王涇晶

摘要：文章從注塑成型樹脂件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合注塑生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)及材料本身特性，總結(jié)了注塑成型樹脂件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，列舉了若干設(shè)計(jì)中經(jīng)常采取的結(jié)構(gòu)形式和改進(jìn)方法，為注射成型樹脂件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給出了參考。

關(guān)鍵詞：樹脂材料；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；加強(qiáng)筋；拔模斜度

中圖分類號(hào)：TQ325文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）12-0020-02

隨著社會(huì)的發(fā)展，不斷發(fā)展新材料、新技術(shù)以適應(yīng)各種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的要求，特別是樹脂材料的應(yīng)用以強(qiáng)度好、重量輕、成型性良好而得到大范圍的應(yīng)用，從汽車內(nèi)飾部件到生活上的細(xì)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(yīng)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(gè)別車型還要高，德國高級(jí)轎車的塑料使用量已經(jīng)達(dá)到300千克/輛，國內(nèi)一些轎車的塑料用量也已經(jīng)達(dá)到200千克/輛，可以預(yù)見，隨著汽車輕量化進(jìn)程的加速，塑料在汽車中的應(yīng)用將更加廣泛。作為從事樹脂產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人員來講掌握設(shè)計(jì)技巧及設(shè)計(jì)方法相當(dāng)重要，尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)度來看，樹脂產(chǎn)品壁厚越厚產(chǎn)品強(qiáng)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(huì)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(huì)造成素質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)不好，進(jìn)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(diǎn)來看樹脂件的壁厚應(yīng)盡可能均勻、合理，在需要強(qiáng)度的部位采取增置加強(qiáng)筋，在壁厚過厚處采取局部挖空的結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度，同時(shí)也更有利于制品能夠順利地從模具中脫離出來。

當(dāng)然在實(shí)際設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(shè)計(jì)壁厚上也有章可循，已經(jīng)形成了一定的規(guī)則，設(shè)計(jì)過程中可參照這些規(guī)則。

二、應(yīng)力集中問題解決辦法

樹脂件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)力集中的地方會(huì)產(chǎn)生微小的裂紋，逐步擴(kuò)大以致發(fā)生斷裂，導(dǎo)致制品的損壞。

樹脂材料的強(qiáng)度通常較低，避免應(yīng)力集中最好的方法是改善尖銳棱角部位的結(jié)構(gòu)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(dāng)因結(jié)構(gòu)件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圓角時(shí)，可通過在尖角處增加局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，向內(nèi)掏出圓角的辦法降低應(yīng)力集中，樹脂螺紋的牙形應(yīng)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(yīng)，提高螺紋的承載能力。

三、加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(qiáng)強(qiáng)度的位置設(shè)置加強(qiáng)筋的方法來提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)也降低成本。在樹脂件上設(shè)置加強(qiáng)筋，可提高樹脂的強(qiáng)度，防止樹脂件的翹曲變形，選擇恰當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋位置可改善樹脂溶液的流動(dòng)性。

樹脂制品上的加強(qiáng)筋形式多種，但設(shè)計(jì)加強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(yīng)力集中造成破壞，但謹(jǐn)防圓角過大出現(xiàn)凹陷；（5）加強(qiáng)筋應(yīng)低于零件表面或分型面至少1.0mm。多條加強(qiáng)筋相交，要注意樹脂帶來的局部材料堆積問題。其改進(jìn)方法是：（1）將加強(qiáng)筋錯(cuò)位；（2）加強(qiáng)筋交叉部位設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)等。

細(xì)長的加長筋，如受力，應(yīng)盡量使其承受拉力，避免承受過大的壓力。因?yàn)闃渲牧系膹椥阅Ａ亢艿?，容易出現(xiàn)失穩(wěn)問題。這與我們在進(jìn)行金屬鑄件設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)

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

拔模斜度的確定一般遵循以下幾個(gè)個(gè)原則：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，這樣做相當(dāng)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(shí)脫模；（4）樹脂中硬度大的，剛性大的，脫模斜度也應(yīng)該相應(yīng)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(shè)定，兩者成正比。某些材料，如PP、PE等能強(qiáng)行脫模，強(qiáng)行脫模量一般不超過型芯最大面積的5%。

五、依據(jù)模具結(jié)構(gòu)考慮樹脂件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)的難易程度直接影響著模具結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜變化，為了能使設(shè)計(jì)的制品批量生產(chǎn)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，當(dāng)然這也直接影響著模具的設(shè)計(jì)，從而在做樹脂件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，在保證外觀和功能的前提下，盡可能地考慮模具的結(jié)構(gòu)，使之簡化，利于后期的加工，批量生產(chǎn)，從而節(jié)約時(shí)間和成本并可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。所以在從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作，還應(yīng)了解模具設(shè)計(jì)的基本原理與基本原則

模具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dòng)性；（2）塑料件的形狀在保證使用要求的前提下，應(yīng)有利于充模、排氣、補(bǔ)縮；（3）塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮成型模具的總體結(jié)構(gòu)，特別是抽芯與脫出制品的復(fù)雜程度，同時(shí)應(yīng)充分考慮到模具零件的形狀及制造工藝，模具零件的強(qiáng)度等，以便使制品有較好的經(jīng)濟(jì)性；（4）塑料制品設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是零件的形狀、尺寸、壁厚、孔、圓角、加強(qiáng)筋、螺紋、嵌件、表面粗糙度的設(shè)計(jì)。

六、從裝配的角度考慮樹脂件的結(jié)構(gòu)

連接結(jié)構(gòu)問題是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問題。構(gòu)成產(chǎn)品的各個(gè)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(shè)計(jì)功能。滿足外觀造型設(shè)計(jì)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(gè)整體。因此有必要對產(chǎn)品設(shè)計(jì)中連接結(jié)構(gòu)問題進(jìn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意這一特性，應(yīng)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(shí)應(yīng)避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因?yàn)槠淇顾撼赌芰Σ?，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(qiáng)度不及處于受剪力狀態(tài)的粘接強(qiáng)度，因?yàn)樘幱谑苷顟B(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(qiáng)。

螺栓連接也是樹脂件常用的裝配方式之一。由于樹脂的強(qiáng)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(yīng)帶面積較大的衫板，以增加受力面積。

參考文獻(xiàn)

[1]徐佩弦．塑料件的設(shè)計(jì)[M]．北京：輕工業(yè)出版社，2001．

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）