Proe/Creo产品结构设计工程师必备「结构篇」

又是春天

结构篇
塑料的外观要求：产品表面应平整、饱满、光滑，过渡自然，不得有碰、划伤以及缩孔等缺陷。产品厚度应均匀一致，无翘曲变形、飞边、毛刺、缺料、水丝、流痕、熔接痕及其它影响性能的注塑缺陷。毛边、浇口应全部清除、修整。产品色泽应均匀一致，表面无明显色差。颜色为本色的制件应与原材料颜色基本一致，且均匀；
?需配颜色的制件应符合色板要求。
?上、下壳外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面
?壳）。可接受面刮<,可接受底刮<。所以在无法保证零段差时，尽量< span="">
?使产品：面壳>底壳。
?一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，
?一般选%，底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选%。
结构设计的一般原则： 力求使制品结构简单，易于成型；壁厚均匀；保证强度和刚度；根据所要求的功能决定其形状 尺寸 外观及材料，当制品外观要求较高时，应先通过外观造型在设计内部结构。
尽量将制品设计成回转体或对称形状，这种形状结构工艺性好，能承受较大的力，模具设计时易保证温度平衡，制品不以产生翘曲等变形。应考虑塑料的流动性，收缩性及其他特性，在满足使用要求的前提下制件的所有转角尽可能设计成圆角或用圆弧过渡。
塑料件设计要点
开模方向和分型线
每个塑料产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯机构和消除分型线对外观的影响；
开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。
脱模斜度
脱模斜度的要点
脱模角的大小是没有一定的准则，多数是凭经验和依照产品的深度来决定。此外，成型的方式，壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来讲，对模塑产品的任何一个侧壁，都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中取出。脱模斜度的大小可在°至数度间变化，视周围条件而定，一般以°至1°间比较理想。具体选择脱模斜度时应注意以下几点:
a. 取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图样，斜度由扩大方向取得，外形以大端为准，符合图样，斜度由缩小方向取得。如下图1-1。
b. 凡塑件精度要求高的，应选用较小的脱模斜度。


c. 凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度。
d. 塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。
e. 塑件壁厚较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。
f. 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内。
g. 透明件脱模斜度应加大，以免引起划伤。一般情况下，PS料脱模斜度应大于3°，ABS及PC料脱模斜度应大于2°。
h. 带革纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应加3°~5°的脱模斜度，视具体的咬花深度而定，一般的晒纹版上已清楚例出可供作参考之用的要求出模角。咬花深度越深，脱模斜度应越大.推荐值为1°+H/°(H为咬花深度）.如121的纹路脱模斜度一般取3°，122的纹路脱模斜度一般取5°。
i. 插穿面斜度一般为1°~3°。
j. 外壳面脱模斜度大于等于3°。
k. 除外壳面外，壳体其余特征的脱模斜度以1°为标准脱模斜度。特别的也可以按照下面的原则来取:低于3mm高的加强筋的脱模斜度取°，3~5mm取1°，其余取°；低于3mm高的腔体的脱模斜度取°，3~5mm取1°，其余取°
外形及壁厚
一般不宜小于~，常选取2~4mm。
a. 壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内，整个部件的最小壁厚不得小于，且该处背面不是A级外观面，并要求面积不得大于100mm2。
b. 在厚度方向上的壳体的厚度尽量在~，侧面厚度在~；外镜片支承面厚度，内镜片支承面厚度最小。
c. 电池盖壁厚取~。
d. 塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。

塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位mm)
工程塑料	最小壁厚	小型制品壁厚	中型制品壁厚	大型制品壁厚
尼龙(PA)				~
聚乙烯(PE)				~
聚苯乙烯(PS)				~
有机玻璃(PMMA)				~
聚丙烯(PP)				~
聚碳酸酯(PC)				~
聚甲醛(POM)				~
聚砜(PSU)				~
ABS				~
PC+ABS				~

塑料的成型工艺及使用要求对塑件的壁厚都有重要的限制。塑件的壁厚过大，不仅会因用料过多而增加成本，且也给工艺带来一定的困难，如延长成型时间（硬化时间或冷却时间）。对提高生产效率不利，容易产生汽泡，缩孔，凹陷；塑件壁厚过小，则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力就大，尤其是形状复杂或大型塑件，成型困难，同时因为壁厚过薄，塑件强度也差。塑件在保证壁厚的情况下，还要使壁厚均匀，否则在成型冷却过程中会造成收缩不均，不仅造成出现气泡，凹陷和翘曲现象，同时在塑件内部存在较大的内应力。设计塑件时要求壁厚与薄壁交界处避免有锐角，过渡要缓和，厚度应沿着塑料流动的方向逐渐减小。
决定壁厚的主要因素：
结构强度和刚度是否足够；脱模时能够经受推出
机构的推出力而不变形；能否均匀分散所受的
冲击力；有嵌入件时能否防止破裂；成型空的部
位的熔合线是否会影响强度；能承受装配时的
紧固力；棱角及壁厚较薄的部分是否会阻碍材料
流动从而引起填充不足。
壁厚太小，熔融塑料在模具型腔中的流动阻力较
大，难填充，强度刚度差；壁厚太大，内部容易生气泡，外部易生收缩凹陷，且冷却时间长。
通常壁厚小于1mm时称为薄壁。
薄壁制品要用高压高速来注塑，其热量很快被模具镶件带走，有时无需冷却水冷却。
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圆角的设计
塑料制品的尖锐转角既不安全，有对成型不利，在尖角处模具容易产生应力开裂。
消除塑料制品尖角的转角，不但可以降低该处的应力集中，提高塑料制品的结构强度，也可以使得塑料材料成型时有流线型的流路，以及成品更易于顶出。另外，从模具的角度去看，圆角也是有益于模具加工和模具强度。
塑料制品的所有内外侧的周边转角圆弧都尽可能的大，以消除应力集中。但是太大的圆弧肯可能造成收缩，特别是在加强筋或突柱根部的转角圆弧。原则上 ，最小的圆弧转角为~。
圆角一般取～倍壁厚；
圆角大小宜取：R= r=05T T—壁厚 R—大圆弧 r—小圆弧
若R/T<,则易产生应力集中，若r t="">,则不会。
加强筋
加强筋的合理应用，可增加产品刚性，减少变形。应避免筋的集中，否则引起表面缩印。
作用：在不增加壁厚的情况下，加强塑料制品的强度和刚度，避免塑料制品翘曲变形；
合理布置加强筋还可以改善充模流动性，减少塑料制品内应力，避免气孔 缩孔和凹陷等缺陷；在装配中用于装配或固定其他零件。
根筋倒角：R=T/8 倒角可以改善溶胶流动性，避免制品产生应力开裂。但倒角太大制品背面也会产生收缩凹痕。
加强筋的厚度一般为壁厚的1/3 ～ 1/2； 筋与筋之间的距离大于4倍壁厚；筋的高度小于3倍壁厚；加强筋的脱模角度一般~度。
为了增加塑件的强度和刚性，宁可增加加强筋的数量，而不增加其壁厚。
塑料制品表面有蚀纹或结构复杂的应加大脱模角，最大可达到2度，这是因为形状复杂的制品脱模阻力大，拔模太小易产生拉花现象；
加强筋尽量对称分布，避免塑件局部应力集中；
加强筋交叉处易产生过厚胶位，导致反面产生收缩凹痕，应注意在此减料。
凸起设计
作用：减少配合接触面积，不至于因制品变形而造成装配困难，同时也使模具制作和修改更加方便。 凸起飞高度一般为 当凸起或骨位引起内部收缩，表面出现凹陷时，可在凹陷位增设花纹等造型。
孔的设计
孔包括圆孔 异型孔和螺纹孔，而任何一种孔又包括通孔 台阶孔和盲孔。
孔的形状和位置的选择，必须以避免造成塑料制品在强度上的减弱以及生产上的复杂化为原则。
a. 孔与孔之间的距离，一般应取孔径的2倍以上。
b. 孔与塑件边缘之间的距离，一般应取孔径的3倍以上，如因塑件设计的限制或作为固定用孔，则可在孔的边缘用凸台来加强。
c. 侧孔的设计应避免有薄壁的断面，否则会产生尖角，有伤手和易缺料的现象。
通孔周边的壁厚宜加强，切开的孔周边也要加强。


盲孔深不宜超过孔径的4倍，而对于孔径在一下的
盲孔，孔深更不得超过孔径的2倍。若要加深盲孔深度
则可以台阶孔。
除圆孔之外的孔都称为异型孔，成型时应尽量采用碰穿。
异型孔拐角要做圆角，否则会因应力集中而开裂。
异型孔空口加倒角而不加圆角，目的是有利于装配。
成型螺纹
制品上的螺纹用于连接，加工方法有注射成型 机械加工 自攻及嵌件。
内螺纹成型分：强行脱模和采用特殊的内螺纹脱模机构。
避免使用螺距以下的螺纹，最大可用5mm。
长螺纹会因收缩的关系使螺距失真，应避免使用。
螺纹不得一延长至成品末端，因为这样产生的尖锐部位会使模具及螺纹的断面崩裂，一般与的直身部分。 螺纹需要有2~4度的脱模角。
螺丝柱的设计
长度不超过本身直径的3陪，否则必须加设加强筋，因为太长会引起困气 充填不足 推出变形等。
如支柱的高度超过的时候，为加强支柱的强度必须加加强筋，作结构加强之用。
一般在独立存在，螺丝柱较高，外径较小，受力较大时都要考虑做加强肋。
螺丝柱的作用是连接两个制品，位置不能太接近转角或侧壁否则模具容易破边，也不能太远，否则会连接效果不好。
由于圆柱根部与制品壁连接处的壁厚会加大，会导致制品表面产生收缩痕迹。这时，模具上必须在圆柱根部加钢减小壁厚，这种结构俗称火山口。
嵌件的设计
在塑料制品内嵌入金属或其他材料零件形成不可拆卸的连接，所嵌入的零件称嵌件。目的是为了提高制品的局部强度 硬度 耐磨性 导电性 导磁性或增加制品的尺寸和形状的稳定性，降低材料的消耗等。
嵌件的四周易产生应力开裂，嵌入的嵌件应与塑料收缩率相当，不能有尖角锐边，在模具中必须可靠地定位，高度不得超过其定位部分直径的2倍。
标记
产品标识一般设置在产品内表面较平坦处，并采用凸起形式；
选择法向与开模方向尽可能一致的面处设置标识，可以避免拉伤
搭扣的设计
又叫锁扣，直接在塑件制品上成型，注意用于装配。
分为永久型和可拆拆卸型，与单边扣，环形扣和球形扣等。
1. 数量与位置：设在转角处的扣位应尽量靠近转角；
2. 结构形式与正反扣：要考虑组装、拆卸的方便，考虑模具的制作；
3. 卡扣处应注意防止缩水与熔接痕；
4. 朝壳体内部方向的卡扣，斜销运动空间不小于5mm；
扣位从产品的总体形象考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位尽量靠近转角，确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处出现离缝问题，设计扣位应考虑预留间隙。
止口的设计
止口的作用
1、壳体内部空间与外界的导通不会很直接，能有效地阻隔灰尘/静电等的进入
2、上下壳体的定位及限位
壳体止口的设计需要注意的事项
1、嵌合面应有>3~5°的脱模斜度，端部设计倒角或圆角，以利于装配
2、上壳与下壳圆角的止口配合，应使配合内角的R角偏大，以增加圆角之间的间隙，预防圆角处相互干涉
3、止口方向设计，应将侧壁强度大的一端的止口设计在里边，以抵抗外力
4、止口尺寸的设计，位于外边的止口的凸边厚度为；位于里边的止口的凸边厚度为；B1=~；B2=、美工线设计尺寸：×。是否采用美工线，可以根据设计要求进行
真止口 用途: 生产装配时作较对之用，而且可作涂胶水之用。
假止口 用途: 在外形上可作遮丑之用。
半假止口用途:如平均料厚有或以上时，因为凹槽太深的关系，所以需要在止口的位置加多一层料，保持成品外形的美观。
双止口 用途:多用于一些需要有防水功能的成品上。而且，会以超音波焊接法作装配，加强较对效用。
面壳与底壳断差的要求
装配后在止口位，如果面壳大于底壳，称之为面刮；底壳大于面壳，则称之为底刮，如图6-1所示。可接受的面刮<，可接受的底刮<，无论如何制作，段差均会存在，只是段差大小的问题，尽量使产品装配后面壳大于底壳，且缩小面壳与底壳的段差< span="">
虚位设计（间隙）
一般零件与零件间的虚位(非活动件) 单边~
零件与零件间的虚位(活动件) 单边~
电池门周边与壳身的虚位 单边~
电池门轴与壳身的擦穿坑虚位单边
需要与其它零件相配的擦穿坑 单边~
齿轮及滑轮与牙箱外壳的内壁
齿轮与齿轮之间的虚位(大齿轮半径+小齿轮半径+虚位)=PCD 虚位=模数×
电池与电箱的骨位及电池门的虚位
电池与电池箱底部平面的虚位
按键设计
按键的用途（手机类、工业产品类还是遥控器类）；按键的要求（触摸类还是压触类）；按
键的防水性（防水和不防水的结构有差异）；按键的手感（需大行程还是小行程）；按键的数
量和排布；按键的表面处理
对于手机类按键，喷UV油预留单边，电镀预留单边,导航键单边UV或电镀
均留(以上数据均为了改善手感）；对于有些低端产品，按键喷PU的，大多数为手工
操作，有时油厚,所以要预留; 对于纯硅胶按键（遥控器类），表面有时也有喷油，单边留，以防卡键。
一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大。
喇叭 必须要有一个喇叭筒来围着喇叭的四周，以便声波在成品内发生共鸣，扩大音量。
美工线 有两种 一种是分型面处的美工线，作用一是美观，主要是考虑变形刮手，它有单的和双的。另一种是产品外观上的美工线，作用主要是美观作用，另外有的是为了有互换镶件。
胶结构件设计时应注意的事项
1、上下盖的固定方式 2、内部空间是否足够 3、按扭固定和操作方式 4、注意按键和按扭间的距离5、配合 部位应留足够的间隙 6、产品要有足够的强度 7、壁厚的控制并使各部位均匀 8、拐角处尽可能用圆角过渡
产品都做哪些可靠性实验
1、强度测试 2、配合测试 3、尺寸精度测试 4、涂装测试 5、产品稳定性测试 6、应力测试 7、绝缘测试 8、外观测试 9、挤压测试 10、落地测试等
表面处理：电镀 喷涂 丝印 移印 ABS HIPS PC都有较好的表面处理效果，PP料表面处理性能差，通常要做预处理加工
可电镀：ABS PP 不可电镀：PVC PE PMMA(可溅渡)
配合与公差
孔与轴的配合：一般配合 无公差 间隙
一般精密（没有没有美观槽的电器） 间隙
精密配合
固定件之间配合间隙 ~ 面 底壳止口间隙 ~
规则按钮直径小于等于15mm的活动间隙为 单边>~直径>15mm ~
异型按钮 ~

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