淺談塑膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計

曹文省

廣州廣電運通金融電子股份有限公司 廣東 廣州 510663

引言

注塑類的塑膠產(chǎn)品發(fā)展歷史雖然較短,但是發(fā)展迅速。在我們?nèi)粘Ｉ钪?隨處都可見塑膠類的產(chǎn)品。無論是家電類產(chǎn)品、日用品、還是電子消費品,都是塑膠類的產(chǎn)品或者是以塑膠零件為主的產(chǎn)品。塑膠產(chǎn)品有其自身的特性,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也需遵循一定的規(guī)范。結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅需要考慮產(chǎn)品的使用功能、質(zhì)量性能、外觀造型、成型工藝,還需考慮零部件裝配簡單,生產(chǎn)制造成本低。以上這些影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素,有時候又是相互矛盾的,不可能同時達到最優(yōu)化。在設(shè)計過程中,需將各方面綜合考慮。從整個產(chǎn)品的設(shè)計制造過程來看,結(jié)構(gòu)設(shè)計的前端有產(chǎn)品功能需求定義、外觀造型確定、外購零件選型,后端有模具設(shè)計及制造、注塑生產(chǎn)、零件表面處理、產(chǎn)品組裝測試等。結(jié)構(gòu)設(shè)計是將整個產(chǎn)品設(shè)計制造過程串接起來,實現(xiàn)產(chǎn)品從無到有的一個重要環(huán)節(jié)。

1 塑膠制品的成型

構(gòu)成塑膠產(chǎn)品的塑膠零件,稱之為塑膠制品。注塑類的塑膠制品,是將塑料原材料通過模具在注塑機上注射而成。

1.1 塑膠材料 塑膠材料的品種很多,按塑料性能和用途,可分為通用塑料和工程塑料。

通用塑料產(chǎn)量大、用途廣、價格低。注塑塑膠件比較常用的有聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。聚苯乙烯成型性能優(yōu)良,制品尺寸穩(wěn)定,但是質(zhì)脆、耐沖擊性差。通常用在一些要求不高的電器外殼上。聚乙烯和聚丙烯質(zhì)優(yōu)價廉,在日用品上應(yīng)用廣泛。聚丙烯由于有良好的耐熱性,在電熱水壺的外殼、水杯、餐盒餐具上有大量的應(yīng)用。

常用的工程塑料的有ABS塑料、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)。ABS是應(yīng)用最廣泛的一種工程塑料,其制品尺寸穩(wěn)定,具有較好的耐沖擊性和耐磨性。在家用電器、消費電子、儀器儀表、玩具行業(yè)等都有大量應(yīng)用,可用作外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件。聚碳酸酯綜合力學(xué)性能較好,耐熱性高,在一些要求較高的電子電器上會用到。由于其無毒且耐熱高,可用來制造醫(yī)療器械、高檔餐具、奶瓶等。聚碳酸酯透明性好,在電子產(chǎn)品中也通常用來制作顯示屏的鏡片。聚甲基丙烯酸甲酯俗稱有機玻璃,是一種理想的鏡片材料。聚酰胺和聚甲醛由于具有自潤滑性,在具有運動特性的零部件中應(yīng)用比較多。

1.2 塑膠模具 從模具結(jié)構(gòu)上看,注塑模具由模具型腔、頂出系統(tǒng)、流道系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、導(dǎo)向機構(gòu)、支撐安裝結(jié)構(gòu)等組成。注塑模具通過注射機,將熔融塑料注入到模具型腔中,冷卻后打開模具,取出制品,完成一個塑膠制品的生產(chǎn)。塑膠模具是產(chǎn)品最終得以體現(xiàn)的重要一環(huán),是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的延伸。模具設(shè)計和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計相輔相成,良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計也需模具設(shè)計與制造的配合,才能生產(chǎn)出合格的塑膠制品。

1.3 成型工藝 成型工藝指的是注塑生產(chǎn)時相關(guān)一些的參數(shù),包括模具溫度、熔融塑料溫度、注射壓力、注射速度、注射時間及塑料原材料注塑前的預(yù)處理等等。這些工藝參數(shù)和塑膠材料的成型性能相關(guān)。如聚乙烯、聚丙烯,熔融狀態(tài)流動性比較好,注射壓力就不宜過大,否則分型面上容易起毛邊。再如聚碳酸酯,它的熔融塑料溫度比較高,流動性差,所以成型時模具溫度要高一些。

2 塑膠產(chǎn)品的外觀造型

外觀造型是產(chǎn)品的外在表現(xiàn),反映產(chǎn)品的功能需求、應(yīng)用場景。結(jié)構(gòu)是功能和外形的載體。任何外觀造型最終都需通過結(jié)構(gòu)設(shè)計表達出來,結(jié)構(gòu)設(shè)計也必須在外觀造型的基礎(chǔ)上進行零部件布局設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計需評估外觀造型的結(jié)構(gòu)工藝、模具制造工藝、產(chǎn)品成型工藝、表面處理工藝、產(chǎn)品組裝工藝。一個良好的外觀設(shè)計,不僅需滿足產(chǎn)品的功能需求、具有良好的創(chuàng)意構(gòu)思及審美形態(tài),而且還需使產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、零部件容易成型、生產(chǎn)組裝效率高。外觀造型表達的是一個產(chǎn)品的整體概念,結(jié)構(gòu)設(shè)計需將這個整體拆分成若干個可加工制造的零件,并將實現(xiàn)產(chǎn)品功能的各個模塊包容進去,最后將這些零件和模塊進行各種組合、連接和固定,使之成為一個完整的產(chǎn)品。

3 塑膠產(chǎn)品的設(shè)計要點

塑膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和鋼、銅、鋁等金屬材料的設(shè)計相類似,但由于塑膠材料種類繁多,塑膠產(chǎn)品外形變化多端,所以會比其它材料有許多不同的設(shè)計特性。

3.1 模具工藝簡單 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)使模具設(shè)計與制造簡單,模具在注塑生產(chǎn)中穩(wěn)定可靠。零件的拆分盡量將分型面設(shè)計成在同一個平面上,并位于不影響外觀的位置上,同時避免不必要的側(cè)向抽芯分型。

3.2 塑膠制品工藝要求 塑膠制品的工藝要求主要有壁厚、拔模、加強筋、螺柱、孔及圓角、尺寸公差。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)做到壁厚均勻,設(shè)置拔模斜度,為了防止變形和起到加固作用,要設(shè)計加強筋。在轉(zhuǎn)角部位,應(yīng)倒圓角過渡。塑膠螺柱的高度一般不超過其直徑的兩倍,孔與孔之間邊緣的距離,至少是孔徑的2 倍。塑膠制品的尺寸公差跟塑膠的種類、模具制造誤差、成型條件、拔模斜度等相關(guān)。相對來說,收縮率小的塑料,制品尺寸穩(wěn)定,尺寸誤差小,如ABS、PC。

3.3 塑膠零件的裝配 結(jié)構(gòu)設(shè)計要做到零部件裝配簡單,工序少。相似的零件要進行防呆設(shè)計。防呆也即防錯,就是即使人為疏忽或外行人來做也不會出錯。塑膠零件間的配合間隙一般在0.1mm 至0.2mm。要盡量減少物料的使用,比如控制螺絲種類,以利于集中采購,減少物料庫存。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代快,產(chǎn)品生命周期短,對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。塑膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)充分了解塑膠材料、成型模具、成型方法及塑膠零件的工藝性,在遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計原則的基礎(chǔ)上,利用塑膠自身特性,創(chuàng)新思路,力求突破,取得更好的設(shè)計效果。