淺談Pro/E塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘 要】現(xiàn)在的中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)課程中，一般都開設(shè)Pro/E軟件應(yīng)用課程。本文概要介紹了Pro/E塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)中優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用與意義，討論了基于Pro/E行為建模中合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)方面因素。

【關(guān)鍵詞】Pro/E；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著CAD/CAE/CAM一體化軟件廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機(jī)械、電子、模具等行業(yè)，現(xiàn)在的中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)一般都開設(shè)了Pro/E軟件應(yīng)用課程。但基于現(xiàn)有教材及師資條件的限制，課堂教學(xué)中一般都只著重于教授Pro/E軟件的操作技巧和建模方法，而較少強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的合理化問題。

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)好的塑料制品，首先要有一個(gè)好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一個(gè)合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠簡化塑料制品的注塑模具，降低模具成本，而且也使它的成型工藝變得簡單，并提高制品的成型合格率。

在制造業(yè)已經(jīng)高度發(fā)達(dá)的今天，塑料制品依靠它時(shí)尚的造型和靚麗的外表以及良好的強(qiáng)度而進(jìn)入了千家萬戶，大到神州六號宇宙飛船、各種汽車、船舶、家用電器，小到一個(gè)兒童玩具、螺母、電子手表、塑料凳、礦泉水瓶等等，塑料制品給我們的生活帶來了諸多的便利和美感。制作精美、毫無暇疵的塑料制品確實(shí)能裝點(diǎn)我們的居室，豐富我們的生活。而帶有缺陷的塑料制品不僅影響它的外觀，也會影響它的使用功能。一個(gè)精美的塑料制品往往離不開一個(gè)優(yōu)化的注塑模具、一個(gè)合理的成型工藝和性能優(yōu)良的原材料，另外還有一個(gè)前提條件，那就是一個(gè)不斷優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面我們來討論一下在運(yùn)用Pro/E進(jìn)行塑料制品產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的合理化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素。

1.壁厚的設(shè)計(jì)

壁厚的合理設(shè)計(jì)對一個(gè)塑料制品來說是至關(guān)重要的，制品的壁厚一般在1～6mm范圍內(nèi)，而最常用的壁厚數(shù)值為2～3mm。過薄的壁厚不能保證制品的強(qiáng)度，過厚的壁厚要消耗大量材料、增加制品成型后的冷卻硬化時(shí)間，此外還容易產(chǎn)生氣泡、凹陷、夾心和收縮不均勻，從而造成應(yīng)力集中。壁厚的設(shè)計(jì)一般來說應(yīng)遵循如下原則：制品的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證壁厚均勻，避免壁厚突然變厚或變薄； 對于壁厚過厚的地方，采用增加工藝孔等方式去掉多余的壁厚，消除該處產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

2.脫模斜度的設(shè)計(jì)

為了使塑料制品順利地從模具型腔中取出，須在制品內(nèi)外壁設(shè)計(jì)足夠的脫模斜度。脫模斜度的大小取決于塑料的性質(zhì)、收縮率的大小、制品的壁厚和形狀，設(shè)計(jì)時(shí)一般考慮以下幾種情況：制品形狀復(fù)雜，深度較深，不易脫模的，應(yīng)選用較大的脫模斜度；塑料的收縮率大的，應(yīng)選用較大的斜度值；制品尺寸精度要求高的，應(yīng)選用較小的脫模斜度；制品較高、較大的，也應(yīng)選用較小的脫模斜度。

3.加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)

通常對于尺寸較大而壁厚較小的制品，我們可以通過在制品的適當(dāng)位置設(shè)置加強(qiáng)筋的的方法，來改善制品的強(qiáng)度和剛性，但是加強(qiáng)筋的設(shè)置也有很多講究，如：加強(qiáng)筋不應(yīng)設(shè)計(jì)得過厚，否則容易在其對應(yīng)的壁上產(chǎn)生凹陷；加強(qiáng)筋應(yīng)有足夠的斜度，底部應(yīng)呈圓弧過渡；加強(qiáng)筋的布局要合理、均勻，應(yīng)減少因收縮不勻而引起的變形和開裂；對于大面積的制品，加強(qiáng)筋應(yīng)設(shè)計(jì)得多一些、矮一些為好。

4.孔的設(shè)計(jì)

塑料制品上的孔通常有兩種，一種是制品本身有各種用途的裝配孔，另一種是為了改善制品的性能而設(shè)置的工藝孔，不管是哪一種孔，設(shè)計(jì)合理，就會有一個(gè)好的質(zhì)量并且便于制品的成型。具體應(yīng)用主要分三種情況：當(dāng)制品需有側(cè)孔時(shí)，往往會使模具增加側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，使模具的制造復(fù)雜化，因此應(yīng)盡量改進(jìn)設(shè)計(jì)，簡化模具結(jié)構(gòu)，確保順利脫模；制品上孔的位置，應(yīng)盡可能設(shè)置在不易削弱制品強(qiáng)度的位置上；對于脆性制品，相鄰孔之間以及孔到制品邊緣之間，要留有適當(dāng)?shù)木嚯x，以防止在連接和固定制品時(shí)發(fā)生破裂。

5.圓角的設(shè)計(jì)

圓角在塑料制品的設(shè)計(jì)中既能使塑料制品的外形更加流暢、美觀，又能避免應(yīng)力集中，提高制品強(qiáng)度，也能改善物料流動情況和便于脫模。應(yīng)在制品的各面及內(nèi)部連接處，均應(yīng)采用圓弧過渡，制品中內(nèi)圓角設(shè)計(jì)的大小可遵循如下公式：0.25

6.嵌件的設(shè)計(jì)

為了滿足連接、安裝要求，制品常采用各種嵌件。多數(shù)嵌件由金屬制成，由于金屬嵌件冷卻時(shí)尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大，致使嵌件周圍產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易造成制品的開裂，為防止這種現(xiàn)象，嵌件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意：嵌件與制品的線膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近；嵌件各尖角部位應(yīng)倒圓角，以減少內(nèi)應(yīng)力；嵌件應(yīng)盡可能采用圓形或?qū)ΨQ的形狀，以保證收縮均勻。

7.支承面的設(shè)計(jì)

塑料制品較容易變形，因此當(dāng)塑料制品的支撐面為一個(gè)大平面時(shí)，大平面的變形，往往造成支撐面不平穩(wěn)，因此塑料制品的支撐面一般由幾個(gè)小的平面組成。應(yīng)注意：當(dāng)制品需要由一個(gè)面作為支撐面時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)不宜用整個(gè)面作為支撐面，而應(yīng)采用凸邊或支腳的形狀來代替；當(dāng)制品采用凸耳作為緊固用的支撐面時(shí)，為使凸耳有足夠的強(qiáng)度以承受緊固力，可采用設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋的支撐面。

8.螺紋的設(shè)計(jì)

塑料制品上的螺紋可以在成型時(shí)直接制成，由于塑料螺紋具有強(qiáng)度差、精度差、易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等缺點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：塑料螺紋應(yīng)選用螺牙尺寸較大者；塑料螺紋的開始端和結(jié)束端均不應(yīng)突然開始和結(jié)束，而應(yīng)有過渡部分；考慮到塑料螺紋牙距的收縮，塑料螺紋與金屬螺紋的配合長度不宜太長。

綜上所述，一個(gè)好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加上一個(gè)制作精良的模具和一個(gè)合理的成型工藝就等于一個(gè)完美的塑料制品。當(dāng)我們在運(yùn)用Pro/E進(jìn)行塑料制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)要求我們具備塑料模具和塑料成型方面的基本知識，掌握了這些，我們才能在設(shè)計(jì)時(shí)考慮周到，合理設(shè)計(jì)出讓消費(fèi)者和自己都比較滿意的塑料制品產(chǎn)品。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]錢志屏編著.塑料制品設(shè)計(jì)與制造，1993（1）.