热塑料制品设计原则.docx

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热塑料制品设计原则

前言

编制本手册的主要目的有两个：

1.规范公司设计人员的设计并在实际设计工作中作为参考。

2.新入公司的助理工程师的培训教材。

公司产品可分为自主开发设计产品和OEM类产品。

自主开发设计产品

公司根据市场的需求，开发出符合消费者要求的产品。

随着消费者对产品要求的不断提高、市场竞争越来越激烈，这就要求设计人员设计出来的产品在外观结构、功能方面有独到之处。

在设计过程中不断优化改进产品，在保证产品质量的前提下尽可能降低产品的成本，为公司创造最大的利润。

自主开发设计产品包括公司自有品牌产品、帖牌产品、定制产品。

OEM产品

OEM原来是指由客户提供所有的技术资料和图纸，制造商仅负责生产的模式。

现在所讲的OEM其实已经包括ODM，即客户提供外观、对功能提出要求，制造商根据要求进行设计、生产产品。

OEM类产品尽可能按客户的要求设计和生产产品，只有在客户的要求不合理的情况下，经与客户协商，在得到客户的同意下才能进行进一步的开发设计。

OEM类产品只有在得到客户的最终确认以及本公司能批量生产才表示整个开发过程完成。

一、塑胶件

塑胶件设计时尽可能做到一次成功，对某些难以保证的地方，考虑到修模时给模具加料难、去料易，可预先给塑料件保留一定的间隙。

常用塑料介绍

常用的塑料主要有ABS、AS、PC、PMMA、PS、HIPS、PP、POM等，其中常用的透明塑料有PC、PMMA、PS、AS。

高档电子产品的外壳通常采用ABS+PC；显示屏采用PC，如采用PMMA则需进行表面硬化处理。

日常生活中使用的中底挡电子产品大多使用HIPS和ABS做外壳，HIPS因其有较好的抗老化性能，逐步有取代ABS的趋势。

常见表面处理介绍

表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。

ABS、HIPS、PC料都有较好的表面处理效果。

而PP料的表面处理性能较差，通常要做预处理工艺。

近几年发展起来的模内转印技术（IMD）、注塑成型表面装饰技术（IML）、魔术镜（HALFMIRROR）制造技术。

IMD与IML的区别及优势:

1.IMD膜片的基材多数为剥离性强的PET,而IML的膜片多数为PC.

2.IMD注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合,而IML是整个膜片履在树脂上

3.IMD是通过送膜机器自动输送定位,IML是通过人工操作手工挂

1.1外形设计

对于塑胶件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以要特别小心。

外形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工程。

现实生活中使用的大多数电子产品，外壳主要都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。

可接受面刮<0.15mm,可接受底刮<0.1mm。

所以在无法保证零段差时，尽量使产品：

面壳>底壳。

一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，一般选0.5%。

底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选0.4%。

即面壳缩水率一般比底壳大0.1%

1.2装配设计

指有装配关系的零部件之间的装配尺寸设计。

主要注意间隙配合和公差的控制。

1.2.1止口

指的是上壳与下壳之间的嵌合。

设计的名义尺寸应留0.05~0.1mm的间隙，嵌合面应有1.5~2°的斜度。

端部设倒角或圆角以利装入。

上壳与下壳圆角的止口配合。

应使配合内角的R角偏大，以增大圆角之间的间隙，预防圆角处的干涉。

1.2.2扣位

主要是指上壳与下壳的扣位配合。

在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角，确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。

扣位设计应考虑预留间隙。

设计扣位时应考滤侧抽心有无足够的行程。

1.2.3螺丝柱

一般采用自攻螺丝，直径为2~3mm。

D

以上表中所提供的是HIPS和ABS料常用螺丝孔尺寸,对于不同的材料,螺丝孔尺寸有所不同,一般来说,比较软、韧性较好的材料d值小，较脆的材料所选d值要大一点。

1.3结构设计

在基本厚度的设计上，不宜过薄，否则外客强度不足，容易导致变、断裂等问题的出现，过厚则浪费材料，影响注塑生产。

一般外壳壁厚控制在1~2mm。

外壳整体厚度应平均过度，不得存在厚度差异变化大的结构，否则容易导致外观缩水，特别是在筋位底部和螺丝柱位。

为预防缩水，筋位厚度控制在0.6~1.2mm。

1.3.1面壳

键孔的设计。

键孔的碰穿方式有三种选择。

A方式利于模具的制作，但碰穿处的利边容易导致卡键；B方式则避免了卡键问题，但当碰穿偏心时则键孔变小，产生利边。

C方式增加了按键的倒入斜脚，同时保存了碰穿偏心的余量，有效的防止了问题的出现，现一般采用B或C。

1.3.2按键设计

间隙：

按键设计时要注意按键与面壳键孔的间隙，一般来说，如果按键采用硅胶按键，则按键与面壳键孔的间隙为0.2~0.3mm。

如果按键采用悬臂梁，则要考虑预留按动时偏摆的间隙。

如按键表面需要处理则要考虑各种表面处理对间隙的影响。

水镀（电镀）镀层厚度一般为0.1mm，喷涂和真空镀一般为0.05mm。

键顶圆弧：

如虑按键表面需进行丝印等处理时，按键表面圆弧不宜过大，弓形高度小于0.5mm。

圆角：

按键顶部周边需倒圆角，避免卡住按键。

悬臂梁的不同设计对按键效果有不同的影响

上图所示按键按动时偏摆较大，按键与面板键孔要预留较大的间隙

上图所示按键按动时偏摆较小，按键主要做垂直运动，按键与面板键孔预留较小的间隙

另一方面，悬臂梁的长度和厚度也直接影响到按键的效果，如果是联体按键，则要避免按键连动（即按一个按键时，其它按键也跟着运动的现象，严重时会发生其它按钮发生动作，造成误操作）

按键手感：

轻触式按钮的按动力量大小一般要求在100g~200g，按动灵活，手感良好。

按键寿命：

按键寿命一般要求100000次，

控制变形：

对于悬臂梁按键，生产、运输、储存时一定要控制按键的变形，因为轻微的变形都可能导致按键的使用效果明显下降。

塑料的基本概念:

〈一〉、塑料的定义及组成，

塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。

组成：

聚合物合成树脂（40~100%）

辅助材料：

增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。

辅助材料作用：

改善材料的使用性能与加工性能，节约树脂材料（贵）

〈二〉塑料的分类：

300余品种，常用的是40余种

名称是以所使有的合成树脂作为名称来称呼：

聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氧树脂,俗称：

电木（酚醛树脂）,有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）,玻璃钢（热固性树脂用玻璃纤维增强）;英文名称：

尼龙（聚酰胺）PA聚乙烯PE

分类：

热固性塑料与热塑性塑料（按塑料的分子结构）

1、热塑性塑料

具有线型分子链成支架型结构加热变软，泠却固化不可逆的

2、热固性塑料：

具有网状分子链结构加热软化，固化后不可逆.

通用塑料：

指产量大，用途广。

价格低廉的一类塑料。

如：

聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料占塑料产量的60%

工程塑料：

指机械性能高，可替代金属而作工程材料的一类，尼龙，聚磷酸脂，聚甲醛，ABS

特种塑料：

隙氧树脂

〈三〉塑料的性能

1、质量轻，密度0.9~0.23g/cm^泡沫塑料0.189g/cm

2、比强度高：

是金属材料强度的1/10。

玻璃钢强度更高

3、化学稳定性好

4、电气绝缘性能优良

5、绝热性好

6、易成型加工性，比金属易

7、不足：

强度，刚度不如金属，不耐热。

100C以下热膨胀系数大，易蠕变，易老化。

热塑性塑料成型加工性能：

〈一〉吸湿性：

吸水的（ABS.尼龙，有机中玻璃）懦水的（聚乙烯）含水量大，易起泡，需干燥。

〈二〉塑料物态：

1、玻璃态：

一般的塑料状态TG高于室温。

2、高弹态：

温度商于TG，高聚物变得像橡胶那样柔软，有弹性。

3、粘流态：

沾流化温度以上，高聚物相继出现塑料流动性与粘性液体流动区移，塑料成型加工就在材料的粘流态进引。

〈三〉流动性：

塑料在一定温度压力作用下，能够充分满模具型腔各部分的性能，称作流动性。

流动性差，注射成型时需较大的压力；流动性太好，容易发生流涎及造成制件溢边。

〈四〉流变性：

高聚物在外加作用下产生流动性与变形的性质叫流变性。

牛顿型流体与非牛顿型流体。

牛顿流体：

主要取决于（流变形为）剪切应力，剪切速率和绝对粘度，低分子化合物的液体或溶液流体属于牛顿流体。

大多数高聚物熔体在成型过程中表现为非牛顿流体。

〈五〉结晶性：

冷凝时能否结晶。

无定型塑料与结晶型塑料。

结晶型：

尼龙，聚丙烯，聚乙烯，无定型塑料：

ABS

〈六〉热敏性与水敏性。

〈七〉相熔性：

熔融状态下，两种塑料能否相熔到一起，不能则会分层，脱皮。

〈八〉应力开裂及熔体破裂。

〈九〉热性能及冷却速度。

〈十〉分子定向（取向）。

〈十一〉收缩性。

〈十二〉毒性，刺激性，腐蚀性。

热塑料制品设计原则

一、尺寸，精度及表面精粗糙度

〈一〉尺寸

尺寸主要满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造，设备的性能，还要考虑塑料的流动性。

〈二〉精度

影响因素很多，有模具制造精度，塑料的成份和工艺条件等。

〈三〉表面粗糙度

由模具表面的粗糙度决定，故一般模具表面粗糙比制品要低一级，模具表面要进引研磨抛光，透过制品要求模具型腔与型芯的表面光洁度要一致Ra〈0.2um

塑件圈上无公差要求的仍由尺寸，一般采用标准中的8级，对孔类尺寸可以标正公差，而轴类各件尺寸可以标负出差。

中心距尺寸可以棕正负公差，配合部分尺寸要高于非配合部分尺寸。

二、脱模斜度

由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱模腔中的型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导至塑件表面擦分，拉毛，为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度，一般1°——1°30`。

一般型芯斜度要比型腔大，型芯长度及型腔深度越大，则斜度不减小。

三、壁厚

根据塑件使用要求（强度，刚度）和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定

壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难

壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡，缩孔等。

要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形及开裂。

四、加强筋

设计原则：

〈一〉中间加强筋要低于外壁0.5mm以上，使支承面易于平直。

〈二〉应避免或减小塑料的局部聚积。

〈三〉筋的排例要顺着在型腔内的流动方向。

五、支承面

塑件一般不以整个平面作为支承面，而取而代之以边框，底脚作支承面。

六、圆角

要求塑件防有转角处都要以圆角（圆弧）过渡，因尖角容易应力集中。

塑件有圆角，有利于塑料的流动充模及塑件的顶出，塑件的外观好，有利于模具的强度及寿命。

七、孔（槽）

塑件的孔三种成型加工方法：

（1）模型直接模塑出来。

（2）模塑成盲孔再钻孔通。

（3）塑件成型后再钻孔。

先模塑出浅孔好。

1、模塑通孔要求孔径比（长度与孔径比）要小些，当孔径〈1.5MM，由于模芯易弯曲折断，不适于模塑模塑型芯的三种方式。

2、肓孔的深度：

h〈（3—5）d

d〈1.5时，h〈3d

3、异形孔（槽）设计

塑件如有侧孔或凹槽，则需要活动块或抽芯机构"平行射成原则"确定塑件侧孔（槽）是否适合于脱模。

热塑性塑料中软而有弹性的，如聚乙烯，聚丙烯，聚甲醛导制品，内孔与外像浅的可强制脱模。

八、螺纹

塑件中的螺纹可用模塑成型出来，或切削方法获得通常折装或受力大的，要采用

金属螺纹嵌件来成型。

九、嵌件

为了增加塑料制品整体或某一部位的强度与刚度，满足使用的要求，常在塑件体内设置金属嵌件。

由于装潢或某些特殊需要，塑料制品的表面常有文字图案。

1、标志

2、凹凸纹：

如把手，旋钮，手轮制品的固边，以增加摩擦力，凹凸纹要做成直纹，以便于脱模。

3、花纹：

凹凸纹，皮革纹，桔皮纹，纹浪纹，点格纹，菱形纹。

加工花纹方法：

电火花加工，照像化学磨蚀，雕刻冷挤压。