注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1、注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 目錄 壁厚 出模角 洞孔 加強(qiáng)筋 扣位 入件 支柱 壁厚 基本設(shè)計(jì)守則 壁厚的大小取決于產(chǎn)品需要承受的外力、是否作為其他 零件的支撐、承接柱位的數(shù)量、伸出部份的多少以及選用的 塑料材料而定。一般的熱塑性塑料壁厚設(shè)計(jì)應(yīng)以4mm為限。 從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，過(guò)厚的產(chǎn)品不但增加物料成本，延長(zhǎng)生產(chǎn) 周期（增加冷卻時(shí)間），增加生產(chǎn)成本。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來(lái) 看，過(guò)厚的產(chǎn)品增加氣孔的可能性，大大削弱產(chǎn)品的剛性及 強(qiáng)度。 最理想的壁厚分布無(wú)疑是切面在任何一個(gè)地方都是均一 的厚度，但為滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無(wú)可 避免的。在此情形，由厚膠料的地方過(guò)渡到薄膠料的地方應(yīng)

2、 盡可能順滑。太突然的壁厚過(guò)渡轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致因冷卻速度不同 和產(chǎn)生亂流而造成尺寸不穩(wěn)定和表面問(wèn)題。 壁厚 平面準(zhǔn)則 在大部份熱融過(guò)程操作，包括 擠壓和固化成型，均一的壁厚是非 常的重要的。厚膠的地方比旁邊薄 膠的地方冷卻得慢，并且在相接的 地方，表面在凝固后出現(xiàn)收縮痕。 更甚者引致產(chǎn)生縮水印、熱內(nèi)應(yīng)力、 部份歪曲、顏色不同或不同透明度。 若厚膠的地方變成薄膠的是無(wú)可避 免的話，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成漸次的改變， 并且在不超過(guò)壁厚3:1的比例下。 右圖可供參考。 壁厚 轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則 壁厚均一的要訣在轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要，以免冷卻時(shí)間 不一致。冷卻時(shí)間長(zhǎng)的地方就會(huì)有收縮現(xiàn)象，因而發(fā)生部件變 形和撓曲。此外，尖銳的圓

3、角位通常會(huì)導(dǎo)致部件有缺陷及應(yīng)力 集中，尖角的位置亦常在電鍍過(guò)程后引起不希望的物料聚積。 集中應(yīng)力的地方會(huì)在受負(fù)載或撞擊的時(shí)候破裂。較大的圓角提 供了這種缺點(diǎn)的解決方法，不但減低應(yīng)力集中的因素，且令流 動(dòng)的塑料流得更暢順和成品脫模時(shí)更容易。下圖可供參考之用。 壁厚 壁厚限制 不同的塑料材 料有不同的流動(dòng)性。 膠位過(guò)厚的地方會(huì) 有收縮現(xiàn)象，膠位 過(guò)薄的地方塑料不 易流過(guò)。右表是一 些建議的膠料厚度 可供參考。 壁厚 其實(shí)大部份厚膠的設(shè)計(jì)可 從使用加強(qiáng)筋及改變橫切面形 狀取代。除了可減省物料以致 減省生產(chǎn)成本外，取締后的設(shè) 計(jì)更可保留和原來(lái)設(shè)計(jì)相若的 剛性、強(qiáng)度及功用。右圖的金 屬齒輪如改成使用塑膠

4、材料， 更改后的設(shè)計(jì)理應(yīng)如圖一般。 此塑膠齒輪設(shè)計(jì)相對(duì)原來(lái)金屬 的設(shè)計(jì)不但減省材料，消除因 厚薄不均引致的內(nèi)應(yīng)力增加及 齒冠部份收縮引致整體齒輪變 形的情況發(fā)生。 出模角 基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 塑件設(shè)計(jì)時(shí)通常為了能夠輕易的使產(chǎn)品由模具內(nèi)脫出而 需要在內(nèi)外側(cè)各設(shè)有出模角，若產(chǎn)品無(wú)出模角，則模具在注 塑成型后需要很大的開(kāi)模力才能打開(kāi)，而且，在模具開(kāi)啟后， 產(chǎn)品脫離模具的過(guò)程亦十分困難。要是該產(chǎn)品在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的 過(guò)程上留有出模角及所有接觸產(chǎn)品的模具零件在加工過(guò)程當(dāng) 中經(jīng)過(guò)高度拋光的話，脫模就變成輕而易舉的事情。因此， 出模角的考慮在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程是不可或缺的。 注塑件冷卻收縮后多附在凸模上，為了使產(chǎn)品壁厚均衡

5、 及防止產(chǎn)品在開(kāi)模后附在定模上，出模角根據(jù)分模時(shí)定動(dòng)模 位置放置，以保證塑件分模后留在動(dòng)模部分。若塑件需要將 凹模放置與動(dòng)模，則需減小凹模的出模角或刻意在凹模加上 適量的倒扣位。出模角的大小是沒(méi)有一定的準(zhǔn)則，多數(shù)是憑 經(jīng)驗(yàn)和依照產(chǎn)品的深度及形狀來(lái)決定。 出模角 不同材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ABS 一般應(yīng)用邊0.5至1就足夠。有時(shí)因?yàn)閽伖饧y路與出模方向相同， 出模角可接近至零。有紋路的側(cè)面需每深0.025mm（0.001 in）增加 1出模角。正確的出模角可向蝕紋供應(yīng)商取得。 PBT、PA 若部件表面光潔度好，需要0.5的最小的脫模角。經(jīng)蝕紋處理過(guò)的表 面，每增加0.03mm（0.001 in）深度就需

6、要加大1脫模角。 PC 脫模角是在部件的任何一邊或凸起的地方都要有的，包括上模和下模 的地方。一般光滑的表面1.5至2已很足夠，然而有蝕紋的表面是 要求額外的脫模角，以每深0.25mm（0.001 in）增加1脫模角。 PET 塑膠成品的肋骨，支柱邊壁、流道壁等，如其脫模角能夠達(dá)到0.5就 已經(jīng)足夠。 洞孔 在塑件上開(kāi)孔使其和其它部件相接合或增加產(chǎn)品功能 上的組合是常用的手法，洞孔的大小及位置應(yīng)盡量不會(huì)對(duì) 產(chǎn)品的強(qiáng)度構(gòu)成影響或增加生產(chǎn)的復(fù)雜性，下圖是穿孔的 類(lèi)別 洞孔 穿孔 從裝配的角度來(lái)看，穿孔的應(yīng)用遠(yuǎn)較盲孔為多，而且較 盲孔容易生產(chǎn)。從模具設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，穿孔的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu) 上亦較為優(yōu)勝，因

7、為用來(lái)穿孔成型的芯針的兩端均可受到支 撐。穿孔的做法可以是靠芯針兩端同時(shí)固定在模具上、或兩 邊芯針相接而各有一端固定在模具上。一般來(lái)說(shuō)，第一種方 法被認(rèn)為是較好的；應(yīng)用第二種方法時(shí)，兩條芯針的直徑應(yīng) 稍有不同以避免因?yàn)閮蓷l芯針軸心稍有偏差而引致產(chǎn)品孔尺 寸達(dá)不到要求。還可通過(guò)漏空而縮短小芯針的長(zhǎng)度，如下圖 所示： 洞孔 盲孔 盲孔是靠模具上的芯針形成，而芯針的設(shè)計(jì)只能單邊 支撐在模具上，因此很容易被溶融的塑料使其彎曲變形， 形成盲孔出現(xiàn)橢圓的形狀，所以芯針的長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)。 一般來(lái)說(shuō)，盲孔的深度只限于直徑的兩倍。要是盲孔的 直徑只有或小于1.5mm，盲孔的深度更不應(yīng)大于直徑的 尺寸。 盲孔的設(shè)計(jì)

8、要點(diǎn) 可采用多級(jí)孔增加芯針剛性 洞孔 側(cè)孔 側(cè)孔往往增加模具上的困難，當(dāng)側(cè)孔的方向與開(kāi)模的方向不一致時(shí)， 一般是使用活動(dòng)側(cè)?；蛴蛪撼樾?。因模具的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，模具的制造成 本比教高，此外，生產(chǎn)時(shí)間亦因模具必須抽芯才可脫模而相應(yīng)增加。 側(cè)孔若使用抽芯必會(huì)使模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜及增加成本，如塑件設(shè)計(jì)允許， 可從增加側(cè)孔壁位的角度，或以兩級(jí)的孔取代原來(lái)的側(cè)孔，從而使模具上 可以能過(guò)插配而得到側(cè)孔。如下圖所示： 洞孔 洞孔的邊緣設(shè)計(jì) 洞孔的邊緣應(yīng)預(yù) 留最少0.2mm的直身 位，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的 倒角或圓角于孔邊在 經(jīng)濟(jì)上或?qū)嵺`上都是 不設(shè)實(shí)際的，可參考 右圖。 加強(qiáng)筋 基本設(shè)計(jì)守則 加強(qiáng)筋在塑件上是不可或缺的

9、功能部份。加強(qiáng)筋能有效地增加產(chǎn)品的 剛性和強(qiáng)度，對(duì)一些經(jīng)常受到壓力、扭力、彎曲的塑膠產(chǎn)品尤其適用。此 外，加強(qiáng)筋還可充當(dāng)內(nèi)部流道，有助模腔充填，對(duì)幫助塑料流入塑件的支 節(jié)部份很大的作用。 加強(qiáng)筋一般被放在塑件的非接觸面，其伸展方向跟隨產(chǎn)品最大應(yīng)力和 最大偏移量的方向，選擇加強(qiáng)筋的位置亦受模腔充填、縮水及脫模等影響。 其長(zhǎng)度可與產(chǎn)品的長(zhǎng)度一致，兩端相接產(chǎn)品的外壁，也占據(jù)產(chǎn)品部份的長(zhǎng) 度，以局部增加產(chǎn)品的剛性。要是加強(qiáng)筋沒(méi)有接上產(chǎn)品外壁的話，末端部 份不應(yīng)突然終止，應(yīng)該漸次地將高度減低，直至完結(jié)，以減少困氣、填充 不滿及燒焦痕等現(xiàn)象。如下圖： 加強(qiáng)筋 形狀 加強(qiáng)筋最簡(jiǎn)單的形狀是一條長(zhǎng)方形的柱體附在

10、產(chǎn)品的 表面上，不過(guò)為了滿足一些生產(chǎn)上或結(jié)構(gòu)上的考慮，加強(qiáng) 筋的兩邊必須加上出模角以減低脫模頂出時(shí)的摩擦力，底 部相接產(chǎn)品的位置必須加上圓角以消除應(yīng)力集過(guò)份中的現(xiàn) 象，圓角的設(shè)計(jì)亦使模腔充填更為流暢，加強(qiáng)筋的形狀及 尺寸須要改變成如下圖所示： 加強(qiáng)筋 尺寸影響 加強(qiáng)筋底部的寬度須較相連外壁的產(chǎn)品厚度為小。下圖a中加強(qiáng)筋尺 寸的設(shè)計(jì)雖然已按合理的比例，但當(dāng)從加強(qiáng)筋底部與外壁相連的位置作一 圓圈R1時(shí)，圖中可見(jiàn)此部份相對(duì)外壁的厚度增加大約50%，因此，此部份 出現(xiàn)縮水紋的機(jī)會(huì)相當(dāng)大。如果將加強(qiáng)筋底部的寬度相對(duì)產(chǎn)品厚度減少一 半，如b圖所示，相對(duì)位置厚度的增幅即減至大約20%，縮水紋出現(xiàn)的機(jī) 會(huì)亦大

11、為減少。當(dāng)使用多條加強(qiáng)筋時(shí)，加強(qiáng)筋之間的距離必須較相接外壁 的厚度大。加強(qiáng)筋一般是細(xì)而長(zhǎng)。過(guò)厚的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生縮水紋、空 穴、變形撓曲等問(wèn)題，亦會(huì)加長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本。 加強(qiáng)筋 基本尺寸圖 截面尺寸邊緣尺寸 加強(qiáng)筋 注意點(diǎn) 加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)與塑料材料有關(guān)。材料的熔膠粘度和縮水率 對(duì)加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)的影響非常大。加強(qiáng)筋的高度是受制于熔膠的流 動(dòng)及脫模頂出，較深的加強(qiáng)筋要求膠料有較低的熔膠粘度、較 低的摩擦系數(shù)、較高的縮水率。另外，增加長(zhǎng)的加強(qiáng)筋的出模 角一般有助產(chǎn)品頂出，不過(guò)，當(dāng)出模角不斷增加而底部的闊度 維持不變時(shí)，產(chǎn)品的剛性、強(qiáng)度，與及可頂出的面積即隨著減 少。從生產(chǎn)的角度考慮，使用大量短而

12、窄的加強(qiáng)筋較使用數(shù)個(gè) 深而闊的加強(qiáng)筋優(yōu)勝。設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)筋的闊度或深度和數(shù)量應(yīng)盡 量留有余量，當(dāng)試模時(shí)發(fā)覺(jué)產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度不足時(shí)可適當(dāng)增 加，因?yàn)樵谀＞呱先コ摿媳仁褂脽富蚣由喜迦爰仍黾愉?料的方法來(lái)得簡(jiǎn)單方便。 加強(qiáng)筋 ABS 減少在主要的部件表面上 出現(xiàn)縮水情形，筋的厚度應(yīng) 不可是相交的膠料厚度的 50%以上，無(wú)表面要求時(shí)筋 厚度可最多到70% 。筋的高 度不應(yīng)高於膠料厚的三倍。 當(dāng)超過(guò)兩條筋條的時(shí)侯，筋 條之間的距離應(yīng)不小塑件厚 度的兩倍。出模角應(yīng)使脫模 容易。 加強(qiáng)筋 PA 單獨(dú)的筋條高度不應(yīng)是筋條底部厚度的三倍或以上。在 任何一條筋條的背面，都應(yīng)該設(shè)置一些小筋條或凹槽，因筋 條在冷卻

13、時(shí)會(huì)在背面造成凹痕，用那些小筋條和凹槽可以作 裝飾用途而消除縮水的缺陷。 加強(qiáng)筋 PBT 厚的筋條盡量避免以免 產(chǎn)生氣泡，縮水紋和應(yīng)力集 中。在壁厚于3.2mm以下筋 條厚度不應(yīng)超過(guò)壁厚的60%。 在壁厚超過(guò)3.2mm的筋條不 應(yīng)超過(guò)40%。筋條高度應(yīng)不 超過(guò)壁厚的3倍。筋條與膠壁 兩邊的地方以一個(gè)0.5mm的 R來(lái)相連接，使塑料流動(dòng)暢 順和減低內(nèi)應(yīng)力。 加強(qiáng)筋 PC 一般的筋條厚度是取決于塑料流程和壁厚。若很 多筋條應(yīng)用于加強(qiáng)作用，薄的筋條是比厚的要好。 扣位 操作原理 扣位提供了一種方便快捷且經(jīng)濟(jì) 的產(chǎn)品裝配方法，因?yàn)榭畚坏慕M合部 份在生產(chǎn)成品的時(shí)候同時(shí)成型，裝配 時(shí)無(wú)須配合其他如螺絲、介

14、子等緊鎖 配件，只要需組合的兩邊扣位互相配 合扣上即可。 扣位的設(shè)計(jì)雖有多種幾何形狀， 但其操作原理大致相同：當(dāng)兩件零件 扣上時(shí)，其中一件零件的勾形伸出部 份被相接零件的凸緣部份推開(kāi)，直至 凸緣部份完結(jié)為止；藉著塑膠的彈性， 勾形伸出部份即時(shí)復(fù)位，其后面的凹 槽亦即時(shí)被相接零件的凸緣部份嵌入， 此倒扣位置立時(shí)形成互相扣著的狀態(tài)， 如圖所示： 扣位 種類(lèi) 以功能區(qū)分，扣位的設(shè)計(jì)可分為成永久型和可拆卸型兩種。 以形狀區(qū)分，可分為環(huán)型扣、單邊扣、球形扣等 球形扣 扣位 弱點(diǎn) 扣位裝置的弱點(diǎn)是扣位的兩個(gè)組合部份：勾形伸出部份 及凸緣部份經(jīng)多次重復(fù)使用后容易產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)斷裂 的現(xiàn)象，斷裂后的扣位很

15、難修補(bǔ)，這情況較常出現(xiàn)于脆性或 摻入纖維的塑料材料上。因?yàn)榭畚慌c產(chǎn)品同時(shí)成型，所以扣 位的損壞亦即產(chǎn)品的損壞。補(bǔ)救的辦法是將扣位裝置設(shè)計(jì)成 多個(gè)扣位同時(shí)共用，使整體的裝置不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別扣位的損壞 而不能運(yùn)作，從而增加其使用壽命。 扣位裝置的另一弱點(diǎn)是扣位相關(guān)尺寸的公差要求十分嚴(yán) 謹(jǐn)，倒扣位置過(guò)多容易形成扣位損壞；相反，倒扣位置過(guò)少 則裝配位置難以控制或組合部份出現(xiàn)過(guò)松的現(xiàn)象。 入件 基本設(shè)計(jì)守則 塑膠內(nèi)的入件通常作為緊固件或支撐部份。此外，當(dāng) 產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上考慮便于返修、易于更換或重復(fù)使用等要求 時(shí)，入件是常用的一種裝配方式。但無(wú)論是作為功能或裝 飾用途，入件的使用應(yīng)盡量減少，因使用入件需要額外的

16、 工序配合，增加生產(chǎn)成本。入件通常是金屬材料，其中以 銅為主。 入件的設(shè)計(jì)必須使其穩(wěn)固地嵌入塑膠內(nèi)，避免旋轉(zhuǎn)或 拉出。入件的設(shè)計(jì)亦不應(yīng)附有尖角或封利的邊緣，因?yàn)榧?角或封利的邊緣使塑膠件出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。 入件 成型方式 (1) 同步成型嵌入 同步成型嵌入是在部件成型前將入件放入模具之中，在合模成型時(shí)塑 料會(huì)將入件包圍起來(lái)同時(shí)成型。若要使塑料把入件包合得好，必先預(yù)熱后 才放入模具。這樣可減低塑料的內(nèi)應(yīng)力和收縮現(xiàn)象。 (2) 成型后嵌入 成型后嵌入是將入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有 熱式和冷式，唯原理都是利用塑膠的熱可塑特性。熱式是將入件預(yù)先在嵌 前加熱至該塑膠部件融化的溫度，

17、然後迅速的將入件壓入部件上特別預(yù)留 的孔中冷卻后成型。冷式一般是使用超聲波焊接方法把入件壓入。用超聲 波的方法所得到的結(jié)果比較一致和美觀，而預(yù)熱壓入在工藝上要控制得好 才有好的效果。否則出現(xiàn)入件歪斜、位置不正、塑料包含不均勻等現(xiàn)象形 成壞品。正常情形下入件是在塑膠成品平面對(duì)齊或有些微的在平面之上以 減少塑膠內(nèi)的應(yīng)力。 支柱 基本設(shè)計(jì)守則 支柱是用以裝配產(chǎn)品、隔開(kāi)物件及支撐承托其他零件?？招闹е梢杂脕?lái)嵌入 件、收緊螺絲等。這些均要有足夠強(qiáng)度支持壓力而不致于破裂。支柱盡量不要單獨(dú) 使用，應(yīng)與連接至外壁的加強(qiáng)筋一同使用，以加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度及使膠料流動(dòng)更順暢。 過(guò)高的支柱會(huì)導(dǎo)致塑膠部件成型時(shí)困氣，所以

18、支柱高度盡量不超過(guò)支柱直徑的兩倍 半。遠(yuǎn)離外壁的支柱，可使用三角加強(qiáng)筋。 好的螺絲支柱設(shè)計(jì)組合取決于螺絲的機(jī)械特性及支柱孔的設(shè)計(jì)，一般塑件的料 厚尺寸是不足以承受大部份緊固件產(chǎn)生的應(yīng)力。從裝配的考慮來(lái)看，局部增加料厚 是需要的。但是，這會(huì)形成縮水痕、空穴、增加內(nèi)應(yīng)力。因此，支柱孔的位置應(yīng)與 產(chǎn)品外壁保持一段距離。支柱可遠(yuǎn)離外壁獨(dú)立或使用加強(qiáng)筋連接外壁，后者不但增 加支柱的強(qiáng)度，更有助膠料填充及減少因困氣而出現(xiàn)燒焦的情況。同樣遠(yuǎn)離外壁的 支柱亦可用三角加強(qiáng)筋加強(qiáng)，三角加強(qiáng)筋對(duì)改善薄壁支柱的膠料流動(dòng)特別適用。 收縮痕的大小取決于膠料的收縮率、成型工序的參數(shù)控制、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè) 計(jì)。使用過(guò)短的芯針、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利于收縮 痕的減少；但是支柱的強(qiáng)度及抵受外力的能力卻隨著增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸 而增加。因此，支柱的設(shè)計(jì)須要從這兩方面取得平衡。 支柱 位置設(shè)計(jì) 支柱 尺寸設(shè)計(jì) 支柱 ABS 一般來(lái)說(shuō)，支柱的外徑是內(nèi)徑的兩倍已足夠。但 是如支柱壁厚等于或超過(guò)膠料厚度會(huì)增加物料重量和 在表面產(chǎn)生縮水紋及高成型應(yīng)力。嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)支柱的 厚度應(yīng)為膠料厚度的50-70%。如因此種設(shè)計(jì)方式而支 柱不能提供足夠強(qiáng)度，但已改善了表面縮水，筋條是 可以加強(qiáng)