注塑件加强筋、孔、柱的设计-DFM要点

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加强肋的设计

加强筋是塑胶件设计中必不可少的一个特征，用于提高零件强度、作为流道辅助塑胶熔料的流动，以及在产品中为其他零件提供导向、定位和支撑等功能。加强筋的设计参数包括加强筋的厚度、高度、脱模斜度、根部圆角以及加强筋与加强筋之间的间距等，如图3-29所示。

1 加强筋的厚度不应该超过塑胶零件厚度的50%~60%

加强筋的厚度太厚，容易造成零件表面缩水和带来外观质量问题。加强筋的厚度太薄，零件注射困难，而且对零件的强度增加作用有限。为了防止零件表面缩水(特別是外观要求较高的零件)，常用塑胶材料加强筋厚度与壁厚比值不应该超过表3-8所示的数值。对产品内部零件或者外观要求不高的零件，为了提高强度，加强筋的厚度可以大于表中数值甚至接近零件的壁厚，通过调整浇口的位置让加强筋靠近浇口和调整注射工艺参数能够降低零件表面缩水程度。

对于薄壁塑胶件(零件厚度小于1.5mm)，加强筋的厚度可以超过表中比值、甚至等于零件壁厚。加强筋厚度越薄，表面缩水程度越小。

2 加强筋的高度不能超过塑胶零件厚度的3倍

为了提高零件的强度，加强筋的高度越高越好。但加强筋的高度太高，零件注射困难，很难充满，特別是当加强筋增加脱模斜度后，加强筋的顶部尺寸变得很小时。加强筋的高度一般不超过塑胶件壁厚的3倍，即H≤3T。

3 加强筋根部圆角为塑胶零件厚度的0.25~0.5倍

如上一节所述,加强筋的根部需要增加圆角避免应力集中以及增加塑胶熔料流动性,圆角的大小一般为零件壁厚的0.25~0.50倍,即R=0.25T~0.50T。

4 加强筋的脱模斜度一般为0.5°~1.5°

为了保证加强筋能从模具中顺利脱出,加强筋需要一定的脱模斜度,一般为0.5°~1.5°,斜度太小,加强筋脱模困难,脱模时容易变形或刮伤;斜度太大,加强筋的顶部尺寸太小,注射困难,强度低。

5 加强筋与加强筋之间的距离至少为塑胶零件厚度的2倍

加强筋与加强筋之间的间距至少为塑胶件壁厚的2倍,以保证加强筋的充分冷却,即S≥2T。

6 加强筋的设计需要遵守均匀壁厚原则

加强筋设计需要遵守均匀壁厚原则。加强筋与加强筋连接处、加强筋与零件壁连接处添加圆角后,很容易造成零件壁厚局部过厚。

如图3-30所示,加强筋与加强筋连接处增加圆角后会造零件壁厚局部过厚,容易造成零件表面缩水。此时可在局部壁厚处做挖空处理,保持零件均匀壁厚,避免零件表面缩水的发生。

7 加强筋的顶端增加斜角避免困气

加强筋顶端应避免直角的设计,在注射过程中,直角的设计很容易造成顶端困气,带来注射困难和产生注射缺陷。如图3-31所示,可以在加强筋顶端增加斜角或圆角避免零件困气问题的产生。

8 加强筋的方向与塑胶溶料的流向一致

加强筋方向应与塑胶熔料流动方向一致,确保熔料的流动顺畅,提高注射效率,避免产生困气等注射缺陷,如图3-32所示。

支柱的设计

支柱在塑胶件中用于产品中零件之间的导向、定位、支撑和固定等。支柱的设计参数包括支柱的外径、内径、厚度、高度、根部圆角和脱模斜度等，如图3-33所示。

1 支柱的外径为内径的2倍

2 支柱的厚度不超过零件厚度的0.6倍

为避免零件表面缩水和产生气孔,支柱的厚度不应该超过零件壁厚的0.6倍。

3 支柱的高度不超过零件厚度的5倍

支柱太高,脱模斜度的存在会使得顶部尺寸小,导致零件注射困难;如果保证顶部尺寸,又会造成支柱底部太厚,造成零件表面缩水和产生气孔。因此,支柱的高度一般不超过零件壁厚的5倍,即h≤5T。

4 支柱的根部圆角为零件壁厚的0.25~0.5倍

如上一节所述,为了避免零件应力集中和使得塑胶熔料的流动顺畅,支柱的根部圆角为零件壁厚的0.25~0.50倍,即R=0.25T~0.50T。

5 支柱根部厚度为零件壁厚的0.7倍

为避免外观表面缩水缺陷的产生,支柱的根部厚度可设计为不大于零件壁厚的0.7倍,即t≤0.7T。

6 支柱的脱模斜度(一般内径0.25°，外径0.5°)

一般来说,支柱内径的脱模斜度为0.25°,外径的脱模斜度为0.50°。但支柱也可以不用脱模斜度,在模具中使用套筒来脱模,但模具费用稍高。

7通过加强筋把支柱与零件壁连接成一个整体

避免孤零零的支柱设计,通过加强筋把支柱与零件壁连接成一个整体,增加支柱的强度,并使得塑胶熔料的流动更加顺畅,如图3-34所示。

8 单独的支柱四周增加加强筋补强

当支柱远离浇口时,在支柱上很容易产生熔接痕,熔接痕会降低支柱的强度。当支柱是自攻螺钉支柱时,由于强度不足,支柱常常会在径向力作用下而发生破裂,对固定金属嵌件的支柱也是如此。因此,需要在单独的支柱四周添加加强筋,增加支柱的强度,同时在加强筋与支柱的连接处添加一定的圆角。

单独支柱的加强筋补强设计如图3-35所示。

9 支柱的设计需要遵守均匀壁厚原则

避免支柱过于靠近零件壁。当支柱过于靠近零件壁时,容易造成局部壁厚过厚,导致零件表面缩水和产生气泡。支柱设计应当遵守均匀壁厚原则,如图3-36所示。

当支柱为实心支柱时候，依据壁厚均匀原则，可以将实心支柱变更为空心支柱，十字支柱，椭圆支柱等。如下图

10 螺钉支柱的标准结构

如果支柱结构是用于自攻螺钉固定，那么这时候的支柱是一个典型的标准特征设计。

作者建议，塑胶支柱的自攻螺钉预制孔需要按照标准来设计，尽量不需要独立"创新"，才能最大可能减少失误。

如下图所示：

孔的设计

1 孔的深度不能太深(若太深，采用阶梯孔成型)

塑胶件的孔、槽以及凹坑是通过模具上的型芯而成型的。型芯是模具上凸起的部分,型芯尺寸影响着模具的寿命和零件的质量等。在零件注射过程中,过高过长的型芯承受着较高的塑胶熔料冲击力,很容易引起型芯的位置移动,从而造成孔槽等尺寸误差大,或者在长期的冲击力之下,型芯容易发生折断而降低使用寿命。因此,塑胶件的孔、槽以及凹坑等相关尺寸设计必须保证合适型芯的尺寸,从而保证模具寿命和提高零件质量等。

塑胶件上常见的孔大致可以分为不通孔、通孔和阶梯孔3种。

当不通孔的直径小于5mm时,孔的深度不应该超过孔直径的2倍;当不通孔的直径大于5mm时,孔的深度不应超过孔直径的3倍。

通孔比不通孔更容易制造,因为型芯可以分布在凸、凹模两侧,通孔的深度可以适当加大。当通孔的直径小于5mm时,孔的深度不应该超过孔直径的4倍;当通孔的直径大于5mm时,孔的深度不超过孔直径的6倍。

不通孔和通孔的深度推荐值如图3-37所示。

如果孔太深,可以用阶梯孔的方法替代成型,如图3-38所示。

2 避免盲孔(不通孔)底面太薄

不通孔底部厚度至少应当大于不通孔直径的0.2倍,如图3-39a所示。底部太薄,不通孔强度低,同时背面容易产生外观缺陷。如果底部太薄,则可以考虑使用图3-39b所示的方法增强不通孔的强度。

3 孔与孔的间距及孔与零件边缘尺寸避免太小

孔与孔之间、孔与零件边缘之间的距离应至少大于孔径或零件壁厚的1.5倍以上,即S≥1.5t或1.5d,取二者的最大值,如图3-40所示。

4 零件上的孔尽量远离零件受载荷部位

由于孔去除了零件的材料,降低了零件的强度;同时孔的周围(特别是有很多孔时)很容易产生熔接痕(见图3-41),零件的强度被进一步降低。塑胶零件常常因为过多的孔而造成强度降低。因此在零件受载荷部位。应尽量避免放置太多的孔。

5 可以在孔的边缘增加凸缘增加孔的强度

为了增加孔的强度和防止孔的变形,可以在孔的四周增加凸缘(见图3-42),对需要增加强度的长孔或槽也可以使用类似的设计。

6 避免与零件脱模方向垂直的侧孔

为简化模具结构,降低模具成本,零件设计需要避免与脱模方向垂直的侧孔。孔的设计应尽量使得模具结构简单。

与零件脱模方向垂直的侧孔在模具上需要使用侧向抽芯机构,这会增加模具的复杂程度,造成模具成本的上升。在保证零件功能的前提下,可以通过设计优化来减少和避免侧向抽芯机构的使用。如图3-43所示的塑胶件,下侧的孔需要侧向抽芯机构,模具结构复杂;而上侧的孔由于设计优化则可以直接脱模,不需要侧向抽芯机构,模具结构简单。