工业设计过程中产品结构设计注意事项之一

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

⑴、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。

⑵、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。

⑶、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。

⑷、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)。

⑸、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构，所谓模块化设计。

⑹、能通用/公用的，尽量使用已有的零件，不新开模具。

⑺、兼顾成本。

2、材料的选取

⑴、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 。

⑵、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。

⑶、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。

⑷、POM具有高的刚度和硬度、**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。

⑸、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。

⑹、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：

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0.5°～1°居多。具体选择脱模斜度注意以下几点：

⑴、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°。

⑵、较高、较大的尺寸，根据实际计算取较小的脱模斜度。

⑶、塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。

⑷、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。

⑸、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2.5°～3°，ABS及PC料脱模斜度应不小于1.5°～2°。

⑹、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°～5°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。

⑺、结构设计成对插时，插穿面斜度一般为1°～3°。

⑻、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。

⑼、一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。

⑽、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°，3～5mm取1°，其余取1.5°；低于3mm高的腔体的脱模斜度取0.5°，3～5mm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：

⑴、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100mm²。

⑵、塑件壁厚一般在1～5mm范围内。而最常用的数值为2～3mm。

⑶、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。

⑷、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。

⑸、塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。

3.3、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。

⑴、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。

⑵、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。

⑶、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）

⑷、除特殊要求外，加强筋应尽可能矮，加强筋的高不要超过（3～4）×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。

⑸、加强筋厚度与塑件壁厚的关系

当（A-B）/B×100％＜8％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0.5～1mm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**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0.3～0.8mm。

综上所述，园角对于成形品的设计会有以下的一些优点：

⑴、圆角使得成形品提高强度以及降低应力。

⑵、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。

⑶、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。

⑷、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R<0.3T----应力剧增。

内圆角R>0.8T----几乎无应力集中。

3.3.2、增设加强肋

肋根部厚度约为0.4～0.6T

肋间间距>4T          肋高L<3T

3.3.3、利用变化肉厚及形状

⑴、侧壁加强：既可防止变形，也可改善流动性。

⑵、边缘加强：用变化的边缘形状来加强，防止变形。

⑶、周边加强：较大的平面易发生翘曲变形，用周边凹凸或波浪形来防止变形。

⑷、底部加强：箱形件底部，为加强及防变形通常在造型上做局部沉台或凸起造型。