樹脂件的結構設計

王涇晶

摘要：文章從注塑成型樹脂件結構設計的角度出發，結合注塑生產的工藝特點及材料本身特性，總結了注塑成型樹脂件結構設計上的要點和注意事項，列舉了若干設計中經常采取的結構形式和改進方法，為注射成型樹脂件的結構設計給出了參考。

關鍵詞：樹脂材料；結構設計；加強筋；拔模斜度

中圖分類號：TQ325文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）12-0020-02

隨著社會的發展，不斷發展新材料、新技術以適應各種產品結構設計方面的要求，特別是樹脂材料的應用以強度好、重量輕、成型性良好而得到大范圍的應用，從汽車內飾部件到生活上的細小必需品都離不開樹脂材料，特別是在汽車上得到了廣泛的應用，目前世界上不少轎車的塑料用量已經超過120千克/輛，個別車型還要高，德國高級轎車的塑料使用量已經達到300千克/輛，國內一些轎車的塑料用量也已經達到200千克/輛，可以預見，隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛。作為從事樹脂產品設計的人員來講掌握設計技巧及設計方法相當重要，尤其是結構設計方面，直接影響了產品的成本、品質等。

一、產品避厚的合理性

從產品強度來看，樹脂產品壁厚越厚產品強度越好，從產品輕量化來看產品壁厚越薄產品越輕，從成型質量的角度來看，樹脂件的壁厚過厚，在成型的過程中會出現冷卻不均，容易產生縮水，鎖孔等缺陷，壁厚太薄，又會造成素質流動狀態不好，進膠困難，從而使型腔不易充滿而造成充填不足，綜合以上幾點來看樹脂件的壁厚應盡可能均勻、合理，在需要強度的部位采取增置加強筋，在壁厚過厚處采取局部挖空的結構，不均勻處可采取緩和過渡的形式，使壁厚變得均勻，避免成型過程中產生翹曲變形等缺陷。壁厚的合理性除了影響成型和成品的強度，同時也更有利于制品能夠順利地從模具中脫離出來。

當然在實際設計的過程中，樹脂件的種類何其之多，在確定制品的厚度上也要根據不同的材質的各自屬性和特點，和此制品的大小規格，適用條件等各方面，再根據以上原則來決定。由于樹脂制品已深入生活，在設計壁厚上也有章可循，已經形成了一定的規則，設計過程中可參照這些規則。

二、應力集中問題解決辦法

樹脂件的結構設計要特別注意避免尖銳棱角的產生，樹脂材料始終比較敏感的材料，因此在應力集中的地方會產生微小的裂紋，逐步擴大以致發生斷裂，導致制品的損壞。

樹脂材料的強度通常較低，避免應力集中最好的方法是改善尖銳棱角部位的結構形式。例如。在尖角部位增加倒角，倒圓角或以平緩的方式過渡。當因結構件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圓角時，可通過在尖角處增加局部結構強度，向內掏出圓角的辦法降低應力集中，樹脂螺紋的牙形應優先采用圓形和梯形，避免三角形、矩形，這樣可以減低缺口效應，提高螺紋的承載能力。

三、加強筋結構的設計原則

為了減小產品的平均肉厚，降低產品的重量，以及減少成型過程中的缺陷，通常在需要加強強度的位置設置加強筋的方法來提高產品的強度和剛性，同時也降低成本。在樹脂件上設置加強筋，可提高樹脂的強度，防止樹脂件的翹曲變形，選擇恰當的加強筋位置可改善樹脂溶液的流動性。

樹脂制品上的加強筋形式多種，但設計加強筋一般遵循以下原則：（1）筋的壁厚根據材料不同而不同一般為主體厚度t的0.4倍，最大不超過0.6倍，避免厚筋底冷卻時出現凹陷，影響制品的美觀；（2）筋之間的間距大于4t，筋的高度低于3t；（3）螺釘柱的加強筋至少低于柱子表面1.0mm；（4）筋的根部要以圓角過度，避免應力集中造成破壞，但謹防圓角過大出現凹陷；（5）加強筋應低于零件表面或分型面至少1.0mm。多條加強筋相交，要注意樹脂帶來的局部材料堆積問題。其改進方法是：（1）將加強筋錯位；（2）加強筋交叉部位設計成空心結構等。

細長的加長筋，如受力，應盡量使其承受拉力，避免承受過大的壓力。因為樹脂材料的彈性模量很低，容易出現失穩問題。這與我們在進行金屬鑄件設計時所遵循的優先受壓原則相反，需要特別注意。

四、拔模斜度設計

拔模斜度也叫脫模斜度，主要是為了避免樹脂件在脫模時由于冷卻收縮而對模具產生粘附，摩擦，從而導致其損傷變形，而在樹脂件的脫模方向設置的有利脫模角度。

拔模斜度的確定一般遵循以下幾個個原則：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，這樣做相當于減小公差；（2）拔模角度一般取整數；（3）樹脂件的外觀拔模角取值大于內壁的角度，這有利于成形時脫模；（4）樹脂中硬度大的，剛性大的，脫模斜度也應該相應加大；（5）在不影響外觀的前提下取較大的拔模角度；（6）制品壁厚也決定了拔模角度的設定，兩者成正比。某些材料，如PP、PE等能強行脫模，強行脫模量一般不超過型芯最大面積的5%。

五、依據模具結構考慮樹脂件的結構設計

模具在注射生產的工藝裝備中是不可代替的，模具內腔的形態是樹脂件形狀的反映。樹脂件結構的難易程度直接影響著模具結構上的復雜變化，為了能使設計的制品批量生產化，結構設計也是至關重要的，當然這也直接影響著模具的設計，從而在做樹脂件結構設計的同時，在保證外觀和功能的前提下，盡可能地考慮模具的結構，使之簡化，利于后期的加工，批量生產，從而節約時間和成本并可以提高產品質量。所以在從事結構設計的工作，還應了解模具設計的基本原理與基本原則

模具設計不合理就能造成產品成型不良，注塑工藝生產產品可能出現的缺陷主要有一下幾種：縮痕、熔接痕、氣孔、變形、拉毛、頂傷、飛邊、成型不足、燒糊等。注塑件設計一般遵循以下原則：（1）充分考慮塑料件的成型工藝性，如流動性；（2）塑料件的形狀在保證使用要求的前提下，應有利于充模、排氣、補縮；（3）塑料產品設計應充分考慮成型模具的總體結構，特別是抽芯與脫出制品的復雜程度，同時應充分考慮到模具零件的形狀及制造工藝，模具零件的強度等，以便使制品有較好的經濟性；（4）塑料制品設計主要內容是零件的形狀、尺寸、壁厚、孔、圓角、加強筋、螺紋、嵌件、表面粗糙度的設計。

六、從裝配的角度考慮樹脂件的結構

連接結構問題是產品設計中一個重要的問題。構成產品的各個功能部件需要以各種方式連接固定在一起形成整體，以完成產品的設計功能。滿足外觀造型設計的產品外殼，通常也是由底蓋，主體框架等部件組成，需要連接固定形成一個整體。因此有必要對產品設計中連接結構問題進行探討。

由于樹脂材料的彈性模量小，即材質較軟，并且成型工藝與金屬不同，樹脂件的公差精度比金屬件一般來說要低很多。因此，在進行結構設計時應注意這一特性，應避免大尺寸小公差的情況出現。尺寸越大，累積的變形越大，對公差精度的影響也越大。粘接是樹脂件常用的裝配方式之一。樹脂件粘接時應避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因為其抗撕扯能力差，正確的做法是使粘接界面承受剪切力。處于受正拉力狀態的粘接強度不及處于受剪力狀態的粘接強度，因為處于受正拉力狀態的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用；而處于受剪力狀態的粘接界面的面積一般大于受正拉力狀態的粘接界面的面積所以抗撕扯能力較強。

螺栓連接也是樹脂件常用的裝配方式之一。由于樹脂的強度很低，通常不足以咬緊螺絲，因此在受力較大的情況下，不可將自攻螺絲直接嵌入樹脂材質中。另外，平頭螺栓連接或鉚接式連接應帶面積較大的衫板，以增加受力面積。

參考文獻

[1]徐佩弦．塑料件的設計[M]．北京：輕工業出版社，2001．

（責任編輯：周加轉）