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一、形狀和結構的簡化

製品的形狀和結構的複雜顯然增加了模具結構的複雜性，加大了模具製造的難度，最終將影響產品性能的不穩定性和經濟成本。而從工藝角度考慮，形狀和結構設計得越簡單，熔體充模也就越容易，質量就越有保證。理想的產品簡潔化設計應當是：①有利於成型加工；②有利於降低成本，節約原材料；③有利於體現簡潔、美觀的審美價值；④符合綠色設計的原則。以下是簡化設計的一些建議和提示。（1）結構簡單，形狀對稱，避免不規則的幾何圖形；（2）避免製件側孔和側壁內表面的凹凸形狀設計，製件側壁孔洞和側壁內表面的凹凸形狀對某些成型工藝來說是困難的，需要在製品成型後進行二次加工。

例如對於注塑件來說，模具結構上就要採用比較複雜的脫模機構才能對製件進行脫模。通常，側向孔要用側向的分型和抽芯機構來實現，這無疑會使模具結構變得複雜。為了避免在模具結構設計上增加複雜性，可以對這類製品進行設計上的改進，圖 5-16所示是避免側向抽芯的設計。

（3）尺寸設計要考慮成型的可能性，不同的成型工藝對製件的尺寸設計，包括尺寸大小，尺寸變化會有一定的限制。

二、壁厚均一的設計原則

在確定壁厚尺寸時，壁厚均一是一個重要原則。該原則主要是從工藝角度以及由工藝導致的質量方面的問題而提出來的。均勻的壁厚可使製件在成型過程中，熔體流動性均衡，冷卻均衡。壁薄部位在冷卻收縮上的差異，會產生一定的收縮應力，內應力會導致製件在短期之內或經過一個較長時期之後發生翹曲變形。圖 5-17是由壁厚不均勻造成製件翹曲變形的一個例子，圖5-18是在不均勻壁厚部位設置圓孔，由於收縮不均勻，難以稱為正圓。以下是壁後不均勻時常用的三種處置辦法：（1）厚薄交接處的平穩過渡，當製件厚度不可避免需設計成不一致時，在厚薄交接處應逐漸過渡，避免突變，厚度比例變化在一合適的範圍（一般不超過 3：1）。某些成型工藝可以是例外，例如結構發泡注射成型和氣輔注射成型。

壁厚過渡形式如圖 5-19所示，圖中（a）為階梯式過渡，應儘力避免；（b）為錐形過渡，比較好；（c）是圓弧過渡，應是最好的。（2）將尖角改為圓角處理，兩個壁厚相同的壁面成直角的連接，破壞了壁厚均一的原則。如圖 5-20所示，轉角處的最大厚度是壁厚的 1.4倍，如果將內角處理成圓角而外角仍是直角，則在轉角處的最大厚度（W）可增加到壁厚的 1.6-1.7倍。正確的設計應是內外角均進行圓角處理，以確保壁厚均勻。圓角處理還可避免應力集中，以及改善塑料成型時熔體的流動性和成型性。

（3）厚壁部位減薄，使厚壁趨於一致，壁厚差異大的製件可通過增設工藝孔、開槽或設置加強筋的方式，使厚壁部位減薄，厚薄趨於一致。圖 5-21是通過設計上的改進使塑料件厚薄趨於一致的幾個例子。

三、避免應力集中

對製件上有孔洞、切口、拐角等幾何不連續部位施加一定的力，在這個部位的斷面上將產生遠比給予的表觀應力大得多的應力，這個現象角應力集中。局部產生的很大應力對於表現應力之比稱作應力集中係數。塑料是對缺口和尖角之類比較敏感的材料，在應力作用下，這些部位會逐漸產生微細裂紋，隨後逐步擴展到大的裂紋，而裂紋的不斷延伸終將導致製件的損壞。因此產品設計中，避免應力集中應是一條基本的準則。避免應力集中最直接最有效的方法就是在拐角、棱邊、凹槽燈輪廓過渡與厚薄交接處採用圓弧過渡。由於對數的壁近似於經典的懸臂樑結構，因此可對不同的壁厚和圓角半徑計算出應力集中係數，計算的結構如圖 5-22所示。圖中曲線表明，半徑 R與壁厚 T之比，即 R/T在 0.6以後，曲線趨於平緩，由此可知，內圓角之半徑應至少為壁厚的一半，最好為壁厚的 0.6-0.75。

四、加強剛度的設計

對於可能因外載和自重引起變形、翹曲、蠕變的產品來說，加強產品的剛性是必須考慮到的。有剛性要求的產品，首先從材料方面要有所選擇，在材料確認之後，我們可以通過產品的外形和結構設計，使產品的剛性得到加強。通常可以考慮採用以下幾種方式。（1）幾何形狀的改變，薄殼狀的平板製件，將其表面設計成波紋形、瓦楞形、拱形、球形、拋物面，其剛性比同樣重量的平板要高得多，圖 5-25是通常採用的幾種設計方案。

上述的結構理論在容器底部的增強設計中也常有巧妙的運用，如圖 5-26。

圖 5-27是塑料瓶底部的設計，是比較常見的加強底部剛度的設計方法。其中（ b）是球形瓶底附加了一個瓶託，為以前可樂瓶採用的設計，現在很少採用而改用（c）。

（2）加強筋的設計和運用，圖 5-30所示的容器沿口部位的設計起到了邊緣增強的作用，實質上這種突變的邊緣可以看作是加強筋的變異。

用來支撐直立壁的加強筋也被稱之為角撐。角撐設計在軸套的側表面（圖 5-32），是提高軸套扭轉剛性和彎曲剛性的一種有效方法。

（3）嵌件的加強作用，在製件中設置金屬嵌件，可以提高塑料製件局部或整體的強度。這方面的典型例子有汽車方向盤、活動手柄、塑料門窗框、帶有金屬嵌件的塑料齒輪等。（4）結構上的設計，在產品設計中，有幾種結構具有比較高的剛性/質量比。

①蜂窩夾層結構，如圖 5-36所示，汽車喇叭罩後面通常就是這種結構，這種結構剛性的設計效果好，其缺點是工藝上比較複雜，成本和價格較高。②結構泡沫製件，採用結構泡沫成型工藝成型的製件具有緻密表皮層和呈微孔結構的芯部，這種結構具有高的比強度，可應用在受力結構中。③口字形結構、T形結構以及工字梁結構，與矩形截面的實心結構比較，這種結構即能節省材料，又不降低剛性。④圓錐體結構，相對圓柱體結構，這種結構能承受很大的壓縮載荷，彎曲穩定性好。 ⑤雙壁結構，有不少工藝可成型具有雙壁結構的製件，這種結構的製件有較高的剛性、衝擊韌性和抗彎能力。一種採用吹塑工藝成型的雙壁結構的製件如圖 5-37所示。

五、抗變形設計

有兩種能引起製件變形的情況需要有針對性的預防設計：一是由製件的內應力引起的翹曲變形，二是由熱效應引起的熱變形。（一）由內應力引起的製件變形，這種變形由製件內的內應力所導致。通常不均勻的內應力分佈是翹曲變形的主要原因，而內應力的不均勻分佈則可能是加工條件（如溫度、壓力的不均勻分佈，收縮率的各向異性等）、材料組成（結晶型材料的百年形傾向較大）、模具結構（特別是澆口設計）和製品形狀共同作用的結果。

前述的避免應力集中以及剛性設計的一些措施，也都有助於防止或者降低製件的變形。①矩形的薄壁容器的側壁容易發生內凹變形，為此可將側壁設計得稍微外凸一些，如圖 5-38中（c）所示。深度較淺的盒類製品，為避免翹曲變形，可將其底邊設計成倒角形狀，如圖 5-39（b）。②注塑製件中有如圖 5-40所示的凹槽時，由於壁厚與壁薄部位固化速度不同，會使凹槽頂部出現拱起現象，為避免出現這種情況，正確的設計應如圖 5-41所示。

③圖 5-42所示的構件，因壁厚不同，壁厚處的塑料完全固化後，會對先行固化的薄壁部位施以拉力，導致製件出現變形。圖 5-43所示的兩種措施，可以避免出現這種情況，其中（a）採用均勻壁厚的辦法；（b）採用增加筋的高度的辦法。

④框形結構很容易產生變形，圖 5-44所示的設計是採用加強筋來防止變形的設計措施。 ⑤U形注塑件由於熔體流動過程中熱擴散不均，引起直角方向上的收縮，因而會產生如圖 5-51（a）所示的翹曲變形。解決這種現象的辦法除設加強筋之外也可如（b）所示，在直角部位開一小槽。

（2）抗熱變形設計，溫度對製件的影響與材料的耐熱性直接有關。當材料確定之後，在產品設計時，應採取各種有效措施，來減少和避免溫度對製品使用性能的影響，延長產品的使用壽命。避免受熱部位過熱導致變形的幾種設計方案如下： ①使產品中的零部件與熱源保持有一段距離。 ②在塑料部件與發熱體之間，設置像鋁箔之類反射性能好的反射體，可以減少熱量的吸收。③可採用對流的設計。在適當部位設計格柵或開設不同形狀的散熱窗口，也有利於熱量的散發。 ④在用於溫度過高的部位時，應採用熱導率低的隔熱材料進行隔熱。

六、注塑件的精度

1、影響因素

①材料注塑模塑的塑料在高溫高壓的熔融狀態下充模流動。常見的各種熔體溫度為 170-300°C。然後被冷卻固化，通常脫模溫度在 20-100°C。塑料材料有比金屬約大 2-10倍的線膨脹係數。表 5.3列出了常用的注射塑料的成型收縮率。用無機填料填充、用玻璃纖維增強的塑料有較低的成型收縮率。

②模具對於小尺寸的塑料件，模具的製造誤差佔塑料公差的 1/3。與模具上運動的零件有關的塑件尺寸，其精度較低。模具上澆注系統和冷卻系統設計不當，會使成型塑件的收縮不均勻。脫模系統的作用力不當，會使被頂出塑件變形。這些都會影響塑料件的精度。 ③塑件結構塑料件壁厚均勻一致，形體又對稱，可使塑件收縮均衡。提高塑料件的剛性，如加強筋的合理設置或採用金屬嵌件，能減小塑件翹曲變形，都有利於提高塑件精度。 ④工藝注射週期各階段的溫度、壓力和時間會影響塑件的收縮、取向和殘餘應力，存在對於塑件精度要求的最佳工藝。保證注塑件精度更重要的使工藝參數的穩定性。成型條件波動所造成的誤差佔塑件公差的 1/3。⑤使用塑料材料對時間、溫度、濕度和環境條件的敏感性，在注射成型製品長期使用後，會有顯現。注塑件的尺寸和形位精度的穩定性差。

2、模塑塑料件尺寸公差注塑件的尺寸公差，我國仍在使用的是 SJ1372-78原四機部和 WJ1266-81原五機部標準。這兩個標準內容相同，塑料件尺寸精度分為八級。工程塑料模塑塑料件尺寸公差 GB/T14486-93現已實施。該標準規定了熱固性和熱塑性工程塑料模塑塑料件的尺寸公差。它適用於注塑、壓塑、傳遞和澆鑄成型的工程塑料模塑的塑料件，不適用於擠塑成型、吹塑成型、燒結和泡沫製品。模塑尺寸公差代號為 MT。公差等級分為七級。各級公差數值表列於表 5.4。常用材料模塑件的公差等級選用見表 5.5 此標準只規定公差，基本尺寸的上、下偏差可根據工程的實際需要分配。未注公差尺寸等級見表 5.5。