汽車內(nèi)外飾塑料件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則--支柱(Boss)

基本設(shè)計守則支柱突出膠料壁厚是用以裝配產(chǎn)品、隔開物件及支撐承托其他零件之用。空心的支柱可以用來嵌入件、收緊螺絲等。這些應(yīng)用均要有足夠強(qiáng)度支持壓力而不致於破裂。支柱盡量不要單獨(dú)使用，應(yīng)盡量連接至外壁或與加強(qiáng)筋一同使用，目的是加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度及使膠料流動更順暢。此外，因過高的支柱會導(dǎo)致塑膠部件成型時困氣，所以支柱高度一般是不會超過支柱直徑的兩倍半。加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度的方法”尤其是遠(yuǎn)離外壁的支柱，除了可使用加強(qiáng)筋外，三角加強(qiáng)塊”Gussetplate的使用亦十分常見。一個品質(zhì)好的螺絲/支柱設(shè)計組合是取決於螺絲的機(jī)械特性及支柱孔的設(shè)計，一般塑膠產(chǎn)品的料厚尺寸是不足以承受大部份緊固件產(chǎn)生的應(yīng)力。固此，從裝配的考慮來看，局部增加膠料厚度是有需要的。但是，這會引致不良的影響，如形成縮水痕、空穴、或增加內(nèi)應(yīng)力。因此，支柱的導(dǎo)入孔及穿孔”避空孔的位置應(yīng)與產(chǎn)品外壁保持一段距離。支柱可遠(yuǎn)離外壁獨(dú)立而處或使用加強(qiáng)筋連接外壁，後者不但增加支柱的強(qiáng)度以支撐更大的扭力及彎曲的外力，更有助膠料填充及減少因困氣而出現(xiàn)燒焦的情況。同樣理由，遠(yuǎn)離外壁的支柱亦應(yīng)輔以三角加強(qiáng)塊，三角加強(qiáng)塊對改善薄壁支柱的膠料流動特別適用。收縮痕的大小取決於膠料的收縮率、成型工序的叁數(shù)控制、模具設(shè)計及產(chǎn)品設(shè)計。使用過短的哥針、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利於收縮痕的減少；不幸地，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)計須要從這兩方面取得平衡。1)

支柱位置2)

支柱設(shè)計

不同材料的設(shè)計要點ABS一般來說，支柱的外徑是內(nèi)徑的兩倍已足夠。有時這種方式結(jié)果支柱壁厚等於或超過膠料厚度而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)格的來說支柱的厚度應(yīng)為膠料厚度的50-70%。如因此種設(shè)計方式而支柱不能提供足夠強(qiáng)度，但已改善了表面縮水。斜骨是可以加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度，可由最小的尺寸伸延至支柱高的90%。若柱位置接近邊壁，則可用一條肋骨將邊壁和柱相互連接來支持支柱。

PBT支柱通常用於機(jī)構(gòu)上裝配，如收螺絲、緊壓配合、導(dǎo)入裝配等多數(shù)情形，支柱外徑是內(nèi)孔徑的兩倍就足夠強(qiáng)壯。支柱設(shè)計有如肋骨設(shè)計的觀念。太厚的切面會產(chǎn)生部件外縮水和內(nèi)部真空。支柱的位置在邊壁旁時可利用肋骨相連，則內(nèi)孔徑的尺寸可增至最大。PC支柱是大部份用來作裝配產(chǎn)品用，有時用作支撐其它物件或隔開物體之用。甚至一些很細(xì)小的支柱最終會熱溶後作內(nèi)部零件固定用。一些放於邊位的支柱是需耍一些肋骨作為互相依附，以增加支柱強(qiáng)度。PS支柱通常用於打入件，收螺絲，導(dǎo)向針，攻牙或作緊迫配合?？赡芮樾沃卤苊猹?dú)立一支支柱而無任何支撐。應(yīng)加一些肋骨以加強(qiáng)其強(qiáng)度。若支柱離邊壁不遠(yuǎn)應(yīng)以肋骨將柱和邊相連在一起。PSU支柱是用作連接兩件部件的。其外徑應(yīng)是內(nèi)孔徑的兩倍，高度不應(yīng)超過外徑的兩倍。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則--扣位(SnapJoints)

基本設(shè)計手則

扣位提供了一種不但方便快捷而且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品裝配方法，因為扣位的組合部份在生產(chǎn)成品的時候同時成型，裝配時無須配合其他如螺絲、介子等緊鎖配件，只要需組合的兩邊扣位互相配合扣上即可?？畚坏脑O(shè)計雖可有多種幾何形狀，但其操作原理大致相同：當(dāng)兩件零件扣上時，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，直至凸緣部份完結(jié)為止；及後，藉著塑膠的彈性，勾形伸出部份即時復(fù)位，其後面的凹槽亦即時被相接零件的凸緣部份嵌入，此倒扣位置立時形成互相扣著的狀態(tài)，請參考扣位的操作原理圖。扣位的操作原理如以功能來區(qū)分，扣位的設(shè)計可分為成永久型和可拆卸型兩種。永久型扣位的設(shè)計方便裝上但不容易拆下，可拆卸型扣位的設(shè)計則裝上、拆下均十分方便。其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)入角及導(dǎo)出角方便扣上及分離的動作，導(dǎo)入角及導(dǎo)出角的大小直接影響扣上及分離時所需的力度，永久型的扣位則只有導(dǎo)入角而沒有導(dǎo)出角的設(shè)計，所以一經(jīng)扣上，相接部份即形成自我鎖上的狀態(tài)，不容易拆下。請叁考永久式及可拆卸式扣位的原理圖。永久式及可拆卸式扣位的原理若以扣位的形狀來區(qū)分，則大致上可分為環(huán)型扣、單邊扣、球形扣等等，其設(shè)計可參閱下圖。球型扣（可拆卸式）扣位的設(shè)計一般是離不開懸梁式的方法，懸梁式的延伸就是環(huán)型扣或球型扣。所謂懸梁式，其實是利用塑膠本身的撓曲變形的特性，經(jīng)過彈性回復(fù)返回原來的形狀?？畚坏脑O(shè)計是需要計算出來，如裝配時之受力，和裝配後應(yīng)力集中的漸變行為，是要從塑料特性中考慮。常用的懸梁扣位是恒等切面的，若要懸梁變形大些可采用漸變切面，單邊厚度可漸減至原來的一半。其變形量可比恒等切面的多百分之六十以上。不同切面形式的懸梁扣位及其變形量之比較扣位裝置的弱點是扣位的兩個組合部份：勾形伸出部份及凸緣部份經(jīng)多次重覆使用後容易產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，斷裂後的扣位很難修補(bǔ)，這情況較常出現(xiàn)於脆性或摻入纖維的塑膠材料上。因為扣位與產(chǎn)品同時成型，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)計成多個扣位同時共用，使整體的裝置不會因為個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是扣位相關(guān)尺寸的公差要求十分嚴(yán)謹(jǐn)，倒扣位置過多容易形成扣位損壞；相反，倒扣位置過少則裝配位置難於控制或組合部份出現(xiàn)過松的現(xiàn)象。不同材料的設(shè)計要點PA免時，特別的造模零件是可以達(dá)致以上效果。另一種可得到倒扣效果的設(shè)計是考慮塑膠物料的特性。利用塑膠柔軟的變型，將倒扣的地方強(qiáng)頂出模具，但通常要注意不會把倒扣的地方括傷。以下是扣位的計算方式。尼龍的百份比在5%左右。脫模角大一點和倒扣的地方離底部高時是可有10%。PBT扣位有分內(nèi)扣和外扣，外扣的可利用分模面做成，內(nèi)扣的可用變形方式或?qū)ε龇绞匠瞿！?nèi)扣的可利用算式計算扣位百份率，一般在6%左右，玻璃充填的約在1%左右。PBT外扣位設(shè)計方式PBT用對碰方式的內(nèi)扣方式

PBT內(nèi)扣位設(shè)計的算法POM扣位必須為弧形或轉(zhuǎn)角弧度要大，方便塑膠成品容易滑過模具表面。并且減少脫落時應(yīng)力集中的現(xiàn)象。內(nèi)置扣位通常比外置扣位難脫模，因塑膠收縮時將模蕊抓緊，外置式的就剛好相反而易於脫模。較高的模具溫度使成品較熱，易於彎曲變形而易於頂出模具，POM的扣位百份率可以比較大，可有5%。POM扣位的計算方式PS基本上扣位的設(shè)計是不鼓勵，但由於設(shè)計上的需要，則模具上使用凸輪、模蕊推出或其它裝置以達(dá)成設(shè)計要求。塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計

9．文字：塑料產(chǎn)品表面的文字可以是凸字也可以是凹字，凸字在模具上做相應(yīng)的凹腔容易

做到，凹字在模具上要做凸型心較困難。

10．螺紋：塑膠件上的螺紋通常精度都不很高，還需做專門的脫螺紋機(jī)構(gòu)，對于精度要求

不高的可把其結(jié)構(gòu)簡化成可強(qiáng)行脫模的結(jié)構(gòu)。

11．支撐面：塑膠產(chǎn)品通常不用整個面做支撐面，而是單獨(dú)做凸臺、凸點、筋做支撐。因

塑膠產(chǎn)品很難做到整個較大的絕對平面，其容易變形翹曲。

12．塑膠產(chǎn)品的裝配形式：

1.超聲線接合裝配法，其特點是模具上容易做到，但裝配工序中需專門的超聲機(jī)器，成本

增大，且不能拆卸。超聲線的橫截面通常做成0.30寬0.3高的三角形，在長度方向以5-

10MM的長度間斷2MM；

2.自攻螺絲裝配法,其特點是模具上容易做到，但增加裝配工序，成本增大，拆卸麻煩；

3.卡鉤－扣位裝配法，其特點是模具加工較復(fù)雜，但裝配方便，且可反復(fù)拆卸，多次使用

。卡鉤的形式有多種，要避免卡鉤處局部膠位太厚，還要考慮卡鉤處模具做模方便?？ㄣ^

要做到配合松緊合適，裝拆方便，其配合面為貼合，其他面適當(dāng)留間隙。4.BOSS軸－孔形

式的裝配法，其特點是模具加工方便，裝配容易，拆卸方便，但其缺點是裝配不是很牢固

。

13．齒口：兩個塑膠產(chǎn)品的配合接觸面處通常做齒口，齒口的深度通常在0.8-2.5左右，其

側(cè)面留0.1左右的間隙，深度深時做斜度1-5度，常取2度，深度淺時可不作斜度。齒口的

上下配合面通常為貼合（即0間隙）。

14．美觀線：兩個塑膠產(chǎn)品的配合面處通常做美觀線，美觀線的寬度常取0.2-1.0，視產(chǎn)

品的整體大小而定。

15．塑膠產(chǎn)品的表面處理方法：常用的有噴油、絲印、燙金、印刷、電鍍、雕刻、蝕紋、

拋光、加顏色等。

16．常用到的金屬材料有：不銹鋼、銅合金（黃銅、青銅、磷銅、紅銅）、彈簧鋼、彈簧

、鋁合金、鋅合金。

17．金屬材料常用的防銹方法：電鍍、涂防銹油、噴防銹漆。且將兩個焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。C：在焊接不易熔接的樹脂或不規(guī)2焊接線的設(shè)計焊接線是超聲波直接作用熔化的部分，其基本的兩種設(shè)計方式：○1能量導(dǎo)向○2剪切設(shè)計2.1能量導(dǎo)向能量導(dǎo)向是一種典型的在將被子焊接的一個面注塑出突超三角形柱，能量導(dǎo)向的基本功能是：集中能量，使其快速軟化和熔化接觸面。能量導(dǎo)向允許快速焊接，同時獲得最大的力度，在這種導(dǎo)向中，其材料大部分流向接觸面，能量導(dǎo)向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。能量導(dǎo)向柱的大小和位置取決于如下幾點：○1材料○2塑料件結(jié)構(gòu)○3使用要求圖7所示為能量導(dǎo)向柱的典型尺寸，當(dāng)使用較易焊接的材料，如聚苯乙烯等硬度高、熔點低的材料時，建議高度最低為0.25mm。當(dāng)材料為半晶體材料或高溫混合樹脂時（如聚乙碳），則高度至少要為0.5mm，當(dāng)用能量導(dǎo)向來焊接半晶體樹脂時（如乙縮荃、尼龍），最大的連接力主要從能量柱的底盤寬帶度來獲得。沒有規(guī)則說明能量導(dǎo)向應(yīng)做在塑料件哪一面，特殊情況要通過實驗來確定，當(dāng)兩個塑料件材質(zhì)，強(qiáng)度不同時，能量導(dǎo)向一般設(shè)置在熔點高和強(qiáng)度低的一面。根據(jù)塑料件要求（例如水密、氣密性、強(qiáng)度等），能量導(dǎo)向設(shè)計可以組合、分段設(shè)計，例如：只是需要一定的強(qiáng)度的情況下，分段能量導(dǎo)向經(jīng)常采用（例如手機(jī)電池等），如圖8所示。2.2能量導(dǎo)向設(shè)計中對位方式的設(shè)計上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準(zhǔn)確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行檢動位必須很小，一般小于0.05mm，基本的能量導(dǎo)向可合并為連接設(shè)計，而不是簡單的對接，包括對位方式，采用能量導(dǎo)向的不同連接設(shè)計的例子包括以下幾種：插銷定位：圖9所示為基本的插銷定位方式，插銷定位中應(yīng)保證插銷件的強(qiáng)度，防此超聲波震斷。臺階定位：圖10所示為基本的臺階定位方式，如h大于焊線的高度，則會在塑料件外部形成一條裝飾線，一般裝飾線的大小為0.25mm左右，創(chuàng)出更吸引人的外觀，而兩個零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。圖11所示臺階定位，則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺階定位，則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺階定位為雙面定位，可防止內(nèi)外溢料。○1企口定位：如圖14所示，采用這種設(shè)計的好處是防止內(nèi)外溢料，并提供校準(zhǔn)，材料容易有加強(qiáng)密封性的獲得，但這種方法要求保證凸出零件的斜位縫隙，因此使零件更難能可貴于注塑，同時，減小于焊接面，強(qiáng)度不如直接完全對接。○2底模定痊：如圖15所示，采用這種設(shè)計，塑料件的設(shè)計變得簡單，但對底模要求高，通常會引致塑料件的平行移位，同時底模固定太緊會影響生產(chǎn)效果?！?焊頭加底模定位：如圖16所示，采用這種設(shè)計一般用于特殊情況，并不實用及常用?！?其它情況：A：如圖17所示，為大型塑料件可用的一種方式，應(yīng)注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣，上塑料件凸緣必須接觸焊頭，上塑料件的上表面離凸緣不能太遠(yuǎn)，如必要情況下，可采用多焊頭結(jié)構(gòu)。B：如連接中采用能量導(dǎo)向，且將兩個焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mmC：在焊接不易熔接的樹脂或不規(guī)則形狀時，為了獲得密封效果，則有必要插入一個密封圈，如圖18所示，需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接，比如熱成形的硬紙板（帶塑料涂層），與一個塑料蓋的焊接。2.3剪切式設(shè)計在半晶體塑料（如尼龍、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯和熱塑聚脂）的熔接中，采用能量導(dǎo)向的連接設(shè)計也許達(dá)不到理想的效果，這是因為半晶體的樹脂會很快從固態(tài)轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài)，或者說從融化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。而且是經(jīng)過一個相對狹窄的溫度范圍，從能量導(dǎo)向柱流出的融化物在還沒與相接界面融合時，又將很快再固化。因此，在這種情況下，只要幾何原理允許，我們推薦使用剪切連接的結(jié)構(gòu)。采用剪切連接的設(shè)計，首先是熔化小的和最初觸的區(qū)域來完成焊接，然后當(dāng)零件嵌入到下起時，繼續(xù)沿著其垂直壁，用受控的接觸面來融化。如圖20所示，這樣可能性獲得強(qiáng)勁結(jié)構(gòu)或很好的密封效果，因為界面的熔化區(qū)域不會讓周圍的空氣進(jìn)來。由于此原因，剪切連接尤其對半晶體樹脂非常有用。剪切連接的熔接深度是可以調(diào)節(jié)的，深度不同所獲得的強(qiáng)度不同，熔接深度一般建議為0.8-1.5mm，當(dāng)塑件壁厚及較厚及強(qiáng)度要求高時，熔接深度建議為1.25X壁厚。圖21所示為幾種基本的剪切式結(jié)構(gòu)：剪切連接要求一個塑料壁面有足夠強(qiáng)度能支持及防止焊接中的偏差，有需要時，底模的支撐高于焊接位，提供輔助的支撐。下表所示為零件大小尺寸和接觸面、零件誤差的大概尺寸：當(dāng)零件尺寸大于90mm時，或零件有不規(guī)則的形狀時，建議不采用剪切連接。這時因為注塑時很難控制誤差及變形使其保持一致。如果是上述情況，建議采用能量導(dǎo)向的形式。圖22所示為雙面剪切式設(shè)計圖23所示為扣式焊線設(shè)計，用于高強(qiáng)度，但上下塑料件不接觸的情況下，在特殊情況下，可用于增加密封圈的情況。塑料件的設(shè)計代注塑方式能有效提供比較完美的焊接用塑膠件。光我們決定用超聲波焊接技術(shù)完成熔合時，塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須首先考慮如下幾點：1焊縫的大小（即要考慮所需強(qiáng)度）2是否需要水密、氣密3是否需要完美的外觀4避免塑料熔化或合成物的溢出5是否適合焊頭加工要求焊接質(zhì)量可能通過下幾點的控制來獲得：1材質(zhì)2塑料件的結(jié)構(gòu)3焊接線的位置和設(shè)計4焊接面的大小5上下表面的位置和松緊度6焊頭與塑料件的妝觸面7順暢的焊接路徑8底模的支持為了獲得完美的、可重復(fù)的熔焊方式，必須遵循三個主要設(shè)計方向：1最初接觸的兩個表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量（即焊接時間）來完成熔接。2找到適合的固定和對齊的方法，如塑料件的接插孔、臺階或企口之類。3圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相聯(lián)系互緊密接觸的。如果可能的話，接觸面盡量在同一個平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時保持一致。下面就對塑料件設(shè)計中的要點進(jìn)行分類舉例說明：整體塑料件的結(jié)構(gòu)1.1塑料件的結(jié)構(gòu)塑料件必須有一定的剛性及足夠的壁厚，太薄的壁厚有一定的危險性，超聲波焊接時是需要加壓的，一般氣壓為2-6kgf/cm2。所以塑料件必須保證在加壓情況下基本不變形。1.2罐狀或箱形塑料等，在其接觸焊頭的表面會引起共振而形成一些集中的能量聚集點，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況（如圖1所示），在設(shè)計時可以罐狀頂部做如下考慮○1加厚塑料件○2增加加強(qiáng)筋○3焊頭中間位置避空1.3尖角如果一個注塑出來的零件出現(xiàn)應(yīng)力非常集中的情況，比如尖角位，在超聲波的作用下會產(chǎn)生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R角。如圖2所示。1.4塑料件的附屬物注塑件內(nèi)部或外部表面附帶的突出或細(xì)小件會因超聲波振動產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等（如圖3所示）。通過以下設(shè)計可盡可能減小或消除這種問題：○1在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角，或加加強(qiáng)筋?！?增加附屬物的厚度或直徑。1.5塑料件孔和間隙如被焊