摘 要:電子產(chǎn)品已經(jīng)深入每個人的日常生活,其塑料組件是必不可少的部分。從設(shè)計師的角度來講,功能化與成本最優(yōu)化的實現(xiàn),是重要的討論課題。本文將深入研究電子產(chǎn)品塑料組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化與質(zhì)量成本的最優(yōu)化,為設(shè)計師提供合理的優(yōu)化與創(chuàng)新性意見。
關(guān)鍵詞:功能結(jié)構(gòu);工藝;成本
電子產(chǎn)品的大部分構(gòu)成是塑料組件,從整體的設(shè)計來看,涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝處理、模具制作與加工工藝、生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。因此,要求設(shè)計師在對其進行設(shè)計與加工時,既要了解塑料組件的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,還要充分掌握塑料組件的表面處理工藝與模具加工以及生產(chǎn)組裝配置等多方面的綜合性知識。基于此種情況,本文將對塑料件的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計與質(zhì)量優(yōu)化進行充分討論,為提高設(shè)計師的設(shè)計與優(yōu)化理念與認知水平提供相關(guān)依據(jù)。
1 功能結(jié)構(gòu)優(yōu)化理念
從塑料件的功能結(jié)構(gòu)角度來看,其主要包括幾何形狀的設(shè)計與選用,裝配組合的設(shè)計,耐用與強度設(shè)計,以及成本的考量與計算??梢哉f以上幾個方面構(gòu)成了塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計的全部,同時其關(guān)系也是相互依托,貫穿了整個設(shè)計環(huán)節(jié)[1 ]。
1.1 形狀優(yōu)化設(shè)計
1.1.1塑料件壁厚設(shè)計
通常情況下,塑料件的壁厚取決于其所能承受的外力來源及大小,同時,也受到其所選用的材料情況等因素制約。壁厚設(shè)計的問題主要有以下幾種:1)壁厚設(shè)計過厚,通常會導(dǎo)致原材料成本增加,并且延長其注塑成型周期,導(dǎo)致整體的生產(chǎn)成本隨之提升。壁厚過厚還會影響塑料件的均勻硬化,導(dǎo)致產(chǎn)品最終產(chǎn)生氣孔、縮痕等缺陷。2)壁厚設(shè)計過薄,直接影響其強度,并且在組件脫模以及使用組裝過程中造成彎曲和變形,嚴重影響后期效果。同時,在生產(chǎn)過程中,由于壁厚設(shè)計過薄,熔料在充模時則會出現(xiàn)阻力大,填充不完全等現(xiàn)象。3)壁厚設(shè)計不均勻,則會導(dǎo)致各部分在冷卻時收縮不均勻,進一步導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降,發(fā)生氣孔、裂痕或者變形等情況。綜上所述,塑料件壁厚設(shè)計的最佳狀態(tài)是均勻分布。壁厚均勻可有利于熔料沖模,并縮短冷卻時間,提高收縮均勻度。同時,設(shè)計精度得以保證,可以提升生產(chǎn)效率,方便后期裝配。但是,現(xiàn)實中壁厚不均勻現(xiàn)象不可避免,因此,在特殊位置壁厚過渡時,應(yīng)保持遞減原則,平滑過渡。
1.1.2圓角的優(yōu)化設(shè)計
圓角是塑料件功能體現(xiàn)的重要手段。在設(shè)計與優(yōu)化過程中,應(yīng)避免銳角設(shè)計,合理發(fā)揮塑料件的機械強度。圓角的合理設(shè)計可以促使熔料更容易沖模以及脫模。此外,圓角設(shè)計可以增加產(chǎn)品強度與使用壽命。
1.2裝配功能的優(yōu)化設(shè)計
在對塑料件裝配功能進行優(yōu)化與設(shè)計前,必須了解此類功能的作用有哪些。確定電子產(chǎn)品中塑料件的構(gòu)成部位及尺寸等,確定塑料件形狀與裝配方式、間隙等。
1.2.1裝配連接方式
1)自攻螺釘連接,該連接方法的優(yōu)勢在于模具設(shè)計簡單,使用強度高。但是,自攻釘會使裝配復(fù)雜化,增加生產(chǎn)成本,并且不容易拆解。2)扣位連接,此種連接的優(yōu)點在于裝配較為簡單。缺點是要求模具設(shè)計較為精確,模具的加工相對復(fù)雜。
1.2.2間隙配合原則
設(shè)計與生產(chǎn)中的各種因素均會導(dǎo)致塑料件發(fā)生變形的情況。可以說,塑料件變形是不可避免的。因此,在整個設(shè)計中,必須根據(jù)其材料特性以及加工后所產(chǎn)生的變形范圍進行精確的計算,并預(yù)留合理的間隙。杜絕因間隙過大或過小導(dǎo)致的塑料件無法有效裝配的嚴重問題 [2 ]。此外,還要考慮到塑料件與其他組件的組合,其設(shè)計必須嚴格執(zhí)行GB 8898-2011的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.3 強度優(yōu)化設(shè)計
在強度的優(yōu)化設(shè)計中,可以將其區(qū)分為零部件強度與連接強度兩個部分來考量。零部件強度主要包括功能結(jié)構(gòu)的相關(guān)事項,如壁厚、形狀、結(jié)構(gòu)形式等。連接強度則主要包括連接方式與結(jié)構(gòu)等。一般來說,零部件強度在確定之后,同時便可以確定連接強度。整體來說,強度的優(yōu)化和設(shè)計體現(xiàn)在產(chǎn)品的外形和基本尺寸上,同時要求各組件的位置合理均衡,符合預(yù)期效果[3]。
1.4 成本優(yōu)化設(shè)計
成本的優(yōu)化與設(shè)計已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中至關(guān)重要的組成部分。本文根據(jù)產(chǎn)品不同的設(shè)計與使用情況,提出三種不同形式的成本節(jié)約方案,具體為:1)以保證塑料件的結(jié)構(gòu)強度需求為原則,在可滿足基本使用條件的前提下,通過降低組件壁厚,簡化零部件的形狀,減少不必要的結(jié)構(gòu),以較低成本原材料進行注塑,加強實用性。2)以減少零部件數(shù)量為原則,將多類裝配組件進行標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、通用化設(shè)計,從結(jié)構(gòu)上減少裝配組件過多的現(xiàn)象,進而降低成本。3)以實用為原則,在表面處理上減低成本。
2 工藝思路創(chuàng)新
1)模具加工與注塑思路創(chuàng)新。塑料件的加工工藝主要體現(xiàn)在模具與注塑。設(shè)計師在對其進行綜合考量時應(yīng)注意,設(shè)計是否滿足塑料件的最終成形以及脫模效果,是否滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。例如,在保證壁厚均勻度的基礎(chǔ)上,在內(nèi)側(cè)適當(dāng)增加脫模斜面。在加強筋根部與其尖角處適當(dāng)設(shè)計圓角以便光滑過度等。設(shè)計師必須充分考慮工藝結(jié)構(gòu)的合理性,須知任何優(yōu)化與創(chuàng)新都是在保證塑料件成品率,生產(chǎn)效率與使用壽命的基礎(chǔ)上完成的。
2)量產(chǎn)思路的工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。好的設(shè)計就是能適合量產(chǎn)操作,設(shè)計師在設(shè)計之初就要考慮到其未來的生產(chǎn)效率。所以,這種工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計與創(chuàng)新,需要對產(chǎn)品形狀選擇、裝配方式、連接方式、成本核算都要做到細致入微的考慮。例如,統(tǒng)一螺釘連接,減少其種類;用卡扣設(shè)計代替自攻螺釘;設(shè)計定位結(jié)構(gòu)等。
3 總結(jié)
綜合上文所述,電子產(chǎn)品塑料件在結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化創(chuàng)新中,要充分考慮到基礎(chǔ)成本與量產(chǎn)能力。以此為出發(fā)點,在保證產(chǎn)品使用強度的前提下,細化設(shè)計、合理配置結(jié)構(gòu);標(biāo)準(zhǔn)化,一體化組織裝配件,以達到既節(jié)約成本又保證使用的效果。
參考文獻:
[1] 胡業(yè)安塑料模具設(shè)計中常見的問題[J].科技傳播,2012,12:136+98.
[2] 劉英.塑料模具設(shè)計中存在的問題及解決方案[J].生物技術(shù)世界,2014,06:183.
[3] 李順軍.塑料模具設(shè)計中的常見問題及改進方法分析[J].科技風(fēng),2014,22:42.
作者簡介:
劉鵬(1982-),男,河北秦皇島人,本科,助理工程師。