家電常用塑料外殼防縮水變形結構設計

摘要：本文針對家電產品塑料外殼普遍存在的縮水變形問題，進行成型特點及成因分析，并從結構設計角度去闡述避免發生縮水變形的一系列方法，用圖表舉證，在相同用料和工藝情況下，合適的結構設計可有效避免外殼縮水變形等缺陷的出現，還可節省成本。

關鍵字：家電；常用塑料；外殼；縮水；結構設計

0 引言：

家電產品的塑料外殼大部分為通用塑料，而我們普遍應用的主要有如下幾種：聚丙烯(PP)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚苯乙烯(PS，主要是HIPS)。外殼采用塑料材料，其優點為可使復雜的制品一次成型，能采用各種成型法大批量生產，生產效率高、成本較低、經濟效益顯著，如果以單位體積計算，生產塑料制件的費用僅為有色金屬的l/10，以及塑料設計自由度大，塑料材料可給予家電產品的外觀設計靈活性。缺點是外觀上易出現縮水、外殼變形的問題。根據我們的實踐判斷，結構設計是我們最常用的、最有效的、最經濟的解決方法。合理的結構設計可以實現制件外殼品質優良而同時成本最低化，這直接降低了產品的制造成本，為企業增加了效益。

1 塑料外殼收縮變形的常見現象、原因

所有塑料材料在注塑成型冷卻后都有一定程度的收縮，這是塑料的特性。所以塑料外殼易產生變形，且其厚壁外殼易產生凹痕，即大制件外殼更易發生翹曲，如平直的大面積加濕器外殼容易翹曲變形，多柱子結構的風扇底座表面容易出現縮水缺陷等。

扁平外殼翹曲變形

如上圖，外殼兩端冷卻得最快，比中心區域更早硬化，接近外殼中心處離形腔冷卻面最遠，成為外殼上最后釋放熱量的部分，兩端的材料固化后，隨著接近外殼中心處的熔體冷卻，外殼仍會繼續收縮，尖角之間的平面只能得到單側冷卻，其強度沒有兩端的強度高。外殼中心處塑料材料的冷卻收縮，將部分冷卻的與冷卻程度較大的兩端材料間相對較弱的表面向內拉。這樣，在注塑件表面上產生了凹沉，那么外殼的翹曲變形產生。

凹沉的程度跟制件的尺寸、收縮率成正比。PP的收縮率為1.6%，ABS和HIPS為0.5%，這就是我們平時看到的PP外殼件一般比ABS、HIPS外殼件變形相對嚴重的原因。

1.2外殼的局部縮水

因外殼件內部結構特征如加強筋、螺絲柱、支座而導致的外表面縮水變形是最常見的塑件缺陷。究其原因，主要是外殼局部壁厚不均，導致壁厚大的區域冷卻收縮時間變長，在冷卻過程中其對周圍壁面產生了拉扯的內應力，并最終造成了表面的局部凹痕，縮水生成。選用收縮率高的PP作為外殼設計比選用收縮率低的ABS、HIPS作為外殼設計更難實現，對結構設計要求更高，然其成本便宜。因此，如外觀質量無嚴格要求的外殼制件建議采用PP代替ABS、HIPS注塑成型。

2解決外殼翹曲變形的方法

2.1解決外殼翹曲變形常用方法有如下幾種，

3解決外殼局部縮水的方法

防縮水原則：壁厚均勻一致

制件壁厚應均勻一致，壁厚變化控制在1：2之間，避免突變和截面厚薄懸殊的設計，否則會引起收縮不均，難于走膠，突變處易裂和表面產生缺陷等現象。

通常ABS、HIPS、PP材料壁厚一般為0.7~3.5MM，常取1.8~2.5MM，有凹凸止口配合的通常取2.2~2.3mm，膠件的壁厚與膠件類型及膠件尺寸大小有關，膠件越大，壁厚相對取越大，相反越小。

3.1加強筋條設計

加強筋的作用是在不增加塑料件厚度的條件下增加塑料件的剛度和強度，塑料件上適當設置加強筋，通常可防止翹曲變形和裝配錯位等。加強筋的形狀和尺寸，見下圖表3所示，

加強筋的高度也不宜過大(一般不大于30mm)，以免塑料件受到較大彎矩或沖擊負荷時筋部受力破壞。為了得到同樣的增強效果，可多設一些高度較低的筋來代替較高的筋。

3.2柱套結構在保證足夠的強度外，與表面接觸的根部需增加圓角防縮水。

3.3柱子避免設置在斜面上以免斜面膠厚不均勻導致縮水，應設置在平面上。如果柱子必須設置在斜面或弧面上，就必須把膠位掏空均勻或做火山口(參見3.4圖表)。

3.4螺絲柱設計(包括柱套、柱子)結構設計類型適用材料

火山口法收縮率不太大的材料

常見的如ABS、HIPS

斜頂

掏膠法收縮率較大的材料

在一些外觀質量要求比較高的外殼部件，為了保證產品的外觀質量和螺絲柱的強度，通常采用斜頂掏空螺絲柱的辦法來實現，例如HIPS裝飾面板和PP外殼最為常用此結構。

注意事項：

1.與外觀表面連接的筋條厚度必須≤1/2S；

2.必須保證螺絲柱和斜頂有足夠的強度；

3.為了避免斜頂頂出時粘模，斜頂膠位的脫模斜度需≥5 ordm;。

3.5 避免突變和截面厚薄懸殊的設計

如下圖，外殼膠件平面中間凹位過深，實際成型時膠件會產生拱形變形；解決變形的方法是減小凹位深度，使壁厚盡量均勻。

4 結論

4.1通過對上述幾種結構設計方法的靈活組合和運用，在實際設計工作中可以避免不合理結構的出現，從而避免塑料外殼常見的縮水變形缺陷的出現，設計完成度大大提高。

4.2均勻壁厚原則適用絕大部分塑料制件(包括外殼件、內部件)，其是結構設計中最簡單也最實用的防注塑收縮變形的方法。

參考文獻

[1] 趙雅楠，戴蘭香，家電用塑料原料及其改性技術，2008年12月12日，人民網-家電頻道.

[2] 模具網，工程塑料發展概述，2008-9-5.

[3] 《工程塑料應用》，2007(1).

作者簡介：

侯劍飛，1980~，男，廣東省肇慶市，珠海格力電器家電研發中心電風扇開發室組長，主要研究家用電風扇