塑膠件設計指南

1、塑膠件設計指南（jinyongcai）一、塑膠1、塑膠的定義塑膠：主要由碳、氧、氫和氮及其他有機或無機元素所構(gòu)成，成品為固體，在制造過程中是熔融狀的液體，因此可以籍加熱使其熔化、加壓力使其流動、冷卻使其固化，而形成各種形狀，此龐大而變化多端的材料族群稱為塑膠。2、塑膠的特征低強度與低韌性原料豐富，價格低廉成型容易，易加工成復雜形狀，可大批量生產(chǎn)重量輕，低密度（塑膠比重0.92，鋁2.7，鐵7.8）受外力作用時容易產(chǎn)生連續(xù)變形色彩鮮明，著色容易，適當加入著色劑，可改變其色澤良好的絕緣性耐腐蝕性佳，耐水、耐油、耐酸、耐化學藥品，而且不生銹耐熱性差，大部份的塑料耐熱溫度約在150 以下不導電性、不導

2、熱性可以具有其他特殊性質(zhì)，例如透明性、彈性等 3、注射成型（Injection Molding）一個典型的注射成型機主要包括：模具系統(tǒng)、射出系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鎖門系統(tǒng)等5個單元。二、塑膠材料的選擇1、塑膠材料的分類1.1、通用塑料通用塑料：指綜合力學性能較低、不能作為結(jié)構(gòu)件，但成型性能好、價格便宜、用途廣、產(chǎn)量大的塑料。如：PE、PP、EEA、PVC用處：薄膜、管材、鞋材、盆子、桶、包裝材料等。1.2、普通工程塑料普通綜合塑料：指綜合力學性能中等、在工程方面用作非承載荷的材料。如：PS、HIPS、ABS、AAS、ACS、MBS、AS、PMMA用處：各種產(chǎn)品外殼和殼體類。1.3、結(jié)構(gòu)工程

3、塑料結(jié)構(gòu)工程塑料：指綜合力學性能較高、在工程方面用做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件、可以承受較高載荷的材料。如：PA、POM、NORYL、PC、PBT、PET用處：各種產(chǎn)品外殼1.4、耐高溫工程塑料耐高溫工程塑料：指在高溫條件下仍能保持較高力學性能的塑料，耐高溫和高剛性。如：PI、PPO、PPS、PSF、PAS、PAR用處：汽車發(fā)動機部件、油泵和氣泵蓋、電子電器儀表用高溫插座等。1.5、塑料合金塑料合金：指利用物理共混或化學接枝的方法而獲得的高性能、功能化、專用化的一類新材料。能改善或提高現(xiàn)有塑料的性能并降低成本。如：PC/ABS、PC/PBT、PC/PMMA用處：汽車、電子、精密儀器、辦公設備、包裝材料、建筑材

4、料等領域。1.6、熱塑性彈性體熱塑性彈性體（TPE）：指物理性能介于橡膠和塑料之間的一類高分子材料，它既具有橡膠的彈性，又具有塑料的易加工性。用處：汽車、電子、電氣、建筑、工程及日常生活用品等多方面，其使用的最終形態(tài)包括各種護套、管材、電線電纜、墊片、零配件、鞋件、密封條、輸送帶、涂料、油漆、粘合劑、熱熔膠、纖維。1.7、改性塑料改性塑料：指在塑料原料中添加各種添加劑、填充料和增強劑（如玻璃纖維、導電纖維、阻燃劑、抗沖擊劑、流動劑、光穩(wěn)定劑等），使塑料具有高阻燃性、高機械強度、高沖擊性、耐高溫性、高耐磨性、導電性等性能，從而擴大塑料的使用范圍。如：玻璃纖維增強塑料，簡稱玻璃鋼，是在原有塑料（如

5、PC、PP、PA、PET、PBT）的基礎上，加入玻璃纖維，復合而成的一種具有高強度、高性能的工程結(jié)構(gòu)塑料。用處：汽車、機械、電器、輪船、航空航天等領域，是替代傳統(tǒng)金屬材料的最好選擇。2、常用塑膠材料性能3、塑膠材料選擇原則3.1、塑膠件載荷情況表：典型的載荷條件及應考慮的塑膠材料特性：載荷條件應考慮的塑膠材料特性短期載荷應力-應變行為長期載荷潛變反復性載荷疲勞強度高速和沖擊性載荷抗沖擊強度極端溫度下的載荷熱應力-應變行為3.2、產(chǎn)品使用環(huán)境環(huán)境溫度：考慮使用環(huán)境的溫度、最高和最低使用溫度、長期工作溫度、倉儲溫度等。接觸介質(zhì)：如接觸溶劑和各種蒸汽的情況、與酸堿等發(fā)生化學反應的情況、吸水情況、受紫

6、外線和環(huán)境氧化的影響、受砂和雨水的影響等。3.3、價格在滿足產(chǎn)品應用的條件下，選取價格比較便宜的塑膠材料。成本：通用塑料（PVC PEPSPPPMMA）工程塑料（ABSPOMPCPA6PBTPA66 PET）高性能工程塑料（PPOPPSPSUPI）3.4、裝配要求考慮到零件通過什么方式裝配到產(chǎn)品之中，根據(jù)產(chǎn)品裝配需求選擇合適的材料。如：超聲波焊接，就得選考慮材料的焊接熔合性能。3.5、尺寸穩(wěn)定性有些塑膠材料尺寸穩(wěn)定性好，如：PC、ABS。有些塑膠材料尺寸穩(wěn)定性差，如：PA、PBT。3.6、外觀考慮零件是否有透明度、咬花、電鍍、表面粗糙度等要求。3.7、安全規(guī)范考慮產(chǎn)品是否需要滿足安全規(guī)范或認證

7、的要求。如：阻燃、防火等級、3C認證、FDA、USDA、UL等要求。三、設計指南1、零件壁厚1.1、零件壁厚必須適中壁厚太?。簭姸鹊?；流動阻力大，熔料難充滿。壁厚太大：零件產(chǎn)生縮水、氣孔和翹曲等質(zhì)量問題；零件冷卻時間增加，成型周期加長，零件生產(chǎn)效率低；零件用料增加，產(chǎn)品成本增加。表：常用塑膠材料零件的合適壁厚范圍（單位：mm）材料壁厚PEPPNylonPSASPMMAPVCPCABSPOM最小0.90.60.61.01.01.51.51.51.51.5最大4.03.53.04.04.05.05.05.04.55.01.2、盡量減小零件壁厚決定塑膠件壁厚的關鍵因素包括：零件的結(jié)構(gòu)強度是否足夠。零

8、件成型時能否抵抗脫模力。能否抵抗裝配時的緊固力。有金屬埋入件時，埋入件周圍強度是否足夠。零件能否均勻分散所承受的沖擊力。孔的強度是否足夠。在滿足以上要求的前提下，而且注射成型不會產(chǎn)生質(zhì)量問題，塑膠件零件壁厚應盡量做到最小。1.3、零件壁厚均勻最理想的零件壁厚分布是在零件的任意截面上零件壁厚均勻一致。不均勻的零件壁厚會引起零件不均勻的冷卻和收縮，從而造成零件表面縮水、內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、零件翹曲變形、尺寸精度很難保證等缺陷。一般來說，過渡區(qū)域的長度為厚度的3倍。2、避免尖角塑膠件的內(nèi)部和外部需要避免產(chǎn)生尖角。尖角阻礙塑膠件熔料的流動，容易產(chǎn)生外觀缺陷；同時在尖角處容易產(chǎn)生應力集中，降低零件強度。使得零

9、件在承受載荷時失效。因此，在塑膠件的尖角處，應當添加圓角，使得零件光滑過渡。2.1、避免零件外部尖角當然，避免零件外部尖角也不可一概而論。零件分型面處的圓角會造成模具結(jié)構(gòu)復雜，增加模具成本，影響外觀。在零件分型面處直角的設計較好。2.2、避免在塑膠熔料流動方向上產(chǎn)生尖角 2.3、避免零件壁連接處產(chǎn)生尖角應力集中是塑膠件失效的主要原因之一。應力集中大多發(fā)生在零件尖角處。一般來說，零件截面連接處內(nèi)部圓角R為0.5t，外部圓角為1.5t。3、脫模斜度決定脫模斜度的因素：脫模斜度一般取12；收縮率較大的塑膠件脫模斜度較大；尺寸精度要求較高的特征處取較小脫模斜度；公模側(cè)脫模斜度小于母模側(cè)以利于脫模；壁厚

10、較厚時，成型收縮大，取較大脫模斜度；咬花面與復雜面取較大脫模斜度；玻纖增強塑料取較大脫模斜度；零件某些平面因為功能需要可以不設置脫模斜度，但模具則需設計側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)復雜，成本高；在零件功能和外觀等允許情況下，零件脫模斜度盡可能取大；脫模斜度的大小與方向不能影響零件的功能實現(xiàn)。4、加強肋的設計4.1、加強肋的厚度不應該超過塑膠件壁厚的50%60%對于薄壁塑膠件（零件厚度小于1.5mm），加強肋的厚度可以超過表中比值，甚至等于零件壁厚。加強肋厚度越小，表面縮水程度越小。4.2、加強肋的高度不能超過塑膠件壁厚的3倍4.3、加強肋根部圓角為塑膠件壁厚的0.250.5倍4.4、加強肋的脫模斜度一

11、般為0.51.54.5、加強肋與加強肋之間的間隙至少為塑膠件壁厚的2倍4.6、加強肋設計需要遵守均勻壁厚原則加強肋與加強肋連接處、加強肋與零件壁連接處添加圓角后，很容易造成零件壁厚局部過大。4.7、加強肋頂端增加斜角避免困氣4.8、加強肋方向與塑膠熔料流向一致5、支柱的設計參數(shù)：支柱的外徑為內(nèi)徑的2倍；支柱的厚度不超過零件壁厚的0.6倍；支柱的高度不超過零件厚度的5倍；支柱的根部圓角為零件壁厚的0.250.5倍；支柱根部厚度為零件壁厚的0.7倍支柱的脫模斜度，內(nèi)徑為0.25，外徑為0.5，支柱也可以不用脫模，在模具使用套筒來脫模，但模具費用稍高。5.1、支柱與零件壁的連接通過加強肋把支柱與零件

12、壁連接成一個整體，增加支柱的強度，并使得塑膠熔料的流動更加順暢。 5.2、單獨支柱四周添加加強肋當支柱遠離澆口時，在支柱上很容易產(chǎn)生熔接痕，熔接痕會降低支柱的強度。因此，需要在單獨的支柱周圍添加加強肋，增加支柱的強度，同時在加強肋與支柱連接處添加一定的圓角。5.3、支柱設計需要遵守均勻壁厚原則 6、孔的設計6.1、孔的深度尺寸推薦不通孔：直徑小于5mm時，孔的深度不應該超過孔直徑的2倍。 直徑大于5mm時，孔的深度不超過孔直徑的3倍。通孔：通孔直徑小于5mm時，孔的深度不應該超過孔直徑的4倍。 通孔直徑大于5mm時，孔的深度不超過孔直徑的6倍。階梯孔：如果孔太深情況。6.2、避免不通孔底部太薄

13、不通孔底部厚度至少應當大于不通孔直徑的0.2倍。如果底部太薄，則可以考慮使用如圖所示的方法增強不通孔的強度。 6.3、孔與孔的間距及孔與零件邊緣之間的距離孔與孔之間、距及孔與零件邊緣之間的距離，至少大于孔直徑或零件壁厚的1.5倍，即S1.5D。取二者的最大值。（有的資料中是不小于1倍，即S=D）如圖所示。6.4、零件上的孔盡可能遠離守載荷部位塑膠零件常常因為過多的孔而造成強度降低，因此在零件受載荷部位應盡量避免放置太多的孔。 6.5、在孔的邊緣增加凸緣以增加孔的強度對需要增加強度的長孔或槽也可以使用類似的設計。6.6、避免與零件脫模方向垂直的側(cè)孔孔的設計應盡量使得模具結(jié)構(gòu)簡單，在保證零件功能的

14、前提下，可以通過設計優(yōu)化來減少和避免側(cè)向抽芯機構(gòu)的使用。6.7、長孔的設計避免阻礙塑膠熔料的流動6.8、風孔的設計一般情況下，風孔為圓孔時模具型芯為圓柱形，加工容易，模具成本低。過多的風孔會造成零件強度降低，可以通過增加加強肋或凸緣等方法增加風孔處零件的強度。7、提高塑膠件強度的設計7.1、通過添加加強肋而不是增加壁厚來提高零件強度7.2、加強肋方向需要考慮載荷方向需要注意的是，加強肋只能加強塑膠件一個方向的強度。如果零件承受的載荷是多個方向的載荷或扭曲載荷，可以考慮添加X型加強肋或發(fā)散形加強肋來提高零件強度。7.3、多個加強肋常比單個較厚或較高的加強肋好 當單個加強肋太高或太厚時，可以用兩個

15、較小的加強肋來替代。7.4、通過設計零件增強剖面形狀提高零件強度常見的零件增強剖面包括V形、鋸齒形和圓弧形，這種方法的缺點是零件不能提供一個平整的平面，在某些情況下不能使用。7.5、增加側(cè)壁和優(yōu)化側(cè)壁剖面形狀來提高零件強度7.6、避免零件應力集中零件應力集中常發(fā)生于零件尖角處、零件壁厚劇烈變化處、零件孔、槽及金屬鑲件處。7.7、合理設置澆口避免零件在熔接痕區(qū)域承受載荷零件熔接痕區(qū)域是零件強度最低的區(qū)域之一，是最容易發(fā)生失效的區(qū)域，因此必須合理設置澆口的位置和數(shù)量，以避免零件在熔接痕區(qū)域承受載荷。7.8、其它強度相關因素玻纖增強塑料常用來代替普通塑膠材料來提高塑膠件強度，需要注意的是玻纖增強塑膠

16、只在玻纖的方向上提高零件的強度；塑膠件承受壓縮載荷的能力比承受拉伸載荷的能力強；在承受拉伸載荷時，設計一致的零件剖面以均勻分散載荷。避免零件承受圓周載荷。零件承受圓周載荷時，例如金屬鑲件處，很容易發(fā)生破裂而失效；在承受沖擊載荷時，保持零件剖面的完整性，避免在沖擊載荷方向上零件剖面出現(xiàn)缺口和應力集中。8、改善塑膠件外觀的設計8.1、選擇合適的塑膠材料8.2、避免零件外觀表面縮水通過設計掩蓋零件表面隨水，如：U形槽、零件表面斷差的設計、表面咬花等方式掩蓋塑膠件表面隨水?！盎鹕娇凇痹O計，但會在一定程度上降低支柱或加強肋的強度。合理設置澆口位置。零件上離澆口越遠處，越容易產(chǎn)生表面縮水，澆口的位置應使得

17、塑膠熔料從壁厚處流向壁薄處。8.3、避免零件變形零件發(fā)生變形的主要原因：零件在塑膠熔料流動方向上和橫截面方向上不同的收縮比零件不均勻的冷卻零件壁厚不均勻零件集合特征不對稱8.4、外觀零件間美工溝的設計8.5、避免外觀零件表面出現(xiàn)熔接痕塑膠件表面咬花可以部分掩蓋熔接痕，但并不能完全掩蓋熔接痕；噴漆可以掩蓋熔接痕；合理設置澆口的位置和數(shù)量，避免在零件重要外觀表面產(chǎn)生熔接痕；保證模具通風順暢。8.6、避免外觀零件表面出現(xiàn)斷差或毛邊模具公母模交匯處、型芯與型芯交匯處、型芯與公母模交匯處等很容易出現(xiàn)斷差或毛邊。應避免把頂出結(jié)構(gòu)放置于零件的重要外觀面處，這也會產(chǎn)生毛邊，對透明塑膠件更應該特別注意。9、降低

18、塑膠件成本的設計9.1、設計多功能的零件一個塑膠件往往可以替代兩個甚至多個傳統(tǒng)工藝方法加工的零件，而多個塑膠件在有些時候也可以合并成一個塑膠件以節(jié)省成本。9.2、降低零件材料成本降低零件厚度；通過添加加強肋而不是增加壁厚的方法提高零件強度；零件較厚的部分去除材料；9.3、簡化零件設計，降低模具成本零件中的每一個特征必須有存在的理由，否則，該特征是能夠去除的。9.4、避免零件嚴格的公差9.5、零件設計避免倒扣有些外側(cè)倒扣可以通過重新設計分型面來避免重新設計零件特征避免零件倒扣9.6、降低模具修改成本零件的可注塑性設計；減少產(chǎn)品設計修改次數(shù)；避免添加材料的模具修改；9.7、使用卡扣代替螺釘?shù)裙潭ńY(jié)

19、構(gòu)塑膠件的固定方式包括卡扣、螺釘、熱熔和超聲波焊接等。9.8、其他零件外觀裝飾特征宜向外凸出，模具加工時為下凹，加工容易。零件上文字和符號宜向外凸出，模具加工時為下凹，加工容易。10、注射模具可行性設計10.1、卡扣等結(jié)構(gòu)應為斜銷（或滑塊）預留足夠的退出空間一般斜頂預留7mm行程空間10.2、避免模具出現(xiàn)薄鐵以及強度太低的設計11、注射模具討論要點11.1、分型面的設計分型面是注射模具公模和母模的分界線，分型面的選擇一般需要注意以下幾點：不得位于外觀明顯位置而影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。盡量避免倒扣的產(chǎn)生，簡化模具結(jié)構(gòu)，降低模具成本。便于零件脫模，一般應使得零件開模后零件留在公模側(cè)，因為在公模側(cè)設置脫模

20、機構(gòu)較容易。分型面應有利于保證塑膠零件的某些尺寸精度要求。對于高度較大、脫模斜度較小的特征可以中間分模。位于模具加工和產(chǎn)品后加工容易處。方便零件的咬花和拋光。11.2、澆口的選擇11.3、頂出系統(tǒng)的設計詳見114頁四、塑膠件的裝配方式塑膠件裝配方式優(yōu)缺點對比：1、卡扣裝配1.1、卡扣的分類根據(jù)卡扣的形狀可以分為：直臂卡扣、L形卡扣、U形卡扣、圓周卡扣 根據(jù)卡扣是否可以拆卸分：可拆卸卡扣、不可拆卸卡扣根據(jù)卡扣的截面是否變化分為：直臂卡扣、錐型卡扣1.2、卡扣設計注意事項卡扣的尺寸卡扣厚度t = 0.50.6T卡扣的根部圓角Rmin = 0.5t卡扣的高度H = 510t卡扣的裝配導入角= 25

21、35卡扣的拆卸角度：35用于不需外力的可拆卸的裝配；45用于需較小外力的可拆卸的裝配；8090用于需很大外力的不可拆卸的裝配；卡扣的頂端厚度Y t卡扣根部增加圓角避免應力集中卡扣均勻分布使用定位柱輔助零件裝配和包裝裝配尺寸精度卡扣設計避免增加模具復雜度卡扣設計需要考慮模具修改的方便性2、機械緊固2.1、緊固件裝配避免使用過大的扭矩來進行裝配避免使用較小頭型的螺栓（螺釘）避免使用平頭螺釘或平頭拉釘可以通過塑膠件的優(yōu)化設計來避免塑膠件承受較大的應力2.2、自攻螺釘裝配次數(shù)一般裝配和拆卸次數(shù)一般不超過3次，可以使用自攻螺釘。自攻螺釘支柱的內(nèi)徑和外徑一般自攻螺釘支柱的內(nèi)徑為螺釘公稱直徑的0.8倍，外徑為公稱直徑的2倍。支柱的內(nèi)徑與塑膠材料