汽车内外饰塑料件产品结构设计准则

1、产品结构设计准则-支柱( Boss )基本设计守则支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开物件与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与使胶料流动更顺畅。 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 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与支柱孔的设计， 一般塑胶产

2、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，支柱的导入孔与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，彳麦者不但增加支柱的强度以支撑更大的扭力与弯曲的外力，更有助胶料填充与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。 收缩痕的大小取决於胶料的收缩率、成型工序的叁数控制、模具设计与产品设计。 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

3、於收缩痕的减少； 不幸地， 支柱的强度与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 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於或超过胶料厚度而增加物料重量和在表面产生缩水纹与高成型应力。 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。 PBT支柱通常用於机

4、构上装配，如收螺丝、紧压配合、导入装配等多数情形， 支柱外径是内孔径的两倍就足够强壮。 支柱设计有如肋骨设计的观念。 太厚的切面会产生部件外缩水和内部真空。 支柱的位置在边壁旁时可利用肋骨相连， 则内孔径的尺寸可增至最大。 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彳麦作内部零件固定用。一些放於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 支柱通常用於打入件， 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。

5、PSU 支柱是用作连接两件部件的。其外径应是内孔径的两倍，高度不应超过外径的两倍。产品结构设计准则-扣位( Snap Joints )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， 装配时无须配合其他如螺丝、 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；与彳麦，藉着塑胶的弹性，勾形伸出部份即时复位，其彳麦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

6、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与导出角方便扣上与分离的动作，导入角与导出角的大小直接影响扣上与分离时所需的力度， 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。 请叁考永久式与可拆卸式扣位的原理图。 永久式与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

7、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，和装配彳麦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与其变形量之比较 扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份： 勾形伸出部份与凸缘部份经多次重覆使用彳麦容易产生变形，甚至出现断裂的现象，断裂彳麦的扣位很难修补，这情况较常出现於脆性或掺入纤维的塑胶材料上。 因为扣位与产品同

8、时成型， 所以扣位的损坏亦即产品的损坏。 补救的办法是将扣位装置设计成多个扣位同时共用， 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於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

9、%。 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於脱模。较高的模具温度使成品较热，易於弯曲变形而易於顶出模具， 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，但由於设计上的

10、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。塑料件结构设计1胶厚胶位：塑胶产品的胶厚整体外壳通常在0.80-3.00 左右，太厚容易缩水和产生汽泡，太薄难走满胶，大型的产品胶厚取厚一点，小的产品取薄一点，一般产品取1.0-2.0 为多。而且胶位要尽可能的均匀，在不得已的情况下，局部地方可适当的厚一点或薄一点，但需渐变不可突变，要以不缩水和能走满胶为原则，一般塑料胶厚小于0.3 时就很难走胶，但软胶类和橡胶在0.2-0.3 的胶厚时也能走满胶。2加强筋骨位：塑胶产品大部分都有加强筋，因加强筋在不增加产品整体胶厚的情况下可以大大增加其整体强度，对大型和受力的产品尤其有用，同时还能防止

11、产品变形。加强筋的厚度通常取整体胶厚的 0.5-0.7 倍，如大于0.7 倍则容易缩水。加强筋的高度较大时则要做 0.5-1 的斜度因其出模阻力大，高度较矮时可不做斜度。3脱模斜度：塑料产品都要做脱模斜度，但高度较浅的如一块平板和有特殊要求的除外但当侧壁较大而又没出模斜度时需做行位。出模斜度通常为 1-5 度，常取 2 度左右，具体要根据产品大小、高度、形状而定，以能顺利脱模和不影响使用功能为原则。产品的前模斜度通常要比后模的斜度大0.5 度为宜，以便产品开模事时能留在后模。通常枕位、插穿、碰穿等地方均需做斜度，其上下断差即大端尺寸与小端尺寸之差单边要大于0.1 以上。4.圆角R角：塑胶产品除

12、特殊要求指定要锐边的地方外，在棱边处通常都要做圆角，以便减小应力集中、利于塑胶的流动和容易脱模。最小R通常大于0.3 ,因太小的R模具上很难做到。5孔: 从利于模具加工方面的角度考虑，孔最好做成形状规则简单的圆孔，尽可能不要做成复杂的异型孔，孔径不宜太小，孔深与孔径比不宜太大，因细而长的模具型心容易断、变形。孔与产品外边缘的距离最好要大于1.5 倍孔径，孔与孔之间的距离最好要大于2 倍的孔径，以便产品有必要的强度。与模具开模方向平行的孔在模具上通常上是用型心可镶、可延伸留或碰穿、插穿成型，与模具开模方向不平行的孔通常要做行位或斜顶，在不影响产品使用和装配的前提下，产品侧壁的孔在可能的情况下也应

13、尽量做成能用碰穿、插穿成型的孔。6.凸台BOSS :凸台通常用于两个塑胶产品的轴一孔形式的配合，或自攻螺丝的装配。当BOSS是很高而在模具上又是用司筒顶出时，其可不用做斜度。当BOSSf艮高时，通常在其外侧加做十字肋筋，该十字肋通常要做1-2度的斜度，BOSS!情况也要做斜度。当BOS粥柱子或另一 BOSS配合时，其配合间隙通常取单边0.05-0.10 的装配间隙，以便适合各BOS劭口工时产生的位置误差。当BOSS用于自攻螺丝的装配时，其内孔要比自攻螺丝的螺径单边小0.1-0.2 ,以便螺钉能锁紧。如用 M3.0的自攻螺丝装配时，BOSS的内孔通常做 2.60 -2.80。7嵌件：把已经存在的

14、金属件或塑胶件放在模具内再次成型时，该已经存在的部件叫嵌件。当塑胶产品设计有嵌件时，要考虑嵌件在模具内必须能完全、准确、可靠的定位，还要考虑嵌件必须与成型部分连接牢固，当包胶太薄时则不容易牢固。还要考虑不能漏胶。8产品表面纹面：塑料产品的表面可以是光滑面模具表面省光、火花纹模具型腔用铜工放电加工形成 、各种图案的蚀纹面晒纹面和雕刻面。当纹面的深度深、数量多时，其出模阻力大，要相应的加大脱模斜度。9文字：塑料产品表面的文字可以是凸字也可以是凹字，凸字在模具上做相应的凹腔容易做到，凹字在模具上要做凸型心较困难。10 螺纹：塑胶件上的螺纹通常精度都不很高，还需做专门的脱螺纹机构，对于精度要求不高的可

15、把其结构简化成可强行脱模的结构。11支撑面：塑胶产品通常不用整个面做支撑面，而是单独做凸台、凸点、筋做支撑。因塑胶产品很难做到整个较大的绝对平面，其容易变形翘曲。12 塑胶产品的装配形式：.超声线接合装配法，其特点是模具上容易做到，但装配工序中需专门的超声机器，成本增大，且不能拆卸。超声线的横截面通常做成0.30 宽 0.3 高的三角形，在长度方向以 510MM 的长度间断2MM ；.自攻螺丝装配法, 其特点是模具上容易做到，但增加装配工序，成本增大，拆卸麻烦；.卡钩扣位装配法，其特点是模具加工较复杂，但装配方便，且可反复拆卸，多次使用。卡钩的形式有多种，要避免卡钩处局部胶位太厚，还要考虑卡钩

16、处模具做模方便。卡钩要做到配合松紧合适，装拆方便，其配合面为贴合，其他面适当留间隙。 4.BOSS 轴孔形式的装配法，其特点是模具加工方便，装配容易，拆卸方便，但其缺点是装配不是很牢固。13 齿口：两个塑胶产品的配合接触面处通常做齿口，齿口的深度通常在 0.8-2.5 左右，其侧面留 0.1 左右的间隙，深度深时做斜度 1-5 度，常取 2度，深度浅时可不作斜度。齿口的上下配合面通常为贴合即 0 间隙 。14美观线：两个塑胶产品的配合面处通常做美观线，美观线的宽度常取 0.2-1.0 ，视产品的整体大小而定。15 塑胶产品的表面处理方法：常用的有喷油、丝印、烫金、印刷、电镀、雕刻、蚀纹、抛光、

17、加颜色等。、弹簧钢、弹簧16 常用到的金属材料有：不锈钢、铜合金黄铜、青铜、磷铜、红铜、铝合金、锌合金。17 金属材料常用的防锈方法：电镀、涂防锈油、喷防锈漆。且将两个焊面注成磨砂表面， 可增加摩擦和控制熔化， 改善整个焊接的质量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm C:在焊接不易熔接的树脂或不规则形状时，为了获得密封效果，则有必要插入一个密封圈，如图 18 所示，需要注意的是密封圈只压在焊接末端。图 19 所示为薄壁零件的焊接，比如热成形的硬纸板带塑料涂层，与一个塑料盖的焊接。2 焊接线的设计焊接线是超声波直接作用熔化的部分，其基本的两种设计方式：O1能量导向02剪切设计能量导向

18、 能量导向是一种典型的在将被子焊接的一个面注塑出突超三角形柱， 能量导向的基本功能是：集中能量，使其快速软化和熔化接触面。能量导向允许快速焊接，同时获得最大的力度， 在这种导向中， 其材料大部分流向接触面， 能量导向是非晶态材料中最常用的方法。能量导向柱的大小和位置取决于如下几点:O1材料02塑料件结构 03使用要求图 7 所示为能量导向柱的典型尺寸， 当使用较易焊接的材料， 如聚苯乙烯等硬度高、熔点低的材料时，建议高度最低为 0.25mm当材料为半晶体材料或高温混 合树脂时如聚乙碳，则高度至少要为 0.5mm当用能量导向来焊接半晶体树 脂时如乙缩荃、尼龙，最大的连接力主要从能量柱的底盘宽带度

19、来获得。没有规则说明能量导向应做在塑料件哪一面， 特殊情况要通过实验来确定， 当两个塑料件材质，强度不同时，能量导向一般设置在熔点高和强度低的一面。根据塑料件要求例如水密、气密性、强度等，能量导向设计可以组合、分段设计，例如：只是需要一定的强度的情况下，分段能量导向经常采用例如手机电池等，如图 8 所示。能量导向设计中对位方式的设计上下塑料件在焊接过程中都要保证对位准确，限位高度一般不低于1mm上下塑料平行检动位必须很小，一般小于 0.05mm基本的能量导向可合并为连接设计， 而不是简单的对接， 包括对位方式， 采用能量导向的不同连接设计的例子包括以 下几种：插销定位：图9 所示为基本的插销定

20、位方式，插销定位中应保证插销件的强度，防此超声波震断。台阶定位：图10 所示为基本的台阶定位方式，如h 大于焊线的高度，则会在塑料件外部形成一条装饰线，一般装饰线的大小为0.25mm左右，创出更吸引人的外观，而两个零件之间的差异就不易发现。图 11 所示台阶定位， 则可能产生外溢料。 图 12 所示台阶定位， 则可能产生内溢料。图 13 所示台阶定位为双面定位，可防止内外溢料。O1企口定位：如图14所示，采用这种设计的好处是防止内外溢料，并提供校准，材料容易有加强密封性的获得，但这种方法要求保证凸出零件的斜位缝隙，因此使零件更难能可贵于注塑，同时，减小于焊接面，强度不如直接完全对接。02底模定

21、痊：如图15所示，采用这种设计，塑料件的设计变得简单，但对底 模要求高，通常会引致塑料件的平行移位，同时底模固定太紧会影响生产效果。03焊头加底模定位：如图16所示，采用这种设计一般用于特殊情况，并不实 用与常用。04其它情况：A： 如图 17 所示， 为大型塑料件可用的一种方式， 应注意的是下支撑模具必须支撑住凸缘， 上塑料件凸缘必须接触焊头， 上塑料件的上表面离凸缘不能太远， 如必要情况下，可采用多焊头结构。B：如连接中采用能量导向，且将两个焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔 化，改善整个焊接的质量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。C:在焊接不易熔接的树脂或不规则形状时，

22、为了获得密封效果，则有必要插入 一个密封圈， 如图 18 所示， 需要注意的是密封圈只压在焊接末端。 图 19 所示为 薄壁零件的焊接，比如热成形的硬纸板带塑料涂层，与一个塑料盖的焊接。剪切式设计 在半晶体塑料如尼龙、乙缩醛、聚丙烯、聚乙烯和热塑聚脂的熔接中，采用能量导向的连接设计也许达不到理想的效果， 这是因为半晶体的树脂会很快从固态转变成融化状态， 或者说从融化状态转化为固态。 而且是经过一个相对狭窄的温度 X 围， 从能量导向柱流出的融化物在还没与相接界面融合时， 又将很快再固化。因此，在这种情况下，只要几何原理允许，我们推荐使用剪切连接的结构。采用剪切连接的设计， 首先是熔化小的和最初

23、触的区域来完成焊接， 然后当零件嵌入到下起时，继续沿着其垂直壁，用受控的接触面来融化。如图 20 所示，这样可能性获得强劲结构或很好的密封效果， 因为界面的熔化区域不会让周围的空气进来。由于此原因，剪切连接尤其对半晶体树脂非常有用。剪切连接的熔接深度是可以调节的， 深度不同所获得的强度不同， 熔接深度一般建议为0.8-1.5mm,当塑件壁厚与较厚与强度要求高时，熔接深度建议为1.25X壁厚。图 21 所示为几种基本的剪切式结构：剪切连接要求一个塑料壁面有足够强度能支持与防止焊接中的偏差，有需要时，底模的支撑高于焊接位，提供辅助的支撑。下表所示为零件大小尺寸和接触面、零件误差的大概尺寸：当零件尺

24、寸大于90mnW,或零件有不规则的形状时，建议不采用剪切连接。这时因为注塑时很难控制误差与变形使其保持一致。 如果是上述情况， 建议采用能量导向的形式。图 22 所示为双面剪切式设计图 23 所示为扣式焊线设计，用于高强度，但上下塑料件不接触的情况下，在特殊情况下，可用于增加密封圈的情况。塑料件的设计代注塑方式能有效提供比较完美的焊接用塑胶件。 光我们决定用超声波焊接技术完成熔合时，塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点：1 焊缝的大小即要考虑所需强度2 是否需要水密、气密是否需要完美的外观避免塑料熔化或合成物的溢出是否适合焊头加工要求焊接质量可能通过下几点的控制来获得：材质塑料件的结构焊接线的

25、位置和设计焊接面的大小上下表面的位置和松紧度焊头与塑料件的妆触面顺畅的焊接路径底模的支持为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：最初接触的两个表面必须小， 以便将所需能量集中， 并尽量减少所需要的总能量即焊接时间来完成熔接。找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或企口之类。围绕着连接界面的焊接面必须是统一而且相联系互紧密接触的。如果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。下面就对塑料件设计中的要点进行分类举例说明：整体塑料件的结构塑料件的结构塑料件必须有一定的刚性与足够的壁厚， 太薄的壁厚有一定的危险性， 超声波焊接时是需要加压的，一般气压为2-6kgf/cm2。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。罐状或箱形塑料等， 在其接触焊头的表面会引起共振而形成一些集中的能量聚集点，从而产生烧伤、穿孔的情况如图 1 所示，在设计时可以罐状顶部做如下考虑O1加厚塑料件02增加加强筋03焊头中间位置避空尖角如果一个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况， 比如尖角位， 在超声波的作用下会产生折裂、融化。这种情况可考虑在尖角位加