塑料件设计基础

塑料件设计基础指南前言(Foreword)塑料件设计不合理往往导致产品存在一些天生的缺陷。比如零件结构不合理，零件用料过多，质量问题频发，甚至导致产品设计失败，不得不重新设计。因此，塑料件的设计直接关系到我们产品的水准，质量和成本。这里收集了一些国内外的设计资料和设计要点，结合我们实际开发过程中常见的问题，整理成塑料件的设计基础指南，希望有益于各位工程师，为实际设计工作提供帮助。设计流程(DesignFlow)根据公司的产品开发管理制度，塑料件的开发流程一般为：概念IDCADCAE模具确认概念：根据立项要求，提出设计概念ID：工业造型进行外形表皮设计CAD：开发部根据表皮及设计需求进行实体设计CAE：对设计的零件进行分析评估模具：与模具制造厂家确定模具技术要求，并确认模具图纸确认：对模具厂家的模具和样品进行确认设计要素(KeyDesignFactors)塑料件的设计很大的一部分是要考虑模具结构及注塑工艺，同时要考虑结构对零件的影响。主要考虑的要素有：1.分模线(PartingLines)2.拔模角度(DraftAngles)3.壁厚(WallThickness)4.倒角(Fillets&Radii)5.螺柱(Bosses)6.筋(Ribs)7.收缩和变形(Shrinkage&Warpage)8.熔合缝(KnitLines)下面就针对这些设计要素逐一讲解。分模线(PartingLines)分模线注意由模具设计工程师考虑，但有时为了保证零件的质量，在设计阶段就要考虑。比如轴的设计，为了保证轴与孔或轴承的配合精度，分模线要设计成一个小得平面，如下图：分模线0.1~0.2mm拔模角度(DraftAngles)为了出模方便，设计时必须考虑拔模角度。拔模角度的一般原则：1.所有的拔模方向是模具实际脱模的运动方向。2.表面皮纹深度每增加0.02mm，拔模角需要增加1°3.筋的拔模角度最小为0.5°，大部分情况下拔模角最小为1.5°。4.如果使用极限小的拔模角度，筋的深度不应该超过15mm，否则，筋就不容易被抛光从而影响出模壁厚(WallThickness)塑料件的壁厚的设计有两个基本原则：•在保证性能和用户体验的前提下尽可能薄的壁厚。•尽量均匀的壁厚。均匀壁厚的好处是：注塑流动性好，减少外观缩痕，消除内部气孔，减少注塑后应力，减少不同收缩比例带来的变形。如果实际设计时很难做到壁厚一致，那么壁厚的变化不应超过公称壁厚的50%。塑料件的一般设计厚度要求：增强材料：0.75mm到3mm非增强材料：0.5mm到7mm筋的厚度设计要求：50%~75%基体壁厚壁厚(WallThickness)缩痕内部缩孔不均匀壁厚产生的收缩壁厚(WallThickness)不合理的设计改进的设计壁厚(WallThickness)不合理的设计改进的设计不合理的设计改进的设计s3s1.5tt倒角(Fillets&Radii)倒角的一般原则：•尽可能在根部，联接处位置加圆角•如果设计允许，倒角应该大一些•尽量避免在分模面处加不必要的圆角•圆角设计要求：50%~60%基体（或筋）的厚度•带圆角处根部的厚度原则上不大于壁厚的125%圆角处太薄圆角处太厚正确的设计螺柱(Bosses)螺柱设计的一般原则：1.螺柱尽可能不要独立布置，尽量与壳体用筋相连（图1）或用三角筋加强（图2）2.考虑是否会引起过多的壁厚而导致缩痕2-2.5DD1.5mmt最大0.3t不正确设计正确设计一般尺寸要求0.6t螺柱(Bosses)自攻螺钉螺柱的设计t不同材质自攻螺钉螺柱的设计参数材料螺柱内孔直径(d)螺柱外径(OD)ABS0.8D2DABS+PC0.8D2DPC0.85D2.5DPA60.75D1.85DPA660.75D1.85DPP0.7D2DPS0.8D2DPOM0.75D1.95DOD注意：螺纹的旋入深度一般取2D~2.5D螺柱(Bosses)0.5T0.5T0.7T0.25T缩痕图1图2注意以下几点：1.三角筋的厚度尽量不超过0.5T。2.螺柱外径尽量取2D加三角筋以减少缩痕的风险。螺柱(Bosses)降低缩痕的螺柱设计孔太浅孔太深圆角合适圆角太大螺柱(Bosses)长螺孔的设计（螺柱长度大于5倍其外径）不正确正确正确正确抽芯太长收缩和变形（Thrinkage&Warpage)窄筋无玻纤有玻纤窄筋宽筋不同的材料，不同的加强筋，其收缩变形的方向是不同的宽筋收缩和变形（Thrinkage&Warpage)易变形不易变形筋(Ribs)一般原则：1.对于不考虑表面质量的加强筋，筋的厚度(t)应在75%~85%的基体壁厚(T)。2.对于有表面质量要求的加强筋，如果表面为毛面,筋的厚度(t)不应超过基体壁厚(T)的50%。如果为光面，筋的厚度(t)应控制在基体壁厚(T)的30%以下。3.为保证加强筋起到加强作用，筋的高度至少是基体壁厚(T)的2.5~3倍。4.加强筋的最小拔模角度为0.5°，一般1.5°。5.加强筋的根部需要倒圆角，圆角至少R0.5,一般为筋厚度(t)的0.5倍。6.如果需要多条筋加强，筋之间的距离至少是基体壁厚(T)的2倍以上。最小最小最小0.5最小筋(Ribs)不同材质加强筋厚度的设计参考（相对基体壁厚）材料最小的缩痕轻微缩痕PC50%（高亮表面40%）66%ABS40%60%PC+ABS50%66%PA30%40%PA增强33%50%PP30%40%PP增强33%50%筋(Ribs)较好的设计理想的设计不合理的设计不不合理的设计改进的设计改进的设计筋(Ribs)不正确的设计正确的设计不正确的设计正确的设计料流轨迹该处排气不好为了避免筋位出现排气问题，导致局部材料不足或烧焦现象，独立的筋应该做成三角形或带倒角。熔合缝(KnitLines/WeldLines)熔合缝的产生主要与浇口的布置有关系。虽然这是模具工程师的问题，但在与模具厂交流过程中，为了防止熔合缝导致的外观及强度问题，我们有必要对其提出要求。2Gate熔合缝单浇口无熔合缝双浇口产生熔合缝熔合缝(KnitLines/WeldLines)螺柱的熔合缝浇口位置熔合缝当浇口位置的布置而可能产生熔合缝时，需要在该处增加一加强筋来增加强度。加强筋熔合缝最大的问题是导致零件强度下降，下表是两种材料的比较。增强抗拉强度(Mpa)熔合缝导致强度下降比例PA66无79773%PA6640%玻纤19910348%PP无373214%PP30玻纤692366%可见，熔合缝对于不同材料导致的强度下降也有很大不同。尤其是我们常用的加增强的材料，熔合缝会大大降低材料的强度。熔合缝(KnitLines/WeldLines)沉头螺钉孔处的熔合缝会导致该处开裂浇口位置浇口位置改成盘头及向内移动孔位改进设计熔合缝(KnitLines/WeldLines)美工线美工线的目的有两个：1.在一个面上喷不同颜色的油漆时，需要设计一细槽来分色，因此也叫分油线。另外一个零件表面要做不同皮纹的处理时，也需要美工线。2.在两个机壳合缝时，为了保证合缝严密，一般也设计有美工线（如下图），也叫美缝线。美工线0.8T0.2Tg3°0.10.65T止口筋止口筋g美工线美工线的设计：1.尺寸g的取值一般在0.2~1.0mm之间。工程师需根据不同的产品大小、机壳壁厚、模具精度、零件材料等来进行取值。一般电动工具可取0.3~0.5，园林工具0.5~0.8mm，大型产品可以取到1.0mm。2.美工线的设计一定要做止口筋，否则容易导致错位结构优化加强筋对强度的影响X1.5X13.3X27X30X结构优化流动性和结构设计浇口浇口此结构导致零件材质不均匀改进设计控制材料流动结构优化六角嵌件容易使塑料开裂改进后的设计标记塑料件重量大于25g或者面积大于200mm2，需要在塑料件上打上生产日期、材料及回收标记。模具如为多穴结构，需要在模具上标有模号。日期标记可以是圆形或者方形。材料标记按GB/T1844(ISO1043)的要求。材料回收标记按下面的图形：标志编码材料PET或PETE聚对苯二甲酸乙二酯PE-HD或HDPE高密度聚乙烯PVC或V聚氯乙烯PE-LD或LDPE低密度聚乙烯PP聚丙烯PS聚苯乙烯O或Other所有其他的塑胶9或ABSABS