汽车注塑件设计基本规则

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1、如果你想成为一个优秀的汽车产品工程师 并且从事汽车注塑件的设计和开发 那么你就必须掌握和具备一些汽车塑料件方面的基本知识 以便能够更好的完成你的工作 下面我结合我的一些经验和掌握的知识与大家分享一些信息 希望对大家今后的工作有所帮助和借鉴 希望与大家共同探讨与学习 在我们设计和开发任何产品之前 我们必须对它们的用途和功能要求定义清楚包括它们的目标价格等等 作为我们汽车零部件供应商来说 汽车产品的总的定义通常都由主机厂 OEM 定义清楚 并签发 产品设计责任书 由产品开发人员进行设计开发 对于汽车塑料件设计也是一样的 当你接到汽车塑料件设计任务时 首先你要考虑和明确一些基本的问题 零件的用途 1

2、 结构 如功能支架 仪表板骨架等更关注强度表现的零件 2 非结构 装饰条 盖板等表面可视的更关注外观质量的零件 零件的生产过程 1 注塑 2 吹塑 3 搪塑 零件的组成材料 1 材料的种类 2 材料特性 3 材料成本 零件的特别要求 1 涉及法规和安全方面的要求 标准 2 顾客的特别要求 标准 3 我们内部自己的特别要求 标准 下面我们针对汽车注塑件 再进一步了解一些设计方面的基本知识与准则 1基本壁厚NominalWall就是我们通常讲的零件的料厚 它是零件的基本特征也是重要特征 是其他特征的载体 设计要点 1 适当的壁厚 2 均匀一致的壁厚不合理的壁厚容易导致 零件刚度和强度不足或材料浪费

3、 生产效率低 成本增加 壁厚不均匀的注塑件对生产过程和零件功能都有很大影响 容易产生表面局部凹陷 空穴 制件变形 缩痕 尺寸不稳定及其他可见的表面缺陷 例外 当然这不是绝对的 有时根据设计需要也会存在一些例外情况 如局部增加料厚防止表面产生缩痕 2筋的设计Ribs 注塑件的筋是很有用的结构 它可以提高零件的刚度和强度 防止制件变形 为零件装配提供连接与定位 但我们也不能随意填加 必须仔细考虑来确保产品的外观质量和功能要求 否则 不恰当的筋会给产品生产和产品质量造成很多难以控制的缺陷 设计要点 1 最大的筋厚与壁厚比 通常我们遵循如下规则 供参考 说明 结构 指特征具有承载力的功能要求 如连接

4、夹紧 定位等 非结构 指特征没有承载力的功能要求 如控制变形 提供精确测量点等 2 拔模角和高度通常 筋的拔模角在1 1 5度 最小不能小于0 5度 否则会导致零件脱模困难 越高的筋顶部往往很薄 导致注塑过程中难以充满也就失去了筋的意义 筋的顶端厚度一般不低于1毫米 高度一般为零件壁厚的2 5 3倍 当然也会有例外 需要具体分析 3 根部导角为了防止筋的根部产生应力开裂 我们通常加一个R 0 3的圆角 4 模具方面的考虑筋的布置尽量考虑模具简化 应与出模方向保持一致 尽量减少不必要的倒扣 滑块结构 否则模具成本和加工时间都会增加 R0 3MIN 3倒扣结构设计Undercuts倒扣结构是汽车注

5、塑件常用的普通的设计结构 我们应该很好的掌握和应用它 使我们的设计能力有更大的提高 关于倒扣结构 我们必须对模具结构设计有一定的了解 设计要点 模具方面的考虑 倒扣结构通常需要在模具上应用某种形式的斜顶和滑块来实现产品结构 见下图 但在产品设计时要注意斜顶或滑块的侧出方向的前方要留出一定的无障碍距离 区域D 这个值我们可以通过下面的经验公式估算得到 D L X 3mm 3毫米是零件与模具运动结构的安全距离 设计具体尺寸可向模具和制造专家获得 4孔的设计Holes孔是注塑件十分常见的特征结构 我们都十分熟悉 但是也是有一些需要注意的地方 设计要点 1 孔的方向 就是孔是否与零件的主拔模方向一致

6、如果一致 那么模具相对简单 容易实现 如果不一致 成角度 模具就需要设置滑块或抽芯结构来实现 相对复杂 2 孔距边缘的距离通常不应该小于孔的直径 否则强度不足 容易开裂 5柱销的设计Bosses 2 另外 我们还有一个相互矛盾的问题需要考虑 一方面 我们希望销柱的厚度 B 尽量薄些 以防止表面出现缩痕 另一方面 我们希望其厚度能厚一些 以增加结构强度 最终 我们要根据产品结构和材料等综合分析确定 塑料件中的柱销也是我们常用到的结构 主要用于提供连接和定位 设计要点 1 像筋的设计一样要考虑拔模角度 出模方向 根部厚度与基本壁厚的比例等 6翻边结构设计Flanges 2 考虑到零件花纹 我们对翻

7、边的拔模角度有特殊的要求 一般在3 6度之间 但是不同的花纹会有不同的要求 设计时应根据花纹要求及制造和质量要求选择适当的拔模角 塑料件翻边结构十分重要 它能够明显提高制件的结构刚度控制变形 是很有用的结构 我们设计时必须尽量考虑增加翻边结构 设计要点 1 翻边的厚度应该与基本壁厚一致 3 翻边的边缘应该进行导圆角或圆弧过渡设计 避免任何锋利锐边的产生 当然 分模线也会相应的留在圆角边与拔模方向的切点上 也会增加模具匹配的难度 7分模线的设计PartingLine 分模线是由模具型腔开模时相对运动的结构在零件上所形成的一条或几条明显的分界线 它取决于注塑件的开模方向 设计要点 1 每个注塑件在

8、主拔模方向上都会留有分模线 由于零件结构的差别分模线也会有所不同 如果对分模线要求较高我们应该与客户和模具供应商进行讨论确定 2 除了主拔模方向上的分模线 模具的滑块 斜顶 抽芯都会形成分模线 如果这些结构是在B表面上形成 分模线将不容易被看到 可如果这些结构在A表面上形成 那么分模线将会很容易被看到 如果按这种情况进行设计则必须得到客户的批准 以便将来作为外观质量控制的依据 P L P L 8针对花纹的设计Graining 有许多种类型的花纹可以用于零件表面的装饰 我们设计时需要针对不同的花纹选择合适的设计结构 设计要点 1 拔模角 总的规则是每增加0 025毫米的花纹深度 需要增加至少1度

9、的拔模角 关于花纹和拔模角需要设计者和花纹供应商共同检查和确认 并得到OEM的认可 2 翻边 对于翻边结构 花纹和拔模角的关系是最突出的 翻边结构就需要一定的脱摸角度 以便零件从模具内移出 越长的翻边需要越大的脱模角度 越深的花纹 也需要越大的脱模角度 如果不注意这点就会产生零件脱模困难 甚至擦伤零件花纹表面 3 分模线 一般要保证花纹与分模线有0 125 0 25mm的距离 4 孔 柱 孔的设计与分模线设计应用同样的要求 一般保证孔的周圈有0 125 0 25mm的无花纹区 Diedraw 9薄厚的过渡设计Thick ThinTransitions 薄厚的过渡设计经常被应用对一个零件的局部进

10、行加厚以消除缩痕和变形或提高强度 设计要点 1 渐进过渡 制件的薄厚过渡必须是渐进的 厚的地方只允许比薄的地方多0 5毫米 并且要求至少在各方向上有30毫米的过渡区域 2 虽然过渡设计有时被用于消除缩痕 可是如果它不合适 过大或过重 缩痕反而会变得更加明显 这是由于不同材料厚度 材料的收缩和取向引起的 当然也能引起空穴和变形等缺陷 3 注塑件的壁厚的过渡设计使注塑过程控制变得十分困难 它要求的注塑工艺条件变得十分狭窄和严格 浇口位置的选择也变得更加关键 如果过渡区域靠近材料的填充末端 那么该区域将难以充实饱满而出现缩痕和变形的情况 10加工制造基本知识要求BasicToolingConside

11、rations 在进行产品可行性分析时 获得模具工程师和制造工程师的意见对我们做出最后的结论的准确性是十分重要的 所有结构设计都要考虑适当的拔模角度 如果没有足够的拔模角零件将很难或不可能脱模 一个好的汽车零件设计者应该时刻紧记零件的生产过程 这将使你知道什么样的结构和特征能够通过工装和模具实现并应用于批量生产 什么样的结构是不可行的 所以 我们应该充分利用工装和模具的供应商积极与其沟通和交流 倾听这些专家的建议和意见也是一个很好的学习更多知识的机会 这样才能不断提高我们的设计能力和完善我们的设计和产品 使顾客的产品性能要求和质量要求得到很好的满足 工装和模具简化 降低开发成本 设计要点 1

12、对于无花纹的零件外壁的最小拔模角是1 5度 有花纹设计请参考8 这有利于零件脱模和防止外表面擦伤 2 内壁的最小拔模角是0 5度 以保证顺利注塑 3 零件B表面侧模具钢的最小厚度依据零件的形状和模具的条件 这点我们应该与模具工程师和制造工程师取得确认 通常不应低于5毫米 11设计辅助DesignAides 通常设计零件可用到的辅助是FEA 有限元分析 MoldFlow是针对注塑件模拟其填充的整个过程的分析工具 能够获得注塑压力 浇口位置 流道 强度 收缩 变形及冷却等相关信息 帮助我们优化注塑件的设计 静态结构分析是一个预知零件在特定的载荷和应力状态下表现性能的分析工具 零件能够在任何实物被制

13、造之前 就能通过FEA进行模拟测试和分析 辅助设计手段不但能够为我们设计提供十分有力的帮助 还能大大降低开发成本和缩短开发周期 因此 我们要充分利用这个资源 12A表面造型圆角半径 A SurfaceRadii对于A表面造型的允许的最小圆角是1mm 但实际 结合B表面拐角处最小圆角是0 3mm的要求 A表面1mm就会产生拐角处壁厚超过基本壁厚 就会给制造带来缺陷 所以 A表面最小圆角应该是基本壁厚 0 3mm 如果A表面圆角变大 B表面的圆角应该相应调整 作为汽车内饰件的设计还必须考虑到安全法规的要求 其中ECE21 InteriorFittings 及国标GB11552 1999 轿车内部凸

14、出物 都对汽车内饰件设计碰撞安全区域内的最小圆角有特别的要求 针对不同的产品要求我们要结合标准要求和工程要求综合考虑 任何形式的零接触都是不被允许的 13零部件匹配搭接MatingComponentInterface对汽车内饰件来说 多个零件装配后相互间的外观匹配效果 间隙和平度等 是至关重要的 也就是我们所说的制造精良性 craftsmanship 间隙过大会导致外外观效果不佳 间隙过小又会由公差变化导致匹配问题 14尺寸公差DimensionalTolerance对大多数汽车塑料件来说 下面的公差表 美国塑料工业协会 是我们现在普遍可以接受的 追求更严紧的公差就需要投入更多的费用 一个更严紧的公差就要求更严格的加工过程 更高频率的检测 更关键的零件匹配方式 这需要进行综合考虑 结束 谢谢 2008年2月19日