模具之家讯：1·引言塑料与钢铁、水泥、木材并称为四大工程材料。随着科学技术的进步，塑料的应用也愈加广泛。从事机械设计的工程技术人员应具有一定的塑料构件的设计知识。笔者总结了注塑成型塑料件结构设计的若干要点，这对设计相关产品有借签作用。
2·结构设计要点
2.1壁厚合理
从成型质量的角度来看，塑料件的壁厚过大，在成型的过程中容易产生凹陷、缩孔等缺陷;壁厚太小，则会造成进胶困难，不易充满型腔而造成缺料。塑料件的壁厚应尽可能均匀，可采取缓和的形式过渡，也可采用局部挖空的结构，使壁厚变的均匀，避免成型过程中产生翘曲变形等缺陷。
2.2加强筋结构的设计原则
在塑料件上设置加强筋，可提高塑料件的强度和刚度，防止塑料件的翘曲变形。选择恰当的加强筋位置可改善塑料融体的流动性。
加强筋的尺寸一般遵循以下原则:①筋的壁厚一般为主体厚度t的0.4倍，最大不超过0.6倍;②筋之间的间距大于4t，筋的高度低于3t;③螺钉柱的加强筋至少低于柱子表面1.0mm;④加强筋应低于零件表面或分型面至少1.0mm。多条加强筋相交，要注意相交带来的局部材料堆积问题。
其改进方法是:①将加强筋错位;②加强筋交叉部位设计成空心结构。
细长的加强筋，如受力，应尽量使其承受拉力，避免承受过大的压力。因为塑料材料的弹性模量很低，容易出现失稳问题。这与我们在进行金属铸件设计时所遵循的优先受压原则相反，需要特别注意。
2.3避免应力集中
塑料件的结构设计要特别注意避免尖锐棱角的产生。棱角处几何形状的过渡不连续，此处会产生应力集中现象，从而会产生裂纹。
塑料材料的强度通常很低，应力集中的地方更易损坏。避免应力集中主要的措施是改善构件的尖锐棱角部位的结构形式。例如，在尖角部位增加倒角、倒圆角或以平缓的过渡段代替。当因构件功能的需要而不可直接增加倒角、倒圆角时，可通过在尖角处减小局部结构强度，向内掏出圆角的办法降低应力集中，参照图1所示直线导轨的改进设计方案。塑料螺纹的牙形应优先采用圆形和梯形，避免三角形、矩形，这样可以减低缺口效应，提高螺纹的承载能力。
2.4设计合适的拔模斜度
拔模斜度也叫脱模斜度，主要是为了避免塑料件在脱模时由于冷却收缩而对模具产生粘附、摩擦，从而导致其损伤变形，而在塑料件的脱模方向设置的有利于脱模的角度。
拔模斜度的确定一般遵循3个原则:①拔模角度一般取整数，如0.5°、1°、1.5°等(亚光、咬花除外);②塑料件的外观拔模角取值大于内壁的角度，这有利于成型时脱模;③在不影响外观的前提下取较大的拔模角度。某些材料，如PP、PE等能强行脱模，强行脱模量一般不超过型芯最大截面积的5%。
2.5从模具结构的角度考虑塑料件的结构设计
注射生产的工艺装备是模具，模具是塑料件的形状的反映。由于塑料件结构复杂，模具不得不在结构上复杂化，甚至出现无法实现的结构，塑料件在设计时就应该充分考虑这一点，在保证外观和功能的前提下，力争使模具结构尽可能简化，从而节约时间和成本并可以提高产品质量。例如，塑料件上有很多的侧凹槽和侧孔等结构阻碍产品沿顶出方向出模，一般要采取抽芯、斜顶等结构。如果在实现功能和保证外观的前提下，将凹槽和侧孔设计成与顶出方向一致或设计成碰穿结构，将大大简化模具结构。因此，在进行塑料件结构设计时应避免过多的复杂结构。
塑料件的设计应避免内切结构。塑料件上有内切的结构无法直接脱模，造成模具无法设计或必须用模芯、隐藏式结构或将模具分离，但这样做增加了模具制作的复杂性，降低了模具的可靠性，产生废品的可能性增大，增大了制造成本。因此，在进行结构设计时应尽量避免出现内切结构。
塑料件的设计有时因为外观或装配的要求必须采取侧向脱模，这要求设计时应充分考虑模具的结构及模具结构对产品本身的影响。
①斜顶与滑块的问题:斜顶与滑块，在分模方向与垂直于分模方向上均有运动。斜顶与行位在垂直于分模的方向不能有胶位阻挡运动，要有足够的运动空间;②垂直面的处理:有些塑料件的外观要求不能有斜度，要保证侧壁垂直，则需要在垂直面处设计滑块或斜顶。走滑块时有接线，为避免接线明显，一般将接线放在面与面的交接处，塑料件设计时需考虑到此位置的特殊性。
2.6考虑塑料的非各向同性的特点进行设计
塑料有时并非像金属具有各向同性，在这种情况下在方向上要扬长避短。例如，有些有加强材料的塑料，其胶流方向应和构件承载较大的方向一致，因为随熔融塑料流入的加强纤维的轴线方向和流动方向相同。图2所示为带加强筋的梁状结构，它由带加强纤维的塑料制成，其主要的承载方向在加强筋的长度方向，所以正确的进胶方向也应该在长度方向。
当构件采用多点进胶时，应避免受力方向于融结线平行。因为两股或多股胶流相汇合的部位，由于融胶温度的下降会造成结合强度降低，易出现断裂现象。正确的设计方法是受力方向与融结线方向垂直或成一定的角度。
2.7从装配的角度考虑塑料件的结构设计
由于塑料材料的弹性模量小，即材质较软，并且成型工艺与金属件不同，塑料件的公差精度比金属件一般来说要低很多。因此，在进行结构设计时应注意这一特性，应避免大尺寸小公差的情况出现。尺寸越大，构件累积的变形越大，对公差精度的影响也越大。粘接是塑料件常用的装配方式之一。塑料件粘接时应避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因为其抗撕扯能力差，正确的做法是使粘接界面承受剪切力。处于受正拉力状态的粘接强度不及处于受剪力状态的粘接强度，因为处于受正拉力状态的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用;而处于受剪力状态的粘接界面的面积一般大于受正拉力状态的粘接界面的面积所以抗撕扯能力较强。
螺栓连接也是塑料件常用的装配方式之一。由于塑料的强度很低，通常不足以咬紧螺丝，因此在受力较大的情况下，不可将自攻螺丝直接嵌入塑料中。另外，平头螺栓连接或铆接式连接应带面积较大的衬板，以增加受力面积。#p#分页标题#e#
3·结语
笔者对塑料件结构设计中常遇到和易被忽视的问题进行了总结。只有在实际工作中进行研究和总结，在实践中不断地积累经验，才能设计出结构合理、性能优异的塑料件。
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