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产品结构设计工程师必备之结构篇1


结构篇 塑料的外观要求:产品表面应平整、饱满、光滑,过渡自然,不得有碰、 划伤以及缩孔等缺陷。产品厚度应均匀一致,无翘曲变形、飞边、毛刺、缺 料、水丝、流痕、熔接痕及其它影响性能的注塑缺陷。毛边、浇口应全部清 除、修整。产品色泽应均匀一致,表面无明显色差。颜色为本色的制件应与原 材料颜色基本一致,且均匀; ? 需配颜色的制件应符合色板要求。上、下壳外形尺寸大小不一致,即面 刮(面

壳大于底壳)或底刮(底壳大于面壳) 。可接受面刮 <0.15mm,可 接受底刮 <0.1mm 。所以在无法保证零段差时,尽量使产品:面壳 > 底 壳。 ? 一般来说,上壳因有较多的按键孔,成型缩水较大,所以缩水率选择较 大, ? 一 般 选 0.5% , 底 壳成 型 缩 水 较 小 , 所 以缩 水 率 选 择 较 小 , 一般 选 0.4%。 结构设计的一般原则: 力求使制品结构简单,易于成型;壁厚均匀;保证 强度和刚度;根据所要求的功能决定其形状 尺寸 外观及材料,当制品外观要求 较高时,应先通过外观造型在设计内部结构。 尽量将制品设计成回转体或对称形状,这种形状结构工艺性好,能承受较 大的力,模具设计时易保证温度平衡,制品不以产生翘曲等变形。应考虑塑料

的流动性,收缩性及其他特性,在满足使用要求的前提下制件的所有转角尽可 能设计成圆角或用圆弧过渡。 塑料件设计要点 开模方向和分型线 每个塑料产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线,以保证尽可 能减少抽芯机构和消除分型线对外观的影响; 开模方向确定后,产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模 方向一致,以避免抽芯减少拼缝线,延长模具寿命。 脱模斜度 脱模斜度的要点 脱模角的大小是没有一定的准则,多数是凭经验和依照产品的深度来决 定。此外,成型的方式,壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来讲,对模塑 产品的任何一个侧壁,都需有一定量的脱模斜度,以便产品从模具中取出。脱 模斜度的大小可在 0.2°至数度间变化,视周围条件而定,一般以 0.5°至 1°间比 较理想。具体选择脱模斜度时应注意以下几点: a. 取斜度的方向,一般内孔以小端为准,符合图样,斜度由扩大方向取

得,外形以大端为准,符合图样,斜度由缩小方向取得。如下图 1-1。 b. 凡塑件精度要求高的,应选用较小的脱模斜度。 c. 凡较高、较大的尺寸,应选用较小的脱模斜度。

d. 塑件的收缩率大的,应选用较大的斜度值。 e. 塑件壁厚较厚时,会使成型收缩增大,脱模斜度应采用较大的数值。 f. 一般情况下,脱模斜度不包括在塑件公差范围内。 g. 透明件脱模斜度应加大,以免引起划伤。一般情况下,PS 料脱模斜度

应大于 3°,ABS 及 PC 料脱模斜度应大于 2°。 h. 带革纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应加 3°~5°的脱模斜度,视具体的

咬花深度而定,一般的晒纹版上已清楚例出可供作参考之用的要求出模角。咬 花深度越深,脱模斜度应越大.推荐值为 1°+H/0.0254°(H 为咬花深度).如 121 的纹路脱模斜度一般取 3°,122 的纹路脱模斜度一般取 5°。 i. 插穿面斜度一般为 1°~3°。 j. 外壳面脱模斜度大于等于 3°。 k. 除外壳面外,壳体其余特征的脱模斜度以 1°为标准脱模斜度。特别的也 可以按照下面的原则来取 :低于 3mm 高的加强筋的脱模斜度取 0.5°,3~5mm 取 1°,其余取 1.5°;低于 3mm 高的腔体的脱模斜度取 0.5°,3~5mm 取 1°, 其余取 1.5° 外形及壁厚 一般不宜小于 0.6~0.9mm,常选取 2~4mm。 a. 壁厚要均匀,厚薄差别尽量控制在基本壁厚的 25%以内,整个部件的最 小壁厚不得小于 0.4mm,且该处背面不是 A 级外观面,并要求面积不得大于

100mm?。 b. 在 厚 度 方 向 上 的 壳 体 的 厚 度 尽 量 在 1.2~1.4mm , 侧 面 厚 度 在

1.5~1.7mm;外镜片支承面厚度 0.8mm,内镜片支承面厚度最小 0.6mm。 c. 电池盖壁厚取 0.8~1.0mm。 d. 塑胶制品的最小壁厚及常见壁厚推荐值见下表。 塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位 mm) 工程塑料 尼龙(PA) 聚乙烯(PE) 聚 苯 乙 烯 (PS) 有 机 玻 璃 (PMMA) 聚丙烯(PP) 聚 碳 酸 酯 (PC) 聚 (POM) 聚砜(PSU) ABS PC+ABS 0.95 0.80 0.75 1.80 1.50 1.50 2.30 2.20 2.20 3.00~4.50 2.40~3.20 2.40~3.20 甲 醛 0.45 1.40 1.60 2.40~3.20 0.85 0.95 1.45 1.80 1.75 2.30 2.40~3.20 3.00~4.50 0.80 1.50 2.20 4.00~6.50 最 小 壁厚 0.45 0.60 0.75 厚 0.76 1.25 1.25 小型制品壁 厚 1.50 1.60 1.60 中型制品壁 厚 2.40~3.20 2.40~3.20 3.20~5.40 大型制品壁

塑料的成型工艺及使用要求对塑件的壁厚都有重要的限制。塑件的壁厚过 大,不仅会因用料过多而增加成本,且也给工艺带来一定的困难,如延长成型 时间(硬化时间或冷却时间) 。对提高生产效率不利,容易产生汽泡,缩孔,凹 陷;塑件壁厚过小,则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力就大,尤其是形状复

杂或大型塑件,成型困难,同时因为壁厚过薄,塑件强度也差。塑件在保证壁 厚的情况下,还要使壁厚均匀,否则在成型冷却过程中会造成收缩不均,不仅 造成出现气泡,凹陷和翘曲现象,同时在塑件内部存在较大的内应力。设计塑 件时要求壁厚与薄壁交界处避免有锐角,过渡要缓和,厚度应沿着塑料流动的 方向逐渐减小。 决定壁厚的主要因素: 结构强度和刚度是否足够;脱模时能够经受推出 机构的推出力而不变形;能否均匀分散所受的 冲击力;有嵌入件时能否防止破裂;成型空的部 位的熔合线是否会影响强度;能承受装配时的 紧固力;棱角及壁厚较薄的部分是否会阻碍材料 流动从而引起填充不足。

壁厚太小,熔融塑料在模具型腔中的流动阻力较 大,难填充,强度刚度差;壁厚太大,内部容易生气泡,外部易生收缩凹 陷,且冷却时间长。 通常壁厚小于 1mm 时称为薄壁。 薄壁制品要用高压高速来注塑,其热量很快被模具镶件带走,有时无需冷 却水冷却。

圆角的设计 塑料制品的尖锐转角既不安全,有对成型不利,在尖角处模具容易产生应 力开裂。 消除塑料制品尖角的转角,不但可以降低该处的应力集中,提高塑料制品 的结构强度,也可以使得塑料材料成型时有流线型的流路,以及成品更易于顶 出。另外,从模具的角度去看,圆角也是有益于模具加工和模具强度。 塑料制品的所有内外侧的周边转角圆弧都尽可能的大,以消除应力集中。 但是太大的圆弧肯可能造成收缩,特别是在加强筋或突柱根部的转角圆弧。原 则上 ,最小的圆弧转角为 0.5~0.8mm。 圆角一般取 0.5~1.5 倍壁厚; 圆角大小宜取:R=1.5T r=05T T—壁厚 R—大圆弧 r—小圆弧 若 R/T<0.3,则易产生应力集中,若 R/T>0.8,则不会。

加强筋 加强筋的合理应用,可增加产品刚性,减少变形。应避免筋的集中,否则 引起表面缩印。 作用:在不增加壁厚的情况下,加强塑料制品的强度和刚度,避免塑料制 品翘曲变形;

合理布置加强筋还可以改善充模流动性,减少塑料制品内应力,避免气孔 缩孔和凹陷等缺陷;在装配中用于装配或固定其他零件。 根筋倒角:R=T/8 倒角可以改善溶胶流动性,避免制品产生应力开裂。但

倒角太大制品背面也会产生收缩凹痕。 加强筋的厚度一般为壁厚的 1/3 ~ 1/2; 筋与筋之间的距离大于 4 倍壁 厚;筋的高度小于 3 倍壁厚;加强筋的脱模角度一般 0.5~2.0 度。 为了增加塑件的强度和刚性,宁可增加加强筋的数量,而不增加其壁厚。 塑料制品表面有蚀纹或结构复杂的应加大脱模角,最大可达到 2 度,这是 因为形状复杂的制品脱模阻力大,拔模太小易产生拉花现象; 加强筋尽量对称分布,避免塑件局部应力集中; 加强筋交叉处易产生过厚胶位,导致反面产生收缩凹痕,应注意在此减 料。 凸起设计 作用:减少配合接触面积,不至于因制品变形而造成装配困难,同时也使 模具制作和修改更加方便。 凸起飞高度一般为 0.4mm 部收缩,表面出现凹陷时,可在凹陷位增设花纹等造型。 当凸起或骨位引起内

孔的设计 孔包括圆孔 异型孔和螺纹孔,而任何一种孔又包括通孔 台阶孔和盲孔。

孔的形状和位置的选择,必须以避免造成塑料制品在强度上的减弱以及生 产上的复杂化为原则。 a. 孔与孔之间的距离,一般应取孔径的 2 倍以上。 b. 孔与塑件边缘之间的距离,一般应取孔径的 3 倍以上,如因塑件设计的 限制或作为固定用孔,则可在孔的边缘用凸台来加强。 c. 现象。 通孔周边的壁厚宜加强,切开的孔周边也要加强。 盲孔深不宜超过孔径的 4 倍,而对于孔径在 1.5mm 一下的 盲孔,孔深更不得超过孔径的 2 倍。若要加深盲孔深度 则可以台阶孔。 除圆孔之外的孔都称为异型孔,成型时应尽量采用碰穿。 异型孔拐角要做圆角,否则会因应力集中而开裂。 异型孔空口加倒角而不加圆角,目的是有利于装配。 侧孔的设计应避免有薄壁的断面,否则会产生尖角,有伤手和易缺料的

成型螺纹 制品上的螺纹用于连接,加工方法有注射成型 机械加工 自攻及嵌件。 内螺纹成型分:强行脱模和采用特殊的内螺纹脱模机构。 避免使用螺距 0.75mm 以下的螺纹,最大可用 5mm。

长螺纹会因收缩的关系使螺距失真,应避免使用。 螺纹不得一延长至成品末端,因为这样产生的尖锐部位会使模具及螺纹的 断面崩裂,一般与 0.8mm 的直身部分。 螺纹需要有 2~4 度的脱模角。

螺丝柱的设计 长度不超过本身直径的 3 陪,否则必须加设加强筋,因为太长会引起困气 充填不足 推出变形等。 如支柱的高度超过 15.0mm 的时候,为加强支柱的强度必须加加强筋,作 结构加强之用。 一般在独立存在,螺丝柱较高,外径较小,受力较大时都要考虑做加强 肋。 螺丝柱的作用是连接两个制品,位置不能太接近转角或侧壁否则模具容易 破边,也不能太远,否则会连接效果不好。 由于圆柱根部与制品壁连接处的壁厚会加大,会导致制品表面产生收缩痕 迹。这时,模具上必须在圆柱根部加钢减小壁厚,这种结构俗称火山口。

嵌件的设计 在塑料制品内嵌入金属或其他材料零件形成不可拆卸的连接,所嵌入的零 件称嵌件。目的是为了提高制品的局部强度 硬度 耐磨性 导电性 导磁性或增加

制品的尺寸和形状的稳定性,降低材料的消耗等。 嵌件的四周易产生应力开裂,嵌入的嵌件应与塑料收缩率相当,不能有尖 角锐边,在模具中必须可靠地定位,高度不得超过其定位部分直径的 2 倍。

标记 产品标识一般设置在产品内表面较平坦处,并采用凸起形式; 选择法向与开模方向尽可能一致的面处设置标识,可以避免拉伤 搭扣的设计 又叫锁扣,直接在塑件制品上成型,注意用于装配。 分为永久型和可拆拆卸型,与单边扣,环形扣和球形扣等。 1. 数量与位置:设在转角处的扣位应尽量靠近转角; 2. 结构形式与正反扣:要考虑组装、拆卸的方便,考虑模具的制作; 3. 卡扣处应注意防止缩水与熔接痕; 4. 朝壳体内部方向的卡扣,斜销运动空间不小于 5mm; 扣位从产品的总体形象考虑,要求数量平均,位置均衡,设在转角处的扣 位尽量靠近转角,确保转角处能更好的嵌合,从设计上预防转角处出现离缝问 题,设计扣位应考虑预留间隙。

止口的设计

止口的作用 1、壳体内部空间与外界的导通不会很直接,能有效地阻隔灰尘/静电等的进 入 2、上下壳体的定位及限位 壳体止口的设计需要注意的事项 1、嵌合面应有>3~5°的脱模斜度,端部设计倒角或圆角,以利于装配 2、上壳与下壳圆角的止口配合,应使配合内角的 R 角偏大,以增加圆角之 间的间隙,预防圆角处相互干涉 3、止口方向设计,应将侧壁强度大的一端的止口设计在里边,以抵抗外力 4 、止口尺寸的设计,位于外边的止口的凸边厚度为 0.8mm;位于里边的 止口的凸边厚度为 0.5mm;B1=0.075~0.10mm;B2=0.20mm、美工线设计尺 寸:0.50×0.50mm。是否采用美工线,可以根据设计要求进行 真止口 用途: 生产装配时作较对之用,而且可作涂胶水之用。 假止口 用途: 在外形上可作遮丑之用。 半假止口用途: 如平均料厚有 2.0mm 或以上时,因为凹槽太深的关系,所 以需要在止口的位置加多一层料,保持成品外形的美观。 双止口 用途:多用于一些需要有防水功能的成品上。而且,会以超音波焊接 法作装配,加强较对效用。

面壳与底壳断差的要求 装配后在止口位,如果面壳大于底壳,称之为面刮;底壳大于面壳,则称 之为底刮,如图 6-1 所示。可接受的面刮<0.15mm,可接受的底刮<0.10mm, 无论如何制作,段差均会存在,只是段差大小的问题,尽量使产品装配后面壳 大于底壳,且缩小面壳与底壳的段差

虚位设计(间隙) 一般零件与零件间的虚位(非活动件) 单边 0.1mm~0.2mm 零件与零件间的虚位(活动件) 单边 0.3mm~0.5mm 电池门周边与壳身的虚位 单边 0.2mm~0.4mm 0.5mm

电池门轴与壳身的擦穿坑虚位单边

需要与其它零件相配的擦穿坑 单边 0.3mm~0.5mm 齿轮及滑轮与牙箱外壳的内壁 1.0mm 齿轮与齿轮之间的虚位(大齿轮半径+小齿轮半径+虚位)=PCD ×0.18 电池与电箱的骨位及电池门的虚位 0.2mm 虚位=模数

电池与电池箱底部平面的虚位 0.3mm 按键设计 按键的用途(手机类、工业产品类还是遥控器类) ;按键的要求(触摸类还

是压触类) ;按 键的防水性(防水和不防水的结构有差异) ;按键的手感(需大行程还是小 行程) ;按键的数 量和排布;按键的表面处理 对于手机类按键,喷 UV 油预留单边 0.10mm,电镀预留单边 0.10mm,导 航键单边 UV 或电镀 均留 0.15mm(以上数据均为了改善手感) ;对于有些低端产品,按键喷 PU 的,大多数为手工 操作,有时油厚 0.15mm,所以要预留 0.25mm; 对于纯硅胶按键(遥控器 类) ,表面有时也有喷油,单边留 0.4mm,以防卡键。 一般来说,上壳因有较多的按键孔,成型缩水较大,所以缩水率选择较 大。 喇叭 必须要有一个喇叭筒来围着喇叭的四周,以便声波在成品内发生共

鸣,扩大音量。 美工线 有两种 一种是分型面处的美工线,作用一是美观,主要是考虑变形 刮手,它有单的和双的。另一种是产品外观上的美工线,作用主要是美观作 用,另外有的是为了有互换镶件。 胶结构件设计时应注意的事项 1、上下盖的固定方式 2、内部空间是否足够 3、按扭固定和操作方式 4、

注意按键和按扭间的距离 5、配合 部位应留足够的间隙 6、产品要有足够的强 度 7、壁厚的控制并使各部位均匀 8、拐角处尽可能用圆角过渡 产品都做哪些可靠性实验? 1、 强度测试 2、配合测试 3、尺寸精度测试 4、涂装测试 5、产品稳定性测

试 6、应力测试 7、绝缘测试 8、外观测试 9、挤压测试 10、落地测试等 表面处理:电镀 喷涂 丝印 移印 ABS HIPS PC 都有较好的表面处理效果, PP 料表面处理性能差,通常要做预处理加工 可电镀:ABS PP 不可电镀:PVC PE PMMA(可溅渡) 配合与公差 孔与轴的配合:一般配合 无公差 间隙 0.1mm 一般精密(没有没有美观槽的电器) 间隙 0.05mm 精密配合 固定件之间配合间隙 0.05~0.1mm 面 底壳止口间隙 0.05~0.1mm 规则按钮直径小于等于 15mm 的活动间隙为 单边>0.1~0.2mm 直径>15mm 0.15~0.25 异型按钮 0.3~0.35mm


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