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1、创世界品牌建百年金发-1-PC制品设计与模具设计制品设计与模具设计广州金发科技股份有限公司创世界品牌建百年金发-2-第一部分第一部分PC的制品设计和组装的制品设计和组装创世界品牌建百年金发-3-通通论论产品设计是利用材料，经设计成为新创的外形或结构，以制成指定作用或目的的产品。其所须具备的条件为：在功能上：要能符合使用者的需求。在使用操作上：要能符合使用者的习惯与身份。在 外型上：要能合乎简单的制造原则并满足使用者的喜好。在材料应用与加工方法上：要合乎经济与合理的原则，并能求得最适化而降低成本。创世界品牌建百年金发-4-任何一新产品，从构思到生产，对一公司而言，其考量前题为以下所列各项：将来性
2、 ：公司未来发展领域的配合、成长性。技术性 ：与该公司现有技术的关系，原料设备获得的难易及技术上成功的可能性。领先性 ：是否可申请或抵触专利及制品是否具独特性。销售可能性 ：产品的展望，推出市场的难易，销售网的建立及有无商品特征等可能性。经济性 ：研究经费人员的多寡，开发期的长短，设备投资额的获得及获利率的大小。其它如材料选择、加工方式、模具的设计、二次 加工方式及安全规范、法令 等，皆须详加考虑。创世界品牌建百年金发-5-通常塑料新制品产生的方式可分为三种：再设计 (redesign)：就是将现有产品的部分，做一些改变或修饰，使成为更具价值与流行的新产品。现今市场上约 80属于此类。组合(c
3、ombination) ：结合两种以上不同功能，发展而成的新制品。例如 PC制成的潜水镜再贴上防雾膜，而成为价值更高的新产品。此类新产品约占 10。创新(innovation) ：剩下的 10即为发明前所未有的新制品，此类产品由于须花费较长的时间在宣传及消费者的接受性上，所以通常这方面的设计比例较低。塑料产品设计者与其它设计者最大的不同是：前者必须详加考虑塑料的各种物性，尤其是环境变化对物性的影 响及在长时间负载下对产品的影响。创世界品牌建百年金发-6-通常，塑料的物性数据是在实验室的环 境下，依照标准测试方法(ASTM、 ISO、 GB)而测得。而所设计的塑料产品并不会正如测试样品在同样条件
4、下成型或被施加应力，其它如：1、壁厚及形状 2、所加负载的速率及时间长短3、玻纤的排列方向 4、熔接痕5、表面缺陷 6、成形参数以上这些都会影响到塑料产品的强度及韧性。设计者亦须考虑到 温度，湿度，阳光（紫外线），化学药剂 等的影响。所以了解其产品的最终目的而探讨相关的物性是非常重要的。创世界品牌建百年金发-7-产品设计产品设计壁厚壁厚(Wall thickness) 通常产品必须具均匀的壁厚，如果壁厚的变化不可避免，可以利用转换区的方法来防止突然的剧变，且浇口位于较厚处以防止充填不满。 不均匀的壁厚会造成严重的翘曲及尺寸控制的问题。如果产品须要较高的强度，从成本的观点上来看，用加强筋 (ri
5、bs)比增加壁厚要好。 改性 PC制品在壁厚 4mm时，容易引起应力开裂问题，所以对于 PC制品尽量降低壁厚对消除应力开裂非常有效。创世界品牌建百年金发-8-一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。热塑性塑料最小厚度平均厚度最大厚度热塑性塑料最小厚度平均厚度3.20 EVAPPPPO/PSPSSAN硬质PVCPU3.201.600.500.640.760.760.766.401.002.032.031.601.602.363.209.506.400.64 12.76.40最大厚度POM 0.38 1.60 3.20ABS 0.76 2.29 7.62PMMA 0.64 2
6、.36 9.50PA 0.38 1.60 6.40PC 1.00 2.36 6.40LDPE 0.50 1.60 9.50HDPE 0.89 1.60 38.1热塑性塑料制品建议厚度（单位：mm）创世界品牌建百年金发-9-悬臂 (cantilever)情形下，应力集中因子对应半径壁厚图 切莫将产品设计成具尖锐的边角，因为其刻痕 (notch)状会造成应力集中，以致减少了产品的抗冲击力。为了保证设计在安全的应力范围内，需计算每个转角的应力集中因子。设计时应尽量采用足够大的转角半径 R。 为了增加边角的强度及增进充模的能力，半径必须在壁厚的 25到75 之间，通常为 50。转角半径转角半径(Rad
7、ii)创世界品牌建百年金发-10-改性 PC树脂的成型收缩率很小，其数值在 0.50.7%之间，如果是增强树脂，其收缩率会更小到 0.20.5%之间，模具设计时应注意保证足够的脱模斜度。其脱模斜度的标准值为 1/100。模具的标准脱模斜度脱模斜度脱模斜度/倾斜角倾斜角(Draft angle)创世界品牌建百年金发-11-标准加强筋的设计a=壁厚 b=0.60.75a c=2.53.0ad 3a e=0.25a f 0.5标准角板的设计a=壁厚 b=a c=ad =2a e=0.60.7a f 2a加强筋加强筋(Ribs) 及角板及角板(Gussets) 加强筋及角板能够有效的增加产品的刚性与强
8、度。适当的利用加强筋与角板不仅能够节省材料，减轻重量及缩短成型周期，更能消除如厚横切面所造成的成形问题。 由于加强筋会在制品表面产生凹陷痕 (sink marks)，如果产品外观要求严格，应避免加强筋的设计或尽量让凹陷痕出现在不显眼处。创世界品牌建百年金发-12- 与壁厚比较，如果加强筋或角板太厚的话，则可能会产生如 凹陷痕，空洞、包气、翘曲、熔接痕（造成内应力）及较长的成形周期等不良。 加强筋的形状最好设计成下图所示，因为用窄形加强筋代替大而厚的加强筋，可减少塑料的消耗。 加强筋及角板必须被置于能够方便流动的位置，有助于在充填时犹如内流道的作用。否则，常常会造成最后产品有烧焦及包气等问题。创
9、世界品牌建百年金发-13-孔洞孔洞(Holes)在塑料制品上开孔洞或切口可使其和其它零件组合以达成更多的功能及更具吸引力。下图为孔洞的一般类型。全穿孔洞比半孔洞易于加工，前者的穿孔销可在两端得到支撑，而后者由于只有一端获得支撑，易被熔融塑流进入模穴时，使穿孔销偏离中心而造成误差。所以，一般半穿孔的深度以不超过穿孔销直径两倍为原则。若要加深半穿孔洞深度则可用层次孔洞 。创世界品牌建百年金发-14- 对于 PC材料，为了防止塑流在穿孔旁形成熔接痕影响制品外观和强度，可以将其先做成凹痕或小凹洞，成形后再以 钻头钻孔 ，防止熔接痕造成的强度降低亦可降低模具成本。 成型大多数的热塑性塑料时，在 洞壁和塑
10、物外壁间的宽度至少要和孔洞的直径相等及孔洞与孔洞内壁间的厚度至少要和孔洞的直径相等 。 若为半孔洞，则其 底部的壁厚至少须为其孔洞直径的 1/6，否则如下图所示，模制后会膨胀。创世界品牌建百年金发-15-螺纹螺纹(Threads) 在设计 PC制品时，不管是外螺纹或内螺纹，皆可在模具内成型，避免了机械加工的麻烦和应力缺陷。设计螺纹时，其基本规格设计如下图所示。 内螺纹底部未螺纹化的直径B必须 螺纹的最小直径 A；外螺纹底部未螺纹化的直径 B必须 螺纹的最大值径A 。 PC制品在成型螺纹时必须避免尖锐的边角，以免造成应力集中。创世界品牌建百年金发-16-螺孔及压销螺孔及压销(Screw & do
11、wel)由于成型时的残留应力、负荷应力以及与金属材料的线膨胀系数的不同，螺孔凸部和压销凸部容易发生应力集中。在设计时应对其尺寸结构做合理的选择。改性 PC制品的螺孔和压销设计标准建议如下图：对于螺孔凸部的情形，应使凸部孔内径等于螺孔的公称直径 。对于压销孔凸部的情形，应使销孔内径等于金属销外径d。创世界品牌建百年金发-17- 用于塑料制品的金属嵌入物，通常用以 承担产品被磨损、撕裂的力量或用以与电气相连及装饰用。 嵌入物分为 成型前模内插入物和成型后插入物 。前者具有中等或极粗的刻痕以提供足够的力量防止滑动，后者可螺纹化或借助热、超音波的方法来装置。 通常成型嵌入物时，应考虑以下几个因素： 插
12、入物能否提供所需要的机械强度。 在所有的塑料中，成型的嵌入物不具挠性。 围绕嵌入物必须具有一定的壁厚，以防止塑料冷却时发生裂化。 插入物嵌入塑物中后，可能需要再修饰，二次加工等耗费金钱的步骤。嵌入物必须与成型时打开或关闭的移动方向平行 。因为直角或斜角的嵌入物在成型时是非常困难且费成本（如下图所示）。嵌入物嵌入物(Inserts)创世界品牌建百年金发-18-不管是阴或阳的嵌入物，皆 需要有一肩座 ，以防止塑料流入螺纹中如下图所示： (a)应避免不具肩座的嵌入物。 (b)为单一封合肩座。 (c)双封合肩座，此种最理想，但成本较高。嵌入物的位置设计方法与孔洞相似。设计PC 制品的嵌入物时除考虑机械
13、应力外，由于嵌入物本身的高热膨胀系数，造成塑物的热应力亦需考虑。当塑物冷却时，塑料会比金属收缩的还多，造成应力集中以致于嵌入物周遭龟裂。预防的方法是： 保证嵌入物四周有足够的塑料或是增加嵌入物与外壁的距离。创世界品牌建百年金发-19- 对于改性 PC材料的成型品，其收缩率 0.7%，能维持相当紧密的尺寸公差。高收缩性的材料如 PE、 PP、 Nylon、 POM、 EVA及软质 PVC等，其收缩率达到 2至3 ，其尺寸公差很难借助模具设计予以补救。所以对于这些 高收缩性材料必须指定较大的容许公差方行。 产品设计者在选定尺寸公差时要 考虑使用的塑料材料、产品形状及将来的使用条件 等。随着公差的严
14、格要求，其制造加工精 度与模具价格亦相对提高，所以产品设计者在设计图纸记入公差时，要审慎的 设定适用于此公差的使用条件。因此，产品设计者所设定的 总公差应该包含了使用条件和环境条件下的尺寸变化。 塑料成形品除了尺寸公差以外，对于一些 精密成型更须考虑形状公差 ，因为 浇口的种类和位置或是模具温度调节系统的决定，皆需根据这些资料来设计。尺寸公差尺寸公差(Dimensional tolerance)创世界品牌建百年金发-20-组装设计组装设计(Assembly design) 组装塑料零件的方法一般可分为机械组装、溶剂组装、粘着剂组装及焊接组装等四种。下表为一般常用材料其各种组装法好坏的比较。材料
15、 机械组装 溶剂组装 粘着剂组装 焊接组装PC ABS 5POM 5 6 6 PMMA Nylon 6 PP 6 6 PS 5聚砜 SAN 55 最好 好 一般6 不好创世界品牌建百年金发-21-迫紧法迫紧法 (Snap-fits) 迫紧法简单快速且高效，能应用于任何材料的连接。好的迫紧设计将不会承受负载，所以其扣合力量不会随时间而减少或因震动的影响而松弛。最常见的迫紧法为悬臂式如下图所示。 PC材料最适宜用此方法，因其具低的模具收缩率，高抗蠕变及整体的尺寸安定性。 制品组合时的变形量Y 引起的应变系数 对于 KINGFA改性 PC应小于0.020，对于增强树脂， 的数值要求更低，使配合后的变形量接近 0。由于配合时的变形而引起的应变系数 可以通过一端固定的悬梁结构模型进行计算。 为避免应力集中引起的开裂，应设计足够大的转角半
