塑料部件結構設計問題探究

唐中祥，唐中呈

（1.江蘇省精創電氣股份有限公司，江蘇 徐州221000；2.藍天眾成環保工程有限公司，江蘇 徐州221116）

在社會經濟和科學技術不斷發展背景下，中國輕工業取得了長足進步，尤其是塑料行業，作為輕工業的支柱型產業之一，塑料制品行業總產值、從業人員、出口額等指標占據輕工業行業總量的10%以上。為了推進整個行業平穩持續發展，要注重部件結構設計，準確把握結構設計各實施要點，確保塑件結構設計科學合理。

1 塑料部件結構設計原則

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

2 塑料部件結構設計問題探究

2.1 脫模斜度

一般情況下，模塑產品任何一個側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，可以結合實際對脫模斜度進行計算，并選擇較小的脫模斜度進行使用，如洗衣機大桶的筋板，經過計算以后脫模斜度取0.15°～0.2°；③對透明件應該選擇較大的脫模斜度，以防止出現劃傷情況，通常情況下ABS、PC料脫模斜度應超過1.5°～2°；④對帶皮紋和噴砂的塑件，側壁應當結合實際情況，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

壁厚在塑件結構設計中占據著非常重要的地位，實際操作中要根據塑件零件強度、尺寸穩定性、裝配等使用要求進行壁厚處理，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行過渡，以免出現塑件變形、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）進行選擇；③防止將加強筋、螺釘柱設計得太厚，建議取本體一半壁厚，以防止縮影外觀問題發生。

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

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

2.4 圓角設計

塑件設計過程中，為了防止應力集中情況出現和進一步提高塑件強度，就要對塑件各面和內部連接加以關注，并采用圓弧進行過渡。同時，對塑件進行圓角設計，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，塑件各轉角都應該有0.5～1 mm的圓角，并且在條件允許下這一圓角應盡可能地大，涉及到的表面拐角處，外圓角應該為內圓角加壁厚，不僅可以保證壁厚均勻一致，還能夠進一步減少內應力。

2.5 螺釘柱設計

塑件之間進行連接，通常會采用自攻螺釘方式，實際設計時也要注意以下內容：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針對有嚴格外觀要求的表面螺釘柱，可以采用斜頂式結構，以防止出現縮影情況，并在螺釘柱內側加倒角，使螺釘安裝變得更加簡單[4]。

2.6 嵌件設計

對塑料部件嵌件進行設計，要注意以下內容：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，一旦嵌件周圍塑料層厚度偏低，就極容易因為收縮而出現破裂情況；②為了減少內應力，嵌入件各尖角部位應盡可能采用倒圓角，在塑件過程中也要注意保證嵌件牢固穩定，實踐中可以采用開槽、滾花等結構；③設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收縮情況，而金屬件則不會收縮，這時候嵌入件周圍就會產生較多內應力，若內應力過大就會引發塑件開裂問題，為防止這一狀況發生，就要選擇收縮率較小的塑膠材料進行使用，如PC、ABS等[5]。

2.7 外觀設計

外觀設計也是塑件結構設計中的一大重點，包含材料、收縮率、分型面等內容，具體實施時要注意了解以下內容：①產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、噴漆等內容；②加強與客戶和模具廠溝通交流，對分型面位置、允許設澆口位置、塑件標識等進行確定，針對塑件成型后難以避免的熔接痕、微量收縮等缺陷，在設計之初就要解釋清楚，并在達成一致意見以后，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，則可以根據表2給出內容進行合理選擇。

表2 常用塑料及收縮率（單位：%）

2.8 結構優化

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生，就要在完成部件結構設計以后，從整體入手對細節部分進行完善，具體包含：①圓角處理，以往進行部件設計很少添加小圓角，后來發現在轉角區域加上一個小圓角，可以起到防止線材破皮作用，針對矩形通孔設計時也可以做一些圓角處理，不僅可以防止應力集中引發的拉白拉裂情況，還能夠避免對外觀和功能產生不利影響；②針對標貼凹槽和孔位，要仔細說明是留出來，還是鑲出來，采用不同做法最終呈現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外徑尺寸進行恰當選擇，若內徑或外徑出現偏大、過小情況，就很容易出現滑牙、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構進行側面散熱[6]。

2.9 開模前檢驗

結構設計完成后，由工程師和模具廠進行檢驗，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、表面要求等其他特殊要求。通過檢驗及時發現結構設計存在的不合理情況，并采取有效措施盡快進行解決，相應塑件結構設計質量也能得到有力保障。

3 結語

塑料部件結構設計涵蓋內容比較多，并且操作中一旦出現不合理情況，就會對塑料部件質量及性能發揮產生不利影響，因此，要做好塑件結構設計工作，防止這一狀況發生。實踐中需要嚴格遵循結構設計原則，并對塑件結構設計的脫模斜度、壁厚處理、螺釘柱嵌件設計、外觀設計等重點內容加以把握，可以取得細化塑件設計、合理配置結構、節約成本和保證使用效果。