塑胶产品 结构设计方法

塑膠件結構設計指引

塑膠結構件的設計是由其用途、性能及外觀要求決定的，但注射成型的塑件有其獨特的工藝特點，故設計塑件結構時應考慮其成型工藝特點，以設計出既滿足使用和外觀要求又高效低耗、順利成型的塑件。

一、塑件設計的基本原則

1〃結構應滿足成型工藝的基本要求，既利於塑件成型。

2〃在保證使用及外觀要求的前提下力求結構簡單，壁厚均勻，方便耐用。 3〃結構合理，便於模具製造。

4〃外形美觀。

二、塑件結構的設計要點

1〃塑件尺寸精度：塑件尺寸精度主要受模具製造誤差和塑膠收縮的影響，而塑膠收縮的大小還受以下因素的影響：

（1）塑膠品牌：品牌不同的塑膠收縮率不同；品牌相同的塑膠其收縮率亦因生産廠家、批量、水分及揮發物的含量不同而不同。

（2）成型條件：注射壓力、時間及溫度等直接影響塑膠的收縮率，如壓力提高，收縮率降低。

（3）塑件壁厚、幾何形狀等也會影響成型收縮率，如壁薄的塑件收縮就小。

（4）模具結構：模具結構也影響塑件的收縮率，如澆口尺寸大時收縮小；與料流平行的方向收縮大等。

可見塑膠的收縮率是不穩定的，直接影響到塑件的尺寸精度，再加上因脫模斜度及分型面産生的飛邊以及成型零件的磨損等因素的影響，所以在設計塑件結構時，若無必要不必選用太高的尺寸精度。

2〃表面質量

塑件的質量除了尺寸精度外，還有塑件的表面質量，包括有無斑點、條紋、氣泡、凹痕、熔接痕、色澤和表面光澤及表面粗糙度等。前幾項應在注射過程中避免，而表面光澤及粗糙度與成型零件的表面粗糙度、模具的磨損程度、塑膠品牌與質量、成型工藝條件有關。

設計時成型零件的表面粗糙度比塑件高一級。

3〃塑件的壁厚

塑件的壁厚設計應注意以下幾點：

（1）薄厚應合適：若壁厚過厚，則:

①收縮率增大，尺寸不穩定性增加。

②塑件冷卻時間加長，成型周期加長，注射效率降低。

③浪費材料，增加成本；

若壁厚過薄，則

①塑件的強度及剛度下降，使用壽命降低。

②成型時流動阻力增加，影響成型效果。

③脫模困難。故塑件壁厚一般取2～3mm, 不同品種塑膠的製品厚

度可查表選取。

（2）壁厚應均勻:

①若壁厚不均勻，則收縮不均勻, 從而産生內應力引起塑件開裂,

或産生縮孔、氣泡及翹曲等缺陷。

②局部壁厚會延長冷卻時間，降低生産效率。

對於一些不利於成型的結構應基於以下原則改進：

①滿足塑件在裝配、運輸與使用時的要求；

②充分考慮成型工程中塑膠的流動性，如薄壁及棱邊部分能否充

滿。

③塑件應能承受足夠的脫模力以不被頂裂。

圖1-8爲幾例典型塑件壁厚的改進實例。

另外，爲保證塑件的均勻性，應儘量在拐角處採用圓弧連接，在薄壁和厚壁過渡處採用斜角過渡，且過渡面緩和平穩以避免應力集中。

4〃塑件的增強措施

由於塑件的壁厚有一定限制，有時不能滿足其使用性能和壽命要求，故可在不增加塑件壁厚的前提下，採取一些措施提高塑件的強度和剛度。

（1）設加強筋：在塑件的適當部位設加強筋不僅可以提高塑件的強度和剛度，還能改善塑膠的流動性能，有時還能避免因殘餘應力而産生的變形。 設加強筋時應注意：

①根部尺寸不能過大，（圖1-9）。

②設置脫模斜度以便於脫模。（圖1-10）

③加強筋的方向應與料流方向一致，否則會影響料流的正常流

動，局部型腔填充不滿。

④同一平面設置多個筋時其分佈、排列應相互錯開，以減少收縮

不均引起的變形或破裂。

（2）改變塑件形狀：對於型深壁薄的塑件，可通過設端部平沿、圓弧沿、击台等結構來提高其強度和剛度，如圖1-11所示。

5〃支承面的設計

對於盒類、容器類塑件，底平面作爲支承面時，應設計成凹形或設計加強筋及击台、击邊等結構形式。若採用整個底面作支承面，則因模具製造偏差及塑件收縮等原因引起變形、翹曲等。如圖1-12。

6〃脫模斜度的確定

塑件注射成型後的固化冷卻過程中産生收縮，包緊型芯，從而導致脫模困難，故需在與脫模方向平行的塑件內外壁設計出合理的脫模斜度以便於脫模。脫模斜度與塑件的材料、部位、形狀、壁厚、高度及尺寸精度等因素有關。設計脫模斜度時應注意以下幾點：

（1）取向原則：內孔以型芯小端d 爲准，斜度沿擴大方向標出；外形以型前腔大端D 爲准，斜度沿減小方向標出，如圖1-13所示。

（2）當塑件形狀複雜，能預見到脫模困難時，應取較大的脫模斜度。

（3）斜度大小隨塑件高度的變化而變化，以縮小塑件兩端尺寸差距，當塑件高度小於50mm 時取較大值，大於100mm 時取較小值。有時將較高塑件的型腔從兩端取脫模斜度。

（4）塑件壁較厚時收縮産生的包緊力較大，應取較大的脫模斜度。

（5）塑件內表面的斜度應小於外表面，即型芯的脫模斜度小於型腔的，以便開模時塑件留在型芯側。

（6）塑件精度要求較高時應選用較小的脫模斜度。

（7）收縮率較大的塑件應選用較大的脫模斜度。

（8）增強塑膠宜取較大值，而含有自潤滑性質的、易脫模的塑膠可選取較小值。 7〃塑件上孔的設計

（1）塑件孔的技術要求：塑件上各種形式的孔如通孔、盲孔、螺旋孔及異形孔等大部分與塑件一起成型的，設計時應注意以下幾點：

①孔的極限尺寸：因塑件孔是由型芯成型的，注射時型芯受到高

壓料流的衝擊，太細或太長會彎曲，故應限制孔的直徑。

②孔間距：孔邊與孔邊、孔邊與塑件邊應有足夠的距離以保證強

度，孔間距、孔邊距與孔徑的關係見下表。

當塑件受力較大時可在孔的邊緣處設置击台，較深的孔可設加強筋，如圖1-14示。

（2）通孔的設計：通孔的成型方法如圖1-15

①普通通孔成型時型芯固定在模板的一側，圖1-15a ）。

②較深通孔成型時可採用兩個型芯，分別固定在動、定模兩側成型，圖1-15b ）。但這種方法在合模時兩型芯容易産生偏移，兩孔的同軸精度不易保證。

當精度要求較高時可採用型芯對合處圓錐面定位法，圖1-15c ）。圖1-15d ）是型芯在一端固定，另一端導向增強的方法，可保證孔與分型面的垂直度要求。其缺點是因型芯的合模滑動在導向孔端部容易磨損而産生飛邊，同時，通孔從一側頂出，增大了脫模阻力。解決的方法一是在導向孔處鑲嵌硬度較高的導套，二是採用頂管頂出的形式。

（3）盲孔的設計:型芯只能一端固定即單懸於型腔內, 當與料流方向垂直時易受衝擊而彎曲變形, 故盲孔深度一般不超過孔徑的4倍，即h ≤4d 。

（4）螺釘固定孔的設計：螺釘固定孔的常用形式如圖1-16所示。

（a ）選用沈頭螺釘的固定孔形式，緊固時圓錐體的沈頭對塑件孔的邊緣有較大的壓力，易産生劃傷及裂痕等影響外觀及強度的現象。（b ）使半圓頭沈入一段距離，增加了塑件孔的強度，但沈頭螺釘的對中性好，緊固時易産生 蹩勁現象，故一般情況下不採用這種形式。（c ）（d ）（e ）採用圓柱頭螺釘全露頭、半露頭和沈頭的形式，被緊固的塑件可以做一定距離的移動，是較理想的形式。

（5）異形孔的設計：通常異形孔可採用型芯相切的方法成型，如圖1-17所示。異形孔的設計需滿足條件A ≥B +Htanα，其中H 爲異形孔的垂直厚度，mm ；α爲型芯相切斜度，一般取3０～5０˚。

8〃避免側抽機構的設計技巧

當塑件表面形狀限制型腔或型芯在平行與開模方向的順利脫模時，必頇設計側抽芯機構，使模具設計製造複雜化。故可在不影響塑件使用性能的前提下，對其結構進行必要的改動，以避免側抽的結構形式。如圖1-18所示。

9〃塑件螺紋的設計

塑件上的螺紋若直接注射成型，則直徑和螺距成型後會産生收縮，影響其與金屬件的配合，故設計塑件的螺紋時應注意：

（1）螺紋精度不低於IT8級。

（2）儘量縮短配合長度以減小螺距的積累誤差，一般應小於螺紋直徑的1.5~2倍。但若是同種塑膠件的相互配合則不必考慮。

（3）螺紋端部設大於0.5mm 的無螺紋區，其目的是①方便製造；②防止出現飛刺和脫邊而崩扣；③起導向作用，方便使用。

（4）外螺紋直徑不小於3mm ，內螺紋直徑不小於2mm ，螺距不小於0.7mm 。

（5）同一塑件同一部位的同軸線上有前後兩段螺紋時其螺距和旋向應一致，以便同時旋出螺紋成型零件，簡化模具；若兩段螺紋的螺距不等或旋向相反時，則螺紋型芯或型環應分別做出，組合裝配，成型後分別旋出。

（6）若塑件上的螺紋在使用時不常拆卸且緊固力不大時，可採用自攻螺釘的結構。

（7）塑件上螺紋強度要求較高時，可採用金屬嵌件嵌入的結構形式。 10〃塑件齒輪的設計

（1）相互嚙合的塑膠齒輪應採用相同的材料製造，以避免因收縮引起嚙合狀態不佳。

（2）齒輪各尺寸關係：H=DD1>1.5Dt1=3m

其中：H —輪轂厚度，mm ；

D —軸孔直徑，mm ；

D1—輪轂外徑，mm ；

t1——輪緣寬度，mm ；

m ——齒輪模數。

（3）塑膠齒輪孔與軸採用過渡配合，其固定方法採用扁軸孔，避免用鍵槽連接。

11. 嵌件的設計

定義：在塑件成型過程中將金屬或其他材料的結構直接嵌入塑件使之與塑件成爲一個不可拆卸的整體，這些被嵌入的件即爲嵌件。

原理：塑件與金屬的熱膨脹係數不同，注射成型後冷卻過程中熱脹係數大的塑件將嵌件緊緊抱住。

目的：增加塑件強度、硬度、耐磨性、導電性及使用壽命等。

嵌件設計時應注意：

（1）嵌件材料的熱膨脹係數與塑膠的線膨脹係數差別不大，否則會引起開裂。

（2）嵌件周邊塑件壁厚不能太小以防開裂，同時還可保證塑件的使用強度。嵌件周邊的最小壁厚尺寸見表1-3。

（3）嵌件嵌入部分邊緣應加工成圓角以利於塑膠流動以避免應力集中；形狀應儘量對稱以便均勻收縮。

（4）應考慮便於安裝並準確牢固地定位，防止因合模震動或受料流衝擊而産生位移。

（5）嵌件的定位面應可靠地密封以防成型時熔料的滲入。一般採用H8/h8的配合精度。

（6）嵌件的嵌入部分應雙向固定（軸向和徑向），以防受力時竄動或轉動。 嵌件常用的結構形式：

（1）軸頭類嵌件常採用開槽和滾花結構以保證牢固的和、固定於塑件中如圖1-20。

（2）螺紋類嵌件的結構著重考慮嵌件在模具中安裝定位的準確牢固，防止飛邊跑料。內螺紋嵌件與型腔壁應有一距離h>0.05以免合模時壓壞型腔；支撐杆頸部有H8/h8的一段配合精度以防飛邊，如圖1-21。

盲孔嵌件內螺紋的一端應做成盲孔以防從底部跑料，但爲加工方便亦可做成通孔再加上一螺帽。圖

1-22

外螺紋嵌件要求根部有一段無螺紋區與型腔H8/h8精度配合以防漏料。其固定形式見圖1-23

（3）片狀類嵌件採用一些起障礙作用的形狀。見圖1-24。

（4）導電類嵌件要保證導電體的截面積不受影響，應採用無切削形式如壓扁、壓彎及沖击苞等障礙性形狀。如圖1-25