机械结构设计准则汇总

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1、机械结构设计准则汇总 第一部分、塑料件 1、概述： 注塑件设计的一般原则: z 充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性； z 塑料件的形状在保证使用要求的前提下，应有利于充模，排气，补缩， 同时能适应高效冷却硬化； z 塑料设计应考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程 度，同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺，以便使制品具有较 好的经济性： z 塑料件设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、 螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。 1.1 、常用塑料介绍 常用的塑料主要有 ABS、AS、 PC 、PMMA 、PS、HIPS、PP、POM 等，其 中常用的透明塑料有 PC

2、、PMMA 、PS、AS。高档电子产品的外壳通常采用 ABS+PC ；显示屏采用 PC，如采用 PMMA 则需进行表面硬化处理。日常生活中 使用的中底挡电子产品大多使用 HIPS 和 ABS 做外壳， HIPS 因其有较好的抗老 化性能，逐步有取代 ABS 的趋势。 1.2 、常见表面处理介绍 表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。ABS 、 HIPS、PC 料都有较好的表面处 理效果。而 PP 料的表面处理性能较差，通常要做预处理工艺。近几年发展起来 的模内转印技术（IMD）、注塑成型表面装饰技术（IML）、魔术镜（HALF MIRROR ） 制造技术。 IMD 与 IML 的区别及优势： 1、

3、 IMD 膜片的基材多数为剥离性强的 PET，而 IML 的膜片多数为 PC。 2、 IMD 注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合，而 IML 是整个膜片履在树 脂上。 9 3、 IMD 是通过送膜机器自动输送定位，IML 是通过人工操作手工挂。 1.3 、外形设计 对于塑料件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以要特别小心。外 形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工程。 现实生活中使用的大多数电子产品，外壳主要都是由上、下壳组成，理论上 上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响， 造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底

4、壳大于面 壳）。可接受面刮0.15mm，可接受底刮底壳。 一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大， 一般选 0.5% 。 底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选 0.4% 。 即面壳缩水率一般比底壳大 0.1% 1.4 、装配设计 指有装配关系的零部件之间的装配尺寸设计。主要注意间隙配合和公差的控 制。 1.4.1 止口 指的是上壳与下壳之间的嵌合。设计的名义尺寸应留 0.050.1mm 的间隙， 嵌合面应有1.52的斜度。端部设倒角或圆角以利装入。 上壳与下壳圆角的止口配合。应使配合内角的 R 角偏大，以增大圆角之间 的间隙，预防圆角处的干涉。 1.4.2 扣

5、位 主要是指上壳与下壳的扣位配合。在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体 10 外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角， 确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。 扣位设计应考虑预留间隙。 设计扣位时应考滤侧抽心有无足够的行程。 1.4.3 螺丝柱 一般采用自攻螺丝，直径为 23mm。 以上表中所提供的是 HIPS 和 ABS 料常用螺丝孔尺寸，对于不同的材料， 螺丝孔尺寸有所不同，一般来说，比较软、韧性较好的材料 d 值小，较脆的材料 所选 d 值要大一点。 1.5 、结构设计 在基本厚度的设计上，不宜过薄，否则外客强度不足，容易导致变、断裂

6、等 问题的出现，过厚则浪费材料，影响注塑生产。一般外壳壁厚控制在 12mm 。 外壳整体厚度应平均过度，不得存在厚度差异变化大的结构，否则容易导致外观 缩水，特别是在筋位底部和螺丝柱位。 11 为预防缩水，筋位厚度控制在 0.61.2mm 。 1.5.1 面壳 键孔的设计。键孔的碰穿方式有三种选择。 A 方式利于模具的制作，但碰穿处的利边容易导致卡键；B 方式则避免了卡键问题，但当碰 穿偏心时则键孔变小，产生利边。C 方式增加了按键的倒入斜脚，同时保存了碰穿偏心的余 量，有效的防止了问题的出现，现一般采用 B 或 C。 1.5.2 按键设计 间隙：按键设计时要注意按键与面壳键孔的间隙，一般来说

7、，如果按键采用 硅胶按键，则按键与面壳键孔的间隙为 0.20.3mm 。如果按键采用悬臂梁，则要 考虑预留按动时偏摆的间隙。如按键表面需要处理则要考虑各种表面处理对间隙 的影响。水镀（电镀）镀层厚度一般为 0.1mm，喷涂和真空镀一般为 0.05mm。 键顶圆弧：如虑按键表面需进行丝印等处理时，按键表面圆弧不宜过大，弓 形高度小于 0.5mm。 圆角：按键顶部周边需倒圆角，避免卡住按键。 面壳按键 按键按钮线路板 悬臂梁的不同设计对按键效果有不同的影响 上图所示按键按动时偏摆较大，按键与面板键孔要预留较大的间隙 12 上图所示按键按动时偏摆较小，按键主要做垂直运动，按键与面板键孔预留 较小的间

8、隙 另一方面，悬臂梁的长度和厚度也直接影响到按键的效果，如果是联体按键， 则要避免按键连动（即按一个按键时，其它按键也跟着运动的现象，严重时会发 生其它按钮发生动作，造成误操作） 按键手感：轻触式按钮的按动力量大小一般要求在 100g200g ，按动灵活， 手感良好。 按键寿命：按键寿命一般要求 100000 次， 控制变形：对于悬臂梁按键，生产、运输、储存时一定要控制按键的变形， 因为轻微的变形都可能导致按键的使用效果明显下降。 以上为简要介绍，具体内容见下面章节。 2、产品结构设计准则- 设计程序 2.1 、塑料制品设计特点 塑料产品的设计与其它材料如钢，铜，铝，木材等的设计有些是类似的；

9、但 是，由于塑料材料组成的多样性，结构形状的多变性，使得它比起其它材料有 更理想的设计特性；特别是它的形状设计，材料选择，制造方法选择，更是其它 大部分材料无可比拟的. 因为其它的大部分材料，其设计者在外形或制造上，都 受到相当的限制，有些材料只能利用弯曲熔接等方式来成形. 当然，塑料材料 选择的多样性，也使得设计工作变得更为困难，如我们所知，目前已经有一万种 以上的不同塑料被应用过，虽然其中只有数百种被广泛应用，但是，塑料材料的 形成并不是由单一材料所构成，而由一群材料族所组合而成的，其中每一种材料 又有其特性，这使得材料的选择，应用更为困难。. 2.2 、塑料制品设计程序 为了确保所设计的

10、产品能够合理而经济，在产品设计的初期，在外观设计 者机构工程师，制图员，模具制造者，成形厂以及材料供应厂之间的紧密合作 是必须的，因为没有一个设计者，能够同时拥有如此广泛的知识和经验，而从不 同的事业观点所获得的建议，将是使产品合理化的基本前提；除此之外，一个合 理的设计考虑程序也是必须的；以下将就设计的一般程序作出说明： 2.2.1 、确定产品的功能需求，外观. 在产品设计的初始阶段，设计者必须列出对该产品的目标使用条件和功能要 求；然后根据实际的考量，决定设计因子的范围，以避免在稍后的产品发展阶段 造成可能的时间和费用的漏失. 下表为产品设计的核对表，它将有助于确认各种 的设计因子。 产品

11、设计的核对表 一般数据 1. 产品的功能 ? 2. 产品的组合操作方式? 3. 产品的组合是否是可以靠着塑料的应用来简化? 4. 在制造和组合上是否可能更为经济有效? 5. 所需要的公差? 14 6. 空间限制的考虑? 7. 界定产品使用寿命? 8. 产品重量的考虑? 9. 有否承认的规格? 10. 是否已经有相类似的应用存在? 结构考虑 1. 使用负载的状态? 2. 使用负载的大小? 3. 使用负载的期限? 4. 变形的容许量? 环境 1. 使用在什么温度环境? 2. 化学物品或溶剂的使用或接触? 3. 温度环境 ? 4. 在该种环境的使用期限? 外观 : 1. 外形 2. 颜色 3. 表面

12、加工如咬花，喷漆等. 经济因素 1. 产品预估价格? 2. 目前所设计产品的价格? 3. 降低成本的可能性? 2.2.2 、绘制预备性的设计图: 当产品的功能需求，外观被确定以后，设计者可以根据选定的塑料材料性质， 开始绘制预备性的产品图，以作为先期估价，检讨以及原则模型的制作。 2.2.3 、制作原型模型: 原型模型让设计者有机会看到所设计的产品的实体，并且实际的核对其工程 设计 . 原型模型的制作一般有两种方式，第一种就是利用板状或棒状材料依图加 工再接合成一完整的模型，这种方式制作的模型，经济快速，但是，缺点是量少， 而且较难作结构测试；另一种方式，是利用暂用模具，可作少量生产，需花费较

13、 高的模具费用，而且所费的时间较长，但是，所制作的产品较类似于真正量产的 产品 (需要特殊模具机构的部分，可能成形后再以机械加工成形) ，可做一般的工 程测试，而且建立的模具，成形经验，将有助于产品针对实际模具制作，成形需 要而作正确的修正或评估。 2.2.4 、产品测试 每一个设计都必须在原型阶段，接受一些测试，以核对设计时的计算和假想 15 和实体之间的差异。 产品在使用时所需要做的一些测试，大部分都可以籍着原型做有效的测试； 此时，面对了所有设计的功能要求，并且能够达成一个完整的设计评估. 仿真使用测试通常在模型产品阶段就必须开始，这种型态的测试价值，取决 于使用状态被模拟的程度而定.

14、机械和化学性质的加速化测速通常被视为模型产品评估的重要项目。 2.2.5 、设计的再核对与修正 对设计的检讨将有助于回答一些根本的问题: 所设计的产品是否达到预期的 效果 ?价格是否合理?甚至于在此时，许多产品为了生产的经济性或是为了重要的 功能和外形的改变，必须被发掘并改善，当然，设计上的重大改变，可能需要做 完整的重新评估；假若所有的设计都经过这种仔细检讨，则能够在这个阶建立产 品的细节和规格。 2.2.6 、制定重要规格 规格的目的在于消除生产时任何的偏差，以使产品符合外观，功能和经济的 要求，规格上必须明确说明产品所必须符合的要求，它应该包括：制造方法，尺 寸公差，表面加工，分模面位置

15、，毛边，变形，颜色以及测试规格等。 2.2.7 、开模生产 当规格被谨慎而实际的订定之后，模具就可以开始被设计和制作，模具的设 计必须谨慎并咨询专家的意思，因为不适当的模具设计和制造，将会使得生产费 用提高，效率降低，并用可能造成品质的问题。 2.2.8 、品质的控制 对照一个已知的标准，订定对生产产品的规律检测是良好的检测作法，而检 测表应该列出所有应该被检查的项目，另外，相关人员，如品管者或设计者也应 与成形厂联合订定一个质量管理的程序，以利于在生产的产品能够符合规格的要 求。 3、产品结构设计准则- 塑料材质 3.1 、热硬化性塑料 在原料状态下是没有什么用，在某一温度下加热，经硬化作用

16、，聚合作用或 硫化作用后，热硬化塑料就会保持稳定而不能回到原料状态。硫化作用后，热硬 化塑料是所有塑料中最坚硬的。 3.2 、热塑性塑料 像金属一样形成熔融凝固的循环。常用有聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、 聚氯乙烯（ PVDC ）。 3.3 、ABS ：成分聚合物 1. 丙烯晴 - 耐油，耐热，耐化学和耐候性。 2. 苯乙烯 - 光泽，硬固，优良电气特性和流动性。 3. 丁二烯 - 韧性。 螺杆对原料有输送，压缩，熔融及计量等四种功能。螺杆在旋转时使之慢慢 后退的阻力为背压。背压太低，产品易产生内部气泡，表面银线，背压太高，原 料会过热，料斗下料处会结块，螺杆不能后退，成型周期延长及喷嘴溢料等。压 力的变动在一两模内就可知道结果，而温度的变动则需约 10 分钟的结果才算稳 定。 3.4 、电镀 塑料电镀时，须先进行无电解电镀，塑料表面形成薄金属皮膜，形成导电物 质后再进行电解电镀。 印刷 1. 网版印刷：适用于一般平面印刷； 2. 移印：适用不规则，曲面的印刷文字； 3. 曲面印刷：