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塑胶产品结构设计参考confidential2塑胶产品结构设计一.壁厚二.加强筋三.支柱四.洞孔五.扣位六.出模角七.螺紋八.文字九.咬花confidential3一、塑胶产品结构设计-壁厚壁厚基本设计守则:A.壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱位的数量、尺寸的大小以及选用的塑胶材料而定。B.最理想的壁厚分布是切面在任何一个地方都是均一的厚度。当因功能上的需求以致壁厚有所改变时，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。采用射出成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。confidential4平面准则:A.在大部份热融过程操作，包括挤压和射出成型，均一的壁厚是非常的重要的。厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固後出现收缩痕。更甚者引致产生挠曲、颜色不同或不同透明度。B.若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的改变，并且在不超过壁厚3:1的比例下。下图可供叁考。一、塑胶产品结构设计-壁厚confidential5一、塑胶产品结构设计-壁厚转角准则:A.转角准则是要求在转角的地方也同样保证均一的壁厚，以免冷却时间不一致，造成部件发生变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程後引起不希望的物料聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱模时更容易。下图可供叁考。confidential6一、塑胶产品结构设计-壁厚B.转角位的设计准则亦适用於悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位R太小时会引致其应力集中系数(StressConcentrationFactor)过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位R太大的话则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎0.2至0.6T之间，理想数值是在0.5T左右。confidential7一、塑胶产品结构设计-壁厚常用热塑性塑料的壁厚设计参考表:热塑性塑料最薄mm平均mm最厚mmABS0.82.33.2PC0.32.48PC+ABS0.52.46.4POM0.41.63.2PMMA0.62.46.4PA0.41.63.2PS0.81.66.4成本考虑对于超过4mm的壁厚，易采用发泡成型或氮气辅助射出。由于UL安规要求，通常胶厚不易太薄(1.2mm)，太薄须使用特殊防火级别材料，会导致材料成本大幅度上升。DSC设计胶厚通常取1.5mm。confidential8一、塑胶产品结构设计-壁厚1、材料及厚度1.1、材料的选取a.ABS：高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性的部件），如内部支撑架（键板支架、LCD支架）等。还有就是普遍用在电镀的部件上（如按钮、侧键、导航键、电镀装饰件等）。目前常用奇美PA-757、PA-777D等。b.PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧性的制件，如框架、壳体等。常用材料代号：拜尔T85、T65。c.PC：高强度，价格贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按键、传动机架、镜片等。常用材料代号如：帝人L1250Y、PC2405、PC2605。d.POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等，常用材料代号如：M90-44。e.PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。受冲击力较大的关键齿轮，需添加填充物。材料代号如：CM3003G-30。f.PMMA有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5%。机械强度较高，有一定的耐寒性、耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质较脆，常用于有一定强度要求的透明结构件，如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如：三菱VH001。confidential9基本设计守则:A.加强筋可有效增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。B.加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。C.加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受制於一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。D.加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话，末端部份亦不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题。二、塑胶产品结构设计-加强筋confidential10二、塑胶产品结构设计-加强筋加强筋基本要求：外观表面上易出现缩水情形，肋骨的厚度应应小于胶料厚度的50%；当超出料厚50%时，须用缩水验证公式验证；非外观表面肋骨厚度可胶料厚度的70%；发泡塑胶部件，肋骨相交面料厚可达胶料厚度的100%；肋骨的高度不应高於胶料厚的三倍。当超过两条肋骨的时侯，肋骨之间的距离应不小於胶料厚度的2倍。模具角度考虑，加强筋的阔度(或深度)和数量应尽量留有馀额，当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时再适当地增加。confidential11二、塑胶产品结构设计-加强筋加强筋被置於塑胶部件边缘的基本尺寸建议：因肋骨在冷却时会在背面造成凹痕(或色差)，对策可在加强筋对应的後面，设置一些小肋骨或凹槽，用那些肋骨和凹槽可以作装饰用途而消除缩水的缺陷。confidential12三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)支柱(Boss)基本设计守则:A.支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。B.实心支柱的直径大小取壁厚的0.5~0.7倍，当有缩水管理要求时，需使用使用缩水公式验证。C.过高的支柱会导致塑胶部件成型时困气，所以支柱高度一般是不会超过支柱直径的3倍。过高的支柱要考虑其强度及逃气问题。D.为改善缩水，可改变支柱形状为：十字支柱或空心支柱.E.当支柱是打螺丝作用时，可局部增加胶料厚度来提高强度，但是局部过厚会导致如形成缩水痕、空穴、或增加内应力等不良。支柱的设计须要从这成型和强度两方面取得平衡。confidential13三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)支柱(Boss)与加强筋（RIB)组合尺寸建议:confidential14三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)螺丝柱设计要点：A.螺丝柱一般需承受紧固件产生的较大的应力，塑胶产品的料厚须足够，通常料厚=1.3。B.胶料局部过厚会导致如形成缩水痕、空穴、或增加内应力等不良。对于外观件需进行缩水验证。C.采用加强筋方式连接外壁，或辅以三角或十字加强筋可有效增加强度。confidential15三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)对于外观件，当有螺丝柱子，需要进行缩水验证，依照上页图示意，塑胶壁厚1.5，螺丝柱子外径3.4，验证结果NG:(1.8-1.5)/1.5*100%=20%8%。外观面有可能会有缩水痕迹。改善方案如下图：当缩水验证NG时，可在增加火山口及加深螺丝孔深度来改善。外观部品综合考虑缩水与螺丝柱子强度，塑胶壁厚要求大于1.3。适当的辅以三角或十字加强筋方式，可大幅度提高强度和改善料流填充。confidential16三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)普通牙螺丝塑胶件螺孔尺寸建议：confidential17三、塑胶产品结构设计-支柱(Boss)热压支柱尺寸建议：confidential18四、塑胶产品结构设计-洞孔(Hole)洞孔(Hole)作用及常见孔的类型：在塑胶件上开孔使其和其它部件相接合或增加产品功能上的组合是常用的手法，洞孔的大小及位置应尽量不会对产品的强度构成影响或增加生产的复杂性，常见孔的类型如下：孔离边位或内壁边之要点：confidential19四、塑胶产品结构设计-洞孔(Hole)盲孔设计要点：盲孔是靠模具上的镶针形成，而镶针的设计只能单边支撑在模具上，因此很容易被溶融的塑料使其弯曲变形，造成盲孔出现椭圆的形状，所以镶针的长度不能过长。盲孔深度最大是直径的3倍，考虑模具镶针强度要求直径最小0.8mm。外观件上的各种凹槽，如雕刻文字等，要求棱线分明，导致过渡太急，易产生气痕，如果凹槽无功能要求，底部设计圆滑过渡，避免气痕。0,30,51,5通孔设计要点：通孔的做法可以是靠单一边针两端同时固定在模具上、或两枝边针相接而各有一端固定在模具上。当应用第二种方法时，两条边钉的直径应稍有不同以避免因为两条边钉轴心稍有偏差而引致产品出现倒扣的情况。直径小于1.5mm的细长孔，要求长度小于10mm.confidential20四、塑胶产品结构设计-洞孔(Hole)对于塑胶部品，结合线处强度较弱，受力容易破裂。当通孔处于产品边部，同时有配合力量要求时，要求孔壁距离外侧壁1.5mm（如因结构原因无法保证1.5mm,采用模具设置冷料槽成型后再剪除，但最小要1.0mm），对于卡勾槽尽量采用盲孔。1孔洞边缘要求：为便于尺寸管理及模具加工洞孔的边缘应预留最少0.2mm的直边，如下图参考：confidential21五、塑胶产品结构设计-扣位(SnapJoints)扣位操作原理：当两件零件扣上时，其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸缘部份推开，直至凸缘部份完结为止；及後，藉着塑胶的弹性，勾形伸出部份即时复位，其後面的凹槽亦即时被相接零件的凸缘部份嵌入，此倒扣位置立时形成互相扣着的状态，扣位的操作原理图如下。confidential22五、塑胶产品结构设计-扣位(SnapJoints)扣位设计要点：A.扣位的设计一般是采用悬梁式的方法，悬梁式的延伸就是环型扣或球型扣。所谓悬梁式，其实是利用塑胶本身的挠曲变形的特性，经过弹性回复返回原来的形状。B.常用的悬梁扣位是恒等切面的，若要悬梁变形大些可采用渐变切面，渐变切面其变形量可远大于恒等切面。C.扣位的设计是需要计算出来，如装配时之受力，和装配後应力集中的渐变行为，要根据塑料特性验证是否合理。D.扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份，勾形伸出部份及凸缘部份经多次重覆使用後容易产生变形，甚至出现断裂的现象，这情况较常出现於脆性或掺入纤维的塑胶材料上。E.扣位与产品通常同时成型，所以扣位的损坏亦即产品的损坏。补救的办法是将扣位装置设计成多个扣位同时共用，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿命。F.扣位装置的另一弱点是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多容易形成扣位损坏；相反，倒扣位置过少则装配位置难於控制或组合部份出现过松的现象。confidential23五、塑胶产品结构设计-扣位(SnapJoints)扣位类型：A.如以功能来区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣位的设计方便装上但不容易拆下，可拆卸型扣位的设计则装上、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适当的导入角及导出角方便扣上及分离的动作，导入角及导出角的大小直接影响扣上及分离时所需的力度，永久型的扣位则只有导入角而没有导出角的设计，所以一经扣上，相接部份即形成自我锁上的状态，不容易拆下。请叁考永久式及可拆卸式扣位的原理图。confidential24五、塑胶产品结构设计-扣位(SnapJoints)B.以扣位的形状来区分，则大致上可分为单边扣、环型扣、球形扣等，其设计可参阅下图。confidential25五、塑胶