玩具设计技术指南

第一章产品发展阶段程序一产品结构设计1，原始资料的输入A产品规格书B外形图2，产品图绘制PRODUCTDRAWINGA产品概念及要求根据产品规格书要求及外观图进行产品结构设计，绘制总装图，电子方面设计电子原理图，评审确认；B根据确认的方案，绘制3D装配图及零件图，电子方面绘制PCB布线图；3，设计评审A根据产品外观与功能要求项目工程师组织各相关职能部门对产品进行设计阶段的评审初步预算产品的各个阶段排期B对产品的功能及测试标准进行设计评审C对产品影响装配生产方面进行设计评审D根据评审结果修改产品图；E编制初步的工模表与BOM资料,编制产品研发计划表；F根据零件图对五金件进行打板，塑胶件做手板；G电子方面打板PCB；4，手板材料介绍石膏粉做雕刻样板材料手工泥做模型的材料原子灰及TAMMIYAPUTTY修补样板表面的材料硅胶ELASTOSILM4440WACKERRUBBERRTV2硅胶催化剂WACKERCATAIYST40125801790AA胶8017BB胶AB胶混合比例为11475胶板或亚加力胶板由05MM至3MM厚AA胶502A胶202树酯倒模复板材料打磨砂纸2004006008005，手板制作步骤A用CNC或手板机或手工制出一套胶件；B倒硅胶模用第一套样板倒硅胶模。CAB胶复样以倒出的硅胶模为模型用AB胶复样。D装配手板，进行功能测试，对达不到要求的内容进行修改（同时修改图纸）或修改图纸重做；F在手板符合要求后、确认，校对图纸。二产品工模制作1，根据工模表及选定的供应商制做开模通知书并发放到相关部门及模厂；2，进一步检查校对胶件图及相关资料发放给相关部门及模厂；3，与模厂共同评审胶件图，对不良项进行修改，模厂绘制排模图；4，评谉排模图，要求模厂对不良项进行修改；5，模厂绘制模图及定料；6，评谉模厂的模图并存档；7，工模开始制造；8，在工模制造的同时要打板五金件，供第一次试模装板用；9，电子部分要做PCBA进行电子方面的测试与准备；三产品工程试验阶段1，第一次试模（FIRSTSHOT）A模具第一次试模时必须略省光模具并且应钻好运水以确保胶件尺寸的稳定，并在试模中记录工模存在的问题；B检测胶件的重要尺寸，用试模胶件及打板的五金件进行装板（如零件有多个模腔应进行不同模腔互配），记录装配中存在的问题C装配好的板进行安全测试，（若有功能好的板，同时进功能测试），QA部出测试报告；D根据A/B/C项中的问题点，出改模资料给模厂改模，若五金件有问题同时修改五金件，并修改产品图；E分配样板给相关的部门参考；2，EP做板前的准备工作A五金物料包括螺丝弹弓铁轴等B色粉油漆根据产品的外观颜色要求调色粉及油漆，并预批颜色。C胶水若需要根据产品胶件材料及点胶水部位选用胶水D包装物料根据包装要求资料打板包装物料；EPIE开始准备做EP的工装夹具；FQE根据产品规格书的要求及相关标准编制产品测试计划及产品测试图；3，做EPAEP板的数量必须保证最少100只要根据产品规格书的要求入板到实验室及公证行；注意在计算做板数量时留意自己需要的工程修改板和厂内相关部门所需的参考板；B在试模啤胶件时要尽量按要求的颜色啤，注塑部要做好试模记录；C样板房做EP板时要做EP试产记录，产品工程小组的成员要到现场跟进；DPIE要开始制作产品生产流程图及作业指导书，并要跟进工装夹具；EQA部实验室要根据产品规格书的要求、相关标准、产品测试计划及产品测试图做完所需的全部测试，并出测试报告；F在QA部出了测试报告后及时召开EP评谉会议，并做好EP设计评审会议记录；G根据EP设计评审会议记录出改模通知书及五金图的更改，同时修改产品图；4，产品测试A测试标准来源I产品的销售区域欧洲玩具标准美国玩具标准。II产品的适合年龄段018个月18个月36个月36个月96个月96个月以上。III客户根据产品的特殊测试要求。B本厂QE可依据测试要求做产品测试计划及产品测试图。拉力标准“F”扭力标准“T”咬力标准“B”压力标准“C”安全性投掷“SD”冲击标准“IMPACT”震箱测试“VIB”C测试分类I安全性测试1跌落2TTF3扭力/拉力4咬板5压力6利尖利边7小物件II可靠性测试1功能2寿命3运输4老化5拉力6高低温7跌落8低温9湿度10硬度11盐水温度5，FEP做板前的准备工作A五金物料包括螺丝弹弓铁轴等B色粉油漆根据客户提供PAINTMASTER或颜色编号调色粉及油漆给客户预批颜色。C胶水若需要根据产品胶件材料及点胶水部位选用胶水D包装物料根据客户资料打板包装物料；EPIE开始准备做FEP的工装夹具；FPIE要能提供产品生产流程图及作业指导书；6，做FEPAFEP板的数量必须保证最少100只要完全符合要求，与做货时的一样，要根据产品规格书的要求入板到实验室，按客要求入板到客实验室及公证行；注意在计算做板数量时留意要给客工程参考板及自己需要的工程修改板和厂内相关部门所需的参考板及签板；B在试模啤胶件时一定要量按要求的颜色啤，注塑部要做好试模记录；C板房做FEP板时要按产品生产流程图及作业指导书做，并做好FEP试产记录，产品工程小组的成员要到现场跟进；DPIE要跟进产品生产流程图及作业指导书的合理性，对不合理的地方进行修改，并要跟进工装夹具；EQA部实验室要根据产品规格书的要求、相关标准、产品测试计划及产品测试图做完所需的全部测试，并出测试报告；F在QA部出了测试报告后及时召开FEP评谉会议，并做好FEP设计评审会议记录；G若有不合格项要做针对时的改良后做板测试，直到所有的不合格项完全通过；H签板；7，PP试产前的准备工作A追回PP试产的签板；B核对对工模表并更新发放；C核对BOM并更新发放；D发放新的五金件、包装物料的物料认可证书并签板；E发放工模放产通知书，并对胶件及喷印件签板并发放胶件重要尺寸检测图；F发放产品生产流程图、作业指导书、工装夹具表；G发放PP试工程通知书；HPMC备料及安排做好相关的试产前的准备工作；8，产品PP前会议PP前产品工程师与厂内PIE/QE/QA/PMC及生产部门召开PP会议会议要点如下A把产品作详细介绍B与QE跟进FEP结果检查是否仍有不符合点C与QA/QE讲明产品的收货标准及定出关键零件控制标准D跟进PIE的准备工作例如装配夹具的数量及完成日期EPMC跟进外来物料及本厂生产时的各种物料进度F确定开PP日期9，产品试产PPFEP合格后并收到客户订单根据PP会议要求进行试产要求如下A所有胶件均要来自放产的模子B所有物料均要为正式返货的物料不能是打板的C产品要正式在工厂依足生产程度来试产即从注塑搪胶喷油移印装配包装均要在工厂进行D开PP时尽量要求客方PIE/QE人员在场EPP数量按客走货要求而定但最少应有1000PCSFPP试产中生产部要做好试产记录；G试产中要抽板入实验测试，客验货OK后，要抽QN板入客实验室或公证行；H当QA实验室及QN板的测试报告发放后要及时召开PP评谉会议，并做好PP设计评审会议记录；I产品工程小组的成员要跟进PP设计评审会议记录及在试产中出现的各种问题并进行改良；10，正式生产前的准备工作A解决好PP中存在问题后，就可进入PS了并根据需要要客重签板；B更新并发放所有有过修改的工程资料，并重签板所有有更改的样板；C发放产品放工程通知书；D将产品正式转交给生产工程部跟进。第二章塑胶产品结构设计准则1，壁厚篇基本设计守则壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其它零件的支撑、承接柱位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。一般的热塑性塑料壁厚设计应以4MM为限。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，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，过厚的产品增加引致产生空穴”气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。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。在此情形，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。若塑料的流动方向是从薄胶料的地方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。平面准则在大部份热融过程操作，包括挤压和固化成型，均一的壁厚是非常的重要的。厚胶的地方比旁边薄胶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。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的改变，并且在不超过壁厚31的比例下。下图可供叁考。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。冷却时间长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程后引起不希望的物料聚积。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。下图可供叁考之用。转角位的设计准则亦适用于悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位R太小时会引致其应力集中系数STRESSCONCENTRATIONFACTOR过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位R太大的话则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎02至06之间，理想数值是在05左右。壁厚限制不同的塑胶物料有不同的流动性。胶位过厚的地方会有收缩现象，胶位过薄的地方塑料不易流过。以下是一些建议的胶料厚度可供叁考。热塑性塑料的胶厚设计叁考表热固性塑料的胶厚设计叁考其实大部份厚胶的设计可从使用加强筋及改变横切面形状取缔之。除了可减省物料以致减省生产成本外，取缔后的设计更可保留和原来设计相若的刚性、强度及功用。下图的金属齿轮如改成使用塑胶物料，更改后的设计理应如图一般。此塑胶齿轮设计相对原来金属的设计不但减省材料，消取因厚薄不均引致的内应力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生。不同材料的设计要点ABSA壁厚壁厚是产品设计最先被考虑，一般用于注塑成型的会在15MM006IN至45MM018IN。壁厚比这范围小的用于塑料流程短和细小部件。典型的壁厚约在25MM01IN左右。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可增强部件强度和塑料充填。壁厚在38MM015IN至64MM025IN范围是可使用结构性发泡。B圆角建议的最小圆角半径是胶料厚度的25，最适当的半径胶料厚比例在60。轻微的增加半径就能明显的减低应力。PCA壁厚壁厚大部份是由负载要求内应力几何形状外型塑料流量可注塑性和经济性来决定。PC的建议最大壁厚为95MM0375IN。若要效果好，则壁厚应不过31MM0125IN。在一些需要将壁厚增加使强度加强时，肋骨和一些补强结构可提供相同结果。PC大部份应用的最小壁厚在075MM003IN左右，再薄一些的地方是要取决于部件的几何和大小。短的塑料流程是可以达到03MM0012IN壁厚。壁厚由厚的过渡到薄的地方是要尽量使其畅顺。所有情况塑料是从最厚的地方进入模腔内，以避免缩水和内应力。均一的壁厚是要很重要的。不论在平面转角位也是要达到这种要求，可减少成型后的变型问题。LCPA壁厚由于液晶共聚物在高剪切情况下有高流动性，所以壁厚会比其它的塑料薄。最薄可达04MM，一般厚度在15MM左右。PSA壁厚一般的设计胶料的厚度应不超过4MM，太厚的话会导致延长了生产周期。因需要更长的冷却时间，且塑料收缩时有中空的现象，并减低部件的物理性质。均一的壁厚在设计上是最理想的，但有需要将厚度转变时，就要将过渡区内的应力集中除去。如收缩率在001以下则壁厚的转变可有的变化。若收缩率在001以上则应只有的改变。B圆角在设计上直角是要避免。直角的地方有如一个节点，会引致应力集中使抗撞击强度降低。圆角的半径应为壁厚的25至75，一般建议在50左右。PAA壁厚尼龙的塑胶零件设计应采用结构所需要的最小厚度。这种厚度可使材料得到最经济的使用。壁厚尽量能一致以消除成型后变型。若壁厚由厚过渡至薄胶料则需要采用渐次变薄的方式。B圆角建议圆角R值最少05MM002IN，此一圆角一般佳可接受，在有可能的范围，尽量使用较大的R值。因应力集中因素数值因为R/T之比例由01增至06而减少了50，即由3减至15。而最佳的圆角是为R/T在06之间。PSUA壁厚常用于大型和长流距的壁厚最小要在23MM009IN。细小的部件可以最小要有08MM003IN而流距应不可超过762MM3INPBTA壁厚壁厚是产品成本的一个因素。薄的壁厚要视乎每种塑料特性而定。设计之前宜先了解所使用塑料的流动长度限制来决定壁厚。负载要求时常是决定壁厚的，而其它的如内应力，部件几何形状，不均一化和外形等。典型的壁厚介乎在076MM至32MM003至0125IN。壁厚要求均一，若有厚薄胶料的地方，以比例31的锥巴渐次由厚的地方过渡至薄的地方。B圆角转角出现尖角所导致部件的破坏最常见的现象，增加圆角是加强塑胶部件结构的方法之一。若将应力减少5由3减至15则圆角与壁厚的比例由01增加至06。而06是建议的最理想表现。支柱BOSS基本设计守则支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开对象及支撑承托其它零件之用。空心的支柱可以用来嵌入件、收紧螺丝等。这些应用均要有足够强度支持压力而不致于破裂。支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。此外，因过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气，所以支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半。加强支柱的强度的方法”尤其是远离外壁的支柱，除了可使用加强筋外，三角加强块”GUSSETPLATE的使用亦十分常见。一个品质好的螺丝/支柱设计组合是取决于螺丝的机械特性及支柱孔的设计，一般塑胶产品的料厚尺寸是不足以承受大部份紧固件产生的应力。固此，从装配的考虑来看，局部增加胶料厚度是有需要的。但是，这会引致不良的影响，如形成缩水痕、空穴、或增加内应力。因此，支柱的导入孔及穿孔”避空孔的位置应与产品外壁保持一段距离。支柱可远离外壁独立而处或使用加强筋连接外壁，后者不但增加支柱的强度以支撑更大的扭力及弯曲的外力，更有助胶料填充及减少因困气而出现烧焦的情况。同样理由，远离外壁的支柱亦应辅以三角加强块，三角加强块对改善薄壁支柱的胶料流动特别适用。收缩痕的大小取决于胶料的收缩率、成型工序的叁数控制、模具设计及产品设计。使用过短的哥针、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利于收缩痕的减少；不幸地，支柱的强度及抵受外力的能力却随着增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸而增加。因此，支柱的设计须要从这两方面取得平衡。不同材料的设计要点ABS一般来说，支柱的外径是内径的两倍已足够。有时这种方式结果支柱壁厚等于或超过胶料厚度而增加物料重量和在表面产生缩水纹及高成型应力。严格的来说支柱的厚度应为胶料厚度的5070。如因此种设计方式而支柱不能提供足够强度，但已改善了表面缩水。斜骨是可以加强支柱的强度，可由最小的尺寸伸延至支柱高的90。若柱位置接近边壁，则可用一条肋骨将边壁和柱相互连接来支持支柱。PC支柱是大部份用来作装配产品用，有时用作支撑其它物件或隔开物体之用。甚至一些很细小的支柱最终会热溶后作内部零件固定用。一些放于边位的支柱是需耍一些肋骨作为互相依附，以增加支柱强度。PS支柱通常用于打入件，收螺丝，导向针，攻牙或作紧迫配合。可能情形之下避免独立一支支柱而无任何支撑。应加一些肋骨以加强其强度。若支柱离边壁不远应以肋骨将柱和边相连在一起。洞孔HOLE在塑胶件上开孔使其和其它部件相接合或增加产品功能上的组合是常用的手法，洞孔的大小及位置应尽量不会对产品的强度构成影响或增加生产的复杂性，以下是在设计洞孔时须要考虑的几个因素。相连洞孔的距离或洞孔与相邻产品直边之间的距离不可少于洞孔的直径，如孔离边位或内壁边之要点图。与此同时，洞孔的壁厚理应尽量大，否则穿孔位置容易产生断裂的情况。要是洞孔内附有螺纹，设计上的要求即变得复杂，因为螺纹的位置容易形成应力集中的地方。从经验所得，要使螺孔边缘的应力集中系数减低至一安全的水平，螺孔边缘与产品边缘的距离必须大于螺孔直径的三倍。孔离边位或内壁边之要点穿孔从装配的角度来看，穿孔的应用远较盲孔为多，而且较盲孔容易生产。从模具设计的角度来看，穿孔的设计在结构上亦较为优胜，因为用来穿孔成型的边钉的两端均可受到支撑。穿孔的做法可以是靠单一边钉两端同时固定在模具上、或两枝边钉相接而各有一端固定在模具上。一般来说，第一种方法被认为是较好的；应用第二种方法时，两条边钉的直径应稍有不同以避免因为两条边钉轴心稍有偏差而引致产品出现倒扣的情况，而且相接的两个端面必须磨平。盲孔盲孔是靠模具上的哥针形成，而哥针的设计只能单边支撑在模具上，因此很容易被溶融的塑料使其弯曲变形，形成盲孔出现椭圆的形状，所以哥针的长度不能过长。一般来说，盲孔的深度只限于直径的两倍。要是盲孔的直径只有或于15MM，盲孔的深度更不应大于直径的尺寸。盲孔的设计要点钻孔大部份情况下，额外的钻孔工序应尽量被免，应尽量考虑设计孔穴可单从模具一次成型，减低生产成本。但当需要成型的孔穴是长而窄时”即孔穴的长度比深度为大，因更换折断或弯曲的哥针构成的额外成本可能较辅助的后钻孔工序为高，此时，应考虑加上后钻孔工序。钻孔工序应配合使用钻孔夹具加快生产及提高品质，亦可减少因断钻咀或经常番磨钻咀的额外成本及时间；另一做法是在塑胶成品上加上细而浅的定位孔以代替使用钻孔夹具。侧孔侧孔往往增加模具设计上的困难，特别是当侧孔的方向与开模的方向成一直角时，因为侧孔容易形成塑胶产品上的倒扣部份。一般的方法是使用角针”ANGLEPIN及活动侧模”SPLITMOULD，或使用油压抽哥。留意哥针在胶料填充时会否受压变形或折断，此情况常见于长而直径小的哥针上。因模具的结构较为复杂，模具的制造成本比教高，此外，生产时间亦因模具必须抽走哥针才可脱模而相应增加。其它设计考虑有关孔穴在产品设计上的考虑，尚有下列各点1多级”多个不同直径但相连的孔的孔可容许的深度比单一直径的孔长；此外，将模具件部份孔位偷空，亦可将孔的深度缩短，下图说明这两种方法的应用。多级孔或将穿孔偷空的应用方法2侧孔若使用角针、活动侧模或油压抽哥必会使模具的结构复杂及增加成本，此问题可从增加侧孔壁位的角度，或以两级的孔取代原来的侧孔得以消除侧孔引致的倒扣，消除侧孔倒扣的方法图说明这两种方法的应用。消除侧孔倒扣的方法3洞孔的边缘应预留最少04MM的直身位，设计一个完整的倒角或圆角于孔边在经济上或实践上都是不设实际的，可叁考洞孔边缘的设计图。入件MOULDEDININSERTS基本设计守则塑胶内的入件通常作为紧固件或支撑部份。此外，当产品在设计上考虑便于返修、易于更换或重复使用等要求时，入件是常用的一种装配方式。但无论是作为功能或装饰用途，入件的使用应尽量减少，因使用入件需要额外的工序配合，增加生产成本。入件通常是金属材料，其中以铜为主。入件的设计必须使其稳固地嵌入塑胶内，避免旋转或拉出。入件的设计亦不应附有尖角或封利的边缘，因为尖角或封利的边缘使塑胶件出现应力集中的情况。入件的成型方式分为同步成型嵌入和成型后嵌入两种1同步成型嵌入同步成型嵌入是在部件成型前将入件放入模具之中，在合模成型时塑料会将入件包围起来同时成型。若要使塑料把入件包合得好，必先预热后才放入模具。这样可减低塑料的内应力和收缩现象。2成型后嵌入成型后嵌入是将入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有热式和冷式，唯原理都是利用塑胶的热可塑特性。热式是将入件预先在嵌前加热至该塑胶部件融化的温度，然后迅速的将入件压入部件上特别预留的孔中冷却后成型。冷式一般是使用超声波焊接方法把入件压入。用超声波的方法所得到的结果比较一致和美观，而预热压入在工艺上要控制得好才有好的效果。否则出现入件歪斜、位置不正、塑料包含不均匀等现象形成坏品。正常情形下入件是在塑胶成品平面对齐或有些微的在平面之上以减少塑胶内的应力。不同直径的入件塑胶所须之最小壁厚MMINCH表不同材料的设计要点POMPOM成型时，因塑料和镶入件收缩比率不而有应力产生。渐渐在镶入件的地方发生了龟裂现象而成品破裂，以下方法可改善成品破裂现象。用温度达90左右的镶入件放于模腔内成型。模具内温度打90左右。镶入件要洁净及避免有尖角或利边。PBT镶入件通常是用以装配方便或维修容易为目的的，但亦有的是特殊用途如金属扣等。为了使镶入件在塑胶成品内减低应力和因不同物料的热膨胀系数所影响，镶入件尽量不要有尖角，防止拔出和转动的凹槽要使用简单的设计，压花的花纹面积不要太大，压花的边要和镶件边位远离，花纹的地方要放于稳藏处。镶入件表面不能有任何不相容的化学药品如润滑油等。在放入模具生产是使用80至110的模温来减低成型后的内应力。PBT入件压花的设计扣位SNAPJOINTS基本设计手则扣位提供了一种不但方便快捷而且经济的产品装配方法，因为扣位的组合部份在生产成品的时候同时成型，装配时无须配合其它如螺丝、介子等紧锁配件，只要需组合的两边扣位互相配合扣上即可。扣位的设计虽可有多种几何形状，但其操作原理大致相同当两件零件扣上时，其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸缘部份推开，直至凸缘部份完结为止；及后，藉着塑胶的弹性，勾形伸出部份即时复位，其后面的凹槽亦即时被相接零件的凸缘部份嵌入，此倒扣位置立时形成互相扣着的状态，请参考扣位的操作原理图。扣位的操作原理如以功能来区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣位的设计方便装上但不容易拆下，可拆卸型扣位的设计则装上、拆下均十分方便。其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有适当的导入角及导出角方便扣上及分离的动作，导入角及导出角的大小直接影响扣上及分离时所需的力度，永久型的扣位则只有导入角而没有导出角的设计，所以一经扣上，相接部份即形成自我锁上的状态，不容易拆下。请叁考永久式及可拆卸式扣位的原理图。永久式及可拆卸式扣位的原理若以扣位的形状来区分，则大致上可分为环型扣、单边扣、球形扣等等，其设计可参阅下图。球型扣（可拆卸式）扣位的设计一般是离不开悬梁式的方法，悬梁式的延伸就是环型扣或球型扣。所谓悬梁式，其实是利用塑胶本身的挠曲变形的特性，经过弹性回复返回原来的形状。扣位的设计是需要计算出来，如装配时之受力，和装配后应力集中的渐变行为，是要从塑料特性中考虑。常用的悬梁扣位是恒等切面的，若要悬梁变形大些可采用渐变切面，单边厚度可渐减至原来的一半。其变形量可比恒等切面的多百分之六十以上。不同切面形式的悬梁扣位及其变形量之比较扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份勾形伸出部份及凸缘部份经多次重复使用后容易产生变形，甚至出现断裂的现象，断裂后的扣位很难修补，这情况较常出现于脆性或掺入纤维的塑胶材料上。因为扣位与产品同时成型，所以扣位的损坏亦即产品的损坏。补救的板法是将扣位装置设计成多个扣位同时共享，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿命。扣位装置的另一弱点是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多容易形成扣位损坏；相反，倒扣位置过少则装配位置难于控制或组合部份出现过松的现象。不同材料的设计要点PA免时，特别的造模零件是可以达致以上效果。另一种可得到倒扣效果的设计是考虑塑胶物料的特性。利用塑胶柔软的变型，将倒扣的地方强顶出模具，但通常要注意不会把倒扣的地方括伤。以下是扣位的计算方式。尼龙的百份比在5左右。脱模角大一点和倒扣的地方离底部高时是可有10。PBT扣位有分内扣和外扣，外扣的可利用分模面做成，内扣的可用变形方式或对碰方式出模。内扣的可利用算式计算扣位百份率，一般在6左右，玻璃充填的约在1左右。PBT外扣位设计方式PBT用对碰方式的内扣方式PBT内扣位设计的算法POM扣位必须为弧形或转角弧度要大，方便塑胶成品容易滑过模具表面。并且减少脱落时应力集中的现象。内置扣位通常比外置扣位难脱模，因塑胶收缩时将模蕊抓紧，外置式的就刚好相反而易于脱模。较高的模具温度使成品较热，易于弯曲变形而易于顶出模具，POM的扣位百份率可以比较大，可有5。POM扣位的计算方式PS基本上扣位的设计是不鼓励，但由于设计上的需要，则模具上使用凸轮、模蕊推出或其它装置以达成设计要求。出模角篇基本设计守则塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易的使产品由模具脱离出来而需要在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角”出模角。若然产品附有垂直外壁并且与开模方向相同的话，则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亦相信十分困难。要是该产品在产品设计的过程上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。因此，出模角的考虑在产品设计的过程是不可或缺的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，高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角。深入或附有织纹的产品要求出模角作相应的增加，习惯上每0025MM深的织纹，便需要额外1度的出模角。出模角度与单边间隙和边位深度之关系表，列出出模角度与单边间隙的关系，可作为叁考之用。此外，当产品需要长而深的肋骨及较小的出模角时，顶针的设计须有特别的处理，见对深而长加强筋的顶针设计图。出模角度与单边间隙和边位深度之关系表不同材料的设计要点ABS一般应用边05至1就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同，出模角可接近至零。有纹路的侧面需每深0025MM（0001IN）增加1出模角。正确的出模角可向蚀纹供应商取得。LCP因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性，倒扣的设计应要避免。在所有的肋骨、壁边、支柱等凸出胶位以上的地方均要有最小0205的出模角。若壁边比较深或没有磨光表面和有蚀纹等则有需要加额外的0515以上。PBT若部件表面光洁度好，需要1/2最小的脱模角。经蚀纹处理过的表面，每增加003MM（0001IN）深度就需要加大1脱模角。PC脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。一般光华的表面15至2已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，以每深025MM（0001IN）增加1脱模角。PET塑胶成品的肋骨，支柱边壁、流道壁等，如其脱模角能够达到05就已经足够。PS05的脱模角是极细的，1的脱模角是标准方法，太小的脱模角会使部件难于脱离模腔。无论如何，任何的脱模角总比无角度为佳。若部件有蚀纹的话，如皮革纹的深度，每深0025MM就多加1脱模角。加强筋篇基本设计守则加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如工字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如工字铁般出现倒扣难于成型的形状问题，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。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。加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受制于一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。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，末端部份亦不应突然终止，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。加强筋一般的设计加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上，不过为了满足一些生产上或结构上的考虑，加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。长方形的加强筋必须改变形状使生产更容易加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力集过份中的现象，圆角的设计亦给与流道渐变的形状使模腔充填更为流畅。此外，底部的宽度须较相连外壁的厚度为小，产品厚度与加强筋尺寸的关系图A说明这个要求。图中加强筋尺寸的设计虽然已按合理的比例，但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈R1时，图中可见此部份相对外壁的厚度增加大约50，因此，此部份出现缩水纹的机会相当大。如果将加强筋底部的宽度相对产品厚度减少一半产品厚度与加强筋尺寸的关系图B，相对位置厚度的增幅即减至大约20，缩水纹出现的机会亦大为减少。由此引伸出使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较为优胜，但当使用多条加强筋时，加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。加强筋的形状一般是细而长，加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。留意过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空穴、变形挠曲及夹水纹等问题，亦会加长生产周期，增加生产成本。产品厚度与加强筋尺寸的关系除了以上的要求，加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。从生产的角度看，材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。此外，塑料的蠕动CREEP特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因数。例如，从生产的角度看，加强筋的高度是受制于熔胶的流动及脱模顶出的特性缩水率、摩擦系数及稳定性，较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶黏度、较低的摩擦系数、较高的缩水率。另外，增加长的加强筋的出模角一般有助产品顶出，不过，当出模角不断增加而底部的阔度维持不变时，产品的刚性、强度，与及可顶出的面积即随着减少。顶出面积减少的问题可从在产品加强筋部份加上数个顶出凸块或使用较贵的扁顶针得以解决，同时在顶出的方向打磨光洁亦有助产品容易顶出。从结构方面考虑，较深的加强筋可增加产品的刚性及强度而无须大幅增加重量，但与此同时，产品的最高和最低点的屈曲应力BENDINGSTRESS随着增加，产品设计员须计算并肯定此部份的屈曲应力不会超出可接受的范围。从生产的角度考虑，使用大量短而窄的加强筋比较使用数个深而阔的加强筋优胜。模具生产时尤其是首板模具加强筋的阔度也有可能深度和数量应尽量留有馀额，当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时可适当地增加，因为在模具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢料的方法来得简单及便宜。加强筋增强塑胶件强度的方法以下是加强筋被置于塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。置于塑胶部件边缘地方的加强筋不同材料的设计要点ABS减少在主要的部件表面上出现缩水情形，肋骨的厚度应不可是相交的胶料厚度的50以上，在一些非决定性的表面肋骨厚度可最多到70。在薄胶料结构性发泡塑胶部件，肋骨可达相交面料厚的80。厚胶料肋骨可达100。肋骨的高度不应高于胶料厚的三倍。当超过两条肋骨的时侯，肋骨之间的距离应不小于胶料厚度的两倍。肋骨的出模角应介乎单边至以便于脱模容易。ABS加强筋的设计要点PA单独的肋骨高度不应是肋骨底部厚度的三倍或以上。在任何一条肋骨的后面，都应该设置一些小肋骨或凹槽，因肋骨在冷却时会在背面造成凹痕，用那些肋骨和凹槽可以作装饰用途而消除缩水的缺陷。PBT厚的肋骨尽量避免以免产生气泡，缩水纹和应力集中。方式的考虑是会限制了肋骨尺寸。在壁厚于32MM1/8IN以下肋骨厚度不应超过壁厚的60。在壁厚超过32MM的肋骨不应超过40。肋骨高度应不超过骨厚的3倍。肋骨与胶壁两边的地方以一个05MM002IN的R来相连接，使塑料流动畅顺和减低内应力。PC一般的肋骨厚度是取决于塑料流程和壁厚。若很多肋骨应用于补强作用，薄的肋骨是比厚的要好。PC肋骨的设计可叁考下图PS的肋骨设计要点。PS肋骨的厚度不应超过其相接壁厚的50。经验告诉我们违反以上的指引在表面上会出现光泽不一现象。PS置于中位的肋骨设计要点PS置于边位的肋骨设计要点PSU肋骨是可以增强了产品的撞击强度和利用最经济的成本达致有效的结果。不良的设计是会使表面有收缩痕和非期望的撞击强度。第三章钣金结构件可加工性设计规范1范围和简介11范围本规范规定了钣金结构设计所要注意的加工工艺要求。本规范适用于钣金结构设计必须遵守的加工工艺要求。12简介我司产品结构件主要是由钣金材料经过冲压加工而成，这些冲压件的几何形状、尺寸和精度对冲压工艺影响很大。冲压件具有良好的加工工艺性有利于节省材料、减少工序、提高模具使用寿命和产品质量，同时，可以有效的降低产品成本。按钣金件的基本加工方式，如冲裁、折弯、拉伸、成型，本规范通过阐述每一种加工方式所要注意的工艺要求，提出对钣金件结构设计的限制。13关键词钣金、冲裁、折弯、拉伸、成形、排样、最小弯曲半径、毛边、回弹、打死边2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。序号编号名称1DKBA04000023工艺审核规范REV10作者邓在明，周有光3冲裁冲裁分为普通冲裁和精密冲裁，由于加工方法的不同，冲裁件的加工工艺性也有所不同。目前我司通信产品结构件一般只用到普通冲裁。下面介绍冲裁的工艺性，是指普通冲裁的结构工艺性。31冲裁件的形状和尺寸尽可能简单对称，使排样时废料最少。图311冲裁件的排样32冲裁件的外形及内孔应避免尖角。在直线或曲线的连接处要有圆弧连接，圆弧半径R05T。（T为材料壁厚）图321冲裁件圆角半径的最小值33冲裁件应避免窄长的悬臂与狭槽冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于15TT为料厚，同时应该避免窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口强度。见图331。（图12）图331避免窄长的悬臂和凹槽34冲孔优先选用圆形孔，冲孔有最小尺寸要求冲孔优先选用圆形孔，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关。图341冲孔形状示例材料圆孔直径B矩形孔短边宽B高碳钢13T10T低碳钢、黄铜10T07T铝08T05TT为材料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于03MM。高碳钢、低碳钢对应的公司常用材料牌号列表见第7章附录A。表1冲孔最小尺寸列表35冲裁的孔间距与孔边距零件的冲孔边缘离外形的最小距离随零件与孔的形状不同有一定的限制，见图351。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚度T；平行时，应不小于15T。（图14）图351冲裁件孔边距、孔间距示意图36折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离折弯件或拉深件冲孔时，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离（图361）图361折弯件、拉伸件孔壁与工件直壁间的距离37螺钉、螺栓的过孔和沉头座螺钉、螺栓过孔和沉头座的结构尺寸按下表选取取。对于沉头螺钉的沉头座，如果板材太薄难以同时保证过孔D2和沉孔D，应优先保证过孔D2。表2用于螺钉、螺栓的过孔要求钣材厚度TH。表3用于沉头螺钉的沉头座及过孔要求钣材厚度TH。表4用于沉头铆钉的沉头座及过孔38冲裁件毛刺的极限值及设计标注381冲裁件毛刺的极限值冲裁件毛刺超过一定的高度是不允许的，冲压件毛刺高度的极限值MM见下表。材料壁厚材料抗拉强度（N/MM2）100250250400400630630FMGFMGFMGFMG0710012017023009013017005007010030040051016017025034012018024007011015004006008162502503705018026035011016022006009012254003605407202503705020304009013018F级（精密级）适用于较高要求的零件；M级（中等级）适用于中等要求的零件；G级（粗糙级）适用于一般要求的零件。表5冲压件毛刺高度的极限值382设计图纸中毛刺的标注要求毛边方向BURRSIDE。需要压毛边的部位COIN或COINCONTINUE。一般不要整个结构件断口全部压毛边，这样会增加成本。尽量在下面情况使用暴露在外面的断口；人手经常触摸到的锐边；需要过线缆的孔或槽；有相对滑动的部位。图3821钣金结构设计图纸中毛刺的标注示例4折弯41折弯件的最小弯曲半径材料弯曲时，其圆角区上，外层收到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时，内R越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。公司常用材料的最小弯曲半径见下表。序号材料最小弯曲半径108、08F、10、10F、DX2、SPCC、E1T52、0CR18NI9、1CR18NI9、1CR18NI9TI、1100H24、T204T215、20、Q235、Q235A、15F05T325、30、Q25506T41CR13、H62M、Y、Y2、冷轧08T545、5010T655、6015T765MN、60SIMN、1CR17NI7、1CR17NI7Y、1CR17NI7DY、SUS301、0CR18NI9、SUS30220T弯曲半径是指弯曲件的内侧半径,T是材料的壁厚。T为材料壁厚，M为退火状态，Y为硬状态，Y2为1/2硬状态。表6公司常用金属材料最小折弯半径列表42弯曲件的直边高度421一般情况下的最小直边高度要求弯曲件的直边高度不宜太小，最小高度按（图421）要求H2T。（图0）图4211弯曲件的直边高度最小值422特殊要求的直边高度如果设计需要弯曲件的直边高度H2T,，则首先要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯（如下图所示）。压槽H2T图1）图4221特殊情况下的直边高度要求423弯边侧边带有斜角的直边高度当弯边侧边带有斜角的弯曲件时（图423），侧面的最小高度为H（24）T3MM图12）图4231弯边侧边带有斜角的直边高度43折弯件上的孔边距孔边距先冲孔后折弯，孔的位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会产生变形。孔壁至弯边的距离见表下表。表7折弯件上的孔边距44局部弯曲的工艺切口441折弯件的弯曲线应避开尺寸突变的位置局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生弯裂，可将弯曲线移动一定距离，以离开尺寸突变处（图4411A，或开工艺槽（图4411B，或冲工艺孔（图4411C。注意图中的尺寸要求SR；槽宽KT；槽深LTRK/2。LK（图13）工艺孔图4411局部弯曲的设计处理方法442当孔位于折弯变形区内，所采取的切口形式当孔在折弯变形区内时，采用的切口形式示例（图4421）（图14）弯曲线弯曲线图4421切口形式示例45带斜边的折弯边应避开变形区图451带斜边的折弯边应避开变形区46打死边的设计要求打死边的死边长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般死边最小长度L35TR。其中T为材料壁厚，R为打死边前道工序（如下图右所示）的最小内折弯半径。图461死边的最小长度L47设计时添加的工艺定位孔为保证毛坯在模具中准确定位，防止弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先在设计时添加工艺定位孔，如下图所示。特别是多次弯曲成形的零件，均必须以工艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量。工艺孔（图）图471多次折弯时添加的工艺定位孔48标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性（图19）图481弯曲件标注示例如上图所示所示，A）先冲孔后折弯，L尺寸精度容易保证，加工方便。B）和C如果尺寸L精度要求高，则需要先折弯后加工孔，加工麻烦。49弯曲件的回弹影响回弹的因素很多，包括材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲时的正压力等。491折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回弹就越大。492从设计上抑制回弹的方法示例弯曲件的回弹，目前主要是由生产厂家在模具设计时，采取一定的措施进行规避。同时，从设计上改进某些结构促使回弹角简少如下图所示在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。图4921设计上抑制回弹的方法示例5拉伸51拉伸件底部与直壁之间的圆角半径大小要求如下图所示，拉伸件底部与直壁之间的圆角半径应大于板厚，即R1T。为了使拉伸进行得更顺利，一般取R135T，最大圆角半径应小于或等于板厚的8倍，即R18T。（图）DD图511拉伸件圆角半径大小52拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径应大于板厚的2倍，即R22T，为了使拉伸进行得更顺利，一般取R257T，最大凸缘半径应小于或等于板厚的8倍，即R28T。（参见图511）53圆形拉伸件的内腔直径圆形拉伸件的内腔直径应取DD10T，以便在拉伸时压板压紧不致起皱。（参见图511）54矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径应取R33T，为了减少拉伸次数应尽可能取R3H/5，以便一次拉出来。（图12）图541矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径55圆形无凸缘拉伸件一次成形时，其高度与直径的尺寸关系要求圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径D之比应小于或等于04，即H/D04，如下图所示。图551圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度与直径的尺寸关系56拉伸件设计图纸上尺寸标注的注意事项拉伸件由于各处所受应力大小各不相同，使拉伸后的材料厚度发生变化。一般来说，底部中央保持原来的厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料变厚，矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。561拉伸件产品尺寸的标准方法在设计拉伸产品时，对产品图上的尺寸应明确注明必须保证外部尺寸或内部尺寸，不能同时标注内外尺寸。562拉伸件尺寸公差的标注方法拉伸件凹凸圆弧的内半径以及一次成形的圆筒形拉伸件的高度尺寸公差为双面对称偏差，其偏差值为国标GB16级精度公差绝对值的一半，并冠以号。6成形61加强筋在板状金属零件上压筋，有助于增加结构刚性，加强筋结构及其尺寸选择参见表6。表8加强筋结构及尺寸选择62打凸间距和凸边距的极限尺寸打凸间距和凸边距的极限尺寸按下表选取。表9打凸间距和凸边距的极限尺寸63百叶窗百叶窗通常用于各种罩壳或机壳上起通风散热作用，其成型方法是借凸模的一边刃口将材料切开，而凸模的其余部分将材料同时作拉伸变形，形成一边开口的起伏形状。百叶窗的典型结构参见图631。（图125）图631百叶窗的结构百叶窗尺寸要求A4T；B6T；H5T；L24T；R05T。64孔翻边孔翻边型式较多，本规范只关注要加工螺纹的内孔翻边，如图641所示。（图126）图641带螺纹孔的内孔翻边结构示意图螺纹材料厚度T翻边内孔D1翻边外孔D2凸缘高度H预冲孔直径D0凸缘圆角半径R08338161906325162233818191352205338192212352161506M315255352417075144622305435192274521623124652415064462425154652718075