基于產品壁厚設計與氣紋的研究

蔣映娥

美的集團家用空調事業部模具工廠 廣東順德 528311

1 引言

隨著人們生活水平的提高，消費者的審美觀也在不斷提升 ，既能滿足使用性能又能將美觀和舒適度相結合的產品受到越來越多消費者的青睞。以家電產品除濕機頂蓋為例，產品臺階處出現了氣紋，會極大的影響客戶及消費者的選擇。因此，塑料產品的品質缺陷會在很大程度上降低產品的市場競爭力。

此類痛點是產品設計開發中一個頗具挑戰性的課題，常規的設計理念已經無法滿足當前激烈的市場競爭環境，為此筆者及所在團隊經過兩年多的時間對塑料產品氣紋產生的原因、產品壁厚設計方面進行技術研究，成功解決了這一課題，并且獲得了國家專利技術。

圖1 除濕機頂蓋產品臺階處氣紋

圖2 除濕機頂蓋局部壁厚設計分布圖

2 塑膠產品氣紋產生的原因分析

除濕機產品壁厚設計局部出現如圖2所示的臺階，產品壁厚T與T2厚度相同或者是T大于T2。T料位過厚的情況下，塑膠流動時，不能優先填充滿產品轉角位置，型腔其他位置填滿后，轉角位置的氣體無法排出排氣型腔外，因此產生產品表面產生如圖3所示的氣紋。

3 產品外觀面氣紋改善要點及原理

圖3 產品轉角區域氣紋的形成

3.1 產品外觀面氣紋改善要點概述

本文提出一種產品外觀面氣紋的改善方法。基于有臺階或壁厚突變的產品，臺階處壁厚一般是主體壁厚的三分之一到四分之一范圍，臺階處必須做直邊處理，并連接到產品過渡開始的A點，如圖4所示。在成型填充過程中，膠料通過此臺階處，流動方式發生改變，先填充滿產品R角附近的外觀面，再向型腔后模部分流動，避免形成氣紋，最終得到產品外觀質量合格的產品。此文中的產品壁厚設計改善方法適用所有塑料產品（注塑模具）。

3.2 外觀面氣紋改善原理概述

圖4 產品防氣紋壁厚設計

圖5 產品氣紋改善原理圖

圖6 注塑模具1示意圖

圖7注塑模具1型腔臺階12處理方法的流程圖

本文通過對產品壁厚的設計將臺階的壁厚T2及注塑產品的主體與臺階上端連接處的壁厚T1設置為小于注塑產品的主體壁厚T，并將注塑產品臺階處非外觀表面做直邊處理，在產品注塑階段，膠料在模具型腔流動時，膠料在接觸到直邊后反轉并直接向上先行填充滿臺階拐角區域的外觀面，進而使得注塑產品外觀面平整無氣孔、氣紋，并且由于臺階的壁厚T2及注塑產品的主體與臺階上端連接處的壁厚T1小于注塑產品的主體壁厚T，使得注塑產品在臺階出的壁厚過渡較平緩。此外，過渡區域的設置，有效避免了突變的壁厚過渡轉變會導致因冷卻速度不同的產生亂流而造成尺寸不穩定和表面出現氣紋等問題，產品氣紋改善原理如圖5所示。

4 產品壁厚設計改善氣紋形成的細節方法

4.1 氣紋改善方法及效果

如圖6所示，本案例對注塑模具1的型腔臺階12處的壁厚進行了改進，使得注塑產品在臺階12處的壁厚過渡平緩，解決了注塑產品由于在臺階12處產生突然的壁厚改變而造成的注塑產品表面出現氣紋等問題。注塑模具1型腔臺階12處理方法的流程如圖7所示。

（1）步驟502，確定模具型腔臺階12部的外觀表面與非外觀表面，并將非外觀表面做直邊處理；

（2）步驟504，將注塑產品主體14壁厚T范圍設置為：0＜T≤3mm；

（3）步驟506，將臺階12的壁厚T2與注塑產品主體14壁厚T的比值α范圍設置為：1/4≤α≤1/3；

（4）步驟508，將注塑產品的主體與臺階12上端連接處的壁厚T1與注塑產品的主體壁厚T比值β范圍設置為：1/4≤β≤1/3；

（5）步驟510，注塑產品的非外觀面做過渡區域10，并將過渡區域10非外觀面與直邊形成銳角夾角A。

4.2 壁厚的設計及對應作用

注塑模具1型腔臺階12處理方法，通過將注塑產品主體14壁厚T范圍設置為0＜T≤3mm，避免了過厚的產品不僅增加物料成本，而且生產周期長，同時，還避免了過厚的產品將導致產生“氣孔”的可能性及大，大大削弱產品的剛性及強度；將臺階12處壁厚T2與產品主體壁厚T的比值α設置為1/4≤α≤1/3，使得避免了臺階12處與產品主體之間太突然的壁厚過渡轉變會導致因冷卻速度不同的產生亂流而造成尺寸不穩定和表面出現氣紋等問題的效果達到最佳；將注塑產品的主體與臺階12上端連接處的壁厚T1與產品主體壁厚T的比值β設置為1/4≤β≤1/3，使得避免了注塑產品的主體與臺階12上端連接處的壁厚與臺階12處太突然的壁厚過渡轉變會導致因冷卻速度不同的產生亂流而造成尺寸不穩定和表面出現氣紋等問題的效果達到最佳通過將過渡區域10非外觀面與所述直邊形成夾角A設置為銳角，即使得過渡區域10由遠離直邊到接近直邊為由厚至薄的過渡，并且，由于臺階12處壁厚T2小于注塑產品主體14壁厚T，進而使得臺階12處與注塑產品主體14的壁厚過渡較平緩，確保了避免注塑產品出現太突然過渡的技術效果。

本案例對注塑模具1的型腔臺階12處的壁厚進行了改進，使得注塑產品在臺階12處的壁厚的設置更為合理，使得注塑產品的壁厚的設置達到最佳，更加有效地解決了注塑產品由于在臺階12處產生突然的壁厚改變而造成的注塑產品的尺寸不穩定以及表面出現氣紋等問題。

5 結束語

產品走向市場，必須要能夠吸引消費者的目光，才會有購買的意向。產品的設計不但要實用，并且要美觀。這樣才能促進消費，占據市場份額。如何以客戶為導向，已經成為新的攻關課題。對產品外觀技術的不斷創新要求，已經刻不容緩。本文通過產品外觀面氣紋形成原因分析、產品壁厚設計改善方法等方面進行了闡述及原理介紹，成功解決了塑膠類產品外觀面氣紋的問題。

希望在產品設計方面有越來越多更加卓越的突破和創新，提高產品的可制造性，使成型出的產品更加能面向市場，適應客戶的需求，提高消費者的滿意度。

[1] 林榮德. 產品結構設計務實[M]. 國防工業出版社, 2012.

[2] 董斌斌. 注射成型中常見成型缺陷的研究[J]. 鄭州大學, 2005.