一種塑料零件設計方法

劉華榮

摘要：塑料零件設計一般都經過建模、零件強度分析、拔模分析、筋位布局等過程;完成一個全新塑料零件的設計首先考慮其用途，應用環境，在整體裝配中的作用，為下一步結構設計提供較準確的信息;設計結構需要根據作用對部分特定結構或部分特征進行處理。

關鍵詞：拔模、抽殼、加強筋

在零件設計過程中應考慮應用環境、作用及后繼加工或如何出模，出模方向及在模具中所提到的分型面，定義分型后以此面進行零件拔模，一般塑料件拔模角度為0.5°～3°（視具體情況而定）。為了保證零件整體厚度一致，抽殼前應完成上述拔模操作，應對抽殼后的零件進行殼體分析，輸入殼體的上下限值，超出或小于設計厚度時會以不同顏色（見圖一）進行顯示，一目了然，也可多角度剖截面對零件的厚度進行檢查（建議自動檢查）。

若塑料件殼體比較薄在注塑過程中容易導致零件變形，對零件的裝配尺寸或關鍵尺寸及零件之間的裝配都有著極大的影響，對此問題的改善是在不影響生產工藝的情況下在非裝配或非配合區域中加筋位，增強薄弱面的強度，筋位如設計不合理將會使零件表面出現注塑收縮紋，表面有出現不同程度的變形，將影響外觀面的質量;所以筋位的設計厚度一般為：T*40%=t1，（注：T：表示零件厚度;t1：表示筋厚度）。

設計要點：

不同的塑料材質收縮率相差較大，前期應綜合慎重考慮成本及各方面因素對材料進行選型，否則開模后基本是不能改變零件材質。

零件厚度整體應均勻，若出現有過度面厚度有變化時，盡可能的采用具有弧度的面進行連接，避免塑料件表面質量問題等。

特別注意絲銅絲柱料不可太厚，將直接影響零件表面質量、導致變形等問題。

零件分析：

零件設計完成后輸出開模前，需要對零件進行分析拔模角度是否符合要求，可以采用專業的3D設計軟件進行分析，例如：creo、ug等軟件。

分析拔模是為了確定型腔內部的零件是否能順利脫模，避免出現有倒扣現象，外表面質量處理是否能滿足設計或客戶要求，以creo4.0為例對一個塑料結構件進行拔模分析，相關分析數據如圖一所示：

關于圖一所示分析數據顯示拔模角度符合設計要求，分析估計最大錯誤百分比為：0。

拔模分析是為了確定模具中內部零件能否從型腔中脫模，拔模分析要指定一個拔模角度和出模方向。所選零件的曲面是否要進行拔模斜度的設置，分析軟件會檢測垂直于零件曲面的平面進行參考與出模方向之間的角度。

使用拔模分析可以確保模具型腔內的零件是否能順利的脫模，而產品不易變形，拔模分析是以用戶定義的拔模脫出方向為檢查依據。

如果拔模分析以一側為準，那么被完全拔模的曲面就會以洋紅色顯示，如果拔模分析以兩側為準，那么一側就會顯示洋紅色，另一側就會顯示藍色，分析軟件也以一個顏色范圍顯示零件表面的實際拔模角度與指定值之間的差異。

零件壁厚設計建議：

零件壁厚度一般不宜≤0.9mm，常選取1.0mm～4.0mm，具體壁厚根據實際設計需要而定。

基本設計原則：

一般塑料件的厚度為2.0mm～3.0mm，如吸油煙機大面板壁厚就是2.0mm～3.0mm，熱塑性塑料最大設計壁厚為4.0mm。

壁厚的大小取決于：

a、產品需要承受的外力;

b、是否作為其他零件的支撐;

c、承接柱位的數量;

d、加強筯的數量;

e、選用的材料。

產品過厚從成本角度來看，不但增加材料成本并降低生產注塑效率，增加生產成本。從產品設計角度來看，注塑周期及冷卻時間設置不合理會導致產生空穴氣孔的可能性，削弱產品的剛性及強度，增加產品的縮水痕。

平面原則：

最理想的壁厚分布無疑是切面在任何一個地方都是均勻的，為滿足功能上的需求以致改變壁厚是無可避免的。壁厚的地方比壁薄的地方冷卻時間相對較慢，若在相接的地方表面在澆口凝固后出現收縮痕，甚至會產生收縮紋、熱內應力、撓曲部份歪曲、顏色不同或透明度有所差異。若壁厚的地方漸變成薄壁的是不能避免的情況下，應盡量設計成塑料由壁厚的地方流向壁薄的地方，不同平面過度要逐漸的改變，并且壁厚比例不小于3：1。

轉角準則：

壁厚均勻的轉角的地方也同樣需要，以免冷卻時間不一致，導致冷卻時間較長的地方會有收縮現象，因而部件變形和撓曲。另，尖銳的圓角位通常會導致零件有缺陷及應力集中，尖角的位置也常再加工或表面處理過程后引起物料聚積（如電鍍）。集中應力的地方會在受負載或撞擊的時候破裂。較大的圓角提供了這種缺點的解決方法，不但降低應力集中的因素，而且流動的塑料流體更順暢及成品脫模時更容易。圓弧位與壁厚是有一定的比例，一般數值是在0.5左右。

加強筋作用：

加強筋在塑料中主要是增加產品的剛性和強度。加強筋最有效的形狀如“工”字，對一些經常受到壓力、扭力、彎曲的塑料產品尤其適用。選擇加強筋的位置應考慮如塑料流動方向、收縮方向、脫模方向等。如承重的結構需要加厚、漸變加厚或加筋等方法。

加強筯的形狀：

加強筋的長度可與產品的長度一致，兩端與零件壁相接，也可用于局部增加產品某部份的剛性。見“加強筋尺寸示意圖”，要是加強筋沒有接上產品壁，末端部份應漸變終止，從而減少出現困氣、填料不滿及燒焦痕等問題，這些問題經常發生在排氣不足或封閉的位置上。

1、為防止縮水缺陷及保證加強筋強度，加強筋的寬度一般是壁厚的40%～60%，見“加強筋縮水示意圖”;

2、加強筋應加拔模角度，在不影響其強度或效果的情況下斜度越大越好;

3、為保證塑料件基本平整，加強筋的端面不應與塑料件的支撐面等高，應低于支撐面至少1.0mm。

綜上，可以看到在設計之初需要考慮材料的特殊性（如耐高溫特性，阻燃等級等），還必需考慮到對食品級的要求等級，包括在小家電中應用特別廣泛的塑料件及金屬件。以上是在設計過程中特別要注意的，若是出口應符合進口國的相關標準。由于PC料的特殊性歐盟等國對此材料應用于兒童食物接觸的器具是禁用的，如法國的食品級Reach要求，另特別注意歐盟要求RoHS。