產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則--支柱(Boss)

基本設(shè)計(jì)守則支柱突出膠料壁厚是用以裝配產(chǎn)品、隔開(kāi)物件及支撐承托其他零件之用。空心的支柱可以用來(lái)嵌入件、收緊螺絲等。這些應(yīng)用均要有足夠強(qiáng)度支持壓力而不致於破裂。支柱盡量不要單獨(dú)使用，應(yīng)盡量連接至外壁或與加強(qiáng)筋一同使用，目的是加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度及使膠料流動(dòng)更順暢。此外，因過(guò)高的支柱會(huì)導(dǎo)致塑膠部件成型時(shí)困氣，所以支柱高度一般是不會(huì)超過(guò)支柱直徑的兩倍半。加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度的方法”尤其是遠(yuǎn)離外壁的支柱，除了可使用加強(qiáng)筋外，三角加強(qiáng)塊”Gussetplate的使用亦十分常見(jiàn)。一個(gè)品質(zhì)好的螺絲/支柱設(shè)計(jì)組合是取決於螺絲的機(jī)械特性及支柱孔的設(shè)計(jì)，一般塑膠產(chǎn)品的料厚尺寸是不足以承受大部份緊固件產(chǎn)生的應(yīng)力。固此，從裝配的考慮來(lái)看，局部增加膠料厚度是有需要的。但是，這會(huì)引致不良的影響，如形成縮水痕、空穴、或增加內(nèi)應(yīng)力。因此，支柱的導(dǎo)入孔及穿孔”避空孔的位置應(yīng)與產(chǎn)品外壁保持一段距離。支柱可遠(yuǎn)離外壁獨(dú)立而處或使用加強(qiáng)筋連接外壁，後者不但增加支柱的強(qiáng)度以支撐更大的扭力及彎曲的外力，更有助膠料填充及減少因困氣而出現(xiàn)燒焦的情況。同樣理由，遠(yuǎn)離外壁的支柱亦應(yīng)輔以三角加強(qiáng)塊，三角加強(qiáng)塊對(duì)改善薄壁支柱的膠料流動(dòng)特別適用。收縮痕的大小取決於膠料的收縮率、成型工序的叁數(shù)控制、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)。使用過(guò)短的哥針、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利於收縮痕的減少；不幸地，支柱的強(qiáng)度及抵受外力的能力卻隨著增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸而增加。因此，支柱的設(shè)計(jì)須要從這兩方面取得平衡。1)

支柱位置2)

支柱設(shè)計(jì)

不同材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn)ABS一般來(lái)說(shuō)，支柱的外徑是內(nèi)徑的兩倍已足夠。有時(shí)這種方式結(jié)果支柱壁厚等於或超過(guò)膠料厚度而增加物料重量和在表面產(chǎn)生縮水紋及高成型應(yīng)力。嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)支柱的厚度應(yīng)為膠料厚度的50-70%。如因此種設(shè)計(jì)方式而支柱不能提供足夠強(qiáng)度，但已改善了表面縮水。斜骨是可以加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度，可由最小的尺寸伸延至支柱高的90%。若柱位置接近邊壁，則可用一條肋骨將邊壁和柱相互連接來(lái)支持支柱。

PBT支柱通常用於機(jī)構(gòu)上裝配，如收螺絲、緊壓配合、導(dǎo)入裝配等多數(shù)情形，支柱外徑是內(nèi)孔徑的兩倍就足夠強(qiáng)壯。支柱設(shè)計(jì)有如肋骨設(shè)計(jì)的觀念。太厚的切面會(huì)產(chǎn)生部件外縮水和內(nèi)部真空。支柱的位置在邊壁旁時(shí)可利用肋骨相連，則內(nèi)孔徑的尺寸可增至最大。PC支柱是大部份用來(lái)作裝配產(chǎn)品用，有時(shí)用作支撐其它物件或隔開(kāi)物體之用。甚至一些很細(xì)小的支柱最終會(huì)熱溶後作內(nèi)部零件固定用。一些放於邊位的支柱是需耍一些肋骨作為互相依附，以增加支柱強(qiáng)度。PS支柱通常用於打入件，收螺絲，導(dǎo)向針，攻牙或作緊迫配合?？赡芮樾沃卤苊猹?dú)立一支支柱而無(wú)任何支撐。應(yīng)加一些肋骨以加強(qiáng)其強(qiáng)度。若支柱離邊壁不遠(yuǎn)應(yīng)以肋骨將柱和邊相連在一起。PSU支柱是用作連接兩件部件的。其外徑應(yīng)是內(nèi)孔徑的兩倍，高度不應(yīng)超過(guò)外徑的兩倍。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則--扣位(SnapJoints)

基本設(shè)計(jì)手則

扣位提供了一種不但方便快捷而且經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品裝配方法，因?yàn)榭畚坏慕M合部份在生產(chǎn)成品的時(shí)候同時(shí)成型，裝配時(shí)無(wú)須配合其他如螺絲、介子等緊鎖配件，只要需組合的兩邊扣位互相配合扣上即可?？畚坏脑O(shè)計(jì)雖可有多種幾何形狀，但其操作原理大致相同：當(dāng)兩件零件扣上時(shí)，其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸緣部份推開(kāi)，直至凸緣部份完結(jié)為止；及後，藉著塑膠的彈性，勾形伸出部份即時(shí)復(fù)位，其後面的凹槽亦即時(shí)被相接零件的凸緣部份嵌入，此倒扣位置立時(shí)形成互相扣著的狀態(tài)，請(qǐng)參考扣位的操作原理圖?？畚坏牟僮髟砣缫怨δ軄?lái)區(qū)分，扣位的設(shè)計(jì)可分為成永久型和可拆卸型兩種。永久型扣位的設(shè)計(jì)方便裝上但不容易拆下，可拆卸型扣位的設(shè)計(jì)則裝上、拆下均十分方便。其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)入角及導(dǎo)出角方便扣上及分離的動(dòng)作，導(dǎo)入角及導(dǎo)出角的大小直接影響扣上及分離時(shí)所需的力度，永久型的扣位則只有導(dǎo)入角而沒(méi)有導(dǎo)出角的設(shè)計(jì)，所以一經(jīng)扣上，相接部份即形成自我鎖上的狀態(tài)，不容易拆下。請(qǐng)叁考永久式及可拆卸式扣位的原理圖。永久式及可拆卸式扣位的原理若以扣位的形狀來(lái)區(qū)分，則大致上可分為環(huán)型扣、單邊扣、球形扣等等，其設(shè)計(jì)可參閱下圖。球型扣（可拆卸式）扣位的設(shè)計(jì)一般是離不開(kāi)懸梁式的方法，懸梁式的延伸就是環(huán)型扣或球型扣。所謂懸梁式，其實(shí)是利用塑膠本身的撓曲變形的特性，經(jīng)過(guò)彈性回復(fù)返回原來(lái)的形狀?？畚坏脑O(shè)計(jì)是需要計(jì)算出來(lái)，如裝配時(shí)之受力，和裝配後應(yīng)力集中的漸變行為，是要從塑料特性中考慮。常用的懸梁扣位是恒等切面的，若要懸梁變形大些可采用漸變切面，單邊厚度可漸減至原來(lái)的一半。其變形量可比恒等切面的多百分之六十以上。不同切面形式的懸梁扣位及其變形量之比較扣位裝置的弱點(diǎn)是扣位的兩個(gè)組合部份：勾形伸出部份及凸緣部份經(jīng)多次重覆使用後容易產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，斷裂後的扣位很難修補(bǔ)，這情況較常出現(xiàn)於脆性或摻入纖維的塑膠材料上。因?yàn)榭畚慌c產(chǎn)品同時(shí)成型，所以扣位的損壞亦即產(chǎn)品的損壞。補(bǔ)救的辦法是將扣位裝置設(shè)計(jì)成多個(gè)扣位同時(shí)共用，使整體的裝置不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別扣位的損壞而不能運(yùn)作，從而增加其使用壽命?？畚谎b置的另一弱點(diǎn)是扣位相關(guān)尺寸的公差要求十分嚴(yán)謹(jǐn)，倒扣位置過(guò)多容易形成扣位損壞；相反，倒扣位置過(guò)少則裝配位置難於控制或組合部份出現(xiàn)過(guò)松的現(xiàn)象。不同材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn)PA免時(shí)，特別的造模零件是可以達(dá)致以上效果。另一種可得到倒扣效果的設(shè)計(jì)是考慮塑膠物料的特性。利用塑膠柔軟的變型，將倒扣的地方強(qiáng)頂出模具，但通常要注意不會(huì)把倒扣的地方括傷。以下是扣位的計(jì)算方式。尼龍的百份比在5%左右。脫模角大一點(diǎn)和倒扣的地方離底部高時(shí)是可有10%。PBT扣位有分內(nèi)扣和外扣，外扣的可利用分模面做成，內(nèi)扣的可用變形方式或?qū)ε龇绞匠瞿！?nèi)扣的可利用算式計(jì)算扣位百份率，一般在6%左右，玻璃充填的約在1%左右。PBT外扣位設(shè)計(jì)方式PBT用對(duì)碰方式的內(nèi)扣方式

PBT內(nèi)扣位設(shè)計(jì)的算法POM扣位必須為弧形或轉(zhuǎn)角弧度要大，方便塑膠成品容易滑過(guò)模具表面。并且減少脫落時(shí)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。內(nèi)置扣位通常比外置扣位難脫模，因塑膠收縮時(shí)將模蕊抓緊，外置式的就剛好相反而易於脫模。較高的模具溫度使成品較熱，易於彎曲變形而易於頂出模具，POM的扣位百份率可以比較大，可有5%。POM扣位的計(jì)算方式PS基本上扣位的設(shè)計(jì)是不鼓勵(lì)，但由於設(shè)計(jì)上的需要，則模具上使用凸輪、模蕊推出或其它裝置以達(dá)成設(shè)計(jì)要求。塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

9．文字：塑料產(chǎn)品表面的文字可以是凸字也可以是凹字，凸字在模具上做相應(yīng)的凹腔容易

做到，凹字在模具上要做凸型心較困難。

10．螺紋：塑膠件上的螺紋通常精度都不很高，還需做專(zhuān)門(mén)的脫螺紋機(jī)構(gòu)，對(duì)于精度要求

不高的可把其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成可強(qiáng)行脫模的結(jié)構(gòu)。

11．支撐面：塑膠產(chǎn)品通常不用整個(gè)面做支撐面，而是單獨(dú)做凸臺(tái)、凸點(diǎn)、筋做支撐。因

塑膠產(chǎn)品很難做到整個(gè)較大的絕對(duì)平面，其容易變形翹曲。

12．塑膠產(chǎn)品的裝配形式：

1.超聲線接合裝配法，其特點(diǎn)是模具上容易做到，但裝配工序中需專(zhuān)門(mén)的超聲機(jī)器，成本

增大，且不能拆卸。超聲線的橫截面通常做成0.30寬0.3高的三角形，在長(zhǎng)度方向以5-

10MM的長(zhǎng)度間斷2MM；

2.自攻螺絲裝配法,其特點(diǎn)是模具上容易做到，但增加裝配工序，成本增大，拆卸麻煩；

3.卡鉤－扣位裝配法，其特點(diǎn)是模具加工較復(fù)雜，但裝配方便，且可反復(fù)拆卸，多次使用

?？ㄣ^的形式有多種，要避免卡鉤處局部膠位太厚，還要考慮卡鉤處模具做模方便。卡鉤

要做到配合松緊合適，裝拆方便，其配合面為貼合，其他面適當(dāng)留間隙。4.BOSS軸－孔形

式的裝配法，其特點(diǎn)是模具加工方便，裝配容易，拆卸方便，但其缺點(diǎn)是裝配不是很牢固

。

13．齒口：兩個(gè)塑膠產(chǎn)品的配合接觸面處通常做齒口，齒口的深度通常在0.8-2.5左右，其

側(cè)面留0.1左右的間隙，深度深時(shí)做斜度1-5度，常取2度，深度淺時(shí)可不作斜度。齒口的

上下配合面通常為貼合（即0間隙）。

14．美觀線：兩個(gè)塑膠產(chǎn)品的配合面處通常做美觀線，美觀線的寬度常取0.2-1.0，視產(chǎn)

品的整體大小而定。

15．塑膠產(chǎn)品的表面處理方法：常用的有噴油、絲印、燙金、印刷、電鍍、雕刻、蝕紋、

拋光、加顏色等。

16．常用到的金屬材料有：不銹鋼、銅合金（黃銅、青銅、磷銅、紅銅）、彈簧鋼、彈簧

、鋁合金、鋅合金。

17．金屬材料常用的防銹方法：電鍍、涂防銹油、噴防銹漆。且將兩個(gè)焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個(gè)焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。C：在焊接不易熔接的樹(shù)脂或不規(guī)2焊接線的設(shè)計(jì)焊接線是超聲波直接作用熔化的部分，其基本的兩種設(shè)計(jì)方式：○1能量導(dǎo)向○2剪切設(shè)計(jì)2.1能量導(dǎo)向能量導(dǎo)向是一種典型的在將被子焊接的一個(gè)面注塑出突超三角形柱，能量導(dǎo)向的基本功能是：集中能量，使其快速軟化和熔化接觸面。能量導(dǎo)向允許快速焊接，同時(shí)獲得最大的力度，在這種導(dǎo)向中，其材料大部分流向接觸面，能量導(dǎo)向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。能量導(dǎo)向柱的大小和位置取決于如下幾點(diǎn)：○1材料○2塑料件結(jié)構(gòu)○3使用要求圖7所示為能量導(dǎo)向柱的典型尺寸，當(dāng)使用較易焊接的材料，如聚苯乙烯等硬度高、熔點(diǎn)低的材料時(shí)，建議高度最低為0.25mm。當(dāng)材料為半晶體材料或高溫混合樹(shù)脂時(shí)（如聚乙碳），則高度至少要為0.5mm，當(dāng)用能量導(dǎo)向來(lái)焊接半晶體樹(shù)脂時(shí)（如乙縮荃、尼龍），最大的連接力主要從能量柱的底盤(pán)寬帶度來(lái)獲得。沒(méi)有規(guī)則說(shuō)明能量導(dǎo)向應(yīng)做在塑料件哪一面，特殊情況要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，當(dāng)兩個(gè)塑料件材質(zhì)，強(qiáng)度不同時(shí)，能量導(dǎo)向一般設(shè)置在熔點(diǎn)高和強(qiáng)度低的一面。根據(jù)塑料件要求（例如水密、氣密性、強(qiáng)度等），能量導(dǎo)向設(shè)計(jì)可以組合、分段設(shè)計(jì)，例如：只是需要一定的強(qiáng)度的情況下，分段能量導(dǎo)向經(jīng)常采用（例如手機(jī)電池等），如圖8所示。2.2能量導(dǎo)向設(shè)計(jì)中對(duì)位方式的設(shè)計(jì)上下塑料件在焊接過(guò)程中都要保證對(duì)位準(zhǔn)確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行檢動(dòng)位必須很小，一般小于0.05mm，基本的能量導(dǎo)向可合并為連接設(shè)計(jì)，而不是簡(jiǎn)單的對(duì)接，包括對(duì)位方式，采用能量導(dǎo)向的不同連接設(shè)計(jì)的例子包括以下幾種：插銷(xiāo)定位：圖9所示為基本的插銷(xiāo)定位方式，插銷(xiāo)定位中應(yīng)保證插銷(xiāo)件的強(qiáng)度，防此超聲波震斷。臺(tái)階定位：圖10所示為基本的臺(tái)階定位方式，如h大于焊線的高度，則會(huì)在塑料件外部形成一條裝飾線，一般裝飾線的大小為0.25mm左右，創(chuàng)出更吸引人的外觀，而兩個(gè)零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。圖11所示臺(tái)階定位，則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺(tái)階定位，則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺(tái)階定位為雙面定位，可防止內(nèi)外溢料?！?企口定位：如圖14所示，采用這種設(shè)計(jì)的好處是防止內(nèi)外溢料，并提供校準(zhǔn)，材料容易有加強(qiáng)密封性的獲得，但這種方法要求保證凸出零件的斜位縫隙，因此使零件更難能可貴于注塑，同時(shí)，減小于焊接面，強(qiáng)度不如直接完全對(duì)接?！?底模定痊：如圖15所示，采用這種設(shè)計(jì)，塑料件的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，但對(duì)底模要求高，通常會(huì)引致塑料件的平行移位，同時(shí)底模固定太緊會(huì)影響生產(chǎn)效果。○3焊頭加底模定位：如圖16所示，采用這種設(shè)計(jì)一般用于特殊情況，并不實(shí)用及常用?！?其它情況：A：如圖17所示，為大型塑料件可用的一種方式，應(yīng)注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣，上塑料件凸緣必須接觸焊頭，上塑料件的上表面離凸緣不能太遠(yuǎn)，如必要情況下，可采用多焊頭結(jié)構(gòu)。B：如連接中采用能量導(dǎo)向，且將兩個(gè)焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個(gè)焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mmC：在焊接不易熔接的樹(shù)脂或不規(guī)則形狀時(shí)，為了獲得密封效果，則有必要插入一個(gè)密封圈，如圖18所示，需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接，比如熱成形的硬紙板（帶塑料涂層），與一個(gè)塑料蓋的焊接。2.3剪切式設(shè)計(jì)在半晶體塑料（如尼龍、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯和熱塑聚脂）的熔接中，采用能量導(dǎo)向的連接設(shè)計(jì)也許達(dá)不到理想的效果，這是因?yàn)榘刖w的樹(shù)脂會(huì)很快從固態(tài)轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài)，或者說(shuō)從融化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。而且是經(jīng)過(guò)一個(gè)相對(duì)狹窄的溫度范圍，從能量導(dǎo)向柱流出的融化物在還沒(méi)與相接界面融合時(shí)，又將很快再固化。因此，在這種情況下，只要幾何原理允許，我們推薦使用剪切連接的結(jié)構(gòu)。采用剪切連接的設(shè)計(jì)，首先是熔化小的和最初觸的區(qū)域來(lái)完成焊接，然后當(dāng)零件嵌入到下起時(shí)，繼續(xù)沿著其垂直壁，用受控的接觸面來(lái)融化。如圖20所示，這樣可能性獲得強(qiáng)勁結(jié)構(gòu)或很好的密封效果，因?yàn)榻缑娴娜刍瘏^(qū)域不會(huì)讓周?chē)目諝膺M(jìn)來(lái)。由于此原因，剪切連接尤其對(duì)半晶體樹(shù)脂非常有用。剪切連接的熔接深度是可以調(diào)節(jié)的，深度不同所獲得的強(qiáng)度不同，熔接深度一般建議為0.8-1.5mm，當(dāng)塑件壁厚及較厚及強(qiáng)度要求高時(shí)，熔接深度建議為1.25X壁厚。圖21所示為幾種基本的剪切式結(jié)構(gòu)：剪切連接要求一個(gè)塑料壁面有足夠強(qiáng)度能支持及防止焊接中的偏差，有需要時(shí)，底模的支撐高于焊接位，提供輔助的支撐。下表所示為零件大小尺寸和接觸面、零件誤差的大概尺寸：當(dāng)零件尺寸大于90mm時(shí)，或零件有不規(guī)則的形狀時(shí)，建議不采用剪切連接。這時(shí)因?yàn)樽⑺軙r(shí)很難控制誤差及變形使其保持一致。如果是上述情況，建議采用能量導(dǎo)向的形式。圖22所示為雙面剪切式設(shè)計(jì)圖23所示為扣式焊線設(shè)計(jì)，用于高強(qiáng)度，但上下塑料件不接觸的情況下，在特殊情況下，可用于增加密封圈的情況。塑料件的設(shè)計(jì)代注塑方式能有效提供比較完美的焊接用塑膠件。光我們決定用超聲波焊接技術(shù)完成熔合時(shí)，塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先考慮如下幾點(diǎn)：1焊縫的大?。匆紤]所需強(qiáng)度）2是否需要水密、氣密3是否需要完美的外觀4避免塑料熔化或合成物的溢出5是否適合焊頭加工要求焊接質(zhì)量可能通過(guò)下幾點(diǎn)的控制來(lái)獲得：1材質(zhì)2塑料件的結(jié)構(gòu)3焊接線的位置和設(shè)計(jì)4焊接面的大小5上下表面的位置和松緊度6焊頭與塑料件的妝觸面7順暢的焊接路徑8底模的支持為了獲得完美的、可重復(fù)的熔焊方式，必須遵循三個(gè)主要設(shè)計(jì)方向：1最初接觸的兩個(gè)表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量（即焊接時(shí)間）來(lái)完成熔接。2找到適合的固定和對(duì)齊的方法，如塑料件的接插孔、臺(tái)階或企口之類(lèi)。3圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相聯(lián)系互緊密接觸的。如果可能的話，接觸面盡量在同一個(gè)平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時(shí)保持一致。下面就對(duì)塑料件設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)舉例說(shuō)明：整體塑料件的結(jié)構(gòu)1.1塑料件的結(jié)構(gòu)塑料件必須有一定的剛性及足夠的壁厚，太薄的壁厚有一定的危險(xiǎn)性，超聲波焊接時(shí)是需要加壓的，一般氣壓為2-6kgf/cm2。所以塑料件必須保證在加壓情況下基本不變形。1.2罐狀或箱形塑料等，在其接觸焊頭的表面會(huì)引起共振而形成一些集中的能量聚集點(diǎn)，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況（如圖1所示），在設(shè)計(jì)時(shí)可以罐狀頂部做如下考慮○1加厚塑料件○2增加加強(qiáng)筋○3焊頭中間位置避空1.3尖角如果一個(gè)注塑出來(lái)的零件出現(xiàn)應(yīng)力非常集中的情況，比如尖角位，在超聲波的作用下會(huì)產(chǎn)生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R角。如圖2所示。1.4塑料件的附屬物注塑件內(nèi)部或外部表面附帶的突出或細(xì)小件會(huì)因超聲波振動(dòng)產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等（如圖3所示）。通過(guò)以下設(shè)計(jì)可盡可能減小或消除這種問(wèn)題：○1在附屬物與主體相交的地方加一個(gè)大的R角，或加加強(qiáng)筋?！?增加附屬物的厚度或直徑。1.5塑料件孔和間隙如被焊