電子產(chǎn)品塑料組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化研究

摘 要：電子產(chǎn)品已經(jīng)深入每個人的日常生活，其塑料組件是必不可少的部分。從設(shè)計(jì)師的角度來講，功能化與成本最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)，是重要的討論課題。本文將深入研究電子產(chǎn)品塑料組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量成本的最優(yōu)化，為設(shè)計(jì)師提供合理的優(yōu)化與創(chuàng)新性意見。

關(guān)鍵詞：功能結(jié)構(gòu)；工藝；成本

電子產(chǎn)品的大部分構(gòu)成是塑料組件，從整體的設(shè)計(jì)來看，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝處理、模具制作與加工工藝、生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。因此，要求設(shè)計(jì)師在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工時，既要了解塑料組件的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，還要充分掌握塑料組件的表面處理工藝與模具加工以及生產(chǎn)組裝配置等多方面的綜合性知識。基于此種情況，本文將對塑料件的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與質(zhì)量優(yōu)化進(jìn)行充分討論，為提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)與優(yōu)化理念與認(rèn)知水平提供相關(guān)依據(jù)。

1 功能結(jié)構(gòu)優(yōu)化理念

從塑料件的功能結(jié)構(gòu)角度來看，其主要包括幾何形狀的設(shè)計(jì)與選用，裝配組合的設(shè)計(jì)，耐用與強(qiáng)度設(shè)計(jì)，以及成本的考量與計(jì)算。可以說以上幾個方面構(gòu)成了塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部，同時其關(guān)系也是相互依托，貫穿了整個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)[1 ]。

1.1 形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1.1塑料件壁厚設(shè)計(jì)

通常情況下，塑料件的壁厚取決于其所能承受的外力來源及大小，同時，也受到其所選用的材料情況等因素制約。壁厚設(shè)計(jì)的問題主要有以下幾種：1）壁厚設(shè)計(jì)過厚，通常會導(dǎo)致原材料成本增加，并且延長其注塑成型周期，導(dǎo)致整體的生產(chǎn)成本隨之提升。壁厚過厚還會影響塑料件的均勻硬化，導(dǎo)致產(chǎn)品最終產(chǎn)生氣孔、縮痕等缺陷。2）壁厚設(shè)計(jì)過薄，直接影響其強(qiáng)度，并且在組件脫模以及使用組裝過程中造成彎曲和變形，嚴(yán)重影響后期效果。同時，在生產(chǎn)過程中，由于壁厚設(shè)計(jì)過薄，熔料在充模時則會出現(xiàn)阻力大，填充不完全等現(xiàn)象。3）壁厚設(shè)計(jì)不均勻，則會導(dǎo)致各部分在冷卻時收縮不均勻，進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，發(fā)生氣孔、裂痕或者變形等情況。綜上所述，塑料件壁厚設(shè)計(jì)的最佳狀態(tài)是均勻分布。壁厚均勻可有利于熔料沖模，并縮短冷卻時間，提高收縮均勻度。同時，設(shè)計(jì)精度得以保證，可以提升生產(chǎn)效率，方便后期裝配。但是，現(xiàn)實(shí)中壁厚不均勻現(xiàn)象不可避免，因此，在特殊位置壁厚過渡時，應(yīng)保持遞減原則，平滑過渡。

1.1.2圓角的優(yōu)化設(shè)計(jì)

圓角是塑料件功能體現(xiàn)的重要手段。在設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程中，應(yīng)避免銳角設(shè)計(jì)，合理發(fā)揮塑料件的機(jī)械強(qiáng)度。圓角的合理設(shè)計(jì)可以促使熔料更容易沖模以及脫模。此外，圓角設(shè)計(jì)可以增加產(chǎn)品強(qiáng)度與使用壽命。

1.2裝配功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對塑料件裝配功能進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)前，必須了解此類功能的作用有哪些。確定電子產(chǎn)品中塑料件的構(gòu)成部位及尺寸等，確定塑料件形狀與裝配方式、間隙等。

1.2.1裝配連接方式

1）自攻螺釘連接，該連接方法的優(yōu)勢在于模具設(shè)計(jì)簡單，使用強(qiáng)度高。但是，自攻釘會使裝配復(fù)雜化，增加生產(chǎn)成本，并且不容易拆解。2）扣位連接，此種連接的優(yōu)點(diǎn)在于裝配較為簡單。缺點(diǎn)是要求模具設(shè)計(jì)較為精確，模具的加工相對復(fù)雜。

1.2.2間隙配合原則

設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中的各種因素均會導(dǎo)致塑料件發(fā)生變形的情況。可以說，塑料件變形是不可避免的。因此，在整個設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)其材料特性以及加工后所產(chǎn)生的變形范圍進(jìn)行精確的計(jì)算，并預(yù)留合理的間隙。杜絕因間隙過大或過小導(dǎo)致的塑料件無法有效裝配的嚴(yán)重問題 [2 ]。此外，還要考慮到塑料件與其他組件的組合，其設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格執(zhí)行GB 8898-2011的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)

在強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以將其區(qū)分為零部件強(qiáng)度與連接強(qiáng)度兩個部分來考量。零部件強(qiáng)度主要包括功能結(jié)構(gòu)的相關(guān)事項(xiàng)，如壁厚、形狀、結(jié)構(gòu)形式等。連接強(qiáng)度則主要包括連接方式與結(jié)構(gòu)等。一般來說，零部件強(qiáng)度在確定之后，同時便可以確定連接強(qiáng)度。整體來說，強(qiáng)度的優(yōu)化和設(shè)計(jì)體現(xiàn)在產(chǎn)品的外形和基本尺寸上，同時要求各組件的位置合理均衡，符合預(yù)期效果[3]。

1.4 成本優(yōu)化設(shè)計(jì)

成本的優(yōu)化與設(shè)計(jì)已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的組成部分。本文根據(jù)產(chǎn)品不同的設(shè)計(jì)與使用情況，提出三種不同形式的成本節(jié)約方案，具體為：1）以保證塑料件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求為原則，在可滿足基本使用條件的前提下，通過降低組件壁厚，簡化零部件的形狀，減少不必要的結(jié)構(gòu)，以較低成本原材料進(jìn)行注塑，加強(qiáng)實(shí)用性。2）以減少零部件數(shù)量為原則，將多類裝配組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、通用化設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)上減少裝配組件過多的現(xiàn)象，進(jìn)而降低成本。3）以實(shí)用為原則，在表面處理上減低成本。

2 工藝思路創(chuàng)新

1）模具加工與注塑思路創(chuàng)新。塑料件的加工工藝主要體現(xiàn)在模具與注塑。設(shè)計(jì)師在對其進(jìn)行綜合考量時應(yīng)注意，設(shè)計(jì)是否滿足塑料件的最終成形以及脫模效果，是否滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。例如，在保證壁厚均勻度的基礎(chǔ)上，在內(nèi)側(cè)適當(dāng)增加脫模斜面。在加強(qiáng)筋根部與其尖角處適當(dāng)設(shè)計(jì)圓角以便光滑過度等。設(shè)計(jì)師必須充分考慮工藝結(jié)構(gòu)的合理性，須知任何優(yōu)化與創(chuàng)新都是在保證塑料件成品率，生產(chǎn)效率與使用壽命的基礎(chǔ)上完成的。

2）量產(chǎn)思路的工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。好的設(shè)計(jì)就是能適合量產(chǎn)操作，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)之初就要考慮到其未來的生產(chǎn)效率。所以，這種工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，需要對產(chǎn)品形狀選擇、裝配方式、連接方式、成本核算都要做到細(xì)致入微的考慮。例如，統(tǒng)一螺釘連接，減少其種類；用卡扣設(shè)計(jì)代替自攻螺釘；設(shè)計(jì)定位結(jié)構(gòu)等。

3 總結(jié)

綜合上文所述，電子產(chǎn)品塑料件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化創(chuàng)新中，要充分考慮到基礎(chǔ)成本與量產(chǎn)能力。以此為出發(fā)點(diǎn)，在保證產(chǎn)品使用強(qiáng)度的前提下，細(xì)化設(shè)計(jì)、合理配置結(jié)構(gòu)；標(biāo)準(zhǔn)化，一體化組織裝配件，以達(dá)到既節(jié)約成本又保證使用的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡業(yè)安塑料模具設(shè)計(jì)中常見的問題[J].科技傳播，2012，12：136+98.

[2] 劉英.塑料模具設(shè)計(jì)中存在的問題及解決方案[J].生物技術(shù)世界，2014，06：183.

[3] 李順軍.塑料模具設(shè)計(jì)中的常見問題及改進(jìn)方法分析[J].科技風(fēng)，2014，22：42.

作者簡介：

劉鵬（1982-），男，河北秦皇島人，本科，助理工程師。