塑膠零件結構設計的案例
通用塑膠零件設計 塑膠零件結構設計一點通
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塑膠零件結構設計指南
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如果你有一種思想，我有一種思想，彼此交換，我們每個人就有了兩種思想。
展開 塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（下）
但是，針對某些比較大的產品，采用常規設計，螺絲柱的高度很難做矮，這里列出三種降低螺絲柱高度的方法。
1）把螺絲柱高度降低，相對應的套司加高。
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工藝調參有把握，可設計B>0.56T，但最大建議不大于0.7T，因為太大后續會很難調。需要注意的是，不同塑件材質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生縮痕。
圖2，在螺絲柱內孔底部淘膠并導全圓角，圖中紅色區域面積減小一點，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淘膠，可見圖中紅色區域面積有明顯減小，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 塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（中）
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。
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。
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）；f2（螺絲頭底部與塑膠之間的摩擦系數）；p（螺絲的螺距）；都可以增大滑牙扭矩Tf。
展開 
塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（上）
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缺點，在實際產品結構設計上，常常兼容這兩種連接方式，使產品能夠實現性能與成本的平衡。
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；區別在于采用機牙螺絲的螺絲柱內孔需預埋螺母。
展開 塑膠產品結構設計
6．凸臺（BOSS）：
凸臺通常用于兩個塑膠產品的軸－孔形式的配合，或自攻螺絲的裝配。當BOSS不是很高而在模具上又是用司筒頂出時，其可不用做斜度。當BOSS很高時，通常在其外側加做十字肋（筋），該十字肋通常要做1-2度的斜度，BOSS看情況也要做斜度。當BOSS和柱子（或另一BOSS）配合時，其配合間隙通常取單邊0.05-0.10的裝配間隙，以便適合各BOSS加工時產生的位置誤差。
當BOSS用于自攻螺絲的裝配時，其內孔要比自攻螺絲的螺徑單邊小0.1-0.2，以便螺釘能鎖緊。如用M3.0的自攻螺絲裝配時，BOSS的內孔通常做Ф2.60-2.80。
7．嵌件：
把已經存在的金屬件或塑膠件放在模具內再次成型時，該已經存在的部件叫嵌件。當塑膠產品設計有嵌件時，要考慮嵌件在模具內必須能完全、準確、可靠的定位，還要考慮嵌件必須與成型部分連接牢固，當包膠太薄時則不容易牢固。還要考慮不能漏膠。
8．產品表面紋面：
塑料產品的表面可以是光滑面（模具表面省光）、火花紋（模具型腔用銅工放電加工形成）、各種圖案的蝕紋面（曬紋面）和雕刻面。當紋面的深度深、數量多時，其出模阻力大，要相應的加大脫模斜度。
9．文字：
塑料產品表面的文字可以是凸字也可以是凹字，凸字在模具上做相應的凹腔容易做到，凹字在模具上要做凸型心較困難。
10．螺紋：
塑膠件上的螺紋通常精度都不很高，還需做專門的脫螺紋機構，對于精度要求不高的可把其結構簡化成可強行脫模的結構。
11．支撐面：
塑膠產品通常不用整個面做支撐面，而是單獨做凸臺、凸點、筋做支撐。因塑膠產品很難做到整個較大的絕對平面，其容易變形翹曲。
展開 塑膠件的結構設計：倒角篇
4、應力集中
如果設計目標是為了降低應力集中，則圓角是更好的選擇，這是因為同一尺寸的圓角比斜角具有更大的表面分擔應力。
5、孔或銷
無論是螺孔、定位孔、定位銷，孔或銷的邊緣倒斜角是一個更好的選擇。
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，則會產生很大的內應力，特別容易產生應力開裂。）
圖：應力集中系數與圓角的關系曲線
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。
展開 塑膠件通用結構設計
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塑膠產品結構設計大全
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塑膠件的結構設計：止口篇
圖1：門縫的尷尬
圖二：冬天洗澡，寒風從門縫吹進來
圖三：酒店門邊的卡片“無縫不入”
以上現象是因為門與門框之間沒有形成嚴密的止口結構，對于產品設計來說，是不希望產品出現這樣的情況，因而目前不少公司都在致力于無縫隙（少縫隙）的拆件結構，即一體化結構設計，這方面尤其以蘋果公司產品為代表。
比如以下蘋果的某款電源設配器，常規的設配器采用的是上下殼，然后通過超聲波焊接，但是上下殼之間會存在接縫，如下圖左邊兩款；下圖右邊款采用的是塑膠Unibody工藝，外殼一體注塑成型，中間的夾線通過后期打磨去除，幾乎看不到痕跡。
有關于塑膠一體化設計的更多相關介紹，可以點擊這篇文章查閱：Unibody一體成型工藝（塑膠篇）。
雖然塑膠一體化設計好處多多，但是成本高（包括設計成本、模具成本、后處理成本等），對于普通的產品來說，采用上下殼拆件的方式還是目前主流，但是兩個互相配合的零件之間需要設計止口，止口所能起到的作用如下：
1、起到遮蔽的作用，兩個相互配合的殼體本身是存在一條縫，對于容易變形的塑膠件，如果沒有止口結構，由于縫隙不均勻，即使是功能沒問題，但從外觀上看就讓人感覺低端，質量差，縫隙大點的話甚至可以看到里面的零部件。
2、起限位作用，防止或減小兩個相互配合的殼體裝配時產生偏位或段差。如果兩個相互配合的殼體零件長寬（XY）兩方向設計有止口，那么這兩個零件在XY方向上是互相被限位的，也可以理解成定位，這是有利于裝配的；同時，還可以在特定方向上矯正零件的變形，如下圖，A殼限制B殼往里（紅色箭頭方向）變形，同時B殼限制A殼往外（黑色箭頭方向）變形。
展開 塑膠件的結構設計：卡扣篇（下）
一個好的連接結構，應該是首先被導向，然后是定位，最后才是連接緊固，對卡扣連接而言，也應如是。
卡扣設計定位結構有以下好處：
l 定位結構起到導向作用，便于裝配；
l 確定唯一裝配位置，防止裝配不當損壞卡扣；
l 提高卡扣的配合精度，從而提高卡扣的連接強度；
l 抵抗卡扣某方向上的分離力，從而提高卡扣的連接強度。
定位結構在零件上一般會以兩種方式存在：
l
一種是零件本身就存在的，能起到局部定位功能的結構，如零件的邊緣和表面等。零件本身的定位結構精度低，不易實現尺寸的控制與微調。
l 一種是經過特殊設計，用來實現某種定位功能的結構，比如凸臺、柱子、孔、導軌、鉸鏈等。這種定位結構精度高，容易實現尺寸的控制與微調。
在約束的設計上，完全約束是理想狀態，實際設計中講究的是適當的約束，盡量減少欠約束與過約束。
3. 裝配協調性
裝配的協調性考慮的是卡扣基體是基于人為裝配還是機器裝配，在目前階段，我們大部分都是基于人為裝配進行設計，所以，在設計過程中，除了考慮卡扣基體本身的活動空間外，還必須考慮人為操作空間（人機工程學）。
比如裝配過程中，操作者需有一定的視野，如無法避免，需有導向結構。
比如有些需要經常拆卸的卡扣，拆卸位置需要有操作空間（手指空間、工具空間），且操作力應符合人機工程學要求。
4. 制造工藝的可行性、成本高低
1）如無必要，卡扣設計時應考慮避免增加模具的復雜度，把需要側向抽芯機構的改為不需要要側向抽芯的結構，降低模具成本。
展開 
塑膠件的結構設計：卡扣篇（上）
一、卡扣的含義
卡扣：也稱卡鉤、卡口、扣位，是產品結構上常用的一種連接固定結構，一般需要另一與之配合的零件實現連接效果，尤其在塑膠件上較為常見，兩個零件的連接方式有很多種。
二、卡扣連接的優缺點：
相對于其他連接方式，卡扣是一種比較經濟、有效、簡單便捷的塑膠連接方式，具體表現為：
經濟性：塑膠卡扣可以在塑膠件上直接成型，裝配時無需其他緊鎖配件，如螺絲、螺母等，節約成本。
有效性：卡扣的連接強度可以滿足大部分產品設計，在一些需要更高連接強度的產品中，卡扣可以作為一種輔助連接，如螺絲+卡扣。
簡單便捷性：通過合理設計，卡扣連接可以實現快速裝配和拆卸，拆裝過程甚至可以無需輔助工具。
同時，卡扣連接也是一種可以對產品外觀的完整性保持良好的連接方式之一，特別是對外觀有高要求的消費電子產品領域，卡扣連接是應用最廣泛的連接方式。
但，卡扣連接同樣也有些缺點：
模具成本高：除特別設計外（碰穿），卡扣在模具上成型一般需要設計斜頂或行位，這些模具結構的數量會影響到整個模具的成本。
精度要求高：卡扣的配合精度要求高，模具上一般難保證一次性做到位，需兩到三次試模調配。
連接質量不易評估：某些卡扣裝配連接后由于從外部看不到，無法有效判斷最終的連接狀態和效果，容易造成人為裝配不到位而使連接質量打折扣。
連接強度不足：除非卡合量足夠，否則卡扣容易由于塑膠件變形而松脫，特別是在一些需要過跌落測試的產品，只設計卡扣連接一般滿足不了測試要求。
可拆卸次數有限：除一些采用韌性較好的材料或經過特殊結構設計的卡扣外，一般大部分卡扣的拆卸次數都有限，卡扣由于多次拆卸變形，導致卡合量減小，連接效果降低。
不可復原性：卡扣一旦斷裂，即失效，無法再補救，整個零件可能因此報廢。
展開 塑膠的結構設計：加強筋篇（下）
前兩篇：塑膠的結構設計：加強筋篇（上），塑膠的結構設計：加強筋篇（中）介紹了加強筋設計的原則中的“基于剛度原則”和“基于外觀質量原則”，本篇接著介紹：“基于加工工藝原則”。
加強筋設計的原則：
基于剛度原則
基于外觀質量原則
基于加工工藝原則（√）
03 基于加工工藝原則
加強筋的設計在滿足剛度、外觀質量要求的前提下，還應滿足加工工藝要求，由于塑膠件上的加強筋是通過模具去成型，因此此處所指的加工工藝主要是指加強筋對應的模具加工工藝以及成型工藝。
模具加工工藝
加強筋的設計應有利于模具加工，并保證模具強度要求。
成型工藝
加強筋的設計應有利于塑膠的成型，并保證順利出模。
一、加強筋的拔模斜度
由剛度理論可知，加強筋的高度越高，其剛度越大，那么把加強筋設計得越高是否越好呢？
顯然，對于注塑成型來說，并不是這樣的，按注塑成型原理，塑件最后需要從模具中被頂出，為了讓塑件能被順利頂出，塑件需在開模方向上設計一定的拔模斜度。
所以，加強筋也是需要設計拔模斜度，拔模斜度理論上越大，塑件就更容易被頂出，但是拔模斜度α越大，加強筋的頂部厚度C就越小，或者說同樣的拔模斜度，加強筋高度H越高，頂部厚度C就越小；加強筋高度H太高，頂部厚度C值太小有以下壞處：
1）加強筋的本身的強度被削弱，進而影響整個塑膠件的剛度或強度。
2）需要更高的注射壓力，甚至會引起短射而缺膠。
3）增加了與模具型芯的接觸面積，加強筋與模具型芯的摩擦力增大，需要更大的頂出力，塑件容易頂變形。
4）加強筋在模具上是一條條細窄的槽，采用常規的銑削方法很難加工，一般采用電火花放電加工。
展開 塑膠件的結構設計：卡扣篇（中）
接上篇：塑膠件的結構設計：卡扣篇（上）。
卡扣設計的原則
卡扣設計的最終目標是要實現兩個零件之間的成功連接固定，要達到連接固定的效果，卡扣設計時需要從以下幾方面進行考慮：連接可靠性、約束完整性和裝配協調性，它們是卡扣連接成功的關鍵要求，其他要求還應該包括制造工藝的可行性、成本的高低等。
連接可靠性，是卡扣設計中最重要的一個設計指標，一般會從以下幾個方面去考慮：
l
連接符合功能預期；
l 連接強度；
l 在用戶使用過程中不發生分離、松動、破損、噪聲；
l 能夠適應使用過程中因環境因素引起的產品變形或蠕變；
l 保證維修拆卸的功能與設計預期一致。
實際上，在產品設計過程中，會根據產品的定位、部件的功能以及成本去選擇需要滿足的連接可靠性要求，并不是每個設計都需要完全滿足以上要求，比如有些設計不需要經常拆卸或維修，那么設計符合前三點就可以，如果需要經常拆卸，那么就需要考慮拆后卡扣的功能與設計預期一致，此時卡扣設計的類型選擇或具體設計參數上就會有所改變，比如下圖中同樣是電池蓋，但是應用在充電寶和遙控器上卡扣的設計就會不同。
下面針對懸臂梁卡扣的連接強度計算進行分析介紹：
一、常見的懸臂梁卡扣的主要有以下參數：
1、梁根部的厚度Tb
T
b
一般為壁厚T
w
的50%~60%，太小可能會存在充模和流動問題，太大可能會存在冷卻問題，進而會導致大的殘余應力、縮孔和縮痕。當梁是從壁面延伸出來時，T
b
可等于T
w
。
展開 超聲波塑膠件結構設計注意事項
超聲波塑膠件結構設計注意事項
