第5部分：塑胶件设计指南

DFMA第5部分塑胶件设计指南DesignforPlasticGuidelines钟元135642277952013/05/24DFMA2内容：一．塑胶1.定义与特性2.分类3.材料选择二．塑胶件设计指南1.零件壁厚2.避免尖角3.脱模斜度4.加强肋的设计5.支柱的设计6.孔的设计7.提高塑胶件强度的设计8.改善塑胶件外观的设计9.降低塑胶件成本的设计10.注塑模具可行性设计三．塑胶件的装配1.卡扣装配2.紧固件装配3.超声波焊接DFMA3一、塑胶一．塑胶1.定义与特性2.分类3.材料选择二．塑胶件设计指南1.零件壁厚2.避免尖角3.脱模斜度4.加强肋的设计5.支柱的设计6.孔的设计7.提高塑胶件强度的设计8.改善塑胶件外观的设计9.降低塑胶件成本的设计10.注塑模具可行性设计三．塑胶件的装配1.卡扣装配2.紧固件装配3.超声波焊接DFMA4一.塑胶1.定义与特性塑胶：主要由碳、氧、氢和氮及其他有机或无机元素所构成，成品为固体，在制造过程中是熔融状的液体，因此可以籍加热使其熔化、加压力使其流动、冷却使其固化，而形成各种形状，此庞大而变化多端的材料族群称为塑胶；特性：①低强度与低韧性②原料丰富，价格低廉③成型容易，易加工成复杂形状，可大批量生产④重量轻，低密度（塑胶比重0.9~2，铝2.7，铁7.8）⑤受外力作用时容易产生连续变形⑥色彩鲜明，着色容易，适当加入着色剂，可改变其色泽⑦良好的绝缘性⑧耐腐蚀性佳，耐水、耐油、耐酸、耐化学药品，而且不生锈⑨耐热性差，大部份的塑料耐热温度约在150℃以下⑩不导电性、不导热性11可以具有其他特殊性质，例如透明性、弹性等DFMA性能高性能工程塑胶工程塑胶通用塑胶5一.塑胶2.分类非结晶塑料结晶塑料成本PSSANPVCPPPEPC/ABSPCPPOABSPOMSMAPMMAPVDFPA6PBTPETPA66PTFEPARPSUPEIPESPIPCTPPSPA46LCPPEEKPPAHDT=100ºHDT=175ºHDT=250ºHDT=250ºDFMA6一.塑胶2.分类非结晶塑胶结晶塑胶比重较低较高拉伸强度较低较高拉伸模量较低较高延展性较高较低抗冲击性较高较低最高使用温度较低较高收缩率和翘曲较低较高流动性较低较高耐化学性较低较高耐磨性较低较高抗蠕变性较低较高硬度较低较高透明性较高较低加玻璃纤维补强效果较低较高材料特性塑胶分类DFMA7一.塑胶3.材料选择物性表零件的功能要求使用环境要求价格装配要求尺寸稳定性外观安规要求DFMA8二、塑胶件设计指南一．塑胶1.定义与特性2.分类3.材料选择二．塑胶件设计指南1.零件壁厚2.避免尖角3.脱模斜度4.加强肋的设计5.支柱的设计6.孔的设计7.提高塑胶件强度的设计8.改善塑胶件外观的设计9.降低塑胶件成本的设计10.注塑模具可行性设计三．塑胶件的装配1.卡扣装配2.紧固件装配3.超声波焊接DFMA91.零件壁厚A.零件壁厚必须适中壁厚太小：强度低；流动阻力大，熔料难充满；壁厚太大：零件产生缩水、气孔和翘曲等质量问题；零件冷却时间增加，成型周期加长，零件生产效率低；零件用料增加，产品成本增加；常用塑胶材料合适壁厚范围（单位mm）：PEPPNylonPSASPMMAPVCPCABSPOM最小0.90.60.61.01.01.51.51.51.51.5最大4.03.53.04.04.05.05.05.04.55.0DFMA101.零件壁厚B.尽量减少零件壁厚决定零件壁厚的因素：零件的强度要求；零件成型时能否抵抗脱模力；零件能够抵抗装配时的紧固力；有金属埋入件时，埋入件周围强度是否足够；孔的强度是否足够；错误的做法：为提高零件强度，片面的增加零件壁厚。DFMA111.零件壁厚C.零件壁厚均匀原始的设计优化的设计DFMA121.零件壁厚C.零件壁厚均匀当壁厚不均匀时：原始的设计优化的设计较好的设计a较好的设计bDFMA132.避免尖角A.避免零件外部尖角例外：零件分模线处直角的设计比较好原始的设计优化的设计原始的设计优化的设计DFMA142.避免尖角B.避免在塑胶熔料流动方向上产生尖角原始的设计优化的设计DFMA152.避免尖角C.避免在零件连接处产生尖角应力集中处，零件易断裂原始的设计优化的设计R=0.5TR=1.5TDFMA163.脱模斜度决定脱模斜度的因素：脱模斜度一般取1°~2°;收缩率较大的塑胶件脱模斜度较大;尺寸精度要求较高的特征处取较小脱模斜度；公模侧脱模斜度小于母模侧以利于脱模；壁厚较厚时，成型收缩大，取较大脱模斜度；咬花面与复杂面取较大脱模斜度；玻纤增强塑料取较大脱模斜度；零件某些平面因为功能需要可以不设置脱模斜度，但模具则需设计侧抽芯结构，模具结构复杂，成本高;在零件功能和外观等允许情况下，零件脱模斜度尽可能取大；脱模斜度的大小与方向不能影响零件的功能实现;DFMA173.脱模斜度脱模斜度的大小与方向不能影响零件的功能实现：原始的设计优化的设计DFMA184.加强肋的设计加强肋的尺寸：肋的厚度；肋的高度；肋的根部圆角；肋的脱模斜度；肋与肋的间距；DFMA194.加强肋的设计加强肋的设计原则：壁厚均匀：原始的设计优化的设计DFMA204.加强肋的设计加强肋的设计原则：顶端增加斜角避免困气：原始的设计优化的设计DFMA214.加强肋的设计加强肋的设计原则：肋的方向与塑胶熔料方向一致：原始的设计优化的设计DFMA225.支柱的设计支柱的尺寸：支柱的外径与内径；支柱的厚度；支柱的高度；支柱的根部圆角；支柱的根部厚度；支柱的脱模斜度；DFMA235.支柱的设计支柱的设计原则：壁厚均匀：原始的设计优化的设计DFMA245.支柱的设计支柱的设计原则：保持与零件璧的连接：原始的设计优化的设计DFMA255.支柱的设计支柱的设计原则：单独支柱四周增加加强肋：原始的设计优化的设计DFMA266.孔的设计A.孔的深度尺寸：DFMA276.孔的设计B.孔与孔的间距及孔与零件边缘尺寸：C.避免盲孔根部太薄：避免盲孔根部太薄孔底部增强DFMA286.孔的设计D.零件上的孔尽量远离受载荷部位：熔接痕E.孔的边缘增加凸缘增加孔的强度：DFMA296.孔的设计F.避免与零件脱模方向垂直的侧孔：不需侧向抽芯机构需要侧向抽芯机构DFMA307.提高塑胶件强度的设计A.通过添加加强肋而不是增加壁厚来提高零件强度：a.增加壁厚b.添加加强肋强度增加2倍，重量需增加25%强度增加2倍，重量需增加7%DFMA317.提高塑胶件强度的设计B.加强肋的方向要考虑载荷的方向：原始的设计优化的设计DFMA327.提高塑胶件强度的设计C.多个加强肋的方向比单个较厚或较高的加强肋好：原始的设计优化的设计DFMA337.提高塑胶件强度的设计D.设计零件增强剖面：a.“V”形-1b.“V”形-2c.锯齿形d.圆弧形DFMA347.提高塑胶件强度的设计E.增加侧壁：侧壁形状：原始的设计优化的设计DFMA357.提高塑胶件强度的设计F.避免零件应力集中；G.避免零件在熔接痕区域承受载荷；原始的设计优化的设计DFMA367.提高塑胶件强度的设计H.其它方法：玻纤增强塑料常用来代替普通塑胶材料来提高塑胶件强度，需要注意的是玻纤增强塑胶只在玻纤的方向上提高零件的强度；塑胶件承受压缩载荷的能力比承受拉伸载荷的能力强；避免零件承受圆周载荷。零件承受圆周载荷时，例如金属镶件处，很容易发生破裂而失效；在承受冲击载荷时，保持零件剖面的完整性，避免在冲击载荷方向上零件剖面出现缺口和应力集中。DFMA378.提高塑胶件外观的设计A.选择合适的塑胶材料；B.避免零件外观表面缩水：合适的零件壁厚；通过设计掩盖缩水；“火山口”设计；“U”形槽表面断差咬花“火山口”DFMA388.提高塑胶件外观的设计B.避免零件外观表面缩水：合理的浇口位置；错误的浇口位置正确的浇口位置DFMA398.提高塑胶件外观的设计C.避免零件变形：原始的设计优化的设计原始的设计优化的设计DFMA408.提高塑胶件外观的设计D.设计美工沟：原始的设计美工沟的设计之一美工沟的设计之二DFMA418.提高塑胶件外观的设计E.避免外观零件表面出现熔接痕：塑胶件表面咬花可以部分掩盖熔接痕，但并不能完全掩盖熔接痕；喷漆可以掩盖熔接痕；合理设置浇口的位置和数量，避免在零件重要外观表面产生熔接痕；保证模具通风顺畅。F.避免外观零件表面出现断差或毛边；DFMA429.降低塑胶件成本的设计A.设计多功能的零件：设计多功能塑胶件代替束线带或线夹DFMA439.降低塑胶件成本的设计B.降低零件材料成本：降低零件厚度；通过添加加强肋而不是增加壁厚的方法提高零件强度；零件较厚的部分去除材料；C.简化零件设计，降低模具成本：KISS原则（Keepitsimple,stupid)，简单就是美！零件中的每一个特征必须有存在的理由，否则，该特征是能够去除的。D.避免零件严格的公差：公差越严格，零件制造成本就越高；DFMA449.降低塑胶件成本的设计E.零件设计避免倒扣：有些外侧倒扣可以通过重新设计分模线而避免：重新设计零件特征避免倒扣：零件不能脱模零件顺利脱模原始的设计优化的设计DFMA459.降低塑胶件成本的设计F.降低模具修改成本：零件的可注塑性设计；减少产品设计修改次数；避免添加材料的模具修改；G.使用卡扣代替螺钉等固定结构。DFMA4610.注塑模具可行性设计A.卡扣等结构应为斜销（或滑块）预留足够的退出空间：两个斜销退出时干涉斜销退出时与支柱干涉DFMA4710.注塑模具可行性设计B.避免模具出现薄铁以及强度太低的设计：支柱与零件璧太近，模具出现薄铁DFMA48三、塑胶件的装配：一．塑胶1.定义与特性2.分类3.材料选择二．塑胶件设计指南1.零件壁厚2.避免尖角3.脱模斜度4.加强肋的设计5.支柱的设计6.孔的设计7.提高塑胶件强度的设计8.改善塑胶件外观的设计9.降低塑胶件成本的设计10.注塑模具可行性设计三．塑胶件的装配1.卡扣装配2.紧固件装配3.超声波焊接DFMA49三.塑胶件的装配各种装配方式的优缺点装配方式优点缺点卡扣1.成本低2.可以拆卸3.设计灵活4.快速装配和拆卸1.卡扣配合间隙的存在使得固定不牢固和产生噪音2.不可用于有预紧力下的装配，长期受力下易蠕变失效3.不适用于需要经常拆卸的应用场合机械紧固件1.稳健的设计2.可反复拆卸1.塑胶支柱在扭力作用下易破裂2.滑牙（自功螺钉）3.成本中等焊接1.强度高2.没有蠕变问题1.二次加工，成本可能会上升2.不可拆卸3.有些塑胶材料之间焊接性能差DFMA50卡扣的分类：1.卡扣装配：分类直壁卡扣圆周卡扣L型卡扣U型卡扣DFMA51卡扣的分类：1.卡扣装配：分类不可拆卸式卡扣可拆卸式卡扣直壁卡扣锥形卡扣DFMA52A.卡扣的尺寸：卡扣厚度t=0.5~0.6T卡扣的根部圆角Rmin=0.5t卡扣的高度H=5~10t卡扣的装配导入角α=25°~35°卡扣的拆卸角度β：β≈35°用于不需外力的可拆卸的装配；β≈45°用于需较小外力的可拆卸的装配；β≈80°~90°用于需很大外力的不可拆卸的装配；卡扣的顶端厚度Y≤t1.卡扣装配：卡扣设计指南DFMA53B.卡扣根部增加圆角：C.卡扣均匀分布均匀的设置在零件的四周，以均匀承受载荷靠近零件容易变形的地方；1.卡扣装配：卡扣的设计指南原始的设计优化的设计尖角圆角DFMA54D.使用定位柱辅助卡扣装配和提高装配精度：1.卡扣装配：卡扣的设计指南定位柱DFMA55E.卡扣根部增加圆角：F.考虑模具修改方便性卡扣尺寸一般会经过多次修改，可先做小，以保证修模的方便性1.卡扣装配：卡扣的设计指南原始的设计优化的设计DFMA56自攻螺钉的种类2.机械紧固：自攻螺钉螺纹切削自攻螺钉螺纹成型自攻螺钉DFMA57A.装配次数装配次数一般不超过3次B.支柱的内径和外径2.机械紧固：自攻螺钉支柱设计注意事项DFMA58C.螺牙咬合长度不少于2倍螺钉公