塑胶（料）件设计与制造--汽车行业培训

清雅轩

〖培训对象〗
　　技术总监、项目经理，结构工程师、机械工程师、质量工程师，工艺和制造工程师，模具设计工程师，注塑工程师，直接负责塑胶(料)件的采购人员及想对塑胶(料)件做全面了解的人员
　　〖课程收益〗
　　该课程根据产品设计的实际情况对塑胶(料)件的相关知识进行系统的整理。从塑胶(料)的高分子结构入手，对塑胶(料)原材料性能，塑胶(料)件的通用设计，结构设计，装配设计，注塑工艺及模具设计的内容进行全面的讲解。从根本上解决工程师，技术主管，采购，品质等需要了解塑胶(料)件知识的人员，不知如何系统学习的问题。将机械设计的思想及多年的设计经验也揉和在该课程中。
　　根据客户提供及经典案例，介绍塑胶(料)件的相关具体内容和要求，以及在设计，生产中的实际应用，并提供现场的辅导，包括结构设计、传动设计及综合分析等。
　　〖课程大纲〗
　　第一篇 认识塑胶(料)Understanding Plastic (3 hours)
　　一、塑料是什么 what\'s plastic
　　二、塑料的分类 the classification of plastic
　　三、塑料的机械特性 mechanical properties
　　四、塑料的热特性 thermal properties
　　五、塑料的电气特性 electric properties
　　六、塑料的环境特性 environment properties
　　七、塑料的模塑特性 molding properties
　　八、常用塑料介绍 introduction of some common plastic
　　第二篇 塑料件通用设计 Plastic Parts General Design (3 hours)
　　一、壁厚的设计 wall thickness design
　　二、筋的设计 ribs design
　　三、凸台、螺丝柱的设计 bosses design
　　四、角板的设计 gussets design
　　五、尖角的设计 sharp corner design
　　六、拔模设计 draft design
　　七、孔洞的设计 holes and cores
　　八、倒扣的设计 undercut
　　九、模塑螺纹的设计 Molded-in thread
　　十、模塑文字lettering
　　十一、活动铰链设计 living hinge design
　　十二、塑料轴承设计plastic bearing design
　　十三、塑料件公差的设计 Tolerance design
　　十四、塑胶件的装配 Assembly design
　　第三篇 塑料件结构件设计Plastic Parts Structure Design (3 hours)
　　一、结构设计考虑的因素 structure consideration in plastics
　　二、短期的机械性能 short-term mechanical properties
　　三、长期的机械性能 long-term mechanical properties
　　四、结构设计公式 structure design formulas
　　五、刚度的设计 designing for stiffness
　　六、长期负载的设计 designing for long-term loading
　　七、冲击负载的设计 designing for impact
　　八、热负载的设计 thermal loading
　　第四篇 塑料件注塑工艺过程Plastic Parts Molding process (3 hours)
　　一、浇口的考虑 gating consideration
　　二、流动取向的影响 mold filling orientation
　　三、充模的压力损失 mold filling pressure losses
　　四、导流、限流、滞流 flow leader, flow restrictors, flow hesitation
　　五、熔接线 welding lines
　　六、改善熔接线的性能与外观 improving welding lines
　　七、收缩与扭曲变形 shrinkage and warpage of molding parts
　　八、顶出 part ejection
　　第五篇 塑料件装配的设计 Plastic Parts Assembly design (3 hours)
　　一、压入装配 press fit assemblies
　　二、卡扣设计 snap joint assemblies
　　三、紧固件的装配 mechanical fasteners
　　四、镶件装配 insert assemblies
　　五、焊接装配 welding assemblies
　　六、粘接装配 adhesive bonding assemblies
　　第六篇 塑料模具知识 Plastic Parts Mold basic (3 hours)
　　一、模具的类型 mold classification
　　二、模具的结构 mold structure
　　三、模具的生产动作过程 mold movements in production
　　四、倒扣的模具处理 molding undercut
　　五、零件的顶出 part ejection
　　六、模具的排气 mold venting
　　七、唧嘴、流道、浇口 sprues, runner, and gates
　　八、模具的冷却 mold cooling
　　九、滑块的知识 mold sliders
　　〖讲师介绍〗
　　李老师
　　首席产品结构设计培训师;
　　多家国内外知名企业顾问;
　　华南理工大学机械设计及理论硕士。
　　背景经历
　　在欧美仪器、设备行业，从事研发、制造工作13年。多年的高级工程师，研发经理职业经历。具有丰富的机械结构与机械传动设计经验，并在海外研发工作多年，熟悉行内的最新动向及技术更新，了解大量的国外产品设计案例。在培训方面，有丰富的授课经验，可根据客户特定需求来调整授课内容的偏重。可以就现场问题做分析与咨询。多年企业内部技术课程讲师及商业讲师经验。
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联系方式：
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2017年汽车工程师之家全年培训目录
培训方式：企业内训2天
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重庆卡特柯科技有限公司（汽车工程师之家）
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产品开发的结构设计原则：
a、结构设计要合理：装配间隙合理，所有插入式的结构均应预留间隙；保证有足够的强度和刚度(安规测试)，并适当设计合理的安全系数。
b、塑件的结构设计应综合考虑模具的可制造性，尽量简化模具的制造。
c、塑件的结构要考虑其可塑性，即零件注塑生产效率要高，尽量降低注塑的报废率。
d、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)。
e、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构，所谓模块化设计。
f、能通用/公用的，尽量使用已有的零件，不新开模具。
g、兼顾成本
大略的汇总下结构中常见的问题注意点，期抛砖引玉，共同提高。
1、关于塑料零件的脱模斜度：
一般来说，对模塑产品的任何一个侧面，都需有一定量的脱模斜度，以便产品从模具中顺利脱出。脱模斜度的大小一般以0.5度至1度间居多。具体选择脱模斜度注意以下几点：
a、塑件表面是光面的，尺寸精度要求高的，收缩率小的，应选用较小的脱模斜度，如0.5°。
b、较高、较大的尺寸，根据实际计算取较小的脱模斜度，比如双筒洗衣机大桶的筋板，计算后取0.15°~0.2°。
c、塑件的收缩率大的，应选用较大的斜度值。
d、塑件壁厚较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。
e、透明件脱模斜度应加大，以免引起划伤。一般情况下，PS料脱模斜度应不少于2.5°~3°，ABS及PC料脱模斜度应不小于1.5°~2°。
f、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°~5°的脱模斜度，视具体的皮纹深度而定。皮纹深度越深，脱模斜度应越大。
g、结构设计成对插时，插穿面斜度一般为1°~3°（见后面的图示意）。
2、关于塑件的壁厚确定以及壁厚处理：
合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求：包括零件的强度、质量成本、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求，一般壁厚都有经验值，参考类似即可确定 (如熨斗一般壁厚2mm，吸尘器大体为2.5mm)，其中注意点如下：
a、塑件壁厚应尽量均匀，避免太薄、太厚及壁厚突变，若塑件要求必须有壁厚变化，应采用渐变或圆弧过渡，否则会因引起收缩不均匀使塑件变形、影响塑件强度、影响注塑时流动性等成型工艺问题。
b、塑件壁厚一般在1—5mm范围内。而最常用的数值为2—3mm。
c、常用塑料塑件的最小壁厚及常用壁厚推荐值：(mm)
d、尽量不要将加强筋和螺钉柱设计的太厚，一般建议取本体壁厚的一半较保险，否则容易引起缩影等外观问题
e、尽量不要将零件设计成单独的平板，尺寸很小另论，否则变形导致零件不平整
塑料件结构设计要点
塑料件结构设计要点
3、关于塑件的加强：
为了确保塑件的强度和刚性，而又不致使塑件的壁厚过厚，可以在塑件的适当部位设置加强筋。加强筋还可以避免塑件的变形，在某些情况下，加强筋还可以改善塑件成型过程中塑料流动的情况。
a、加强筋的厚度不应大于壁厚的1/2，以免引起塑件表面缩影；同时从成型流动性考虑，最小不宜低于0.8mm。
b、在必须采用较大的加强筋时，在容易形成缩痕的部位可以设计成纹理，来遮盖缩痕。
c、加强筋应加脱模斜度，筋应标注大端尺寸（但是考虑加工工艺，3D图上可以不做出，模具加工时EDM加工会自然产生斜度，高精度零件另论）
d、除特殊要求外，加强筋应尽可能矮，加强筋的高不要超过（3~4）*T（T为零件厚度）
小技巧：把表面制成拱形和波形也是增加强度和刚性的方法之一。
下图示意筋的设计要点：
塑料件结构设计要点

塑料件结构设计要点

塑料件结构设计要点
4、关于塑件的圆角设计：
在塑件设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件强度，改善塑件的流动情况及便于脱模，在塑件的各面或内部连接处，应采用圆弧过度。另外，塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度，也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时，塑件的各转角处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角。允许的情况下，圆角应尽量大。
对于内外表面的拐角处，外圆角应为内圆角加壁厚，可减少内应力，并能保证壁厚均匀一致。
塑料件结构设计要点

塑料件结构设计要点
5、关于塑件的合页式结构设计：
塑料件结构设计要点
6、关于塑件的螺钉柱设计：
塑件之间的连接常采用自攻螺钉的连接方式，在螺钉柱的设计过程中应注意以下几点：
a、在允许的情况下，螺钉柱应尽量低一点
b、应加一字形或十字形斜筋保证螺钉柱的强度，并考虑防止缩影
c、外观要求严格的表面螺钉柱应做斜顶式的结构以防止缩影，见下图示意：
d、螺钉柱内侧应加倒角，利于螺钉的安装，倒角大小一般为（1~1.5）X45°，个人建议使用下图第二个方案：
塑料件结构设计要点
螺钉柱的内外直径应符合加工工艺性，优先选用值：
塑料件结构设计要点
7、关于嵌件设计：
在嵌件的设计过程中应注意以下几点：
a、嵌件周围塑料层厚度不宜太薄，否则会因收缩而破裂。
b、嵌件各尖角部位应倒圆角，这样可减少内应力。
c、嵌件在塑件中应固定牢固，可采用开槽、加凸台，或滚花结构。
d、在设计中应考虑嵌件在模具中便于安装，正确和牢固定位，成型时有利于塑料流动，模具制造方便。
注塑成型时，塑件会收缩，金属件不会收缩，所以嵌件周围会产生内应力，过大则塑件开裂，解决办法，其一是塑件包围嵌件的尺寸不要太薄，其次，选择弹性较好，收缩率较小的塑胶材料，比如ABS，PC等，而脆性材料则不适合嵌件，比如PS。
8、外观要求及材料、收缩率、分型面：
在产品开发设计，作为开发工程师应该了解：
a、产品使用的材料
b、外观光洁度要求，如镜面、皮纹、喷砂、亚光、喷漆等，以及需处理的范围。
还需与客户以及模具厂沟通确定以下：
a、分型面的位置、滑块抽芯允许的分型线位置，允许设浇口的位置、哪些地方不允许有顶出痕迹…
b、若塑件上需塑出文字、符号等标识，应落实文字、符号的大小、深度、位置等。
c、对塑件成型后难以避免的缺陷如：融接痕、微量收缩等应向客户提出，征得客户的认可。并尽量采取措施减轻缺陷。
d、修饰特征如logo，塑件上刻字等,宜设计先沉下然后凸起，模具加工时为下凹，加工容易实现。
常用塑料及收缩率如下表：（含添加剂及其他特殊要求的材料视具体牌号及客户要求定）
塑料件结构设计要点
其他见下图：
1、分型面尽量不要有台阶，可以改为斜面，便于修边以及模具加工，也便于精度实现；分型面能平面不要斜面，能斜面不要曲面等等。
塑料件结构设计要点
2、螺钉柱防止缩影可以加火山口，如下示意：
塑料件结构设计要点
9、关于强制脱模的结构设计要点：
尺寸允许如下，且强脱的地方全部做成斜面和R角过渡，不能尖角。
塑料件结构设计要点
10、一些结构优化举例：
关于产品一些圆角处理的地方。
下图是一个产品扣线卡槽，以前的产品在设计时是没有加小圆角的，后来再才发现一个松下的产品上不是这样做的，他们是在转角的地方加了一个小圆角，防止线材破皮，这样小小的人性化设计。
塑料件结构设计要点
上图：需要加圆角的地方
如果直接加上圆角的话会有倒扣出不了模，所以结构上要改进一下，如下图所示：
塑料件结构设计要点
如何改进呢？我们可以在圆角处再起一级：
塑料件结构设计要点
脱模检测分析，模具问题解决。
再看另外一个常见的例子。
如图所示：对于这样的矩形通孔，往往会忘记做一些圆角处理，如果要在四个拐角处加上小圆角，出来的效果也许就不一样，避免一些不必要的小缺陷。这样做的目的很简单，防止在出模时由于应力集中，会有拉白拉裂等现象，一般留个0.5mm左右的小圆角就行了，也不影响外观和功能。
塑料件结构设计要点
关于产品保修贴，规格贴的一些问题。
象这些诸如标贴凹槽，还有一些孔位，我们都要说明清楚是要留出来，还是需要镶出来，不同做法出来的效果也是不同的，如下图：
这个地方前模上需要留出，所以会有相应的小圆角，如果需要利角的话就需要镶出来。在图纸上尽量表达出来，这些小的细节，工程师不去提出来，往往模厂会遗漏掉。
塑料件结构设计要点
关于合壳螺钉柱的一些细节。
紧固的螺钉柱要注意其强度问题，根据产品的要求，要经得起跌落实验这一关，另外也常遇到跌落时，连根拨起的现象和打螺钉爆裂的情况。因此在设计过程中要考虑到这些问题，留有一定的余量。
对于螺孔的内外径要给出合适的尺寸，外径不宜过大，大了有可能缩水，内径偏小容易爆裂，过大了要容易滑牙，根据对产品特性的了解给出恰当的经验值。
举个简单的小例子：
如下图：锁壳螺丝柱的配合端面，更改之前第一个图，更改后见第二个图。
塑料件结构设计要点
模具对插结构。
塑料件结构设计要点
结构中常见散热孔，不建议直接切槽散热，这样透光可以看见内配线，给人产品低档的感觉，可以改为侧面散热，即做成百叶窗式的结构：
塑料件结构设计要点
其他细节：手穿过的尺寸不少于30*90,若出口到欧美，建议30*100以上，手持式的，手握的尺寸，如手柄，(25~30)*(30~35)，手提的面积尺寸不少于15mm，指甲抠起的尺寸不少于4~5mm。
11、塑件自攻螺钉规格尺寸表：
塑料件结构设计要点

塑料件结构设计要点
塑料件结构设计要点

塑料件结构设计要点
12、3D结构设计完成后，工程师自检以及开模前与模具厂需要检讨的：
a、自检：零件有没有未完全约束的情况；零件是否有干涉(结构设计时经常干涉分析)，配合的间隙是否合理；所有的设计数据是否可以在装配模式下再生成功(结构设计时经常再生分析)……
b、自检：产品厚度是否分布均匀（多做剖视图检查）
c、自检：产品是否有拔模，或存在倒勾（拔模检测，做剖视图检查）
d、模具厂讨论：产品分模线的具体位置，是否可以接受，对外观的影响程度
e、模具厂讨论：模具的进料方式，进料点以及所产生的结合线是否接受
f、模具厂讨论：斜顶、滑块的位置是否足够，产生的分型线是否被接受
g、模具厂讨论：其它特殊要求，比如模具的材质和寿命，产品表面的要求，咬花面的规格等等……