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塑胶件玩具结构设计基本要求


塑胶件玩具结构设计基本要求
塑胶件的加工方式主要是注塑成型加工,注塑成型是塑胶材料成型加工中最普遍采用的方 法,适合于全部热塑性材料。注塑成型过程是借助螺杆(或柱塞)的推动,将已加热塑化好 的塑胶料熔融体射入闭合的模腔中,经冷却、固化、定型后开模便得到注塑件制品。注射成 型是一个循环的过程。 每个循环包括: 定量加料─ 熔融塑化─ 施压注射— 充模冷却— 启 模取件。 注塑成型影响最主要的 4 个因素为: ·温度 ·压力 ·流动速率 ·冷却速率 4 个因素又彼此相互影响。在注塑成型过程中由于流速的不均衡,冷却收缩的不均衡都会产 生一定的内应力。 塑胶件的结构设计除了要满足使用要求外,还要考虑材料的选用,又必须考虑成型工艺性。 塑胶件的成型工艺性与模具设计有直接的关系, 而只有塑胶件的结构设计能适合成型工艺的 要求,才能设计出合理的模具结构,加工出合格的塑胶件。 玩具对结构要求比较苛刻,在正常玩用期间以及滥用(跌机、扭力/拉力、压力)和可靠性 寿命测试后均不能有尖点、利边、外壳爆裂、零部件脱落及功能丧失等现象。玩具的外观也 要求精美,不少玩具经销商对玩具的外观要求很严格,因外观退货的现象也屡见不鲜。 由于注塑成型受多个因素的影响,若控制不当,易出现缺陷,由于玩具安全标准高,而且玩 具生产企业的利润空间有限, 因而对玩具的结构设计提出了更高的要求。 下面就几个基本要 求加以说明。

一.壁厚要求

1.玩具注塑件的壁厚不能过薄,否则即满足不了承受冲击、压力的强度要求,也不能适合注 塑工艺的要求。若壁厚过薄将导致胶料不能充分流入模腔中,会出现黑褐斑点(烧焦)、黑 褐条纹、填充不足(走料不齐)。
热塑性塑胶材料制品常用壁厚值

2.玩具的注塑件也不能过厚,过厚会影响注塑件的收缩,出现收缩痕(俗称缩水)。其次, 模具冷却时间与壁厚成正比。 而冷却时间占注塑成型整个周期的 75%,由此可见,过大的壁厚将降低生产效率,增加生 产成本。 另外, 胶件过厚也会增加胶料用量, 提升成本。 玩具塑胶件的壁厚一般控制在 1.5~ 3mm。 3.玩具的壁厚要均匀,否则由于收缩的不均匀,将造成注塑件变形、收缩痕、 披锋。其中 披锋产生的因素较多,注塑压力过大,生产运行中间歇性停顿,不适当的排气使胶料离开模 腔区等都会产生披锋。披锋出现后需要增加人员手工清除,这无疑增加了加工成本。 4.为保持料厚均匀, 很多胶件采用挖空胶料, 用骨位代替的结构形式。如较大件的尼龙/赛 钢齿轮,接合部位的铰位,受力的转角位等。

二.模具的出模角度

1.塑胶件的出模角度直接影响着塑胶件从模腔中取出的难易程度。 出模角度与胶料性能、 收 缩率的大小、 塑胶件的结构形式有关。 出模角度过小会造成塑胶件粘模、 塑胶件变形、 裂纹、 拖痕。常用材料的最小出模角度见下表:
常用材料最小出模角度

2.玩具多数的外观色彩需靠喷油/移印完成(注塑出的制品只是一种颜色),喷油时需要用 喷油模罩住非喷油的地方, 为了便于喷油模的装取方便, 需要喷油的注塑件的出模角度应选 用较大数值。喷油分界位要充分利用骨位,也要合理设置装饰沟槽,防止飞油现象。

三.加强筋

1.加强筋(塑胶骨位)是玩具结构设计中最常用的,加强筋有两大作用: 一是增加注塑件的强度和刚度。 例如为防止螺丝柱跌落时断裂, 要在螺丝柱的根部加上加强 筋(俗称火箭脚);又如电池门刚度不够时,在跌落时电池门会变形造成扣位脱出、电池脱 落,此时要在电池门内部加上加强筋增加刚度防止变形;还有,面壳边缘位置在跌落时易出 现破裂,这时要在外壳边缘加上加强筋增加强度。 二是加强筋可改变料流的方向, 使其流动更加均衡, 提高胶料分子的结合能力并使应力分布 均匀,增加注塑件的强度。 加强筋可以选用的形式有很多种,有直骨,u 形骨,半圆(圆)骨等。 常用的加强筋尺寸如下图:

四.圆角

1.所谓圆角是指塑胶件的各面或内部连接处用圆弧过渡。 圆角是注塑件设计过程中必须考虑 的因素,圆角可避免应力集中,增加注塑件的强度,改善注塑件的流动情况以及便于脱模。 2.若用直角过度或圆角很小,在注塑时极易出现收缩痕(俗称缩水)、塑件粘模、裂纹、熔 接线、拖花痕等,在跌机、扭力/拉力测试时易出现胶件断裂现象,“ 增大(或加)圆角” 是缺陷改进的常用词。 3.注塑件各连接处的圆角半径应不小于 0.5~1mm。对于内外表面的拐角处可采用的圆角 半径如下图。

随着科学技术及生产技术的进步,很多新型塑胶材料出现。但考虑成本等因素,玩具外壳还 是以 abs/hips 等传统塑胶材料为主;pp 由于喷油处理较困难,常作玩具内部件及电器件 壳体;pc 常用于高性能的透明结构件上;pomma 常用于透光零件;pom、pa-66 常用 于齿轮类的零件。 以上几点是注塑件对玩具结构设计最基本的要求,也是玩具结构设计时必须要注意的事项。 玩具结构设计对塑胶件还有其它一些要求, 在实际设计时会遇到很多具体的事例, 需结合测 试,逐步完善塑胶件的结构,生产出合格的玩具产品。


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