塑膠件優(yōu)化結構
關注創(chuàng)建者：楊曉木 創(chuàng)建時間：2019-09-23
塑膠件優(yōu)化結構的實例教程
2）塔狀橋接結構，俗稱“狗窩”結構，通過在螺絲柱底下設計一塔狀支撐橋，使得螺絲柱部分高度降低，支撐橋部分模具上通過斜頂出模。
3）凸臺結構，是第二種的一般形式，主要用于內(nèi)部件，通過凸臺結構支撐螺絲柱。
3、減小或避免縮痕問題
1）螺絲柱根部導致的縮痕問題
螺絲柱結構實際上相當于一個圓形的加強筋與主壁連接在一起，有關加強筋如何設計才能減小或避免縮痕問題已經(jīng)在之前文章有介紹：塑膠的結構設計：加強筋篇（中），
文中，結論是，對外觀要求高（光面）的塑膠件，其背部的加強筋的底部厚度建議B≤0.5T。如果對模具設計和后續(xù)工藝調(diào)參有把握，可設計B>0.56T，但最大建議不大于0.7T，因為太大后續(xù)會很難調(diào)。需要注意的是，不同塑件材質(zhì)對應的加強筋厚度并不一定遵循B≤0.5T。
如果B值沒辦法做到小于0.56T，為了保險起見，可以做“火山口”結構（塑膠件壁厚內(nèi)測淘膠），比如以下螺絲柱的處理。
圖1，為螺絲柱的原始設計，螺絲柱壁厚為1.75，1.75/2=0.875（>0.56），很大概率螺絲柱背面會產(chǎn)生縮痕。
圖2，在螺絲柱內(nèi)孔底部淘膠并導全圓角，圖中紅色區(qū)域面積減小一點，但是不明顯，同時靠司筒針散熱有限，所以結果不是很明顯。
圖3，在圖2處理基礎上在螺絲柱外側根部做火山口繼續(xù)淘膠，可見圖中紅色區(qū)域面積有明顯減小，這是因為火山口處被模具鋼材填掉，帶走更多的熱量，螺絲柱背面的縮痕會有明顯改善。
展開 接上篇：塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（上）
塑膠件螺紋連接結構的設計原則：
連接強度原則；
成型性原則；
一、連接強度原則
在上篇中提到，由于檢查緊固力的方法很復雜，我們通常通過扭矩值來確認施力情況，也就是說，緊固力的大小可以通過扭矩值來表征，如果擰緊扭矩越大，相對于的緊固力就越大,，連接強度就越大。
由公式：擰緊扭矩Tα=Tr+X(Tf-Tr)可知，如果需要增大擰緊扭矩Tα，可以通過增大攻牙扭矩Tr和滑牙扭矩Tf來實現(xiàn)。
增大攻牙扭矩Tr
，這會導致前期攻牙階段的安裝扭矩變大，前期顯得很吃力，同時導致擰緊扭矩T
α
的范圍太窄，容易造成滑牙，這不是我們想要的結果。
增大滑牙扭矩Tf
，也就是增大了滑牙扭矩T
f
和攻牙扭矩T
r
之間的差值(T
f
-T
r
)，這樣的結果是擰緊扭矩T
α
增大了，同時使得擰緊扭矩Tα在一個較大的容差范圍內(nèi)。
那么，如何增大滑牙扭矩Tf呢？
滑牙緊固力公式：
滑牙扭矩公式：
由以上公式可知，增大以下因素：σt（塑膠材料的拉伸屈服應力）；Dp（螺絲中徑）；L（螺紋旋合深度）；f1（螺紋與塑膠之間的摩擦系數(shù)）；f2（螺絲頭底部與塑膠之間的摩擦系數(shù)）；p（螺絲的螺距）；都可以增大滑牙扭矩Tf。
展開 塑膠件的連接結構，有兩種應用較廣泛，一種是卡扣連接（之前文章已有介紹），另一種是螺紋連接。其中螺紋連接我認為是應用最廣泛、最常見的連接結構。基于成本考慮，盡管大家都在盡量減少螺紋連接的使用，但是，對于絕大部分產(chǎn)品結構設計的需要，螺紋連接結構還是很難完全被取代，因為，其相對于卡扣連接有以下優(yōu)點：
連接強度比卡扣大得多，即使受到額外負載也不容易松脫，可靠性高；
可拆卸次數(shù)多，特別是使用機牙螺絲的情況下，連接強度并不會受影響很大；
螺絲柱在模具上成型方便，模具結構簡單，且容易調(diào)整；
操作簡單，易學，誰不會打個螺絲呢。
當然，相對于卡扣，其缺點如下：
成本相對高些，螺絲、螺母、電批、螺絲刀等緊固件與工具的成本；
對于外觀零件，會在外殼上存在放置螺絲以及操作的孔洞，破壞外觀的完整性；
裝配時間長，預埋螺母、放置螺絲、使用電批或螺絲工具的時間成本，間接增加裝配成本；
螺紋連接的結構類型少，設計自由度比較受限，常常在主出模方向設計居多。
結合卡扣和螺紋連接的優(yōu)缺點，在實際產(chǎn)品結構設計上，常常兼容這兩種連接方式，使產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)性能與成本的平衡。
塑膠件的螺紋連接結構一般有以下兩種：
一種是采用機械牙螺絲（簡稱機牙螺絲）的結構；
一種是采用自攻牙螺絲（簡稱自攻螺絲）的結構；
這兩種結構比較常見的結構形式如下圖，共同點是兩個塑膠零件上分別有用于與螺絲配合的螺絲柱（BOSS柱）和用于支承螺絲頭的套司；區(qū)別在于采用機牙螺絲的螺絲柱內(nèi)孔需預埋螺母。
展開 塑膠件通用結構設計
二、對于塑膠件
由于塑膠件的成型方式與機加件不同，塑膠件的倒角設計更多的是以圓角為主，斜角為輔（斜角更多的是為了造型需要以及有些結構起到導向作用，還有壁厚漸變過渡），圓角的設計有以下好處：
1、流動性
塑膠件在注塑成型過程中，熔融樹脂的流動性很重要，圓角提供更小的流動阻力，圓角越大，越有利于充填。
在原始設計中，尖角很容易在注塑過程中因渦流造成空氣滯留，導致局部高溫使得零件尖角處燒焦，造成外觀缺陷。優(yōu)化后增加半徑以保證塑料熔體的流動。
2、塑膠件的強度
熔融聚合物流過和流過鋒利的邊緣會引起剪切，進而導致聚合物鏈斷裂。這些較短的聚合物鏈導致塑膠件的平均分子量較低；因此塑膠件的強度和性能可能會降低。添加圓角半徑，即使是很小的半徑，也將有助于流動并有助于防止這種剪切現(xiàn)象。
3、應力集中
疲勞破壞是由裂紋擴展引起的，而裂紋的形成主要在應力集中部位和構件表面。在截面尺寸突然改變處，如轉角處，要采用半徑足夠大的過渡圓角。從相關曲線可知，隨R的增大，有效應力集中系數(shù)迅速減小。圓角有助于將應力分布在更大的表面上，防止受力部分快速變形甚至開裂。（尤其是耐應力開裂性差的聚碳酸酯材料，如果成型條件不當或塑膠件結構不合理，則會產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，特別容易產(chǎn)生應力開裂。）
圖：應力集中系數(shù)與圓角的關系曲線
4、便于模具加工、提高模具強度
塑膠件上設計了圓角，模具的對應部位也呈圓角，這就增加了模具的堅固性，模具在淬火或使用時不致因應力集中而開裂，因而也增加了模具的強度。
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圖1 某減震塔3D實體造型
圖1為某減震塔3D實體造型示意圖。鑄件最大輪廓尺寸為
04 超聲波焊接效果的影響因素
一、塑膠材料因素
上篇已經(jīng)介紹的適合超聲波焊接的材料選擇，一般情況下兩種材料滿足Tg或熔點接近、化學相容性良好和熔體流動指數(shù)接近這三個條件，基本可認為是可焊接的，但需要注意以下幾點：
1、熱塑性塑膠又分為非結晶性（也叫無定形）塑膠和結晶性（或半結晶性）塑膠。
1）對于非結晶性塑膠，其分子排列無序、有明顯的使材料逐步變軟、熔化及至流動的溫度
01 金屬的焊接
焊接：是通過加熱或加壓，或兩者同時并用，并且用或不用填充材料，使兩個分離的物體產(chǎn)生原子間結合力而連接成一體的技術。
焊接的分類有很多種，如下圖：
傳統(tǒng)意義上的焊接通常是指金屬的焊接。金屬焊接方法有40種以上，如果根據(jù)焊接過程進行分類，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。
1、熔焊，是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。
01 倒角的分類：
最常用的倒角分為倒圓角和倒斜角，如下圖所示。
倒圓角是指將零件的兩曲面通過一圓角曲面相切連接，標準的圓角通常用一半徑值R表示其大小。
倒斜角是指將零件的兩曲面通過一斜角曲面成角度連接，標準的斜角通常用一距離值C表示其大小，標準的角度值為45°。
圖：圓角和斜角的標注
在GB/T16675.2-1996《技術制圖簡化表示法第2部分：尺寸注法
01 分型面（線）的含義
所謂分型，即把塑件件成型部分的模仁分出若干個模塊，模塊與模塊之間的接觸面叫做分型面，也加分模面，狹義上的分型面，指的是塑件件外形最大輪廓處的分型面，即分出型腔和型芯，或者前模和后模。廣義上的分型面，還包括塑件件局部的分型面（孔的分型面），以及所有參與成型的模塊的分型面（如滑塊、斜頂、鑲件、頂針等的分型面）。
分型面與塑膠件表面相交的分界線，叫做分型線，英文為
接上篇：塑膠件的結構設計：拔模斜度篇（上）
05 拔模斜度設計的原則
保證出模要求
保證結構功能
保證外觀要求
二、保證結構功能
一個完整的產(chǎn)品本質(zhì)上是不同的零件有序的構成，不同零件之間通過連接關系連接成一個整體，一個零件的拔模不僅僅對自身的結構產(chǎn)生影響，同時也會影響到與之配合的另一零件。
1、零件拔模后，對螺絲支承面的影響。
對支撐面進行拔模
01 拔模斜度的含義
拔模斜度，單看字面就知道，是針對模具進行設計的角度，確切地講，是模具平行出模方向上成型部分的面的出模角度，也叫拔模角。
02 拔模斜度由誰設計？
由于拔模斜度最終是體現(xiàn)在模具上，因此會存在拔模斜度的設計者之爭，即拔模斜度該由結構工程師設計還是由模具工程師設計，針對這點目前有兩種主流做法：
1、結構工程師需要在零件設計階段把所有面拔模完善（個別結構無法確定，需要模具工程師評估的除外
01 止口的含義
止口結構，在產(chǎn)品結構設計上也是一種常見的結構，對于有經(jīng)驗的工程師那是再熟悉不過了，然后對于初學者來說，他們并不一定知道，更談不上理解，所以，為了幫助初學者理解，對止口的概念稍加文字介紹。
止口：止，從字面上理解是停止、禁止、限制的意思，比如說適可而止、淺嘗輒止、望梅止渴；而在產(chǎn)品結構上通常表示限位的意思（即限制零件的移動，主要是對X軸和Y軸的限位，Z軸方向的限位通常通過螺絲或者卡扣之類的聯(lián)接結構限位
塑膠件螺紋連接結構的設計原則：
連接強度原則；
成型性原則；
一、連接強度原則
5、拔模斜度
螺釘柱的拔模角度對內(nèi)孔徑和壁厚是有影響的，隨著螺絲柱的高度越高，其影響就越大，特別是對于內(nèi)孔，拔模后內(nèi)徑大小對緊固力和滑牙扭矩都有影響，那到底需不需要拔模呢？
對于螺絲柱內(nèi)孔，建議不用拔模，目前的模具結構已經(jīng)可以解決螺絲柱內(nèi)孔不拔模的設計的頂出
