唐中祥，唐中呈

（1.江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司，江蘇 徐州221000；2.藍(lán)天眾成環(huán)保工程有限公司，江蘇 徐州221116）

在社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，中國輕工業(yè)取得了長足進(jìn)步，尤其是塑料行業(yè)，作為輕工業(yè)的支柱型產(chǎn)業(yè)之一，塑料制品行業(yè)總產(chǎn)值、從業(yè)人員、出口額等指標(biāo)占據(jù)輕工業(yè)行業(yè)總量的10%以上。為了推進(jìn)整個行業(yè)平穩(wěn)持續(xù)發(fā)展，要注重部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)設(shè)計各實施要點，確保塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理。

1 塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計原則為：①結(jié)構(gòu)設(shè)計要科學(xué)合理，尤其是針對插入式結(jié)構(gòu)，需要提前預(yù)留間隙，并保證有足夠的強度和剛度，安全系數(shù)也要達(dá)到規(guī)定要求；②塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮到后期模具的可制造性，并盡可能地通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使模具制造得到簡化；③結(jié)構(gòu)設(shè)計不能與裝配產(chǎn)生沖突，并考慮其可塑性，簡單來說就是保證有較高的生產(chǎn)效率；④塑料部件結(jié)構(gòu)盡量采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，并使用已有零件；⑤塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中也要考慮到成本方面問題，避免出現(xiàn)成本過高情況[1]。

2 塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探究

2.1 脫模斜度

一般情況下，模塑產(chǎn)品任何一個側(cè)面都有一定量的脫模斜度，大小介于0.5°～1°之間，具體選擇時需要注意以下要點：①塑件表面比較光滑，并且對尺寸精度要求較高，實際設(shè)計時就可以選擇0.5°的脫模斜度；②針對較高、較大尺寸情況，可以結(jié)合實際對脫模斜度進(jìn)行計算，并選擇較小的脫模斜度進(jìn)行使用，如洗衣機大桶的筋板，經(jīng)過計算以后脫模斜度取0.15°～0.2°；③對透明件應(yīng)該選擇較大的脫模斜度，以防止出現(xiàn)劃傷情況，通常情況下ABS、PC料脫模斜度應(yīng)超過1.5°～2°；④對帶皮紋和噴砂的塑件，側(cè)壁應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況，選擇2°～5°的脫模斜度，操作中也要注意皮紋、噴砂深度越深，脫模斜度也要隨之增大[2]。

2.2 壁厚處理

壁厚在塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)著非常重要的地位，實際操作中要根據(jù)塑件零件強度、尺寸穩(wěn)定性、裝配等使用要求進(jìn)行壁厚處理，需要注意以下幾點：①塑件壁厚要盡量保持均勻，避免出現(xiàn)過厚或過薄情況，若要求塑件壁厚要有變化，就可以使用漸變或圓弧進(jìn)行過渡，以免出現(xiàn)塑件變形、強度不足等狀況；②塑件材料不同，壁厚也存在較大差異，具體設(shè)計時可以參照常用塑料塑件最小壁厚及常用壁厚推薦值（如表1所示）進(jìn)行選擇；③防止將加強筋、螺釘柱設(shè)計得太厚，建議取本體一半壁厚，以防止縮影外觀問題發(fā)生。

表1 常用塑料塑件最小壁厚及常用壁厚推薦值（單位：mm）

2.3 塑件加強

為保證塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到規(guī)定強度和剛性要求，就可以采用在適當(dāng)部位增加強筋的方式實現(xiàn)，相應(yīng)塑件變形問題也能減少發(fā)生，操作要點如下：①為避免塑件出現(xiàn)表面縮影情況，就要對加強筋厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般情況下不能超過壁厚的1/2，同時兼顧成型流動性；②針對出現(xiàn)的必須采用較大加強筋情況，可以將容易形成縮影部位設(shè)計成為紋理形式，以達(dá)到遮蓋縮痕目的；③加強筋使用還要對脫模斜度進(jìn)行考慮，尤其是對筋的大端尺寸需要明確標(biāo)注[3]。

2.4 圓角設(shè)計

塑件設(shè)計過程中，為了防止應(yīng)力集中情況出現(xiàn)和進(jìn)一步提高塑件強度，就要對塑件各面和內(nèi)部連接加以關(guān)注，并采用圓弧進(jìn)行過渡。同時，對塑件進(jìn)行圓角設(shè)計，可以起到提高模具制造和機械加工強度的作用，若無特殊要求，塑件各轉(zhuǎn)角都應(yīng)該有0.5～1 mm的圓角，并且在條件允許下這一圓角應(yīng)盡可能地大，涉及到的表面拐角處，外圓角應(yīng)該為內(nèi)圓角加壁厚，不僅可以保證壁厚均勻一致，還能夠進(jìn)一步減少內(nèi)應(yīng)力。

2.5 螺釘柱設(shè)計

塑件之間進(jìn)行連接，通常會采用自攻螺釘方式，實際設(shè)計時也要注意以下內(nèi)容：①條件允許情況下，螺釘柱要盡可能地低一點，并使用一字形、十字形斜筋，確保螺釘柱強度；②針對有嚴(yán)格外觀要求的表面螺釘柱，可以采用斜頂式結(jié)構(gòu)，以防止出現(xiàn)縮影情況，并在螺釘柱內(nèi)側(cè)加倒角，使螺釘安裝變得更加簡單[4]。

2.6 嵌件設(shè)計

對塑料部件嵌件進(jìn)行設(shè)計，要注意以下內(nèi)容：①加強嵌件周圍塑料層厚度控制，尤其是防止過薄情況出現(xiàn)，一旦嵌件周圍塑料層厚度偏低，就極容易因為收縮而出現(xiàn)破裂情況；②為了減少內(nèi)應(yīng)力，嵌入件各尖角部位應(yīng)盡可能采用倒圓角，在塑件過程中也要注意保證嵌件牢固穩(wěn)定，實踐中可以采用開槽、滾花等結(jié)構(gòu)；③設(shè)計中還要充分考慮嵌件在模具中安裝方便和成型以后利于塑料流動，考慮到注塑成型塑件會出現(xiàn)收縮情況，而金屬件則不會收縮，這時候嵌入件周圍就會產(chǎn)生較多內(nèi)應(yīng)力，若內(nèi)應(yīng)力過大就會引發(fā)塑件開裂問題，為防止這一狀況發(fā)生，就要選擇收縮率較小的塑膠材料進(jìn)行使用，如PC、ABS等[5]。

2.7 外觀設(shè)計

外觀設(shè)計也是塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一大重點，包含材料、收縮率、分型面等內(nèi)容，具體實施時要注意了解以下內(nèi)容：①產(chǎn)品實際使用材料和外觀光潔度要求，主要包含鏡面、皮紋、噴砂、噴漆等內(nèi)容；②加強與客戶和模具廠溝通交流，對分型面位置、允許設(shè)澆口位置、塑件標(biāo)識等進(jìn)行確定，針對塑件成型后難以避免的熔接痕、微量收縮等缺陷，在設(shè)計之初就要解釋清楚，并在達(dá)成一致意見以后，采用有效措施盡可能地減少這些缺陷[5]。在塑料收縮率方面，則可以根據(jù)表2給出內(nèi)容進(jìn)行合理選擇。

表2 常用塑料及收縮率（單位：%）

2.8 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為防止外形殘缺不完整、模面縫隙存在剩余料、熔料未完全熔合等問題發(fā)生，就要在完成部件結(jié)構(gòu)設(shè)計以后，從整體入手對細(xì)節(jié)部分進(jìn)行完善，具體包含：①圓角處理，以往進(jìn)行部件設(shè)計很少添加小圓角，后來發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)角區(qū)域加上一個小圓角，可以起到防止線材破皮作用，針對矩形通孔設(shè)計時也可以做一些圓角處理，不僅可以防止應(yīng)力集中引發(fā)的拉白拉裂情況，還能夠避免對外觀和功能產(chǎn)生不利影響；②針對標(biāo)貼凹槽和孔位，要仔細(xì)說明是留出來，還是鑲出來，采用不同做法最終呈現(xiàn)效果也具有較大差異；③對于合殼螺釘柱來說，需要對強度問題引起重視，操作中需要對螺孔內(nèi)外徑尺寸進(jìn)行恰當(dāng)選擇，若內(nèi)徑或外徑出現(xiàn)偏大、過小情況，就很容易出現(xiàn)滑牙、縮水問題，針對常見散熱孔要避免直接切槽散熱，而是采用百葉窗式結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)面散熱[6]。

2.9 開模前檢驗

結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，由工程師和模具廠進(jìn)行檢驗，具體檢驗以下幾點：①有無零件未完全約束情況和配合間隙是否合理；②通過做剖視圖檢查產(chǎn)品厚度是否分布均勻，是否存在拔模、倒勾情況；③分模線的實際位置及對外觀影響程度；④模具材質(zhì)、表面要求等其他特殊要求。通過檢驗及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的不合理情況，并采取有效措施盡快進(jìn)行解決，相應(yīng)塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量也能得到有力保障。

3 結(jié)語

塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計涵蓋內(nèi)容比較多，并且操作中一旦出現(xiàn)不合理情況，就會對塑料部件質(zhì)量及性能發(fā)揮產(chǎn)生不利影響，因此，要做好塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，防止這一狀況發(fā)生。實踐中需要嚴(yán)格遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，并對塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計的脫模斜度、壁厚處理、螺釘柱嵌件設(shè)計、外觀設(shè)計等重點內(nèi)容加以把握，可以取得細(xì)化塑件設(shè)計、合理配置結(jié)構(gòu)、節(jié)約成本和保證使用效果。