淺述精密注塑件的設計

江育波，吳華

(1.蘇州工業園區職業技術學院精密工程系，江蘇 蘇州 215021;2.德萊賽機械(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215021)

要做好塑料模具設計，前期的產品設計非常重要。因為客戶在做產品設計時側重點是在造型和使用功能上，設計出來的產品在模具成形方面不一定很完善，不利于成形，因此為了做好模具設計前期塑料件的設計一般從以下幾個方面加以考慮。

1)塑料零件的壁厚;

2)脫模角度;

3)產品表面質量的要求;

4)塑料件的分型面;

5)模具結構的可行性;

6)塑料流動性能和澆口位置選擇。

1 塑料零件的壁厚要求[1]

塑料零件壁厚的大小直接影響到注射成形時的填充效果和冷卻時間，對產品的尺寸和表面質量也有很大的影響。成品壁厚以各處均一為原則，決定壁厚的大小及形狀時，必須考慮成品構造強度，脫模強度以及成形后可能造成的縮痕、幻影線等因素。

1)塑料件壁厚應盡可能做到均勻，如圖1所示。如果壁厚不均勻，則產品在注射成形的冷卻階段，厚壁處在后期冷卻得不到必要的補料，成形后會在表面留下縮水的痕跡，因此，在不影響產品使用的前提下，將其結構略作改動，做到壁厚均勻。

圖1 塑件壁厚Fig.1 Wall thickness of plastic parts

2)由于對有些塑料件有結構和力學性能上的要求，使壁厚不能做到均勻，塑件也要避免出現斷差(如圖2所示)，因此應盡可能使產品壁厚的變化平緩過渡，防止成形后表面留下痕跡。

圖2 避免斷差Fig.2 Avoiding breaking

3)塑料零件的加強筋如果設計得太薄，起不到加強結構的作用，設計得太厚，則會在加強筋的反面留下縮水的痕跡，所以，一般要求加強筋根部處的壁厚取零件壁厚的50% ～70%，而且常設計拔模斜度，如圖3所示。

圖3 加強筋壁厚Fig.3 The wall thickness of rib

2 拔模角度[1]

如果注塑產品附有垂直外壁并且與開模方向相同，模具在塑料成形后需要很大的開模力才能打開，而且，在模具開啟后，產品脫離模具的過程亦十分困難。為了能夠使產品輕易脫模和頂出，需要在塑料零件邊緣的內側和外側各設計一個傾斜的角度，這就是脫模角度，也叫拔模角度。如圖4所示。

圖4 脫模角Fig.4 Draft angle

拔模角大小的設計沒有一定的準則，多數是憑經驗和依照產品的深度決定，一般需要考慮塑件的材質、結構及產品的表面要求等。為了保證塑件在開模后留在動模，一般要求定摸拔模角度大于動模。

1)材質。塑料的材質不同，其收縮率和對模具的粘附力不一樣，塑件表面硬度也不一樣，有的塑料容易劃傷，因此，不同的材質可以選擇不同的脫模角度。如ABS的塑料零件一般應有0.5°至1°的拔模角度，而某些材料，如PP，PE的塑料零件有時因為拋光紋路與出模方向相同，拔模角可接近至0。

2)結構。從產品結構考慮，一般推薦1°～3°的拔模角度。盡管隨著拔模角度的加大，頂出會變得更為容易，但是可能使某些部分變化太大，應盡量維持分型面或平面的產品特征。當存在階梯式分型面時，常常需要有5°～7°的拔模角度封膠。

3)表面質量。成品外表面的拔模角度應取較大值，以便于成形時脫模不拉傷成品。成品外觀如有咬花皮紋，則要參考相應的標準確定拔模角，在不影響成品性能的情況下，應采取較大拔模角。

3 產品表面質量的要求

手機等產品的外觀要求很高，設計塑料成形件時必須注意到模具上不同部位的外觀要求，客戶一般都會有指定，如皮紋面(咬花面)或拋光面等。如果是皮紋面，在設計時一定要注意檢查外觀面的拔模角度是否符合要求，否則會在開模時拉傷產品。如果是拋光面，客戶一般會指定拋光到什么等級，參考什么標準。有時客戶對外觀有特殊要求，如要保證產品外觀棱角或曲面的平整度等，在設計和加工時要特別注意，甚至考慮用非常規結構或加工方法;如有些塑料件的外觀不能有斜度，要保證側壁垂直，則需要在垂直面處設計滑塊或斜頂。

4 塑件的分型面

選擇注射模分型面總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單，制造容易。一般考慮以下幾個方面:保證塑料制品能夠脫模;使型腔深度最淺;使塑件外形美觀，容易清理;盡量避免側向抽芯;使分型面容易加工;使側向抽芯盡量短;保證塑件制品精度;有利于排氣;使塑件留在動模內;使型腔內總壓力較大的方向與分型面垂直。

當選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以使其接近理想的分型面。

1)平面分型面(如圖5所示)是最好的，方便磨削和配模，如果在平面分型面上局部有凸凹不平的曲面，可以采用鑲件。

圖5 平面分型面Fig.5 Plane type parting plane

2)如果產品的邊線所構成的面是二維曲面，最好保留這個二維曲面作為分型面，如圖6所示。

圖6 二維曲面分型面Fig.6 Parting plane of two dimensional curved surface

5 模具結構的可行性

由于塑料件結構復雜，模具不得不在結構上復雜化，甚至無法實現，塑料件在設計時應該充分考慮這一點，在保證外觀和功能的前提下，力爭使模具結構簡化，節約時間和成本，提高產品質量。

1)塑料件上有很多的側凹槽和側孔等結構阻礙產品沿頂出方向出模，一般采取抽芯、斜頂等結構[2]。在實現功能和保證外觀的前提下，可將凹槽和側孔優化設計成與頂出方向一致或碰穿結構，大大簡化模具結構，如圖7所示。

圖7 塑件結構的優化Fig.7 Optimization of the structure of plastic parts

2)成品上有些地方存在較難成形的特征，這時應檢查這些特征是否有用，如果有用，就要想方設法使之成形，如果沒有用，便要通知客戶建議修改。客戶一旦修改沒用的特征，模具結構會簡單很多或模具加工要求降低。如圖8所示，如果該處圓角沒用，對側抽芯的要求就降低了。

圖8 簡化塑件結構Fig.8 Structure simplification of plastic parts

3)有時產品的內表面不是平面，尤其是沿斜頂運動方向上有斜面或曲面，可能造成斜頂開模形成鏟料現象。如果斜度或曲率較小，在不影響產品使用功能的前提下，可將有干涉的地方做一些偷料處理，將斜面或曲面改成平面(如圖9所示)，簡化模具結構。

圖9 塑件結構優化Fig.9 Optimization of the structure of plastic parts

4)成品上的尖角及薄片直接影響到模仁的強度，從而影響整個模具的使用壽命。如果發現成品上有尖角或薄片時，一定要及時通知客戶，以便尋求解決方法。如圖10所示。

圖10 薄片處理Fig.10 Sheet processing

6 塑料流動性能和澆口位置選擇

當設計好注塑件后，需要結合模具設計，進行模流分析(如圖11所示)，考慮如何選擇澆口類型，確定澆口位置，并用Moldflow分析其充填可行性。一般會優先選用避免成形后需二次加工切除的澆口類型，如VG(熱流道)、點澆口、潛伏式澆口等。

圖11 模流分析Fig.11 The mold flow analysis

7 結語

綜上所述，在模具開始設計加工前，必須與客戶進行充分的溝通，根據產品結構和客戶要求，設計出合理的模具方案。注塑零件的合理設計，對提高產品質量、降低模具結構和加工難度、降低模具成本，顯得尤為重要。

[1]屈華昌.塑料成型工藝與模具設計[M].第1版.北京:高等教育出版社，2001.

[2]宋滿倉.注塑模具設計與制造實戰[M].北京:機械工業出版社.2007.