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产品结构设计要点


塑胶产品结构设计要点事项
目 录 第一章 塑胶结构设计规范
1、材料及厚度 1.1、材料选择 1.2、壳体厚度 1.3、零件厚度设计实例 2、脱模斜度 2.1、脱模斜度要点 3、加强筋 3.1、加强筋与壁厚的关系 3.2、加强筋设计实例 4、柱和孔的问题 4.1、柱子的问题 4.2、孔的问题 4.3、“减胶”的问题 5、螺丝柱的设计 6、止口的设计 6.1、止

口的作用 6.2、壳体止口的设计需要注意的事项 6.3、面壳与底壳断差的要求 7、卡扣的设计 7.1、卡扣设计的关键点 7.2、常见卡扣设计 7.3、

第一章 塑胶结构设计规范 1、材料及厚度 1.1、材料的选取 a. ABS:高流动性,便宜,适用于对强度要求不太高的部件(不直接受冲 击,不承受可靠性测试中结构耐久性的部件),如内部支撑架(键板支 架、LCD支架)等。还有就是普遍用在电镀的部件上(如按钮、侧键、 导航键、电镀装饰件等)。目前常用奇美PA-757、PA-777D等 。 b. PC+ABS:流动性好,强度不错,价格适中。适用于作高刚性、高冲击韧 性的制件,如框架、壳体等。常用材料代号:拜尔T85、T65。 c. PC:高强度,价格贵,流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳、按 键、 传动机架、 镜片等。 常用材料代号如: 帝人L1250Y、 PC2405、 PC2605。 d. POM具有高的刚度和硬度、极佳的耐疲劳性和耐磨性、较小的蠕变性和吸 水性、较好的尺寸稳定性和化学稳定性、良好的绝缘性等。常用于滑轮、 传动齿轮、蜗轮、蜗杆、传动机构件等,常用材料代号如:M90-44。 e. PA坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。常用于齿轮、滑轮等。 受冲击力较大的关键齿轮,需添加填充物。材料代号如:CM3003G-30。 f. PMMA有极好的透光性, 在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光, 室外十年仍有89%,紫外线达78.5% 。机械强度较高,有一定的耐寒性、 耐腐蚀,绝缘性能良好,尺寸稳定,易于成型,质较脆,常用于有一定强 度要求的透明结构件,如镜片、遥控窗、导光件等。常用材料代号如:三 菱VH001。 1.2 壳体的厚度 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. d. 电池盖壁厚取0.8~1.0mm。

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)

最小壁厚 0.45 0.60 0.75 0.80 0.85 0.95 0.45 0.95 0.80 0.75

小型制品壁厚 0.76 1.25 1.25 1.50 1.45 1.80 1.40 1.80 1.50 1.50

中型制品壁厚 1.50 1.60 1.60 2.20 1.75 2.30 1.60 2.30 2.20 2.20

大型制品壁厚 2.40~3.20 2.40~3.20 3.20~5.40 4.00~6.50 2.40~3.20 3.00~4.50 2.40~3.20 3.00~4.50 2.40~3.20 2.40~3.20

聚丙烯(PP) 聚碳酸酯(PC) 聚甲醛(POM) 聚砜(PSU) ABS PC+ABS

1.3、厚度设计实例 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。

2

脱模斜度 2.1 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。

图1-1 b. c. d. e. f. g. 凡塑件精度要求高的,应选用较小的脱模斜度。 凡较高、较大的尺寸,应选用较小的脱模斜度。 塑件的收缩率大的,应选用较大的斜度值。 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。 一般情况下,脱模斜度不包括在塑件公差范围内。 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° 3、加强筋 为确保塑件制品的强度和刚度,又不致使塑件的壁增厚,而在塑件的适当 部位设臵加强筋,不仅可以避免塑件的变形,在某些情况下,加强筋还可以改 善塑件成型中的塑料流动情况。 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。 3.1、加强筋厚度与塑件壁厚的关系

举例说明:

3.2、加强筋设计实例

图3-3 4、柱和孔的问题 4.1、柱子的问题 a. b. 设计柱子时,应考虑胶位是否会缩水。 为了增加柱子的强度, 可在柱子四周追加加强筋。 加强筋的宽度参照图

3-1。 柱子的缩水的改善方式见如图4-1、图4-2所示:改善前柱子的胶太厚,易缩 水;改善后不会缩水。

图4-1

图4-2 4.2、孔的问题 a. b. 孔与孔之间的距离,一般应取孔径的2倍以上。 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. 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 的现象。

图4-3

图4-4

4.3、“减胶”的问题

图4-5 5、螺丝柱的设计 5.1 通常采取螺丝加卡扣的方式来固定两个壳体, 螺丝柱通常还起着对PCB

板的定位作用。 5.2 用于自攻螺丝的螺丝柱的设计原则是为:其外径应该是Screw外径的

2.0~2.4倍。图6-2为M1.6×0.35的自螺丝与螺柱的尺寸关系。设计中可 以取:螺丝柱外径=2×螺丝外径;螺柱内径(ABS,ABS+PC)=螺丝外径 -0.40mm;螺柱内径(PC)=螺丝外径-0.30mm或-0.35mm(可以先按0.30mm 来设计,待测试通不过再修模加胶);两壳体螺柱面之间距离取0.05mm。 5.3 不同材料、不同螺丝的螺丝柱孔设计值如表5-2、表5-3所示。

5.4

常用自攻螺丝装配及测试 (10次) 时所要用的扭力值, 如表5-4所示。

6、止口的设计 6.1、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 6.2、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 5、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 6.3、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

图6-1 7、卡扣的设计 7.1、卡扣设计的关键点 1. 数量与位臵: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; 7.2、常见卡扣设计 1、通常上盖设臵跑滑块的卡钩,下盖设臵跑斜顶的卡钩;因为上盖的 筋条比下盖多,而且上盖的壁常比下盖深,为避免斜顶无空间脱出。 2、上下盖装饰线(美工线)的选择

3、卡钩离角位不可太远,否则角位会翘缝

4、卡扣间不可间距太远,否则易开缝

8、装饰件的设计 8.1、装饰件的设计注意事项 1. 装饰件尺寸较大时(大于400mm? ),壳体四周与装饰件配合的 粘胶位宽度要求大于2mm。 在进行装饰件装配时, 要用治具压装 饰片,压力大于3kgf,保压时间大于5秒钟 2. 外表面的装饰件尺寸较大时(大于400mm? ),可以采用铝、塑 胶壳喷涂、不锈钢等工艺,不允许采用电铸工艺。因为电铸工 艺只适用于面积较小、花纹较细的外观件。面积太大无法达到 好的平面度,且耐磨性能很差 3. 电镀装饰件设计时,如果与内部的主板或电子器件距离小于 10mm,塑胶壳体装配凹槽尽量无通孔,否则ESD非常难通过。如 果装饰件必须采用卡扣式,即壳体必须有通孔,则卡位不能电 镀,且扣位要用屏蔽胶膜盖住 4. 如果装饰件在主机的两侧面,装饰件内部的面壳与底壳筋位深 度方向设计成直接接触,不能靠装饰件来保证装配的强度 5. 电镀装饰件设计时需考虑是否有ESD风险 6. 对于直径小于5.0mm的电镀装饰件, 一般设计成双面胶粘接或后 面装入的方式,不要设计成卡扣的方式 8.2、电镀件装饰斜边角度的选取 在要求电镀件装饰斜边为镜面亮边的情况下,图9-1中斜边角度 取值应选择为a>45°,否则此边在实际效果上是黑边,并不会 有镜面亮边效果,B值根据ID设计要求取值。

8.3、电镀塑胶件的设计 塑胶电镀层一般主要由以下几层构成,如下图所示:

a. 电镀件的厚度按照理想的条件会控制在0.02mm左右,但是在实 际的生产中,可能最多会有0.08mm的厚度,所以对电镀件装配 设计时需要关注。镀覆层厚度单位为μm,一般标识镀层厚度 的下限,必要时,可以标注镀层厚度范围 b. 如果有盲孔的设计,盲孔的深度最好不超过孔径的一半,且不 要对孔的底部的色泽作要求 c. 要采用适合的壁厚防止变形,最好在1.5mm以上4mm以下,如果 需要作的很薄的话,要在相应的位臵作加强的结构来保证电镀 的变形在可控的范围内 d. 塑件表面质量一定要非常好,电镀无法掩盖注射的一些缺陷, 而且通常会使得这些缺陷更明显 e. 基材最好采用ABS材料,ABS电镀后覆膜的附着力较好,同时价 格也比较低廉 9、按键的设计 9.1 按键(Button)大小及相对距离要求 从实际操作情况分析, 结合人体工程学知识, 在操作按键中心时, 不能引起相邻按键的联动, 那么相邻按键中心的距离需作如下考 虑: 1. 竖排分离按键中,两相邻按键中心的距离a≥9.0mm 2. 横排成行按键中,两相邻按键中心的距离b≥13.0mm 3. 为方便操作,常用的功能按键的最小尺寸为:3.0×3.0mm

9.2

按键(Button)与基体的设计间隙

图9-1 按键与面板基体的配合设计间隙如图9-1所示: 1. 按钮裙边尺寸C≥0.75mm,按钮与轻触开关间隙为B=0.20mm; 2. 水晶按钮与基体的配合间隙单边为A=0.10-0.15mm; 3. 喷油按钮与基体的配合间隙单边为A=0.20-0.25mm 4. 千秋钮(跷跷板按钮)的摆动方向间隙为0.25-0.30mm,需根 据按钮的大小进行实际模拟;非摆动方向的设计配合间隙为 A=0.2-0.25mm; 5. 橡胶油比普通油厚0.15 mm,需在喷普通油的设计间隙上单边 加0.15 mm,如喷橡胶油按键与基体的间隙为0.3-0.4mm; 6. 表面电镀按钮与基体的配合间隙单边为A=0.15-0.20mm; 7. 按钮凸出面板的高度如图9-2所示: 普通按钮凸出面板的高度D=1.20-1.40mm,一般取1.40mm; 表面弧度比较大的按钮,按钮最低点与面板的高度D一般为 0.80-1.20mm

图9-2

10、旋钮的设计 10.1 旋钮(Knob)大小尺寸要求 旋钮(Knob)大小尺寸要求见如下所示

10.2

两旋钮(Knob)之间的距离 两旋钮(Knob)之间的距离大小:C≥8.0mm。

10.3

旋钮(Knob)与对应装配件的设计间隙 1. 旋钮与对应装配件的设计配合单边间隙为A≥0.50mm,如图 10-1所示; 2. 电镀旋钮与对应装配件的设计配合单边间隙为A≥0.50mm; 3. 橡胶油比普通油厚0.15 mm,需在喷普通油的设计间隙上单 边增加0.15 mm。 4. 旋钮凸出面板基体或装饰件最高点的高度为9.50≥B≥ 8.00mm,如图11-4所示。

图10-1 11、胶塞的设计 1.TPU塞开塑胶模具; 2.胶塞需设计拆卸口(≥R0.5半圆形) ; 3.所有塞子(特别是IO塞)不能有0.4mm厚度的薄胶位,因插几次后易 变形; 4.壳体耳机处开口大于耳机插座(PLUG)单边0.3mm;耳机塞外形与主机 面壳配合单边间隙0.05mm; 5.耳机塞插入耳机座部分设计“十”筋形状,深度插入耳机座2.0mm, 筋宽0.8mm,外轮廓与phonejack孔周圈单边过盈0.05mm。“十”筋顶 面倒R0.3圆角,方便插入; 12、镜片的设计 12.1 镜片(LENS)的通用材料 1. PMMA:镜片(LENS)常用PMMA材料。 透光性好≥91%,表面硬度高,耐候性好,不易氧化、开裂。表 面硬度未经过硬化也可以达到H以上,通过表面硬化处理(hard coating)后可达到3H以上。 2. PC:PC的透光率在88%以上,镜片韧性好,耐冲击。但其表面硬 度低,注塑完后表面硬度一般为4B左右,经过硬化处理后,硬 度也仅为HB左右。镜片在使用过程中易被划伤。 12.2 镜片(LENS)与面壳的设计间隙 1. 镜片与前壳配合间隙为A=0.10mm,如图12-1所示。 2. 贴双面胶的区域需留间隙为B=0.10mm,如图12-1所示。

图12-1

13、触摸屏与塑胶面壳配合位置的设计

图13-1

图13-2

13.1、触摸屏相对应位置塑胶面壳的设计注意事项 1.塑 胶 面 盖 窗 口 边 缘 和 触 摸 屏 动 作 区 之 间 的 距 离 ( 周 边 ) 以 1.50-2.00mm为合适,通常取1.50mm。见图15-1、15-2所示; 2.3D建模时,触摸屏的外形尺寸按触摸屏图纸的最大公差尺寸 确定,配合的塑胶定位尺寸只需在此最大外形尺寸上单边留 0.15mm的间隙即可; 3.为预防止触摸屏因变形而被挤压扭曲,需要在触摸屏与塑胶 面壳之间、触摸屏与TFT之间用具有适当弹性和强度的 EVA来 减震,压缩前EVA的厚度选用0.50-1.00mm,压缩后厚义保持 在0.30-0.50mm即可。


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