研发二部塑胶件结构设计参考资料资料.docx
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研发二部塑胶件结构设计参考资料资料
第一章塑胶零件的结构设计
1.1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，在设计时应与相应的法规人员讨论，要满足法规提出的防火或生物兼容性要求。
不同材料的防火等级见附录（包括GE，奇美，TORAY，BAYER，台化）。
提供防火等级证明时，只要提出证明的编号即可。
1.2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：
足够的强度和刚度；
脱模时能经受脱模机构的冲击与震动；
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，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。
1.3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，推荐如下拔模斜度：
（设计斜度比纹路要求斜度大0.5度）
✧对于监护仪器的后壳，如需要出行位：
行位一侧前模推荐0-0.5度，后模推荐0.5-1度。
前壳推荐的拔模斜度为：
据纹的粗细前后模分别为2-3度。
✧对于大件产品，如主机外壳，显示器前后壳，推荐前后模都为3度，对于旋钮等小件推荐前模拔模1-2度。
✧对于侧面外形由曲面构成时，要保证在分模处曲面的切线方向与拔模方向的夹角不小于拔模角,否则会在产品的P.L.面附近出现拉伤。
1.4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，要尽量用柱子端面形成的平面作为支撑面。
避免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。
司筒针系列
1.5
2.0
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
司筒外径系列
4.05
4.04.55
67
56
6.57
56
6.578
66.5
78
66.5
78
78
10
810
12
柱位的内径是由司筒针磨小而得到的，由上表可以看出，不要设计壁厚小于1.0mm的柱子，也最好不设计外径不是标准值的柱位。
当采用无尖自攻螺钉去固定PCBA或其它零件到塑胶件上时，塑胶柱尺寸按螺纹紧固件选用指南进行设计。
同时为了好拧螺钉，常要在柱子的端部作一倒角或小台阶。
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自攻螺钉）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：
对于需要经常拆装，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,具体的预埋和热压螺母的设计请参考相关的指引。
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：
由于预埋螺柱冷却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，M3、M4热压螺丝柱，M3、M4预埋螺丝柱的设计尺寸：
设计时请参照上面图内尺寸设计螺丝柱。
1.5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（如监护仪的后壳，显示器后壳）.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。
1.6装饰缝（美工线）、止口、叉骨、扣位的设计
6）装饰缝，止口与叉骨的设计
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。
象监护仪前后壳装饰缝一般不小于0.8x0.8mm，监护仪后壳与电池门之间装饰缝不小于0.6x0.6mm，止口与叉骨的设计多种多样，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。
图2
图3
✧止口设计经验
◆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。
◆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。
◆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。
◆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。
7）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4
图5
图4所示结构一般做在后壳上，图5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。
下图是另一种塑胶件上前后壳的连接方式，在后壳的壁上延伸出一个孔，扣到前壳的突出骨位上，它的优点是需要的安装空间小，缺点是孔边的骨位强度稍差，需要在模具上避面夹水纹，或者在孔的中间加多一条骨位。
后壳上的扣位形状
前壳上的扣位形状
1.7圆角的设计
塑胶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。
一般地,我们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
1.8常用透明零件的设计
透明材料：
常用的透明材料种类很多，设计中常用的有透明ABS，PC，PMMA。
一般常用到的透明件是灯罩，按键帽，装饰片，透镜（PM600）等，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；装饰片，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。
1.9塑胶件优化设计
1.9.1.产品壁厚
产品主壁厚一致至少有以下几个好处：
1）用较少的材料意味着少的成型周期
2）减少缩水的机会
3）可以避免壁厚过度导致内应力
但如果是侧壁围住主壁的情况，则侧壁壁厚要小过主壁壁厚（一般取主壁的3/4）：
如下图所示，内接圆比率在1.15以下不会产生缩水：
S2/S1=1.15以下OK
S2/S1=1.20~1.25危险
S2/S1=1.30以上NG
一般加强骨，根部厚度小于T/2（T是主壁平均胶厚）不会产生缩水。
1.9.2.R的必要性
在骨、螺丝柱的根部、丝筒针顶端等加R0.3到R0.5，有以下好处：
1）避免尖角形成的应力集中；
2）从微观看，注塑时令走胶更顺，减少阻力，从而减少成型周期。
热压螺母内径根部要加R0.5RIB的根部要加R0.5
不需要做火山口的柱子根部里外都要做R0.5
在日资企业，小R被列入重要的标识尺寸，不但RIB根部要做R0.5，RIB的顶端也要做R0.3，这样做有利于注塑，但却令模具制作复杂，权衡之下，根部做R0.5就可以了，模具实施也比较简单。
精益求精的模具中，RIB顶部也要做R0.3
1.9.3.脱模斜度的设计
很多设计者把同一壁的前后模脱模斜度做成一样，其实优化的脱模斜度的设计是后模出模角比前模出模角小0.5°到1°，这样成品侧面与后模的磨擦力要大于成品侧面与前模的磨擦力，不容易产生粘前模的现象。
前模出模角视蚀纹粗细而定，蚀纹要求越粗则出模角越大，设计后模出模角应考虑出模是否困难，如果太小则易造成顶白等顶出不良现象。
加强骨的出模角一般取0.25°到1°，设计时要注意根部不能太大（一般小于主壁厚的一半比较合理），否则会产生缩水，端部不能太细，否则会啤不足，加强骨顶端一般不要小于0.8mm。
如下图，基本壁厚为3.5MM.
散热孔很容易产生粘模现象，所以斜度要大一些：
或者采用下图的结构，加RIB，不仅可以减小前模出模角，横截面积的增加还利于注塑流动：
第二章相关模具知识
2.1.顶出机构与模具的排气
产品的出模主要有下例两种形式：
靠装在顶针板上的顶针，司筒，推方（斜推，直推）顶出。
开模时靠刮板刮出。
这里主要讨论第一种顶出形式的问题：
✧顶针的大小：
一般来说模具顶针的直径不要小于2mm.太小了受不了力。
✧顶针的位置：
如果有特别的要求，请标出哪些位置不可放置顶针，司筒的大小已在前面描述。
✧推方的大小：
不要小于10x10mm，氮化处理，表面要做油槽。
在斜推方移动方向不要有柱位，筋位限制斜推的移动。
✧模具的排气：
当塑胶熔体注入型腔时，如果原有的气体不能顺利排出，会在胶件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充瞒型腔，同时还会因气被压缩产生的高温烧焦。
排气槽应设在胶流的末端，常开设在分型面前模侧，槽深0.02-0.05mm，宽度3-10mm.。
在塑胶件上出现有烧焦或走胶不齐的筋位上也要加排气针。
2.2.关于水口位置的选择
水口的开设位置对塑胶件的质量影响很大，在确定水口的位置时，应对零件的水口加工，胶料在流道和型腔中的流动情况，填充顺序和冷确，补料等因素做全面的考虑，应注意下几个方面：
1）水口去除要方便以及不影响外观：
不要把水口设在零件的曲面上和外观面上。
有利于流动，排气，和补胶：
当零件的壁厚相差较大时，应在避面喷射的前提下，把水口开在接近截面的最厚处。
同时水口位置应有利于型腔内气体的排出，如果气体不能顺利排出，将造成胶件有气泡，走胶不齐，局部烧焦。
2）减少熔接痕增加熔接强度。
对于小的胶件，如无特别的需要，最好不要开设一个以上的水口，但对于大型的板状胶件，应兼顾内应力和变形的问题，适当增加水口，虽然增加了熔接痕，但增加了熔接的强度，型腔也易充满。
3）防止料流把镶针或嵌件挤压变形。
2.3.关于塑胶件的排模
塑胶零件的排模合理与否直接影响到项目的开模费用，生产效率，以及模具的维修方便性。
一般应注意以下问题：
1）零件的单机用量与模具上的型腔数要相匹配。
2）一般共模零件的大小应相近，颜色相同，胶厚基本一致。
✧共模零件的大小相差太大会导致注困难：
如小件已出现飞边，大件还缩水。
✧特别的情况：
当小件排模时可以作为大件的一个延伸，出模后从大件上剪下时可以此零件共模。
✧胶厚相差太大时共模会提高注塑成本：
因为这样薄件与厚件要一样的注塑时间。
3）外观零件与内部结构件不要共模：
外观零件的表面要求高，
4）不同材料的外观零件不要共模：
因为这会给注塑生产带来清洗料筒的难度。
2.4.模具的表面处理方法
对于塑胶模具，其表面处理方法通常有蚀纹、火花纹、消光、抛光、字符加工。
通常在塑胶件表面获得纹路的方法有两种：
蚀纹和火花纹
蚀纹：
是一种照相制版和化学腐蚀相结合的技术，即在模具型腔上均匀地喷涂上
一层感光胶膜，胶膜经嚗光后发生化学变化，感光后的胶膜不但不溶于水，还增强了抗腐蚀能力，而未感光的胶膜能溶于水，经过水的清洗，该部份金属就失去保护，在腐蚀液的浸泡下，就获得了所要的花纹。
纹的形状与胶膜有关，其深浅与腐蚀液浸泡的时间有关。
在放大镜下，纹的顶部圆滑。
火花纹：
它是一种是脉冲放电时电腐蚀所得到的纹路，纹的深浅与单个脉冲的能
量有关。
一般在粗加工时，用适当的大能量，低频率的宽脉冲加工，精加工时采用高频小能量的窄脉冲加工。
在放大镜下，纹的顶部尖锐，一般我们作很小零件的表面处理时，选择幼的火花纹就可以了。
因为很小的零件不便再作抛光处理。
抛光和消光：
抛光是用砂纸打磨塑胶模具的过程，模具的前后模的光洁度是不同的，后模的所有侧壁，筋位，柱为都需要抛光到能出模，无拖花，顶白为止。
透明件要看不到砂纸纹。
如果是表面喷油件，抛光限度以不影响喷油为止。
如果是蚀纹，表面抛光要不影响蚀纹。
消光：
是用化学腐蚀的方法把指定模具表面加工成亚光的工艺。
字符：
塑胶件的字符可以有两种不同的形式，凸字和凹字。
凸字的加工比较简单，可以机械雕刻或用腐蚀的方法得到凸出的深度。
一般凸0.2-0.3mm就可以了。
机械雕刻的成本较高，但字形清晰，一般前模采用，腐蚀的方法成本低，速度快，一般适合后模采用。
凹字的作法一般是做两个铜公，第一铜公先电火花加工到字符的深度，第二个铜公上加工出空的字形，然后再火花放电到要求的深度，这两次加工的深度差就是字符凹的深度。
附录
1塑胶防火等级性能资料
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