塑料件设计的几点技巧，助你早日成为一名合格的结构设计工程师
随着消费的升级、随着消费者对产品的要求越来越高，为了造型的需要，在产品结构件中塑料零件用的越来越多。那么在具体设计塑料零件的结构时需要考虑哪些方面的问题?怎样合理地设计塑料零件的结构？如何选择塑料零件的材料？壁厚选择多少合适？等等问题。本文对这些具体问题进行了详细的总结。希望对大家在今后的设计中有所帮助并希望大家一起来补充完善。
1、零件的形状应尽量简单、合理、便于成型
1.1 在保证使用要求前提下，力求简单、便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构，如采用下图例中(b)的结构，不仅可大大简化模具结构，便于成型，且能提高生产效率。
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1.2 利用转换区的方法来防止突然的递变。
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1.3 利用肋及浮凸物和铸空法使设计更合理。
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1.4 转角处用圆弧过渡。
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1.5 尽量让浮凸物与外壁或肋相连。
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1.6 如果肋本身即与外壁间隔相当远，则最好加上角板。
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2、零件的壁厚确定应合理
塑料零件的壁厚取决于塑件的使用要求，太薄会造成制品的强度和刚度不足，受力后容易产生翘曲变形 ，成型时流动阻力大 ，大型复杂的零件就难以充满型腔。反之，壁厚过大，不但浪费材料，而且加长成型周期，降低生产率，还容易产生气泡、缩孔、翘曲等疵病。因此制件设计时确定零件壁厚应注意以下几点：
2.1 在满足使用要求的前提下，尽量减小壁厚；
2.2 零件的各部位壁厚尽量均匀，以减小内应力和变形。不均匀的壁厚会造成严重的翘曲及尺寸控制的问题；
2.3 承受紧固力部位必须保证压缩强度；
2.4 避免过厚部位产生缩孔和凹陷；
2.5 成型顶出时能承受冲击力的冲击。
下面是一些不合理壁厚的改进设计实例：
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总之，一般的原则就是能够利用最少的壁厚，完成最终产品所须具备的功能。下表为一般
热塑性塑件和热固性塑件的厚度表。
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3、必须设置必要的脱模斜度
为确保制件成型时能顺利脱模，设计时必须在脱模方向设置脱模斜度，其大小与塑料性能、零件的收缩率和几何形状有关，对于工程塑料的结构件来说，一般应在保证顺利脱模的前提下，尽量减小脱模斜度。 下表为根据不同材料而推荐的脱模斜度：
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在具体选择时，还应注意以下几个问题：
3.1 凡塑件精度要求高时，应采用较小的脱模斜度； 3.2 凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度；
3.3 塑件形状复杂的、不易脱模的应选用较大的脱模斜度；
3.4 塑件的收缩率大的应选用较大的斜度值；
3.5 塑件壁较厚时，会使成形收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值；
3.6 如果要求脱模后塑件保持在型芯的一边，那么塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小；反之，要求脱模后塑件留在型腔内，则塑件外表面的脱模斜度应小于内表面；但当内外表面要求不一致时，往往不能保证壁厚的均匀；
3.7 增强塑件宜取大，含自润滑剂等易脱模塑料可取小；
3.8 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，一般情况下，脱模斜度α不包括在塑件公差范围内。
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4、强度和刚度不足可考虑设计加强筋
为满足零件的使用所需的强度和刚度单用增加壁厚的办法，往往是不合理的，不仅大幅增加了零件的重量，而且易产生缩孔、凹痕等疵病，在零件设计时应考虑设置加强筋，这样能满意地解决这些问题，它能提高零件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。
设置加强筋的方向应与料流方向尽量保持一致，以防止充模时料流受到搅乱，降低零件的韧性或影响制件外观质量。 加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字铁般出现倒扣难于成型的形状问题，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑料产品尤其适用。
此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。
加强筋一般被放在塑料产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受制于一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。
加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。
要是加强筋没有接上产品外壁的话，未端部份亦不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，从而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题，这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上。而且因为缩水的问题，筋骨的厚度不能大过平均壁厚的厚度。
加强筋高度通常塑件为壁厚的 3 倍左右，并有 2~5 度的脱模斜度，与塑件壁的连接处应用圆弧连接。防止应力集中。，加强筋的厚度应为塑件平均壁厚的 0.5~0.7，如果太大，容易产生瘪凹。如果要设置多个加强筋，则分布应错开，防止破裂。
下图为推荐的加强筋截面尺寸：
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5、零件的所有的转角尽可能设计成圆角或者用圆弧过渡 圆角具有以下特点：
5.1 圆角可避免应力集中，提高制件强度
在零件的转角处易产生应力集中，在受力或受冲击、振动时会发生破裂，如果成型条件不当或零件结构不合理，则会产生很大的内应力，特别容易产生应力开裂。实验数据证明，当圆角半径小于零件壁厚 0.3 倍时应力集中急剧增大，当大于壁厚 0.8 倍时，应力集中明显变小。
5.2 圆角可有利于充模和脱模
对于一些流动性差的塑料或加入填料的塑料，零件设计圆角尤为重要，不仅可改善充模性能，而且可提高零件使用性能。
5.3 圆角有利于模具制造，提高模具强度零件上设计了圆角，模具的对应部位也呈圆角，这就增加了模具的坚固性，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂，因而也增加了模具的强度。
6、尺寸公差 影响塑料零件尺寸精度的因素很多而且十分复杂，归纳起来主要有以下几方面：
6.1 塑料原料本身的特性，一般结晶型和半结晶型的塑料的收缩率比无定型的大，范围也宽，因此零件尺寸精度也就有差异。
6.2 成型工艺条件如料温、模温、注射压力、保压压力、塑化背压、注射速度、成型周期等都会 影响成型收缩率的大小和波动范围。
6.3 模具的结构如分型面选择、浇注系统的设计、排气、模具的冷却和加热等以及模具的刚度等都会影响零件尺寸精度。
6.4 模具在使用过程中的磨损和模具导向部件的磨损也会直接影响零件的尺寸精度。因此，在制件设计中正确合理确定尺寸公差是非常重要的。对于工程塑料制件、尤其是以塑代钢的
制件，设计者往往简单地套用机械零件的尺寸公差，这是很不合理的，许多工业化国家都根
据塑料特性制定了塑料零件尺寸公差。我国也于 1993 年发布了 GB/T14486－93 《工程塑料
模塑塑料件尺寸公差》，设计者可根据所用的塑料原料和零件使用要求，根据标准中的规定
确定零件的尺寸公差。
大部分的塑料成形品皆能维持相当紧密之尺寸公差，除了高收缩性的材料之外如 PE，PP，Nylon，POM，EVA 及软质 PVC，其收缩率达到 2％至 3％，而一般热塑性制品的商业许可公差为±0.5％。所以对于这些高收缩性材料必须指定较大之容许公差方行，因为其尺寸公差很难藉模具设计予以补救。
产品设计者在选定尺寸公差时要考虑使用之塑料材料、产品形状及将来之使用条件等。
随着公差的严格要求，其制
造加工精度与模具价格亦相对提高，所以产品设计者于图面上记
入公差时，要审慎的设定适用于此公差的使用条件。因此，产品设计者所设定之总公差应该
包含了使用条件和环境条件下的尺寸变化。
塑料零件除了尺寸公差以外，对于一些精密成形更须考虑形状公差，因为浇口的种类和位置或是模具温度调节系统决定，皆须根据这些资料来设计。
7、塑料零件材料的选择原则
7.1 塑胶材料的适应性
7.2 塑料制品的使用性能
7.3 塑料制品的使用环境
7.4 塑料的加工性能
7.5 塑料原料的来源
下面是一些常用材料的特性
ABS
用途: 玩具、机壳、日常用品
特性: 坚硬、不易碎、可涂胶水，但损坏时可能有利边出现。
PP
用途: 玩具、日常用品、包装胶袋、瓶子
特性: 有弹性、韧度强、延伸性大、但不可涂胶水。
用途: 软喉管、硬喉管、软板、硬板、电线、玩具
特性: 柔软、坚韧而有弹性。
POM
用途: 机械零件、齿轮、杠杆、家电外壳
特性: 耐磨、坚硬但脆弱，损坏时容易有利边出现
Nylon（尼龙）
用途: 齿轮、滑轮
特性: 坚韧、吸水、但当水份完全挥发后会变得脆弱。
Kraton
用途: 摩打垫
特性: 柔软，有弹性，韧度高，延伸性强。
总结
塑料零件的结构设计必须在满足使用要求和符合塑料本身的特性前提下，尽可能简化结构和模具、节省材料、便于成型。
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