王涇晶

摘要：文章從注塑成型樹脂件結構設計的角度出發(fā)，結合注塑生產(chǎn)的工藝特點及材料本身特性，總結了注塑成型樹脂件結構設計上的要點和注意事項，列舉了若干設計中經(jīng)常采取的結構形式和改進方法，為注射成型樹脂件的結構設計給出了參考。

關鍵詞：樹脂材料；結構設計；加強筋；拔模斜度

中圖分類號：TQ325文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）12-0020-02

隨著社會的發(fā)展，不斷發(fā)展新材料、新技術以適應各種產(chǎn)品結構設計方面的要求，特別是樹脂材料的應用以強度好、重量輕、成型性良好而得到大范圍的應用，從汽車內(nèi)飾部件到生活上的細小必需品都離不開樹脂材料，特別是在汽車上得到了廣泛的應用，目前世界上不少轎車的塑料用量已經(jīng)超過120千克/輛，個別車型還要高，德國高級轎車的塑料使用量已經(jīng)達到300千克/輛，國內(nèi)一些轎車的塑料用量也已經(jīng)達到200千克/輛，可以預見，隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛。作為從事樹脂產(chǎn)品設計的人員來講掌握設計技巧及設計方法相當重要，尤其是結構設計方面，直接影響了產(chǎn)品的成本、品質(zhì)等。

一、產(chǎn)品避厚的合理性

從產(chǎn)品強度來看，樹脂產(chǎn)品壁厚越厚產(chǎn)品強度越好，從產(chǎn)品輕量化來看產(chǎn)品壁厚越薄產(chǎn)品越輕，從成型質(zhì)量的角度來看，樹脂件的壁厚過厚，在成型的過程中會出現(xiàn)冷卻不均，容易產(chǎn)生縮水，鎖孔等缺陷，壁厚太薄，又會造成素質(zhì)流動狀態(tài)不好，進膠困難，從而使型腔不易充滿而造成充填不足，綜合以上幾點來看樹脂件的壁厚應盡可能均勻、合理，在需要強度的部位采取增置加強筋，在壁厚過厚處采取局部挖空的結構，不均勻處可采取緩和過渡的形式，使壁厚變得均勻，避免成型過程中產(chǎn)生翹曲變形等缺陷。壁厚的合理性除了影響成型和成品的強度，同時也更有利于制品能夠順利地從模具中脫離出來。

當然在實際設計的過程中，樹脂件的種類何其之多，在確定制品的厚度上也要根據(jù)不同的材質(zhì)的各自屬性和特點，和此制品的大小規(guī)格，適用條件等各方面，再根據(jù)以上原則來決定。由于樹脂制品已深入生活，在設計壁厚上也有章可循，已經(jīng)形成了一定的規(guī)則，設計過程中可參照這些規(guī)則。

二、應力集中問題解決辦法

樹脂件的結構設計要特別注意避免尖銳棱角的產(chǎn)生，樹脂材料始終比較敏感的材料，因此在應力集中的地方會產(chǎn)生微小的裂紋，逐步擴大以致發(fā)生斷裂，導致制品的損壞。

樹脂材料的強度通常較低，避免應力集中最好的方法是改善尖銳棱角部位的結構形式。例如。在尖角部位增加倒角，倒圓角或以平緩的方式過渡。當因結構件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圓角時，可通過在尖角處增加局部結構強度，向內(nèi)掏出圓角的辦法降低應力集中，樹脂螺紋的牙形應優(yōu)先采用圓形和梯形，避免三角形、矩形，這樣可以減低缺口效應，提高螺紋的承載能力。

三、加強筋結構的設計原則

為了減小產(chǎn)品的平均肉厚，降低產(chǎn)品的重量，以及減少成型過程中的缺陷，通常在需要加強強度的位置設置加強筋的方法來提高產(chǎn)品的強度和剛性，同時也降低成本。在樹脂件上設置加強筋，可提高樹脂的強度，防止樹脂件的翹曲變形，選擇恰當?shù)募訌娊钗恢每筛纳茦渲芤旱牧鲃有浴?/p>

樹脂制品上的加強筋形式多種，但設計加強筋一般遵循以下原則：（1）筋的壁厚根據(jù)材料不同而不同一般為主體厚度t的0.4倍，最大不超過0.6倍，避免厚筋底冷卻時出現(xiàn)凹陷，影響制品的美觀；（2）筋之間的間距大于4t，筋的高度低于3t；（3）螺釘柱的加強筋至少低于柱子表面1.0mm；（4）筋的根部要以圓角過度，避免應力集中造成破壞，但謹防圓角過大出現(xiàn)凹陷；（5）加強筋應低于零件表面或分型面至少1.0mm。多條加強筋相交，要注意樹脂帶來的局部材料堆積問題。其改進方法是：（1）將加強筋錯位；（2）加強筋交叉部位設計成空心結構等。

細長的加長筋，如受力，應盡量使其承受拉力，避免承受過大的壓力。因為樹脂材料的彈性模量很低，容易出現(xiàn)失穩(wěn)問題。這與我們在進行金屬鑄件設計時所遵循的優(yōu)先受壓原則相反，需要特別注意。

四、拔模斜度設計

拔模斜度也叫脫模斜度，主要是為了避免樹脂件在脫模時由于冷卻收縮而對模具產(chǎn)生粘附，摩擦，從而導致其損傷變形，而在樹脂件的脫模方向設置的有利脫模角度。

拔模斜度的確定一般遵循以下幾個個原則：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，這樣做相當于減小公差；（2）拔模角度一般取整數(shù)；（3）樹脂件的外觀拔模角取值大于內(nèi)壁的角度，這有利于成形時脫模；（4）樹脂中硬度大的，剛性大的，脫模斜度也應該相應加大；（5）在不影響外觀的前提下取較大的拔模角度；（6）制品壁厚也決定了拔模角度的設定，兩者成正比。某些材料，如PP、PE等能強行脫模，強行脫模量一般不超過型芯最大面積的5%。

五、依據(jù)模具結構考慮樹脂件的結構設計

模具在注射生產(chǎn)的工藝裝備中是不可代替的，模具內(nèi)腔的形態(tài)是樹脂件形狀的反映。樹脂件結構的難易程度直接影響著模具結構上的復雜變化，為了能使設計的制品批量生產(chǎn)化，結構設計也是至關重要的，當然這也直接影響著模具的設計，從而在做樹脂件結構設計的同時，在保證外觀和功能的前提下，盡可能地考慮模具的結構，使之簡化，利于后期的加工，批量生產(chǎn)，從而節(jié)約時間和成本并可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。所以在從事結構設計的工作，還應了解模具設計的基本原理與基本原則

模具設計不合理就能造成產(chǎn)品成型不良，注塑工藝生產(chǎn)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷主要有一下幾種：縮痕、熔接痕、氣孔、變形、拉毛、頂傷、飛邊、成型不足、燒糊等。注塑件設計一般遵循以下原則：（1）充分考慮塑料件的成型工藝性，如流動性；（2）塑料件的形狀在保證使用要求的前提下，應有利于充模、排氣、補縮；（3）塑料產(chǎn)品設計應充分考慮成型模具的總體結構，特別是抽芯與脫出制品的復雜程度，同時應充分考慮到模具零件的形狀及制造工藝，模具零件的強度等，以便使制品有較好的經(jīng)濟性；（4）塑料制品設計主要內(nèi)容是零件的形狀、尺寸、壁厚、孔、圓角、加強筋、螺紋、嵌件、表面粗糙度的設計。

六、從裝配的角度考慮樹脂件的結構

連接結構問題是產(chǎn)品設計中一個重要的問題。構成產(chǎn)品的各個功能部件需要以各種方式連接固定在一起形成整體，以完成產(chǎn)品的設計功能。滿足外觀造型設計的產(chǎn)品外殼，通常也是由底蓋，主體框架等部件組成，需要連接固定形成一個整體。因此有必要對產(chǎn)品設計中連接結構問題進行探討。

由于樹脂材料的彈性模量小，即材質(zhì)較軟，并且成型工藝與金屬不同，樹脂件的公差精度比金屬件一般來說要低很多。因此，在進行結構設計時應注意這一特性，應避免大尺寸小公差的情況出現(xiàn)。尺寸越大，累積的變形越大，對公差精度的影響也越大。粘接是樹脂件常用的裝配方式之一。樹脂件粘接時應避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因為其抗撕扯能力差，正確的做法是使粘接界面承受剪切力。處于受正拉力狀態(tài)的粘接強度不及處于受剪力狀態(tài)的粘接強度，因為處于受正拉力狀態(tài)的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用；而處于受剪力狀態(tài)的粘接界面的面積一般大于受正拉力狀態(tài)的粘接界面的面積所以抗撕扯能力較強。

螺栓連接也是樹脂件常用的裝配方式之一。由于樹脂的強度很低，通常不足以咬緊螺絲，因此在受力較大的情況下，不可將自攻螺絲直接嵌入樹脂材質(zhì)中。另外，平頭螺栓連接或鉚接式連接應帶面積較大的衫板，以增加受力面積。

參考文獻

[1]徐佩弦．塑料件的設計[M]．北京：輕工業(yè)出版社，2001．

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