家電產(chǎn)品注塑外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

李達(dá)球

摘 ?要：家電產(chǎn)品外殼生產(chǎn)中，主要包括注塑外殼、金屬外殼兩個(gè)大類，其中注塑外殼具有成本低、質(zhì)量輕、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此在家電產(chǎn)品領(lǐng)域中應(yīng)用得十分廣泛。基于此，文章首先提出家電產(chǎn)品注塑外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)而通過分享設(shè)計(jì)案例，來(lái)闡述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析方法和成型工藝的選擇，最后列舉了常見的注塑問題及其解決方法。

關(guān)鍵詞：家電產(chǎn)品;注塑外殼;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TQ320.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）20-0069-02

Abstract： The shell production of home appliances mainly includes two categories： injection molding shell and metal shell， in which injection molding shell has the advantages of low cost， light weight and simple process， so it is widely used in the field of home appliances. Based on this， this paper first puts forward the key points of structural design of injection molding shell of household appliances， and then expounds the analysis method of structural design and the choice of molding process by sharing design cases， and finally enumerates the common injection molding problems and their solutions.

Keywords： household appliances; injection molding shell; structural design; key points

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，在信息化時(shí)代下，家電產(chǎn)品也變得更加多元化，同時(shí)朝向集成化、微型化、智能化方向發(fā)展。在家電市場(chǎng)愈加成熟且性能過剩的背景下，消費(fèi)者已經(jīng)不僅僅關(guān)注家電產(chǎn)品性能，同時(shí)也對(duì)產(chǎn)品的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求。家電產(chǎn)品的外殼主要分為塑料材質(zhì)和金屬材質(zhì)兩大類，而塑料材質(zhì)由于可塑性好、熔融流動(dòng)性強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，所以家電產(chǎn)品的零部件的材料絕大部分為塑料。常見的注塑材料包括聚丙烯PP、聚碳酸脂PC、聚苯乙烯PS、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚樹脂ABS。塑料件的成型工藝包括吹塑、擠出、注塑等，其中注塑是應(yīng)用最為廣泛的成型技術(shù)。

1 家電產(chǎn)品注塑外殼設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 壁厚設(shè)計(jì)

塑料件的壁厚主要由它的外形尺寸和材料決定，但在設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)，壁厚均勻?yàn)槭滓瓌t。壁厚不均勻會(huì)導(dǎo)致塑料件外觀有缺陷，如外觀出現(xiàn)縮水凹陷、變形，甚至出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致外觀龜裂等等。

壁厚過薄，會(huì)增加熔融塑料的流動(dòng)阻力，阻礙材料在模腔里面流動(dòng)，最終導(dǎo)致材料難填充，塑料件出現(xiàn)填充不滿、強(qiáng)度差等不良的后果。

當(dāng)然，壁厚并不是越厚越好，壁厚越厚，成型時(shí)制品內(nèi)部容易出現(xiàn)氣泡，外觀會(huì)出現(xiàn)收縮凹陷、變形等外觀不良，而且制品越厚，它的重量就越重，從而導(dǎo)致整個(gè)制品的成本增加。此外，壁厚越厚的制品的成型時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)，主要是成型時(shí)保壓和冷卻的時(shí)間變長(zhǎng)，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。但有時(shí)候因產(chǎn)品強(qiáng)度需要，會(huì)出現(xiàn)局部壁厚較厚的情況，這時(shí)候就要在厚和薄兩者之間做漸變過渡，避免厚度出現(xiàn)急劇變化或者突變。

1.2 圓角與拔模角設(shè)計(jì)

注塑外殼的尖角部位的應(yīng)力較為集中，在塑料尖角轉(zhuǎn)角部位很容易產(chǎn)生脆性破壞。而消除產(chǎn)品存在的尖角部位可以降低應(yīng)力集中，可以提高塑料制品的加強(qiáng)筋的強(qiáng)度，從而增強(qiáng)制品抵御外來(lái)的沖擊力的能力。

因此，在家電產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能增加外側(cè)圓弧轉(zhuǎn)角。當(dāng)然，過大的圓角過渡會(huì)產(chǎn)生縮水效應(yīng)，特別是凸起柱根部、肋部轉(zhuǎn)角部位的圓弧。通常情況下，將圓弧大小范圍控制在0.3mm-0.8mm之間較為合理[1]。

拔模是為了模具生產(chǎn)中塑料件可以更加順暢地脫模。通常塑料件的拔模角要根據(jù)塑料件尺寸、壁厚、收縮率、模腔表面粗糙度等多個(gè)因素決定。由于模腔內(nèi)塑料件會(huì)不斷的收縮，如果拔模角存在設(shè)計(jì)缺陷會(huì)難以取出塑料件，強(qiáng)行取出還會(huì)增加損壞率，如拉毛、擦傷等。根據(jù)不同塑料品種、塑件結(jié)構(gòu)要將脫模斜度控制在20′～1°30′之間。

1.3 加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)

加強(qiáng)筋可以在不提升塑件壁厚的情況下，提升塑件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少生產(chǎn)過程中的翹曲變形幾率、塑料用量、產(chǎn)品重量、成本。在加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格控制加筋位置，不能過高、不能過少，盡可能保持均勻分布，避免厚筋底冷縮出現(xiàn)凹陷情況。盡可能保持加強(qiáng)筋分布走向與熔料填充方向的一致性，這樣更有助于注塑的開合模。加強(qiáng)筋根據(jù)采用圓弧過渡方式，加強(qiáng)筋上不能設(shè)置零件，從而避免應(yīng)力過于集中。加強(qiáng)筋條通常為塑件壁厚的50%～70%左右。為此我們通常在筋的底部倒圓角，目的是改善熔膠的流動(dòng)性，改善應(yīng)力集中等問題，R角數(shù)值一般為1/8的壁厚。

2 家電產(chǎn)品注塑外殼設(shè)計(jì)案例

下文以豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼作為案例，如圖1所示。

2.1 設(shè)計(jì)方法分析

（1）材料選擇。豆?jié){機(jī)外殼的常用材料一般為PP或者ABS。ABS具有流動(dòng)性好、收縮率低、耐沖擊性、耐熱性等優(yōu)點(diǎn)，而且它的制品表面具有較高的光澤度和耐磨性。PP材料雖然有較好的注塑性能，但是它的收縮率非常大、制品尺寸精度差、鋼性差易變形，它所制成的制品表面容易產(chǎn)生縮水、光澤度較差而且容易刮花，但PP的價(jià)格會(huì)比ABS便宜。豆?jié){機(jī)的外殼表面的光澤度要求較高，而且有耐溫的要求，綜合考慮，建議優(yōu)先選擇ABS作為外殼的材料。（2）螺絲柱和加強(qiáng)筋。因裝配需要，豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼有若干個(gè)螺絲柱，螺絲柱的底部要做火山口的處理，這樣能避免外觀面出現(xiàn)縮水的痕跡。每個(gè)螺絲柱可以增加一些加強(qiáng)筋來(lái)增強(qiáng)螺絲柱的強(qiáng)度，但加強(qiáng)筋的厚度不宜過厚，同時(shí)加強(qiáng)筋的根部需要增加小R角，目的是改善熔膠的流動(dòng)性。（3）澆口流道。豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼表面要求足夠光潔，所以澆口不宜過大，脫模后塑件澆口殘痕不能太明顯，所以采用點(diǎn)進(jìn)膠的方式，澆口可自行脫落，留痕小。為了更好的進(jìn)行零件后續(xù)清理，使用點(diǎn)澆口、直流道、平衡式分流道方案，留到截面采用圓形設(shè)計(jì)，這樣流道的表面積、體積最小，降低了注塑時(shí)間，有助于提升生產(chǎn)率。

2.2 主要成型工藝擬定

（1）結(jié)構(gòu)分析。本次設(shè)計(jì)的豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼塑件的外圓輪廓有用于扣位鎖緊的倒扣凹槽，模具設(shè)計(jì)中要有側(cè)向分型抽芯或斜頂機(jī)構(gòu)。尺寸精度取決于塑料收縮率變化、模具加工誤差。（2）表面質(zhì)量。在豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼注塑成型之后，內(nèi)外表面不可出現(xiàn)缺陷，邊緣位置平滑整齊，同時(shí)不得存在熔接痕與斑點(diǎn)等。外表面足夠光滑，內(nèi)外表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)分別為Ra0.4μm、Ra0.2μm[2]。如果塑件表面光澤度不達(dá)標(biāo)，可能是由于熔料冷卻過早、烘料時(shí)間不夠、模溫或者料溫不夠、模具工作面拋光不達(dá)標(biāo)造成的結(jié)果。（3）成型方法。豆?jié){機(jī)的機(jī)頭外殼采用了熱塑性ABS材料注塑成型。為了控制內(nèi)應(yīng)力、減少熔接痕，可以將澆口注塑流程適當(dāng)縮短，提升填充效率，也可以適當(dāng)提高注塑溫度，對(duì)模具排氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？茖W(xué)設(shè)置澆口部位，盡可能在塑件次要部位產(chǎn)生熔接痕。注塑當(dāng)中，注塑壓力不能過高，注塑過程保持較高的料溫、模溫。

3 注塑問題與解決方法

3.1 縮水

注塑外殼縮水問題主要與注塑內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)、筋厚度過大有直接關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致塑料外殼注塑冷卻過程中固化程度偏差增大，從而出現(xiàn)體積收縮產(chǎn)生表面凹陷問題。

對(duì)注塑工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化，制定縮水預(yù)防方案，將加筋厚度控制在合理范圍內(nèi)，如果采用了ABS等收縮率較低的材料，通常加筋厚度為主體厚度的1/2左右，避免產(chǎn)生超限設(shè)計(jì)。而PP等材料收縮率較高，加筋厚度要控制在主體筋厚度的1/3左右。結(jié)合實(shí)際信息，在條件允許下可以按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性、外觀結(jié)構(gòu)結(jié)合的方法，避免注塑外殼縮水，提升注塑外殼的注塑質(zhì)量[3]。

3.2 缺膠

缺膠主要是由于模具排氣不暢、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過深、局部壁厚過薄、澆口設(shè)計(jì)不合理等原因造成的結(jié)果。

針對(duì)此類問題，需要科學(xué)設(shè)定注塑壓力，通過逐漸增加注塑壓力直到出現(xiàn)了披鋒為止，這樣可以避免出現(xiàn)外殼缺膠情況。如果壓力增加之后依然無(wú)法打滿，則要調(diào)整模型以及對(duì)注塑件重新設(shè)置導(dǎo)流槽、澆口大小及位置，并重新對(duì)注塑過壓參數(shù)進(jìn)行可行性試驗(yàn)調(diào)整，直到注塑件可以滿足成型標(biāo)準(zhǔn)為止，在能夠保障注塑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升注塑效率。

3.3 熔接痕

家電外殼注塑熔接痕是指塑料表面上存在痕跡線路，這是由于在注塑過程中過多的骨料進(jìn)入到模具中產(chǎn)生分流合聚造成的結(jié)果，受到外力作用下，痕跡部位容易出現(xiàn)開裂問題。

對(duì)于熔接痕問題，可以通過提高料溫、模溫、注塑壓力、注射速度來(lái)解決。但對(duì)于上述方案無(wú)效的熔接痕，可以考慮改變澆口位置和增加澆口尺寸、改變制品壁厚等方法來(lái)解決。

3.4 翹曲變形與毛邊披鋒

導(dǎo)致注塑外殼翹曲變形的因素有很多，如制品冷卻不平衡、保壓時(shí)間不夠、縮水等等。而毛邊披鋒作為十分常見的質(zhì)量問題，主要出現(xiàn)在塑料件結(jié)合部位，如果注塑參數(shù)過大，則很有可能產(chǎn)生毛邊披鋒問題。

針對(duì)翹曲變形問題，可適當(dāng)增加加強(qiáng)筋來(lái)增加制品的強(qiáng)度，還可以增大注塑壓力和速度，來(lái)改善翹曲變形問題。此過程要合理設(shè)定注塑冷卻時(shí)間，在注塑件出模后盡快定型，采用通過水快速完成冷卻，減少翹曲變形發(fā)生率[4]。而對(duì)于毛邊披鋒問題則要控制注塑模具質(zhì)量，全方位考量注塑件分型面設(shè)置，降低分型面對(duì)注塑外殼結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)將在公模側(cè)成型的成品面內(nèi)縮0.05-0.1mm，亦即使成品出現(xiàn)0.05-0.1mm斷差，這樣能更好的發(fā)揮密封膠作用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化注塑工藝的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，家電產(chǎn)品注塑外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要注重設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，在能夠保證外殼美觀性、力學(xué)性能、成本等條件下，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，借助計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件可以更快速完成設(shè)計(jì)工作，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，還需要針對(duì)注塑外殼質(zhì)量問題采用相應(yīng)的解決措施，保證注塑外殼的設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，依然要憑借具體設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)要求作出合理選擇。

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