結構設計乾貨②!通用塑膠件設計boss柱、加強筋、止口、圓角設計

2021-01-08 產品結構設計

一.柱位的設計

1.1柱位的功能:通常塑膠件柱位用來支撐PCBA,固定PCBA或膠件本身,固定電子元器件,或連接產品的前後殼,它有一個最大的好處就是高度容易調整。所以,一般情況下,我們要儘量用柱子端面形成的平面作為支撐面。平面用幾條筋位形成的平面作為支撐面。

1.2柱子的拔模及高度:柱子高度大於10mm時,通常都用司筒頂出,所以其拔模斜度可以取得很小或0度。可以把內孔取為0度,外表面取為0.25度。柱子高度小於10mm時,模具上可能用鑲件,拔模斜度可以把內孔取0.5度,外表面取1度。如希望能調整高度,請在圖上標明,要求模具加工時,考慮調整高。一般情況下,M3自攻螺釘柱的高度不要大於30mm,太高了柱子的司筒針容易被膠流衝彎變形

1.3柱子的大小尺寸:由於高度大於10mm的柱位通常是用司筒頂出,柱子的外徑和內徑就有限制。

常用的司筒的外徑系列為:φ4.0、4.5、5、6、6.5、7、8、10、12

常用的司筒針系列為:1.5、2.0、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0

其對應的關係如下表格。

柱位的內徑是由司筒針磨小而得到的,由上表可以看出,我們不要設計壁厚小1.0mm

的柱子,也最好不設計外徑不是標準值的柱位。

1.4柱子根部的處理:通常容易出現兩種情況: 縮水或陰影(或夾水紋),為了防止出現縮水,需要把柱子根部減膠,同時把司筒針加長,如已出現陰影(或夾水紋)需要把柱子根部加膠或把司筒針作短。所以對於壁厚為3mm,柱子直徑大於等於6mm時(擰M3自攻螺釘)為防縮水,在模具加工時先在柱子根部減膠。到試模時如出現陰影,再加膠。(柱子的根部注意要求,頂針面與火山口面不等高,減少應力)

1.5 預埋螺柱的選擇使用:如果需要經常拆裝,或需要維修 的地方,需要使用預埋(熱 壓)螺柱,用普通螺釘來代替自攻螺釘, 熱壓或預埋螺母后膠柱不得有開裂或溢膠現象。

1.1.1 預埋螺柱與塑膠件連接的開裂問題:

由於預埋螺柱冷卻時的尺寸變化與塑膠件的收縮值相差太大,會使預埋螺柱的周圍產生很大的內應力,而造成塑膠件開裂,對於高剛性的工程塑料更為嚴重。基於內應力比較大,PC正常情況下禁用預埋,PC+ABS也不推薦,特別對於預埋螺柱數量多於4時,還有螺柱不等高的,造成螺柱種類太多,容易出錯;同時,還有因為放置時間過長,會造成注塑機料筒裡材料由於高溫時間過長而變質。下面列出M2、M2.5、M3、M4自攻螺絲柱,

二.加強筋位的設計

加強筋的作用是增加塑膠零件的強度,和避免零件變形,如果單用增加壁厚的辦法來提高塑膠零件的強度,常常是不合理的,其一是容易出現縮水,其二是提高了注塑成本,加強筋不要設計得過厚,否則容易在其根部出現縮水,也不要太薄,太薄了易出現走膠不齊。推薦的厚度為:模具加工為大水口時,零件加強筋根部厚度小於壁厚的1/2.筋的頂部厚度不要小於1mm. 模具加工為小水口時,零件加強筋根部厚度小於壁厚的2/5,筋的頂部厚度不要小於0.8mm。關於加強筋的拔模斜度:對於通常的加強筋,其兩側的拔模斜度可按以上厚度要求取。對於高度有特別要求的加強筋,可取兩側0.1-0.25度,這時的加強筋就會要做鑲件。如果可能的話,在加強筋上增加柱位,可以幫助出模。(如下圖)

柱位上的加強筋:膠柱在結構允許情況下必須設計加強筋。柱位上的加強筋由於是跟柱位一起頂出,可以比普通的加強筋高得多,其高度方向上比柱位端面低1-3mm就可以了。同時,柱位的加強筋儘量對稱加工,以保證柱位變形儘量小。其形狀如圖1,指示的斜度為D=3-5度。

三.裝飾縫(美工線)、止口、叉骨、扣位的設計,止口與叉骨的設計

對於工業產品來講,尤其是固定類燈具產品,但如果是環境條件充許的話(對有些產品,特別是各種灰塵或是粉塵環境下的產品,是不能有裝飾縫的),最好能設計裝飾縫,設計裝飾縫是為了彌補塑膠件變形帶來外觀的缺陷,為了保證塑膠零件之間的外形相互配合良好,裝拆方便,需要在相互配合的地方設計止口與叉骨。止口與叉骨的設計多種多樣,建議止口與叉骨的形狀推薦如圖2、圖3所示。特別注意減膠要均勻,漸變,不要突變,否則外觀面易形成陰影。

3.1 止口設計經驗

3.1.1 止口形式1)

從外觀考慮,建議件1為前殼,件2為後殼,同時,若模具加工後,前後殼不齊平而需修模時,建議前殼多加些,前殼比後殼大(D1>D2)從外觀上勝過後殼比前殼大(D2>D1)。建議設計時前殼D1標正公差,後殼D2標負公差。此種止口特點:外觀漂亮,裝飾縫大,適合較大型零件,外殼削薄零件外觀有陰影,密封性稍差。

3.1.2 止口形式2)

密封好,裝飾縫小,美觀,適合小型結構,對大零件易顯縫。

3.1.3 止口形式3)

手感稍差,適合較大型零件,有利於遮蓋前後殼尺寸的誤差。

3.1.4 止口形式4)

外觀漂亮,裝飾縫可大可小,密封很好(可加密封條),要求壁厚較大,模具結構複雜。

3.1.5 前後殼間的扣位設計

在塑膠件的設計中,為了簡化裝配,少打螺釘,可利用塑膠的彈性設計扣位,扣位的形式很多,這裡我們要特別注意的是前後殼間的連接扣位。推薦的扣位形式如下:

圖3 圖4

圖3所示結構一般做在後殼上,圖4所示結構一般做在前殼上。特別主意減膠要均勻,漸變,不要突變。否則會在減膠處出現陰影或縮水。

四.圓角的設計

塑角零件除了使用上要求採用尖角處外,其餘所有轉角處均應儘可能採用圓角過度,因塑膠

件的尖角處易產生應力集中,在受力或衝擊震動時會發生開裂現象。甚至在脫模過程中就發生開裂。一般推薦加工圓角用如下原則:

筋位的頂部兩端,R>1mm

塑膠零件的中間開的方孔,四周做圓角,圓角大於零件壁厚的1/4

與塑膠件上方孔相配合的方形零件的四角做圓角

特別受力的柱子根部做圓角,約R0.5

五.常用透明零件的設計

透明材料:常用的透明材料種類很多,我們設計中常用的有透明ABS,PC,PMMA。由於透明材料的流動性不好,所以注塑時易產生外觀的問題,像透明按鍵帽一類的產品頂部易產生夾水紋。透鏡一類的產品在水口附近易產生指甲紋,蛇形紋。針對以上問題,設計時請注意:透明按鍵帽一類的零件:頂部厚度要設計得比四周厚,型腔如果太深的話,要在水口附近局部減膠,讓膠先流到零件的頂部,再流到四周。裝飾片,透鏡一類的零件:設計時請預留出較寬(大於6-8mm),較厚的水口位(大於1-1.5mm),模具加工時儘可能用寬大的扇形水口,流道短而粗。

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