机械结构工程师设计准则-

1、机械结构设计准则1前 言同时希望大家常去这个论坛,遇到问题我会与大家及时讨论!一、编制本手册的主要目的有两个:1、规范公司设计人员的设计并在实际设计工作中作为参考。2、新入公司的结构工程师的培训教材。二、版本说明:本规范所替代的历次修订情况和修订专家为: 版本号 修改内容介绍 主要评审人员070411 编写完成讨论稿,主要内容包括塑料件、钣件、切削件、铸件、结构件电磁兼容设计、五金件、结构设计、禁用材料等部分。目录前言 (1目录 (2第一部分、塑料件 (81、概述: (81.1、常用塑料介绍 (81.2、常见表面处理介绍 (81.3、外形设计 (91.4、装配设计 (91.5、结构设计 (10

2、2、产品结构设计准则-设计程序 (132.1、塑料制品设计特点 (132.2、塑料制品设计原则 (132.3、塑料制品设计程序 (133、产品结构设计准则-塑料材质 (163.1、热硬化性塑料 (163.2、热塑性塑料 (163.3、ABS:成分聚合物 (163.4、电镀 (163.5、ABS系列成品设计及模具加工 (174、产品结构设计准则-壁厚篇 (194.1、基本设计守则 (194.2、不同材料的设计要点 (235、产品结构设计准则-加强筋篇 (275.1、基本设计守则 (275.2、不同材料的设计要点 (306、产品结构设计准则-出模角篇 (346.1、基本设计守则 (346.2、不同

3、材料的设计要点 (357、产品结构设计准则-支柱 ( Boss (377.1、基本设计守则 (377.2、不同材料的设计要点 (398、产品结构设计准则-扣位 ( Snap Joints (448.1、基本设计手则 (448.2、不同材料的设计要点 (479、产品结构设计准则-入件 ( Moulded-in Inserts (509.1、基本设计守则 (509.2、不同材料的设计要点 (5110、产品结构设计准则-洞孔 (Hole (5310.1、穿孔 (5310.2、盲孔 (5410.3、钻孔 (5410.4、侧孔 (5410.5、其他设计考虑 (5511、产品结构设计准则-公差 ( Tol

4、erance (5711.1、基本设计守则 (5711.2、不同材料的设计要点 (5712、产品结构设计准则结构设计准则 (6112.1、避免翘曲准则 (6112.2、细长筋受拉准则 (6212.3、避免内切准则 (6312.4、避免尖锐棱角准则 (6512.5、避免局部材料堆积准则 (6712.6、避免表面倒塌准则 (6812.7、提高公差精度准则 (7012.8、非各向同性准则 (7212.9、避免粘合面撕扯准则 (7312.10、螺栓带衬板准则 (7413、产品结构设计准则其他设计注意事项 (7513.1、螺纹 (7513.2、嵌件 (7613.3、压花 (7713.4、塑料件常用自攻螺

5、钉预留底孔直径选择 (77分模线之选定 (7913.5、按键配合间隙 (7913.6、螺丝孔防缩水结构-火山口结构 (8013.7、一体铰链 (8013.8、注塑件的变形 (8013.9、气辅注塑 (8113.10、焊接(热板焊、超声波焊、振动焊 (8113.11、合理考虑工艺和产品性能之间的矛盾 (8113.12、塑料尺寸公差值 (8113.13、塑料件成型质量问题和原因分析 (82第二部分、钣金件 (851、概述 (852、冲裁 (852.1、冲裁件的形状和尺寸尽可能简单对称,使排样时废料最少。 (852.2、冲裁件的外形及内孔应避免尖角。 (852.3、冲裁件应避免窄长的悬臂与狭槽 (8

6、62.4、冲孔优先选用圆形孔,冲孔有最小尺寸要求 (862.5、冲裁的孔间距与孔边距 (872.6、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 (882.7、螺钉、螺栓的过孔和沉头座 (882.8、冲裁件毛刺的极限值及设计标注 (893、折弯 (903.1、折弯件的最小弯曲半径 (903.2、弯曲件的直边高度 (903.3、折弯件上的孔边距 (913.4、局部弯曲的工艺切口 (923.5、带斜边的折弯边应避开变形区 (933.6、打死边的设计要求 (943.7、设计时添加的工艺定位孔 (943.8、标注弯曲件相关尺寸时,要考虑工艺性 (953.8、弯曲件的回弹 (954、拉伸 (9

7、64.1、拉伸件底部与直壁之间的圆角半径大小要求 (964.2、拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径 (964.3、圆形拉伸件的内腔直径 (964.4、矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径 (974.5、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 (974.6、拉伸件设计图纸上尺寸标注的注意事项 (975、成形 (985.1、加强筋 (985.2、打凸间距和凸边距的极限尺寸 (995.3、百叶窗 (995.4、孔翻边 (1006、钣金件的尺寸公差 (1036.1、冲切件的尺寸公差。 (1036.2、弯曲件的边高h直线尺寸公差。 (1046.3、弯曲件的角度公差。 (1046.4、拉深件的高度h尺

8、寸公差。 (1056.5、冲切件的断面粗糙度。 (1066.6、冲切件的毛刺允许高度。 (1067、附录 (1067.1、附录A: (1067.2、附录B: (108第三部分、切削件结构设计准则 (1091、概述: (1092、便于退刀准则 (1103、减少加工量准则 (1114、可靠夹紧准则 (1145、同一夹紧工序准则 (1156、便利切削准则 (1167、减少缺口效应准则 (1178、避免斜面开孔准则 (1189、贯通孔优先准则 (11910、孔周边条件相近准则 (119第四部分、铸件结构设计规范 (1211、最小壁厚准则 (1212、筋长方向柔性准则 (1213、避免局部材料堆积准则

9、(1234、良好的受力状态准则 (1235、便利模具制作准则 (1256、脱模方便准则 (1287、流动畅通准则 (1298、便于排气准则 (1309、清除表皮方便准则 (13010、便于切削加工准则 (131第五部分、结构件电磁兼容设计规范 (1331、概述: (1332、设计程序要求 (1333、屏蔽效能等级 (1343.1、屏蔽效能等级的划分 (1343.2、屏蔽效能测试标准 (1343.3、屏蔽效能等级的确定 (1353.4、成本控制 (1364、屏蔽设计指引 (1364.1、屏蔽设计的基本原则 (1364.2、屏蔽方案的选择 (1374.3、缝隙的屏蔽 (1384.4、孔洞的屏蔽 (

10、1404.5、线缆的屏蔽 (1415、屏蔽材料 (1435.1、屏蔽材料命名规则 (1435.2、屏蔽材料的绘图和标注 (1445.3、蔽材料的编码描述 (1455.4、屏蔽材料选用原则 (1456、接地 (1466.1、接地线 (1466.2、防静电设计 (1466.3、地线的屏蔽 (1467、标识 (147第六部分、五金件设计 (1481、电池弹弓的设计 (1482钣金的弯折 (1483翻边孔的设计 (148第七部分:结构设计准则 (1491、概述 (1492、机械结构基本设计准则 (1492.1、实现预期功能的设计准则 (1492.2、满足强度要求的设计准则 (1512.3、满足结构刚度

11、的设计准则 (1522.4、考虑加工工艺的设计准则 (1532.5、考虑装配的设计准则 (1532.6、考虑造型设计的准则 (1553、符合公差原则的结构设计准则 (1573.1、同一道工序准则 (1573.2、减小刚体转动位移准则 (1573.3、避免双重配合准则 (1593.4、最小公称尺寸准则 (1603.5、避免累积误差准则 (1613.6、形状简单准则 (1613.7、最少尺寸数量准则 (1623.8、采用弹性元件准则 (1623.9、采用调节元件准则 (1634、轴支承结构设计准则 (1644.1、轴向静定准则 (1644.2、固定轴承轴向能双向受力准则 (1674.3、固定轴承四

12、面定位准则 (1694.4、松驰轴承至少一圈定位准则 (1694.5、受变载作用轴承圈固定准则 (1712.6、可分离轴承配合固定准则 (1722.7、可分离轴承调隙准则 (1732.8、便利安装拆卸准则 (1732.9、滚动、滑动轴承不混用准则 (1742.10、保障轴向定位可靠准则 (1742.11、过渡配合准则 (1742.12、避免双重配合准则 (175第八部分:禁用材料 (1761、产品和制程上应该避免使用的东西 (1762、制程及产品上需要管制的材质 (1763、信息产品绿色环保 (177第一部分、塑料件1、概述:注塑件设计的一般原则:z充分考虑塑料件的成型工艺性,如流动性;z塑料

13、件的形状在保证使用要求的前提下,应有利于充模,排气,补缩,同时能适应高效冷却硬化;z塑料设计应考虑成型模具的总体结构,特别是抽芯与脱出制品的复杂程度,同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺,以便使制品具有较好的经济性:z塑料件设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。1.1、常用塑料介绍常用的塑料主要有ABS、AS、PC、PMMA、PS、HIPS、PP、POM等,其中常用的透明塑料有PC、PMMA、PS、AS。高档电子产品的外壳通常采用ABS+PC;显示屏采用PC,如采用PMMA则需进行表面硬化处理。日常生活中使用的中底挡电子产品大多使用HIPS和

14、ABS做外壳,HIPS因其有较好的抗老化性能,逐步有取代ABS的趋势。1.2、常见表面处理介绍表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。ABS、HIPS、PC料都有较好的表面处理效果。而PP料的表面处理性能较差,通常要做预处理工艺。近几年发展起来的模内转印技术(IMD、注塑成型表面装饰技术(IML、魔术镜(HALF MIRROR制造技术。IMD与IML的区别及优势:1、IMD膜片的基材多数为剥离性强的PET,而IML的膜片多数为PC。2、IMD注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合,而IML是整个膜片履在树脂上。3、IMD是通过送膜机器自动输送定位,IML是通过人工操作手工挂。1.3、外形设计对于塑料件,如

15、外形设计错误,很可能造成模具报废,所以要特别小心。外形设计要求产品外观美观、流畅,曲面过渡圆滑、自然,符合人体工程。现实生活中使用的大多数电子产品,外壳主要都是由上、下壳组成,理论上上下壳的外形可以重合,但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响,造成上、下外形尺寸大小不一致,即面刮(面壳大于底壳或底刮(底壳大于面壳。可接受面刮0.15mm,可接受底刮底壳。一般来说,上壳因有较多的按键孔,成型缩水较大,所以缩水率选择较大,一般选0.5%。底壳成型缩水较小,所以缩水率选择较小,一般选0.4%。即面壳缩水率一般比底壳大0.1%1.4、装配设计指有装配关系的零部件之间的装配尺寸设计。主要注意间隙

16、配合和公差的控制。指的是上壳与下壳之间的嵌合。设计的名义尺寸应留0.050.1mm的间隙,嵌合面应有1.52的斜度。端部设倒角或圆角以利装入。上壳与下壳圆角的止口配合。应使配合内角的R角偏大,以增大圆角之间的间隙,预防圆角处的干涉。 主要是指上壳与下壳的扣位配合。在考虑扣位数量位置时,应从产品的总体外形尺寸考虑,要求数量平均,位置均衡,设在转角处的扣位应尽量靠近转角,确保转角处能更好的嵌合,从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。扣位设计应考虑预留间隙。 设计扣位时应考滤侧抽心有无足够的行程。一般采用自攻螺丝,直径为23mm。 以上表中所提供的是HIPS和ABS料常用螺丝孔尺寸,对于不同的材料,

17、螺丝孔尺寸有所不同,一般来说,比较软、韧性较好的材料d值小,较脆的材料所选d值要大一点。1.5、结构设计在基本厚度的设计上,不宜过薄,否则外客强度不足,容易导致变、断裂等问题的出现,过厚则浪费材料,影响注塑生产。一般外壳壁厚控制在12mm。外壳整体厚度应平均过度,不得存在厚度差异变化大的结构,否则容易导致外观缩水,特别是在筋位底部和螺丝柱位。为预防缩水,筋位厚度控制在0.61.2mm。键孔的设计。键孔的碰穿方式有三种选择。 A方式利于模具的制作,但碰穿处的利边容易导致卡键;B方式则避免了卡键问题,但当碰穿偏心时则键孔变小,产生利边。C方式增加了按键的倒入斜脚,同时保存了碰穿偏心的余量,有效的防

18、止了问题的出现,现一般采用B或C。间隙:按键设计时要注意按键与面壳键孔的间隙,一般来说,如果按键采用硅胶按键,则按键与面壳键孔的间隙为0.20.3mm。如果按键采用悬臂梁,则要考虑预留按动时偏摆的间隙。如按键表面需要处理则要考虑各种表面处理对间隙的影响。水镀(电镀镀层厚度一般为0.1mm,喷涂和真空镀一般为0.05mm。键顶圆弧:如虑按键表面需进行丝印等处理时,按键表面圆弧不宜过大,弓形高度小于0.5mm。圆角:按键顶部周边需倒圆角,避免卡住按键。 悬臂梁的不同设计对按键效果有不同的影响 上图所示按键按动时偏摆较大,按键与面板键孔要预留较大的间隙 上图所示按键按动时偏摆较小,按键主要做垂直运动

19、,按键与面板键孔预留较小的间隙另一方面,悬臂梁的长度和厚度也直接影响到按键的效果,如果是联体按键,则要避免按键连动(即按一个按键时,其它按键也跟着运动的现象,严重时会发生其它按钮发生动作,造成误操作按键手感:轻触式按钮的按动力量大小一般要求在100g200g,按动灵活,手感良好。按键寿命:按键寿命一般要求100000次,控制变形:对于悬臂梁按键,生产、运输、储存时一定要控制按键的变形,因为轻微的变形都可能导致按键的使用效果明显下降。以上为简要介绍,具体内容见下面章节。2、产品结构设计准则-设计程序2.1、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

20、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。.2.2、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

21、,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: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;然后根据实际的考量,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

22、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?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

23、先期估价,检讨以及原则模型的制作。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。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

24、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。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

25、和规格。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。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,并用可能造成品质的问题。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。3、产

26、品结构设计准则-塑料材质3.1、热硬化性塑料在原料状态下是没有什么用,在某一温度下加热,经硬化作用,聚合作用或硫化作用后,热硬化塑料就会保持稳定而不能回到原料状态。硫化作用后,热硬化塑料是所有塑料中最坚硬的。3.2、热塑性塑料像金属一样形成熔融凝固的循环。常用有聚乙烯(PE、聚苯乙烯(PS、聚氯乙烯(PVDC。3.3、ABS:成分聚合物1.丙烯晴-耐油,耐热,耐化学和耐候性。2.苯乙烯-光泽,硬固,优良电气特性和流动性。3.丁二烯-韧性。螺杆对原料有输送,压缩,熔融及计量等四种功能。螺杆在旋转时使之慢慢后退的阻力为背压。背压太低,产品易产生内部气泡,表面银线,背压太高,原料会过热,料斗下料处会

27、结块,螺杆不能后退,成型周期延长及喷嘴溢料等。压力的变动在一两模内就可知道结果,而温度的变动则需约10分钟的结果才算稳定。3.4、电镀塑料电镀时,须先进行无电解电镀,塑料表面形成薄金属皮膜,形成导电物质后再进行电解电镀。印刷1.网版印刷:适用于一般平面印刷;2.移印:适用不规则,曲面的印刷文字;3.曲面印刷:被印物体旋转而将文字与油墨印上;常用工程塑料:NORYL-PPO和HIPS合成,在240300成型加工,须用7090高模温。ABS-在170220下成型加工,模温4060即可。3.5、ABS系列成品设计及模具加工最佳的补强厚度 t=70%成品工称肉厚(T,角隅圆角的外圆R=3/2*T, 内

28、圆R=T/2,T是成品工称肉厚。喷嘴通道最小口径为6.35mm,长度宜尽量短,可变电阻器控制精度稍嫌不足,所以在喷嘴外壁应装设电偶作温度控制。流道形状以圆形最佳,流动长度与流道口径关系。流动长度(mm 流道直径(mm250 9.575250 7.975 6.0对防火级ABS材料应使用直溢口为最佳设计(流道直径最小7mm,边溢口及潜伏式溢口,建议其长度为0.762mm。透气得设置是绝对必须的,每隔2550mm开设一条透气沟,深度宜为0.050.064mm,以获得良好得透气效果及防止产生毛头。冷却管口径应为11.114.3mm,每隔三个冷却管口径设一冷却管,距离模腔表面必须有1.5个冷却管口径尺寸

29、。一般模仁材料以采用P20或H13材质居多。防火级材料尽量不要使用热浇道系统,因为内加热式的热浇道在电热管及树脂间会产生很大的剪切热,加热树脂温度过高将会造成严重的模垢,若要用就只能用外加热式,热嘴温度和树脂温度相近即可(约200。在任何时候热浇道须使用内部加热器或热探针。为减少模垢的产生,螺杆压缩比宜取2:12.5:1,而L/D是20:1(理想值是24:1,可使用没有计量段的螺杆,使加热棒与熔融树脂温度差在 5.5附近。螺杆速度宜在4055RPM。模具保护剂可以中和防火级塑料及PVC树脂在成型过程所释放出的腐蚀气体,防止模垢的积成及腐蚀模具,有优良的脱模性,无须使用其它的脱模剂。模垢去除剂主

30、要用来清洗模垢,在有栅格的区域切勿过度喷洒以方破坏树脂导致无法脱模。射出时理想的状况是成品重量约为射出单元一次为总排料量的80%,最少比例也应在50%以上。熔融树脂温度在221232时可得最佳物性,但不可超过243, 以避免分解。停机的排换料时须用模垢去除剂防止模具表面被腐蚀,然后在模具上喷一层良好的中性喷剂。4、产品结构设计准则-壁厚篇4.1、基本设计守则壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、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

31、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。对一般热塑性塑料来说,当收缩率”Shrinkage Factor低於0.01mm/mm 时,产品可容许厚度的改变达 ;但当收缩率高於0.01mm/mm时,产品壁厚的改变则不应超过 。对一般热固性塑料来说,太薄的产品厚度往往引致操作时产品过热,形成废件。此外,纤维填充的热固性

32、塑料於过薄的位置往往形成不够填充物的情况发生。不过,一些容易流动的热固性塑料如环氧树脂”Epoxies等,如厚薄均匀,最低的厚度可达0.25mm。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。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後出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、

33、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3:1的比例下。下图可供叁考。 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後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。 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

34、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,取缔後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,更改後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。 4.2、不同材料的设计要点a 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1.5 mm (0.06 in 至4.5 mm (0.18 in。 壁厚比这范围小的

35、用于塑料流程短和细小部件。典型的壁厚约在2.5mm (0.1 in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3.8mm (0.15 in 至6.4mm (0.25 in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%,最适当的半径与胶料厚比例在60%。轻微的增加半径就能明显的减低应力。a 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9.5mm (0.375 in。若要效果好,则壁厚应不过3.1mm (0.125 in。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。P

36、C大部份应用的最小壁厚在0.75 mm(0.03 in左右,再薄一些的地方是要取决於部件的几何和大小。短的塑料流程是可以达到0.3 mm (0.012 in 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,可减少成型後的变型问题。a 壁厚由於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0.4mm,一般厚度在1.5mm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

37、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0.01以下则壁厚的转变可有质的变化。若收缩率在0.01以上则应只有量的改变。 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。a 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後变型。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a 壁厚常用于大型和长流距的壁厚最小要在2.3mm (0.09in。细小的部件可以最小要有

38、0.8 mm (0.03in 而流距应不可超过76.2 mm (3 ina 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b 圆角5、产品结构设计准则-加强筋篇5.1、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於成型的形状问题,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

39、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於一些生产上的考虑,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

40、。 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

41、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於熔胶的流动及脱模顶出的特性(缩水率、摩擦系数

42、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(bending stress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

43、数个深而阔的加强筋优胜。模具生产时(尤其是首办模具: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於塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。 置於塑胶部件边缘地方的加强筋5.2、不同材料的设计要点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

44、於胶料厚的三倍。当超过两条肋骨的时侯,肋骨之间的距离应不小於胶料厚度的两倍。肋骨的出模角应介乎单边至以便於脱模容易。 ABS加强筋的设计要点单独的肋骨高度不应是肋骨底部厚度的三倍或以上。在任何一条肋骨的後面,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。 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。在壁厚於3.2mm (1/8 in 以下肋骨厚度不应超过壁厚的60%。在壁厚超过3.2mm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0.5mm(0.02 in 的R来相连

45、接,使塑料流动畅顺和减低内应力。 一般的肋骨厚度是取决於塑料流程和壁厚。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。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置於中位的肋骨设计要点 PS置於边位的肋骨设计要点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。6、产品结构设计准则-出模角篇6.1、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

46、且与开模方向相同的话,则模具在塑料成型後需要很大的开模力才能打开,而且,在模具开启後,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後多附在凸模上,为了使产品壁厚平均及防止产品在开模後附在较热的凹模上,出模角对应於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於开模後附在凹模的话,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

47、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0.025mm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 6.2、不同材料的设计要点一般应用边0.5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0.025mm(0.001 in增加1出模角。正确的出模

48、角可向蚀纹供应商取得。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、支柱等凸出膠位以上的地方均要有最小0.2-0.5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0.5-1.5以上。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0.03mm(0.001 in深度就需要加大1脱模角。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1.5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0.25mm(0.001 in增加1脱模角。塑胶成品的肋骨,支柱边壁、流道壁等,如其脱模角能够达到0.5

49、就已经足够。0.5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0.025mm就多加1脱模角。7、产品结构设计准则-支柱 ( Boss 7.1、基本设计守则支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开物件及支撑承托其他零件之用。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於破裂。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

50、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”Gusset plate 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於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,後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

51、角加强块对改善薄壁支柱的胶料流动特别适用。收缩痕的大小取决於胶料的收缩率、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於收缩痕的减少;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。1、支柱位置 2、支柱设计 7.2、不同材料的设计要点一般来说,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於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50-70%。 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。 支柱通常用于机构上装配,如收螺丝、紧压配合、导入装配等多数情