塑料产品结构设计注意事项

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) 2040 2540聚酰胺( 增强) 2050 2040聚乙烯 2545 2045聚甲醛 35130 301聚氯醚 2545 2045聚碳酸酯 351 3050聚苯乙烯 35130 301有机玻璃 35130 301ABS塑料 40120 301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) 0.45 0.76 1.50 2.403.20聚乙烯(PE) 0.60 1.25 1.60 2.403.20聚苯乙烯(PS) 0.75 1.25 1.60 3.205.40改性聚苯乙烯 0.75 1.25 1.60 3.25.4有机玻璃(PMMA) (372) 0.80 1.50 2.20 4.006.50聚丙烯(PP) 0.85 1.45 1.75 2.403.20聚碳酸酯(PC) 0.95 1.80 2.30 3.004.50聚甲醛(POM) 0.8 1.40 1.60 2.403.20聚砜(PSU) 0.95 1.80 2.30 3.004.50ABS 0.80 1.50 2.20 2.403.20PC+ABS 0.75 1.50 2.20 2.403.20聚氯乙烯(硬) 1.15 1.60 1.80 3.25.8聚氯乙烯(软) 0.85 1.25 1.50 2.43.2聚酰胺 0.45 0.75 1.50 2.43.2聚苯醚 1.20 1.75 2.50 3.56.4聚砜 0.95 1.80 2.30 3.04.5氯化聚醚 0.90 1.35 1.80 2.53.4醋酸纤维素 0.70 1.25 1.90 3.24.8乙基纤维素 0.90 1.25 1.60 2.43.2丙烯酸类 0.70 0.90 2.40 3.06.03.3、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,PPO T4T 肋高 L36 2.0 2.5 3.0610 2.5 3.0 3.810 3.8 4.3 5.0、孔的尺寸关系(最小值)参 照 图 孔深与孔径比h/d 边距尺寸孔径d 制件边孔 制件中孔 b 1 b 2盲孔的最小厚度h12 2.0 3.0 0.5 1.0 1.023 2.3 3.5 0.5 1.25 1.034 2.5 3.8 0.8 1.5 1.246 3.0 4.8 1.0 2.0 1.568 3.4 5.0 1.2 2.3 2.0810 3.8 5.5 1.5 2.8 2.51014 4.6 6.5 2.2 3.8 3.01418 5.0 7.0 2.5 4.0 3.01830 - - 4.0 4.0 4.0当b20.3mm 时,采用h23b 230 - - 5.0 5.0 5.03.6、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）1 PP（聚丙烯） 0.95 1.02.5 1.52 ABS 1.05 0.40.7 0.53 PC（聚碳酸酯） 1.2 0.50.7 0.54 PE（聚乙烯） 0.910.96 1.54.05 POM（聚甲醛） 1.42 23.56 PMMA（亚克力） 1.2 0.40.7 0.57 PA66(尼龙66) 1.15 0.61.58 PS（聚苯乙烯） 1.05 0.50.8 0.5、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