汽车塑料产品结构设计的一般原则及精度

1、汽车塑料产品结汽车塑料产品结 构设计的一般原则及精度构设计的一般原则及精度 理想的产品简洁化设计基本原则： （1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几 何图形； （2） 产品侧孔和侧壁内表面的凹凸形状成型 困难，需要在产品成型后进行二次加工， 设计时应避免。 （3） 尺寸设计要考虑成型的可能性，不同的 成型工艺对制件的尺寸设计，包括尺寸大 小，尺寸变化会有一定的限制。 在确定壁厚尺寸时，壁厚均一是一个重要原则。 该原则主要是从工艺角度以及由工艺导致的质量 方面的问题而提出来的。均匀的壁厚可使制件在 成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。壁薄 部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应 力，内应

2、力会导致制件在短期之内或经过一个较 长时期之后发生翘曲变形。 塑料件最通用料厚是2.5mm，大件适当增加，小件 减小，强烈建议通过增加翻边及加强筋的方式而 不是增加料厚来保证零件强度； PP塑料的壁厚范 围是0.63.5mm。 （1）厚薄交接处的平稳过渡，当制件厚度不 可避免需设计成不一致时，在厚薄交接处 应逐渐过渡，避免突变，厚度比例变化在 一合适的范围（一般不超过3：1）。 壁厚过渡形式 （2）将尖角改为圆角处理，两个壁厚相同的 壁面成直角的连接，破坏了壁厚均一的原 则。 转角处的最大厚度是壁厚的1.4倍，如果将内角处 理成圆角而外角仍是直角，则在转角处的最大厚 度（W）可增加到壁厚的1.

3、6-1.7 倍。正确的设计 应是内外角均进行圆角处理，以确保壁厚均匀。 圆角处理还可避免应力集中，以及改善塑料成型 时熔体的流动性和成型性。 （3）厚壁部位减薄，使厚壁趋于一致，壁厚 差异大的制件可通过增设工艺孔、开槽或 设置加强筋的方式，使厚壁部位减薄，厚 薄趋于一致。 厚壁减薄 开槽 设置加强筋 对制件上有孔洞、切口、拐角等几何不连续部位 施加一定的力，在这个部位的断面上将产生远比 给予的表观应力大得多的应力，这个现象称为应 力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比 为应力集中系数。 后果：塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料， 在应力作用下，这些部位会逐渐产生微细裂纹， 随后逐步扩展到

4、大的裂纹，而裂纹的不断延伸终 将导致制件的损坏。 避免应力集中最直接最有效的方法就是在 拐角、棱边、凹槽灯等轮廓过渡与厚薄交 接处采用圆弧过渡。 图中曲线表明，半径R 与壁厚T之比，即R/T 在 0.6 以后，曲线趋于平缓，由此可知，内圆角之 半径应至少为壁厚的一半，最好为壁厚的0.6- 0.75。 根据不同的壁厚和圆角半径对应的应力集中系数, 得出应力集中系数与半径R 与壁厚T之比的关系 （1）几何形状的改变 薄壳状的平板制件，将其表面设计成波纹 形、瓦楞形、拱形、球形、抛物面，其刚 性比同样重量的平板要高得多 （2）加强筋的设计和运用 通过加强筋提高轴套扭转刚 性和弯曲刚性 容器沿口部位的

5、设计起到了边缘增强 的作用，实质上这种突变的边缘可以 看作是加强筋的变异。 （3）嵌件的加强作用 在制件中设置金属嵌件，可以提高塑料制件局部 或整体的强度。 如汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、 带有金属嵌件的塑料齿轮等。 （4）结构上的设计，在产品设计中，有几种 结构具有比较高的刚性/质量比。 蜂窝夹层结构：刚性的设计效果好，缺点 是工艺上比较复杂，成本和价格较高。 口字形结构、T 形结构以及工字梁结构，与 矩形截面的实心结构比较，这种结构既能 节省材料，又不降低刚性。 圆锥体结构，相对圆柱体结构，这种结构 能承受很大的压缩载荷，弯曲稳定性好。 结构泡沫：具有致密表皮层和呈微孔结构 的芯部，

6、这种结构具有高的比强度，可应用 在受力结构中。 双壁结构，有不少工艺可成型具有双壁结 构的制件，这种结构的制件有较高的刚性 、冲击韧性和抗弯能力。 （一）由内应力引起的制件变形 这种变形由制件内的内应力所导致。 通常不均匀的内应力分布是翘曲变形的主 要原因，而内应力的不均匀分布则可能是 加工条件（如温度、压力的不均匀分布， 收缩率的各向异性等）、材料组成（结晶 型材料的百年形倾向较大）、模具结构（ 特别是浇口设计）和制品形状共同作用的 结果。 前述的避免应力集中以及刚性设计的一些 措施，也都有助于防止或者降低制件的变 形。此外，设计时考虑防止产品变形，在 形状上进行规避。 （二）抗热变形设计

7、温度对制件的影响与材料的耐热性直接有 关。 当材料确定之后，在产品设计时，应采取 各种有效措施，来减少和避免温度对制品 使用性能的影响，延长产品的使用寿命。 1、影响因素 材料 注塑模塑的塑料在高温高压的熔融状态下充模流 动。常见的各种熔体温度为170-300。然后被冷 却固化，通常脱模温度在20-100。 下表 列出了常用的注射塑料的成型收缩率。 用无机填料填充、用玻璃纤维增强的塑料有较低 的成型收缩率。 模具 对于小尺寸的塑料件，模具的制造误差占塑料公 差的1/3。 与模具上运动的零件有关的塑件尺寸，其精度较 低。 模具上浇注系统和冷却系统设计不当，会使成型 塑件的收缩不均匀。 脱模系统的

8、作用力不当，会使被顶出塑件变形。 塑件结构 塑料件壁厚均匀一致，形体又对称，可使 塑件收缩均衡。提高塑料件的刚性，如加 强筋的合理设置或采用金属嵌件，能减小 塑件翘曲变形，都有利于提高塑件精度。 工艺 注射周期各阶段的温度、压力和时间会影 响塑件的收缩、取向和残余应力，存在对 于塑件精度要求的最佳工艺。保证注塑件 精度更重要的是工艺参数的稳定性。成型 条件波动所造成的误差占塑件公差的1/3。 使用 塑料材料对时间、温度、湿度和环境条件 的敏感性，在注射成型制品长期使用后， 会有显现。注塑件的尺寸和形位精度的稳 定性差。 2、模塑塑料件尺寸公差 工程塑料模塑塑料件尺寸公差 标准GB/T14486

9、-93 ，模塑尺寸公差代号为MT。公差等级分为七级。 该标准规定了热固性和热塑性工程塑料模塑塑料 件的尺寸公差。 它适用于注塑、压塑、传递和浇铸成型的工程塑 料模塑的塑料件，不适用于挤塑成型、吹塑成型 、烧结和泡沫制品。 此标准只规定公差，基本尺寸的上、下偏差可根 据工程的实际需要分配。 标准规定了模塑收缩率VS,在常温下模塑件与所用 模具相应尺寸的差，同模具相应尺寸之比，以百 分数表示。 LF模塑成型后标准环境下放置24h 后的塑料件 尺寸，mm; LW 模具的相应尺寸，mm; 标准对成型模塑尺寸分成两类： 不受模具活动部分影响的尺寸a，如图所示，它 是指在同一动模或定模的零件中成型的尺寸。

10、 受模具活动部分影响的尺寸 b，如图所示，它是 指可活动的模具零件共同作用所构成的尺寸。例 如壁厚和底厚尺寸；受动模零件、定模零件和滑 块共同影响的尺寸。 塑料件的螺钉连接1： 簧片螺母连接，应用于板类零件与塑料件之间的 连接； 板类零件与塑料件之间 大量使用簧片螺母连接 塑料件的螺钉连接2： 塑料螺母连接；应用于板类零件与钣金件之间的 连接。（钣金件方孔开口7*7） 板类零件与钣金件 之间大量使用塑料 螺母连接 塑料件的螺钉连接3： 自攻螺钉柱及螺钉沉台的连接；应用于机壳类塑 料件之间的连接； 机壳类塑料件通过自 攻螺钉柱及螺钉 沉台连接 塑料件的弹片夹子连接： 应用于最后安装的需要经常拆装的面板