产品结构设计准则

产品结构设计准则 第 1 页 共 38 页 壁厚篇 基本设计守则 壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱 位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。一般的热塑性塑料壁厚设 计应以 4mm 为限。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产周 期”冷却时间〔，增加生产成本。从产品设计角度来看，过厚的产品增加引致产生 空穴”气孔〔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。 最理想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避免的。在此情形，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导致因冷却速度不同和 产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。 对一般热塑性塑料来说，当收缩率”Shrinkage Factor〔低於 0.01mm/mm 时， 产品可容许厚度的改变达 ；但当收缩率高於 0.01mm/mm 时，产品壁厚的改变则 不应超过 。对一般热固性塑料来说，太薄的产品厚度往往引致操作时产品过热， 形成废件。此外，纤维填充的热固性塑料於过薄的位置往往形成不够填充物的情 况发生。 不过， 一些容易流动的热固性塑料如环氧树脂 ”Epoxies〔等，如厚薄均匀， 最低的厚度可达 0.25mm。 此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚 胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地 方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。若塑料的流动方向是从薄胶料的地 方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。 平面准则 在大部份热融过程操作，包括挤压和固化成型，均一的壁厚是非常的重要的。 厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固 後出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或 不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的 改变，并且在不超过壁厚31 的比例下。下图可供叁考。 产品结构设计准则 第 2 页 共 38 页 转角准则 壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要，以免冷却时间不一致。冷却时间 长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常 会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程後引起不希望的物料 聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺 点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱 模时更容易。下图可供叁考之用。 转角位的设计准则亦适用於悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯 曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位 R 太小时会引致其应力集中系数 Stress Concentration Factor 过大， 因此， 产品弯曲时容易折断， 弧位 R 太大的话则 容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎 0.2 至 0.6 之间，理想数值是在 0.5 左右。 产品结构设计准则 第 3 页 共 38 页 壁厚限制 不同的塑胶物料有不同的流动性。胶位过厚的地方会有收缩现象，胶位过薄 的地方塑料不易流过。以下是一些建议的胶料厚度可供叁考。 热塑性塑料的胶厚设计叁考表 产品结构设计准则 第 4 页 共 38 页 热固性塑料的胶厚设计叁考 其实大部份厚胶的设计可从使用加强筋及改变横切面形状取缔之。除了可减 省物料以致减省生产成本外，取缔後的设计更可保留和原来设计相若的刚性、强 度及功用。下图的金属齿轮如改成使用塑胶物料，更改後的设计理应如图一般。 此塑胶齿轮设计相对原来金属的设计不但减省材料，消取因厚薄不均引致的内应 力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生。 产品结构设计准则 第 5 页 共 38 页 不同材料的设计要点 ABS a 壁厚 壁厚是产品设计最先被考虑， 一般用於注塑成型的会在 1.5 mm 0.06 in 至 4.5 mm 0.18 in 。 壁厚比这范围小的用於塑料流程短和细小部件。典型的壁厚约在 产品结构设计准则 第 6 页 共 38 页 2.5mm 0.1 in 左右。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可增强部件强度和塑料充 填。壁厚在 3.8mm 0.15 in 至 6.4mm 0.25 in范围是可使用结构性发泡。 b 圆角 建议的最小圆角半径是胶料厚度的 25，最适当的半径 胶料厚比例在 60。 轻微的增加半径就能明显的减低应力。 PC a 壁厚 壁厚大部份是由负载要求、内应力、几何形状、外型、塑料流量、可注塑性 和经济性来决定。PC 的建议最大壁厚为 9.5mm 0.375 in。若要效果好，则壁厚应 不过 3.1mm 0.125 in 。在一些需要将壁厚增加使强度加强时，肋骨和一些补强结 构可提供相同结果。PC 大部份应用的最小壁厚在 0.75 mm0.03 in左右，再薄一些 的地方是要取决於部件的几何和大小。短的塑料流程是可以达到 0.3 mm 0.012 in 壁厚。 壁厚由厚的过渡到薄的地方是要尽量使其畅顺。所有情况塑料是从最厚的地 方进入模腔内，以避免缩水和内应力。 均一的壁厚是要很重要的。不论在平面转角位也是要达到这种要求，可减少 成型後的变型问题。 LCP a 壁厚 由於液晶共聚物在高剪切情况下有高流动性，所以壁厚会比其它的塑料薄。 最薄可达 0.4mm，一般厚度在 1.5mm 左右。 PS a 壁厚 一般的设计胶料的厚度应不超过 4mm ，太厚的话会导致延长了生产周期。因 需要更长的冷却时间，且塑料收缩时有中空的现象，并减低部件的物理性质。均 一的壁厚在设计上是最理想的，但有需要将厚度转变时，就要将过渡区内的应力 集中除去。 如收缩率在0.01 以下则壁厚的转变可有 的变化。若收缩率在 0.01 以 上则应只有的改变。 b 圆角 在设计上直角是要避免。直角的地方有如一个节点，会引致应力集中使抗撞 击强度降低。圆角的半径应为壁厚的25至 75，一般建议在50左右。 PA a 壁厚 尼龙的塑胶零件设计应采用结构所需要的最小厚度。这种厚度可使材料得到 最经济的使用。壁厚尽量能一致以消除成型後变型。若壁厚由厚过渡至薄胶料则 需要采用渐次变薄的方式。 产品结构设计准则 第 7 页 共 38 页 b 圆角 建议圆角 R 值最少 0.5mm 0.02 in， 此一圆角一般佳可接受， 在有可能的范围， 尽量使用较大的 R 值。 因应力集中因素数值因为 R/T 之比例由 0.1 增至 0.6 而减少 了 50 ，即由 3 减至 1.5 。而最佳的圆角是为 R/T 在 0.6 之间。 PSU a 壁厚 常用於大型和长流距的壁厚最小要在 2.3mm 0.09in。细小的部件可以最小要 有 0.8 mm 0.03in 而流距应不可超过 76.2 mm 3 in PBT a 壁厚 壁厚是产品成本的一个因素。薄的壁厚要视乎每种塑料特性而定。设计之前 宜先了解所使用塑料的流动长度限制来决定壁厚。负载要求