厚度单位为m，一般标识镀层厚度的下限，必要时，可以标注镀层厚度范围。、如果有盲孔的设计，盲孔的深度最好不超过孔径的一半，且不要对孔的底部的色泽作要求、要采用适合的壁厚防止变形，最好在1.5mm以上4mm以下，如果需要作的很薄的话，要在相应的位置作加强的结构来保证电镀的变形在可控的范围内。、塑件表面质量一定要非常好，电镀无法掩盖注射的一些缺陷，而且通常会使得这些缺陷更明显。、基材最好采用ABS材料，ABS电镀后覆膜的附着力较好，同时价格也比较低廉。3.13、按键的设计、按键大小及相对距离要求。从实际操作情况分析，结合人体工程学知识，在操作按键中心时，不能引起相邻按键的联动，那么相邻按键中心的距离需作如下考虑：、竖排分离按键中，两相邻按键中心的距离a9.0mm。、横排成行按键中，两相邻按键中心的距离b13.0mm。、为方便操作，常用的功能按键的最小尺寸为:3.03.0mm。、按键与基体的设计间隙。、按钮裙边尺寸C0.75mm，按钮与轻触开关间隙为B=0.2mm；、水晶按钮与基体的配合间隙单边为A=0.1-0.15mm；、喷油按钮与基体的配合间隙单边为A=0.2-0.25mm、千秋钮（跷跷板按钮）的摆动方向间隙为0.25-0.3mm，需根据按钮的大小进行实际模拟；非摆动方向的设计配合间隙为A=0.2-0.25mm；、橡胶油比普通油厚0.15mm，需在喷普通油的设计间隙上单边加0.15mm，如喷橡胶油按键与基体的间隙为0.3-0.4mm；、表面电镀按钮与基体的配合间隙单边为A=0.15-0.2mm；、按钮凸出面板的高度：普通按钮凸出面板的高度为1.2-1.4mm，一般取1.4mm；表面弧度比较大的按钮，按钮最低点与面板的高度一般为0.8-1.2mm。3.14、旋钮的设计、两旋钮之间的距离8.0mm。、旋钮(Knob)与对应装配件的设计间隙。、旋钮与对应装配件的设计配合单边间隙为A0.50mm；、电镀旋钮与对应装配件的设计配合单边间隙为A0.50mm；、橡胶油比普通油厚0.15 mm，需在喷普通油的设计间隙上单边增加0.15 mm。、旋钮凸出面板基体或装饰件最高点的高度为9.50B8.00mm。3.15、镜片的设计、镜片的通用材料、PMMA：镜片常用PMMA材料。透光性好91%，表面硬度高，耐候性好，不易氧化、开裂。表面硬度未经过硬化也可以达到H以上，通过表面硬化处理后可达到3H以上。、PC：PC的透光率在88%以上，镜片韧性好，耐冲击。但其表面硬度低，注塑完后表面硬度一般为4B左右，经过硬化处理后，硬度也仅为HB左右。镜片在使用过程中易被划伤。、镜片与面壳的设计间隙、镜片与前壳配合间隙为0.1mm。、贴双面胶的区域需留间隙为0.1mm。4、成形品设计要点改善、外观的改善：A、原肋为表面形成收缩下陷之原因，应尽量减薄，肋根部厚=0.4-0.6T，顶部0.8mm。不可 可B、对产品光泽表面可对模具施行如放电。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、加强肋之设置：在同样强度下，可以多数以小凸肋代替单一肋条，可防止收缩下陷。G、格子连接加强肋之场合，可防外形收缩下陷，并可使强度显着增加。、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、角隅设R，可改善强度，防止应力集中，变形破裂。E、角隅设R，增强塑件轮廓之强度。（不好） （好） （良）角隅圆角设计F. 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。、模具及成形品的改善A、锐角薄肉部分，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，使其成垂直方向的分模。D、将侧面之孔避开，可消除倒扣而不用侧向抽芯机构。E、上下靠破，可免除使用侧向抽芯机构，使模具构造简化。F、孔用靠破时，模具加工或成型后孔会偏心，设计时宜将靠破单边留0.2段差。G、手扭止滑部，凸形场合模具之切削加工容易。H、分模线为阶梯形，模具制作困难，毛边修整不易，宜改为直线形式曲线形。I、底部设置凸缘，可使分模线单纯，后加工容易。J、切削时左右对称形状加工容易，非对称者加工困难。K、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。L、模具成形加工，在成形品之孔，一般以型芯销来成形。所以在模具构造上，宜避免上部内厚过薄。M、薄肉部位有尖角，同时易造成充填不足。N、成形品文字应凸出，于模具加工时，反为凹入文字，雕削加工容易，或先凹陷后凸起。O、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。P、深凹穴，应尽量为于成形品之同一侧(顶出，成形需要)。S、改变模具固定侧之型芯形状，使母模仁减少与成形品之接触面积(有利脱模)。T、断面肉厚较厚时，可改为补强肋，但肉厚应与其它肉厚均一。W、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。5、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、螺纹嵌件埋入至成品螺丝柱顶面留一段0.5mm距离，避免成形时塑料进入螺纹内部。c、两件成形品超声波熔接方式有很多形式，设计时要慎重选用。如下图:A：导能点高度；P：塑料厚度；r：熔接表面区域；e：交面之间隙以防外凸；HORN：电极臂 熔接前 熔接后 凹凸槽型之设计 阶梯形一般设计 汽车后灯反光片导熔点之设计阶梯形水、气密之设计 适用于反光器之导熔点接面以角度之导熔点设计，以便渐进之熔接熔接前套环没有与镜片接触 熔接后套环保住了玻璃 适合各化妆品盒之接面设计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，尽量使用自攻牙螺丝直接锁入螺丝柱。e、埋入件高出成形品少许，固定时可避免被拉取而松脱。f、螺丝柱前端内孔，宜予倒角或沉台，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、型芯销之分割面，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。6、结构设计完成后的审核与修改作为一个公司，设计者完成的设计必须经过审核，才能进入下一环节，如制造、