分享｜通用塑胶零件结构设计

一、材料的选择
     塑胶材料的种类繁多，对不同类型的产品有不同要求，对于产品塑胶产品的设计，要充分考虑到产品使用的场合及工作环境，比如满足温度要求、防火或生物兼容性要求。对于有防火要求的，有不同材料的防火等级（包括GE，奇美，TORAY，BAYER，台化），对于需要防火级材料时，我们只要向供应商索取到材料证明的编号即可。基于什么样的思路去考虑选材呢，如果有兴趣可以参考之前发布的 分享｜工业设计常用材料-塑料篇。

二、壁厚的选择
      塑胶零件的壁厚对零件的质量影响很大，壁厚过小时成型的流动阻力大，大形复杂的零件就很难充满型腔，塑胶壁厚的最小尺寸应满足以下几个方面的要求：
1、足够的强度和刚度；
2、脱模时能经受脱模机构的冲击与震动；
3、装配时能承受足够的紧固力；
塑胶零件规定有最小壁厚值，它随塑胶品种牌号和零件大小不同有不同，对于外壳零件，推荐如下壁厚ABS，PC+ABS，PC, 透明PC，透明ABS，壁厚为:2.0-3.5mm一些小的外观零件（如按键帽，灯罩，旋钮）可以做到1.2-2.0mm同一个塑胶零件的壁厚尽可能一致，否则可能会由于壁厚不均而产生壁厚处缩水。

三、拔模斜度的设计
      在塑胶零件的内表面和外表面，沿脱模方向均应设计足够的拔模斜度，否则会难以脱模，或顶出时拉伤，擦坏塑胶零件。还有一点，拔模斜度小就蚀纹浅，会造成外观件易脏，所以推荐如下拔模斜度：（设计斜度比纹路要求斜度大0.5度，各供应商处有自己都有纹板）。

四、柱位的设计
1、柱位的功能：通常塑胶件柱位用来支撑PCBA，固定PCBA或胶件本身，固定电子元器件，或联接产品的前后壳，它有一个最大的好处就是高度容易调整。所以，一般情况下，我们要尽量用柱子端面形成的平面作为支撑面。平面用几条筋位形成的平面作为支撑面。
2、柱子的拔模及高度：柱子高度大于10mm时，通常都用司筒顶出，所以其拔模斜度可以取得很小或0度。可以把内孔取为0度，外表面取为0.25度。柱子高度小于10mm时,模具上可能用镶件，拔模斜度可以把内孔取0.5度，外表面取1度。如希望能调整高度,请在图上标明，要求模具加工时，考虑调整高。一般清况下，M3自攻螺钉柱的高度不要大于30mm，太高了柱子的司筒针容易被胶流冲弯变形。
3、柱子的大小尺寸：由于高度大于10mm的柱位通常是用司筒顶出，柱子的外径和内径就有限制。
      常用的司筒的外径系列为：4.0、4.5、5、6、6.5、7、8、10、12
      常用的司筒针系列为：1.5、2.0、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0
      其对应的关系如下表格：

柱位的内径是由司筒针磨小而得到的，由上表可以看出，我们不要设计壁厚小1.0mm的柱子，也最好不设计外径不是标准值的柱位。
4、柱子根部的处理：通常容易出现两种情况： 缩水或阴影（或夹水纹），为了防止出现缩水，需要把柱子根部减胶，同时把司筒针加长，如已出现阴影（或夹水纹）需要把柱子根部加胶或把司筒针作短。所以对于壁厚为3mm，柱子直径大于等于6mm时（拧M3自攻螺订）为防缩水,在模具加工时先在柱子根部减胶。到试模时如出现阴影，再加胶。（柱子的根部注意要求，顶针面与火山口面不等高，减少应力）。
5、预埋螺柱的选择使用：如果需要经常拆装，或需要维修 的地方，需要使用预埋（热压）螺柱，用普通螺钉来代替自攻螺钉, 热压或预埋螺母后胶柱不得有开裂或溢胶现象。
      预埋螺柱与塑胶件联接的开裂问题：由于预埋螺柱冷确时的尺寸变化与塑胶件的收缩值相差太大，会使预埋螺柱的周围产生很大的内应力，而造成塑胶件开裂，对于高刚性的工程塑料更为严重。基于内应力比较大，PC正常情况下禁用预埋，PC+ABS也不推荐，特别对与预埋螺柱数量多于4时，还有螺柱不等高的，造成螺柱种类太多，容易出错；同时，还有因为放置时间过长，会造成注塑机料筒里材料由于高温时间过长而变质。下面列出M2、M2.5、M3、M4自攻螺丝柱，仅供参考，具体设计参数请参照：

五、加强筋位的设计
     加强筋的作用是增加塑胶零件的强度，和避免零件变形，如果单用增加壁厚的办法来提高塑胶零件的强度，常常是不合理的，其一是容易出现缩水，其二是提高了注塑成本，加强筋不要设计的过厚，否则容易在其根部出现缩水，也不要太薄，太薄了易出现走胶不齐。推荐的厚度为:模具加工为大水口时，零件加强筋根部厚度小于壁厚的1/2.筋的顶部厚度不要小于1mm. 模具加工为小水口时，零件加强筋根部厚度小于壁厚的2/5，筋的顶部厚度不要小于0.8mm。关于加强筋的拔模斜度：对于通常的加强筋，其两侧的拔模斜度可按以上厚度要求取。对于高度有特别要求的加强筋，可取两侧0.1-0.25度,这时的加强筋就会要做镶件。如果可能的话，在加强筋上增加柱位，可以帮助出模。(如下图)

柱位上的加强筋：胶柱在结构允许情况下必须设计加强筋。柱位上的加强筋由于是跟柱位一起顶出，可以比普通的加强筋高得多，其高度方向上比柱位端面低1-3mm就可以了。同时，柱位的加强筋尽量对称加工，以保证柱位变形尽量小。其形状如图1，指示的斜度为D=3-5度。

六、装饰缝（美工线）、止口、叉骨、扣位的设计，止口与叉骨的设计 
    对于工业产品来讲，尤其是固定类灯具产品，但如果是环境条件充许的话（对有些产品，特别是各种灰尘或是粉尘环境下的产品，是不能有装饰缝的），最好能设计装饰缝，设计装饰缝是为了弥补塑胶件变形带来外观的缺陷，为了保证塑胶零件之间的外形相互配合良好，装拆方便，需要在相互配合的地方设计止口与叉骨。止口与叉骨的设计多种多样，建议止口与叉骨的形状推荐如图2、图3所示。特别注意减胶要均匀，渐变，不要突变，否则外观面易形成阴影。

1、止口设计经验
A、止口形式1

从外观考虑，建议件1为前壳，件2为后壳，同时，若模具加工后，前后壳不齐平而需修模时，建议前壳多加些，前壳比后壳大（D1>D2）从外观上胜过后壳比前壳大（D2>D1）。建议设计时前壳D1标正公差，后壳D2标负公差。此种止口特点：外观漂亮，装饰缝大，适合较大型零件，外壳削薄零件外观有阴影，密封性稍差。
B、止口形式2

密封好，装饰缝小，美观，适合小型结构，对大零件易显缝。
C、止口形式3
        手感稍差，适合较大型零件，有利于遮盖前后壳尺寸的误差。

D、止口形式4
      外观漂亮，装饰缝可大可小，密封很好（可加密封条），要求壁厚较大，模具结构复杂。

E、前后壳间的扣位设计
       在塑胶件的设计中，为了简化装配，少打螺钉，可利用塑胶的弹性设计扣位，扣位的形式很多，这里我们要特别注意的是前后壳间的联接扣位。推荐的扣位形式如下：

图3所示结构一般做在后壳上，图4所示结构一般做在前壳上。特别主意减胶要均匀，渐变，不要突变。否则会在减胶处出现阴影或缩水。

七、圆角的设计
      塑角零件除了使用上要求采用尖角处外，其余所有转角处均应尽可能采用圆角过度，因塑胶件的尖角处易产生应力集中，在受力或冲击震动时会发生开裂现象。甚至在脱模过程中就发生开裂。一般推荐加工圆角用如下原则：
1、筋位的顶部两端,R>1mm；
2、塑胶零件的中间开的方孔，四周做圆角，圆角大于零件壁厚的1/4；
3、与塑胶件上方孔相配合的方形零件的四角做圆角；
4、特别受力的柱子根部做圆角，约R0.5。

八、常用透明零件的设计
      常用的透明材料种类很多，我们设计中常用的有透明ABS，PC，PMMA。由于透明材料的流动性不好，所以注塑时易产生外观的问题，象透明按键帽一类的产品顶部易产生夹水纹。透镜一类的产品在水口附近易产生指甲纹，蛇形纹。针对以上问题，设计时请注意：透明按键帽一类的零件：顶部厚度要设计得比四周厚，型腔如果太深的话，要在水口附近局部减胶，让胶先流到零件的顶部，再流到四周。装饰片，透镜一类的零件：设计时请预留出较宽（大于6-8mm），较厚的水口位（大于1-1.5mm）,模具加工时尽可能用宽大的扇形水口，流道短而粗。

九、术语和定语
1、缩水、缩痕
     制品表面产生凹陷的现象,由塑胶体积收缩产生，常见于局部内厚区域，如加强肋或柱位与面交接区域。
2、缩孔
      制品局部肉厚处在冷却过程中由于体积收缩所产生的真空泡，叫缩孔。
3、气泡
      塑胶熔体含有空气、水份及挥发性气体时，在注塑成型过程空气、水份及挥发性气体进入制品内部而残留的空洞叫气泡。
4、缺胶、不饱模
       塑胶熔体未完全充满型腔。
5、毛边、批锋
      塑胶熔体流入分模面或镶件配合面将发生锁模力足够，但在主浇道与分 流道会合处产生薄膜状多余胶料为。
6、烧焦
       一般所谓的烧焦，包括制品表面因塑胶降解导致的变色及制品的填充末端焦黑的现象；烧焦是滞留型腔内的空气在塑料熔体真充时未能迅速排出（困气），被压缩而显著升温，将材料烧焦。
7、熔接痕、夹水纹
       模具采用多浇口进浇方案时，胶料流动前锋相互汇合；孔位和障碍物区域，胶料流动前锋也会被一分为二；壁厚不均匀的情况也会导致熔接痕。
8、喷痕、蛇纹
      高速通过浇口的塑胶熔体直接进入型腔，然后接触型腔表面而固化，接着被随后的塑胶熔体推挤，从而残留蛇行痕迹。侧浇口，塑胶经过浇口后无滞料区域或滞料区域不充足时，容易产生喷痕。
9、银丝、银条
     制品表面或表面附近，沿塑料流动方向呈现的银白色条纹。银丝的产生一般是塑胶中的水分或挥发物或附着模具表面的水分等气化所致，注塑机螺杆卷入空气有时也会产生银条。
10、破裂、龟裂
      制品表面裂痕严重而明显者为破裂，制品表面呈毛发状裂纹，制品尖锐角处常呈现此现象谓之龟裂，也常称为应力龟裂。
11、表面光泽不良
     制品表面失去材料本来的光泽，形成乳白色层膜、模糊状态等皆可称为表面光泽不良。
12、翘曲变形
      制品因壁厚或是成形时冷却不均匀而产生收缩比例不同，从而形成制品变形或是扭曲。
13、流痕
      塑胶熔体流动的痕迹，以浇口为中心而呈现的条纹波浪形状。