塑胶件结构设计手册精华板

塑胶件结构设计手册精华板塑胶件结构设计手册精华板塑胶件结构设计手册精华板选择资料的考虑因素任何一件工业产品在设计的早期过程中，必然波及考虑选择成形物料。由于在产品生产时、装置时、和完成的时间，物料有着互相影响的关系。除此之外，质量检定水平、市场销售状况和价格的厘定等也是需要考虑之列。因此这是无法使用概括全面的考虑因素而定出一种系统性办理方法来决定所选择的资料和生产过程是为最理想。不同样资料的特点ABS用途:玩具、机壳、平常用品特点:坚硬、不易碎、可涂胶水，但损坏时可能有利边出现设计上的应用:多数应用于玩具外壳或不用受力的部件。PP用途:玩具、平常用品、包装胶袋、瓶子特点:有弹性、韧度强、延伸性大、但不能涂胶水。设计上的应用:多数应用于一些因要接受droptest(跌落测试)而拆件的地方。PVC用途:软喉管、硬喉管、软板、硬板、电线、玩具特点:娇嫩、坚韧而有弹性。设计上的应用:多数用于玩具figure（人物），或一些需要避震或吸震的地方。POM用途:机械部件、齿轮、摃杆、家电外壳特点:耐磨、坚硬但纤弱，损坏时简单有利边出现(Fig.1.1.6)。设计上的应用:多数用于胶齿轮、滑轮、一些需要传动，承受大扭力或应力的地方。Nylon（尼龙）用途:齿轮、滑轮特点:坚韧、吸水、但当水份完好挥发后会变得纤弱。设计上的应用:由于精准度比较难控制，因此大多用于一些模数较大的齿轮。Kraton（克拉通）用途:摩打垫特点:娇嫩，有弹性，韧度高，延伸性强。设计上的应用:多数作为摩打垫，吸取摩打震动，减低噪音。一般胶料的特点与用途壁厚[WallThickness]壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、可否作为其余部件的支撑、承接柱位的数量、伸出部份的多少以及采纳的塑料资料而定。

一般的热塑性塑料的壁厚设计应以

4mm

为限。从经济角度来看，过厚的产品设计不仅增加物料成本，延伸生产周期

(冷却时间

)，增加生产成本。从产品设计角度来看，

过厚的产品增加引至产生空穴

(气孔)的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。最理的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可防范的。在此状况，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会以致因冷却速度不同样和产生乱流而造成尺寸不牢固和表面问题。不同样资料的常用壁厚ABS一般最先选择的资料，壁厚平常为1,,,2,,3mm，视乎产品的大小和功能而定。PP由于比较软，而且基于缩水的问题，因此不能够太厚，一般为1,,。PVC由于多用由于figure(外形)上和多是实心，因此限制不大。POM一般为1,,,2,,3mm视乎产品大小而定。Nylon由于缩水率比较高，因此平均料厚和筋骨的比率可比较少。Kraton由于多数用作摩打垫或不外露件，因此限制不大。加强筋(Ribs)加强筋在塑料部件上是不能或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没如同『工』字铁般出现倒扣难于成型的形状问题，对一些经常碰到压力、扭力、波折的塑料产品特别适用。其余，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用(Fig.4.0.1)。加强筋一般被放在塑料产品的非接触面，其伸展方向应随从产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的地址亦受制于一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只据有产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。若是加强筋没有接上产品外壁的话，未端部份亦不应突然停止，应该渐次地将高度减低，直至结束，从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题，这些问题经常发生在排气不足或封闭的地址上。而且由于缩水的问题，筋骨的厚度不能够大过平均壁厚的厚度。一般的设计方法:平均壁厚×~出模角[DraftAngle]塑料产品在设计上平常会为了能够轻易的使用产品由模具走开出来而需要在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜（出模角）。若然产品附有垂直外壁而且与开模方向同样的话，则模具在塑料成形后需要很大的开模力才能打开，而且，在模具开启后，产品走开模具的过程亦相信十分困难。若是该产品在产品设计的过程上已预留出模角及所有接触产品的模具部件在加工过程中间经过高度抛光的话，脱模就变成十拿九稳的事情。因此，出模角的考虑在产品设计的过程是不能或缺的。因注塑件冷却缩短后多附在凸模上，为使产品壁厚平均及防范产品在开模后附在较热的凹模上，出模角对应于凹模及凸模是应该相等的。但是，在特别状况下若然要求产品于开模后附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角尽量减少，或成心在凹模加上合适的倒扣位。出模角的大小是没有必然的准则，多数是凭经验和依据产品的深度来决定。其余，成型的方式，壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来说，高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角。深入或附有织纹的产品要求出模角作相应增加，习惯上每深的织纹,便需要额外1度的出模角。其余，当产品需要长而深的肋骨较少的出模角时，顶针的设计须有特其余办理。出模角的大少是没有必然的淮则，多数是依据产品的深度来决定。一般的出模角为°~°。在深入或附有织纹的产品上，出模角的要求是视乎织纹的深度而相应增加，一般为2°~3°。4.一般的晒纹版上已清楚例出可供作参照之用的要求出模角。(Fig.4.0.1)拔模角标准[DraftStandard]WallthicknessRibthicknessHeightofRib(x)DraftAngle平均料厚骨厚加强筋高度拔模角x≦5mm°~°~5＜x≦10mm°~°10＜x≦15mm°x≦5mm°~°2mm~5＜x≦10mm°~°10＜x≦15mm°~°15＜x≦20mm°20＜x≦25mm°25＜x≦30mm°x≦5mm°~°5＜x≦10mm°~°10＜x≦15mm°~°15＜x≦20mm°20＜x≦25mm°25＜x≦30mm°x≦5mm°5＜x≦10mm°10＜x≦15mm°15＜x≦20mm°3mm°~°20＜x≦25mm25＜x≦30mm°~°30＜x≦35mm°~°35＜x≦40mm°~°:以上数据只供参照及以骨底的平面作中性面做出拔模角，如骨底是一个非平面的形状时，可选骨项的平面为中性面，但为防范加上拔模角后，骨厚高出比率出现缩的问题，因此一般以骨顶为中性面时，出模角大概为°~°不等。其余，如在制造出模角时出现问题，能够用cut代替造出拔模角。再者，能够视乎状况而减少骨厚，作对加上draftangle后骨底数的调教。(Fig.4.1.2)

draft支柱(Boss)支柱突出胶料壁厚是用以装置产品、分开对象及支撑承托其余部件之用。空心的支柱能够用来嵌入镶件、收紧螺丝等。这些应用均要有足够强度支持压力而不致于破裂。支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。其余，因过高的支柱会以致塑料部件成形时困气，因此支柱高度一般是不会高出支柱直径的两倍半。加强支柱的强度的方法(特别是远离外壁的支柱)，除了可使用加强筋外，加强块的使用亦十分常有。注:为免在扭上螺丝时出现打滑的状况，支柱的出模角一般会以支柱顶部的平面为中性面，而且角度一般为o~o。如支柱的高度高出的时候，为加强支柱的强度，可在支柱连上些加强筋，作结构加强之用。如支柱需要穿过PCB（线路板）的时候，同样在支柱连上些加强筋，而且在加强筋的顶部设计成平台形式，此可作承托PCB之用，而平台的平面与丝筒项的平面必定要有~。(Fig.5.0.4)支柱套(Bossholder)如成品是以支柱收紧螺丝的时侯，在成品的上壳身必定要有支柱套来作定位之用。跟据一般的安全规格标准，螺丝头必定收藏于不能够触摸的地址，因此高度必定有或以上。以及，由于加上支柱套后会有Shapeedge（形状边缘）的关系，因此在每一个支柱套上壳收螺丝的地方，必定加上或以上的roundfillet（圆形圆角）。为方便生产装置时的导入，因此在每一个支柱套的底部都能够不多很多的加上Chamfer（倒角）作导入之用。而且由于定位的关系，在支柱套底部必定要有最少的深度来收藏支柱。虚位定义在产品生产设计时，给与部件与部件之间虚位是一件不能缺少及特别重要的事情。随着产品的大小，部件形状的不同样及功能，给与虚位的数值也应相应改变。六角孔配圆Pin的设计(紧钉)在产品设计中，很多时由于功能及安全的问题，在外形上会出现拆件的状况，但亦都由于很多因素，拆件后的组装会出现外形不相当的状况。因此便需要一些做淮数的定位柱来作外形的配合。在外形上的定位一般多数以六角形的孔配紧配圆形的塑料柱，由于紧配的关系，因此六角孔与圆柱之间是不需要虚位和做出模角，而且在六角孔和胶柱项必定加上一些导入角(Fig.8.0.1~。很多时，六角孔配图柱会用作为胶水柱的装配之用。因此此时便需要使用x`的尺寸给与六角孔与图柱很多的虚位藏入胶水。?D(mm)x(mm)x’(mm)?y(mm)六角nut的装置方法在电池门与壳身的装置方法主若是以机牙螺丝配以藏在壳身的六角丝帽收紧电池门，在壳身内跟据六角丝帽的尺寸，做出一个六角孔的套筒，而且赐予单边虚位，再以热溶或冷打的方法保证丝帽不会跌出其余，亦能够在套筒上加上一个

Nutretainer(

丝帽盖

)，以涂胶的方式盖放在套筒上。

(Fig.9.0.1~Screw?

a(mm)

?b(mm)

?x(mm)

?y(mm)

z(mm)

w(mm)~2~2扣位扣位供应了一种不仅方便快捷而且经济的产品装置方法，由于扣位的组合部份在生产成品的时候同时成型，装置时不用配合其余如螺丝、介子等紧锁配件，只要需组合的两边扣位互相当合扣上即可。扣位的设计虽可有多种几何形状，但其操作原理大概同样:当两件部件扣上时，其中一件部件的勾形伸出部份被相接部件的凸缘部份推开，直至凸缘部份结束为止;及后，借着塑料的弹性，勾形伸出部份实时复位，此后面的凹槽亦即被相接部件凸缘部份嵌入，此倒扣地址马上形成互相扣着的状态。如以功能来区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣位的设计方便装上但不简单拆下，可拆卸型扣位的设计则装上、拆下均十分方便。其原理是可拆卸扣位的勾形伸出部份附有合适的导入角及导出角方便扣上及分其余动作，导入角及导出角的大少直接影响扣上及分别时所需的力度，永久型的扣位则只有导入角而没有导出角的设计，因此一经扣上，相接部份即形成自我锁上的状态，不简单拆下。(Fig.10.0.1)其余常用扣位设计永久式三瓣爪可拆卸式三瓣爪Figure公仔扣位设计(冬菇头)玩具子弹扣位设计由于安全问题玩具子弹头的半圆不能够少于R2，而且为防范子弹自动弹出和扣位磨损的问题，因此子弹尾的凹坑必定有的深度和在扣位的钩上加上一些倒扣位。超音波焊接技术(UltrasonicWelding)速度快超音波焊接技术的周期很短，使用标准机器每分钟可办理三十件工作。收效一致只要接头设计完满，焊接参数调校正确，便能获得干净及一致的焊接收效，由于焊接收效不受操作人员的操作状况所影响。强度高超音波焊接技术是将塑料熔合起来，因此能产生出无内应力的高强的接合。不需夹紧当工件走开机器后便告完成，不需进行焊接后加工。用途较广超音波焊接法可用来焊接那些不能够用任何其余黏合剂的物料。安全性由于不需使用化学物品，因此不会产生化学中毒。若要超音焊接头达致所需要强度及雅观程度，那么接头必定设计合适，以及就要个别应用状况及个别塑料性质来设计。(Fig.11.0.1)LCD的装置LCD的基本配件：ZebarLCDlens（液晶透镜）LCDlenscover（液晶显示器）ZebarHolder为保证Zebra与PCB有正常的接触，因此Zebra与PCB需要有间则以紧配的来防范zebar与LCD接触不良(Fig.12.0.2)。由于

Interference（干涉），而holderLCDlens长度的公差比较大，因此

与

zebar之LCDlens围骨与

LCDlens大概需要有单边的虚位。而且，围骨需要有一凹坑，作

LCDlens在生产时的方向较对之用(Fig.。橡胶按钮[Rubberkey]Rubberkey的平面与PCB最少必定要有的行程空间。?为防范有?jam制?的状况出现，因此keycover与rubberkey需要有单边的虚位。(Fig.13.0.1)Resetbottom与壳身的平面必定要有最少的级差，防范不用要的接触。如rubberkey需要与PCB组合后才与壳身装置，便需要在rubberkey上定位pin作装置之用。(Fig.13.0.2~PCB的设定为方便装置，每一块PCB都需要在成品的壳身上加上两支定位Pin(Fig.14.0.1)。而且必定在上下壳身加上一些定位骨夹着PCB(Fig.，以防范PCB受力而变形。再者，PCB与壳身之间最少必定要有的空间(Fig.。而定位Pin的距离则越远越好，由于这样才能够保持PCB的地址而不会移位。当完成PCB的大细及地址的设定后，便需要在PCB的底部及面部加上一些Cosmetic的feature，用作表示电子部件的避空地址。而且在PCB上，加上Solid以表示可摆放电子部件的空间。(Fig.14.0.6)此后，在图纸上标出PCB形状的大小，坑位的尺寸，可摆放电子部件的地址和尺寸，方便电子设计。(Fig.14.0.7)最少需要有单边虚位最少需要有虚位一般PCB的常用厚度:,,，视乎产品的大小和PCB的尺寸而定，但一般最常用的都是厚度的PCB。电池厢电池箱设计基本守则1.电池与电池之间必然要有胶料分开。(Fig.15.1.1)如有产品的市场目标是3岁以下的儿童，便需要加上防电池水槽。(Fig.8.1.2)如所用电池为Csize或以上，而且数量为两粒或以上的时候。电池门便需要两粒或以上的螺丝。电池门计设基本守则1.由于只有平均料厚的电池门是特别单薄。因此必定加上加强筋作加强作用。(Fig.8.2.3)在者,如电池门的地址是在成品的中央，而且在电池门的四周没有凹坑的时候。必定加上一凹形的手指位，作方便开启电池门之用。(Fig.8.2.2)电池门的利仔与壳身的擦穿位,最少必定要有单边的虚位以防范干涉的状况出现。而且，电池门的围边与壳身最小要有单边的虚位。电池门的模拟装置。当完成电池门与电池箱的设计后，即可在Pro/E的Assembly档内进行一次电池门的模拟装置过程。此举可方便检查出电池、电池门和壳身，在装置的过程中可否有干涉发生。电池门基本装置方法一般电池门都以丝帽收紧电池门的装置螺丝，而且以冷打或热融固定丝帽。(Fig.15.3.7)2.电池门遮丑盖如电池门利仔需要到在产品壳身上做一些颇大的擦穿孔的时候，

便需要有一个

cover

用作防静电及遮丑用。(Fig.15.3.8~

电池匣如成品的长度和宽度不足以放置要求的电池数量的时候，能够用电池匣作代替。

(Fig.15.4.10~参照

JETTA的基本规格，一般的

AA-size的电池厢大小以以下图

:滑轮(pulley)一般玩具的设计都会以滑轮作第一级的传动方法。由于第一级的传动是特别高速的关系，如经齿轮作传动方法会发出很大的噪音。相反，如以滑轮作转动方法，噪音便会减至最少。很多时因空间的问题，滑轮的减速比不能够太大，而且传动的扭力亦都不大。如使用滑轮传动会有打滑的状况出现。由于接触面的问题，一般都会用方形皮带作传动媒介。因皮带的作用力的关系，因此一般滑轮的轴承都是担得越长越好。由于橡胶皮带的关系，皮带的作用力会使皮带变形及皮带的大细不一，亦都会影响转动的效能。若是使用方形皮带时，滑轮的V坑内需加上一条凹糟作解决的方法。(Fig.16.0.1~由于牙箱内会涂上润滑油，而皮带若接触润滑油便会打滑及老化，故必定与齿轮分开。但某些厂商会将滑轮拆件，再以超音波焊接一同，这样能够防范滑轮件出现夹口而损坏橡胶皮带。(Fig.16.0.3)喇叭的基本装置方法(speaker)喇叭筒由于声音广散问题，因此必定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。定位骨在喇叭的上下，必定要有一些定位骨作装置用途。喇叭坑如成品的喇叭坑是外露的时候，必定做一些擦穿坑作遮丑用，以及防范喇叭被一些小而尖的物品损坏。(Fig.17.3.2)喇叭孔如成品的喇叭不是外露的时候，能够在壳身上做一些喇叭孔代替喇叭坑。形坑位此为另一种喇叭的装置方法，利用胶料自己的弹性，把喇叭压在壳身上。止口真止口用途:生产装置时作较对之用，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，由于凹槽太深的关系，因此需要在纸口的地址加多一层料，保持成品外形的雅观。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置，加强较对功能。对叉骨对叉骨多数应用于一些较大的成品，或一些需要受力的成品的壳身内，加上对叉骨。有时基于生产商的要求产品的止口会用对叉骨代替。一般叉骨Draft避空形叉骨Draft避空Draft避空Slideswitch

及

On/Offswitch

设计除

rubberkey

外，slideswitch

也是产品上经常使用的部件之一。视乎尺寸而定，

slideswitch

的装置方法一般有:1.在壳身内加上一些热溶钉，在生产时用胶料把slideswitch焊在壳身上。如尺寸较大的slideswitch，可在壳身加上丝柱，用螺丝收紧在壳身上。如行程不足的时候，可加上一件胶件作增加行程之用。

(Fig.20.0.1以上都是一些在

slideswitch

上有装置位的装置方法，但很多时候产品使用的

slideswitch

是没有装置位的，这时能够

:1.在壳身上加上一幅长方形的围骨，尺寸依据

slideswitch

的尺寸加上单边的虚位，此后再加上一块(注:围骨与slideswitch

switchcover以热溶的方式，盖放在slideswitch之上。之间一般都会加上一些紧线以作紧配之用。Fig.20.0.3)2.在产品空间同意的时候，slideswitch可直接焊接在PCB之上。别的，在slideswitch的设计过程中最重要的一点就是slideswitch的行程。Slideswitch的行程一般都可在它的说明书上找到。Slideswitch的推杆与壳身的坑位，最少需要有单边的空间。(Fig20.0.4~在某些状况下，为了产品的外观，slideswitch都会加上一个slideswitchcover，而slideswitchcover与slideswitch的装置方法都有以下两种:把cover直接放在slideswitch之上。(Fig.20.0.6~在

cover

加上叉位

,以叉位带动

slideswitch。(Fig.20.0.8~

但在些时便需要注意

slideswitchcover

的围边在slideswitch

推至最左或最右的时候，可否会与壳身出现走光的状况。

(Fig.20.0.10~

擦穿位与碰穿位的设计擦穿位是在产品设计上经常碰到的。擦穿位是以前后模钢料之间的接触而形成在胶件上的穿孔，由于擦穿位是以钢材的接触而形成，因此擦穿位的设计是会直接影响到模具的寿命。基于生产时的注塑周期是很短，相对模具的开合次数增加,如设计不当,模具内的擦穿位便很简单损坏。此时，便需要在成品图的擦穿位加上合适的Draftangle。擦穿位的出模角视乎成品的大小，一般为3°~5°，但是必然不能够够少于3°。(Fig.21.0.5)绞位设计很多时由于绞位的方向与出模方向形成垂直的角度，这时便会出现很多的擦穿位。这些擦穿位主若是用作与其余部件配合而形成绞位。绞位主要有以下几种:1)永久式绞位以胶柱再配以擦穿位

,在以胶料的弹性及胶柱上的导入角

(chamfer)互相当合。

(Fig.22.0.2~

可脱式绞位以圆头的胶柱配以擦穿位

,由于是圆头的关系，因此当柱身的部件受力时便会零散，

而减低部件损坏的机遇。(Fig.22.0.6)门绞以铁轴穿过两件或以上部件的擦穿位,令部件能够像门绞般活动。(注:视乎那一件是活动件，而在擦穿位上给与和铁轴相当的虚位数。)紧位)(铁轴)单边虚位?齿轮的使用指引正齿轮(spurgear)(Fig.23.1.1)优点:能够承受大扭力，以复齿的方式对模数做出改变。缺点:直线的转动方式不能够转向。复齿轮(compoundgear)(Fig.23.2.1)优点:在齿轮串中，可对模数做出改变。缺点:直线的转动方式不能够转向。皇冠齿(crowngear)(Fig.23.3.1)优点:可与正齿轮配合作直角传动转向之用。缺点:由于与正齿轮的齿合点只在皇冠齿的节径发生，因此不能够承受太大的扭力。而且，由于需要避空正齿轮的干涉，因此皇冠齿的齿可能会变得很尖，齿轮所能承受的扭力亦相对减弱，造成扫牙问题。因此一般的王冠齿不能够太小。蜗齿轮(wormgear)(Fig.23.4.1)优点:1.能够和螺旋齿配合做出比较大的齿轮比。2.扭力大而且噪音少。缺点:装置数需要特别精准，如虚位太大，同样会发出很大的噪音，而且铜工的成本比较贵。螺旋齿(helicalgear)(Fig.23.5.1)优点:能够和蜗齿轮配合做出比较大的齿轮比。缺点:一般只可作直角传动。伞齿(bevelgear)(Fig.23.6.1)优点:传动的转向角度可因设计的要求作出调效，比王冠齿只能直角的转向有效大的弹性。2.由于伞齿的齿形是正统的齿形，因此能够承受的扭力比王冠齿大。缺点:如定位的设计不足，虚位太大，以致齿的啮合面太小便会出现跳齿的状况。内齿轮(internalgear)(Fig.23.7.1)优点:可与正齿轮配合作出比较大的齿轮比，相对的扭力亦会加大。缺点:成本贵，如内齿轮与正齿轮的齿数不配合时，会有干涉的状况出现，以致齿轮不能够转动。齿轮箱的基本设计守则滑轮盖用途:如齿轮箱的项层有滑轮组件的时候，为防范齿轮滑油对橡胶皮带的腐化，必然要加上一个pulleycover作隔层之用。(Fig.齿轮串用途:在第一级的齿轮组由于高速和需要减少噪音的关系，因此多为模。但是越凑近动力输出的