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摘要：文章从注塑成型树脂件结构设计的角度出发，结合注塑生产的工艺特点及材料本身特性，总结了注塑成型树脂件结构设计上的要点和注意事项，列举了若干设计中经常采取的结构形式和改进方法，为注射成型树脂件的结构设计给出了参考。
关键词：树脂材料；结构设计；加强筋；拔模斜度
中图分类号：TQ325文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）12-0020-02
随着社会的发展，不断发展新材料、新技术以适应各种产品结构设计方面的要求，特别是树脂材料的应用以强度好、重量轻、成型性良好而得到大范围的应用，从汽车内饰部件到生活上的细小必需品都离不开树脂材料，特别是在汽车上得到了广泛的应用，目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国高级轿车的塑料使用量已经达到300千克/辆，国内一些轿车的塑料用量也已经达到200千克/辆，可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛。作为从事树脂产品设计的人员来讲掌握设计技巧及设计方法相当重要，尤其是结构设计方面，直接影响了产品的成本、品质等。
一、产品避厚的合理性
从产品强度来看，树脂产品壁厚越厚产品强度越好，从产品轻量化来看产品壁厚越薄产品越轻，从成型质量的角度来看，树脂件的壁厚过厚，在成型的过程中会出现冷却不均，容易产生缩水，锁孔等缺陷，壁厚太薄，又会造成素质流动状态不好，进胶困难，从而使型腔不易充满而造成充填不足，综合以上几点来看树脂件的壁厚应尽可能均匀、合理，在需要强度的部位采取增置加强筋，在壁厚过厚处采取局部挖空的结构，不均匀处可采取缓和过渡的形式，使壁厚变得均匀，避免成型过程中产生翘曲变形等缺陷。壁厚的合理性除了影响成型和成品的强度，同时也更有利于制品能够顺利地从模具中脱离出来。
当然在实际设计的过程中，树脂件的种类何其之多，在确定制品的厚度上也要根据不同的材质的各自属性和特点，和此制品的大小规格，适用条件等各方面，再根据以上原则来决定。由于树脂制品已深入生活，在设计壁厚上也有章可循，已经形成了一定的规则，设计过程中可参照这些规则。
二、应力集中问题解决办法
树脂件的结构设计要特别注意避免尖锐棱角的产生，树脂材料始终比较敏感的材料，因此在应力集中的地方会产生微小的裂纹，逐步扩大以致发生断裂，导致制品的损坏。
树脂材料的强度通常较低，避免应力集中最好的方法是改善尖锐棱角部位的结构形式。例如。在尖角部位增加倒角，倒圆角或以平缓的方式过渡。当因结构件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圆角时，可通过在尖角处增加局部结构强度，向内掏出圆角的办法降低应力集中，树脂螺纹的牙形应优先采用圆形和梯形，避免三角形、矩形，这样可以减低缺口效应，提高螺纹的承载能力。
三、加强筋结构的设计原则
为了减小产品的平均肉厚，降低产品的重量，以及减少成型过程中的缺陷，通常在需要加强强度的位置设置加强筋的方法来提高产品的强度和刚性，同时也降低成本。在树脂件上设置加强筋，可提高树脂的强度，防止树脂件的翘曲变形，选择恰当的加强筋位置可改善树脂溶液的流动性。
树脂制品上的加强筋形式多种，但设计加强筋一般遵循以下原则：（1）筋的壁厚根据材料不同而不同一般为主体厚度t的0.4倍，最大不超过0.6倍，避免厚筋底冷却时出现凹陷，影响制品的美观；（2）筋之间的间距大于4t，筋的高度低于3t；（3）螺钉柱的加强筋至少低于柱子表面1.0mm；（4）筋的根部要以圆角过度，避免应力集中造成破坏，但谨防圆角过大出现凹陷；（5）加强筋应低于零件表面或分型面至少1.0mm。多条加强筋相交，要注意树脂带来的局部材料堆积问题。其改进方法是：（1）将加强筋错位；（2）加强筋交叉部位设计成空心结构等。
细长的加长筋，如受力，应尽量使其承受拉力，避免承受过大的压力。因为树脂材料的弹性模量很低，容易出现失稳问题。这与我们在进行金属铸件设计时所遵循的优先受压原则相反，需要特别注意。
四、拔模斜度设计
拔模斜度也叫脱模斜度，主要是为了避免树脂件在脱模时由于冷却收缩而对模具产生粘附，摩擦，从而导致其损伤变形，而在树脂件的脱模方向设置的有利脱模角度。
拔模斜度的确定一般遵循以下几个个原则：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，这样做相当于减小公差；（2）拔模角度一般取整数；（3）树脂件的外观拔模角取值大于内壁的角度，这有利于成形时脱模；（4）树脂中硬度大的，刚性大的，脱模斜度也应该相应加大；（5）在不影响外观的前提下取较大的拔模角度；（6）制品壁厚也决定了拔模角度的设定，两者成正比。某些材料，如PP、PE等能强行脱模，强行脱模量一般不超过型芯最大面积的5%。
五、依据模具结构考虑树脂件的结构设计
模具在注射生产的工艺装备中是不可代替的，模具内腔的形态是树脂件形状的反映。树脂件结构的难易程度直接影响着模具结构上的复杂变化，为了能使设计的制品批量生产化，结构设计也是至关重要的，当然这也直接影响着模具的设计，从而在做树脂件结构设计的同时，在保证外观和功能的前提下，尽可能地考虑模具的结构，使之简化，利于后期的加工，批量生产，从而节约时间和成本并可以提高产品质量。所以在从事结构设计的工作，还应了解模具设计的基本原理与基本原则
模具设计不合理就能造成产品成型不良，注塑工艺生产产品可能出现的缺陷主要有一下几种：缩痕、熔接痕、气孔、变形、拉毛、顶伤、飞边、成型不足、烧糊等。注塑件设计一般遵循以下原则：（1）充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性；（2）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；（3）塑料产品设计应充分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，模具零件的强度等，以便使制品有较好的经济性；（4）塑料制品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。
六、从装配的角度考虑树脂件的结构
连接结构问题是产品设计中一个重要的问题。构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体，以完成产品的设计功能。满足外观造型设计的产品外壳，通常也是由底盖，主体框架等部件组成，需要连接固定形成一个整体。因此有必要对产品设计中连接结构问题进行探讨。
由于树脂材料的弹性模量小，即材质较软，并且成型工艺与金属不同，树脂件的公差精度比金属件一般来说要低很多。因此，在进行结构设计时应注意这一特性，应避免大尺寸小公差的情况出现。尺寸越大，累积的变形越大，对公差精度的影响也越大。粘接是树脂件常用的装配方式之一。树脂件粘接时应避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因为其抗撕扯能力差，正确的做法是使粘接界面承受剪切力。处于受正拉力状态的粘接强度不及处于受剪力状态的粘接强度，因为处于受正拉力状态的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用；而处于受剪力状态的粘接界面的面积一般大于受正拉力状态的粘接界面的面积所以抗撕扯能力较强。
螺栓连接也是树脂件常用的装配方式之一。由于树脂的强度很低，通常不足以咬紧螺丝，因此在受力较大的情况下，不可将自攻螺丝直接嵌入树脂材质中。另外，平头螺栓连接或铆接式连接应带面积较大的衫板，以增加受力面积。
参考文献
[1]徐佩弦．塑料件的设计[M]．北京：轻工业出版社，2001．
（责任编辑：周加转）
关键词：树脂材料；结构设计；加强筋；拔模斜度
中图分类号：TQ325文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）12-0020-02
随着社会的发展，不断发展新材料、新技术以适应各种产品结构设计方面的要求，特别是树脂材料的应用以强度好、重量轻、成型性良好而得到大范围的应用，从汽车内饰部件到生活上的细小必需品都离不开树脂材料，特别是在汽车上得到了广泛的应用，目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国高级轿车的塑料使用量已经达到300千克/辆，国内一些轿车的塑料用量也已经达到200千克/辆，可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛。作为从事树脂产品设计的人员来讲掌握设计技巧及设计方法相当重要，尤其是结构设计方面，直接影响了产品的成本、品质等。
一、产品避厚的合理性
从产品强度来看，树脂产品壁厚越厚产品强度越好，从产品轻量化来看产品壁厚越薄产品越轻，从成型质量的角度来看，树脂件的壁厚过厚，在成型的过程中会出现冷却不均，容易产生缩水，锁孔等缺陷，壁厚太薄，又会造成素质流动状态不好，进胶困难，从而使型腔不易充满而造成充填不足，综合以上几点来看树脂件的壁厚应尽可能均匀、合理，在需要强度的部位采取增置加强筋，在壁厚过厚处采取局部挖空的结构，不均匀处可采取缓和过渡的形式，使壁厚变得均匀，避免成型过程中产生翘曲变形等缺陷。壁厚的合理性除了影响成型和成品的强度，同时也更有利于制品能够顺利地从模具中脱离出来。
当然在实际设计的过程中，树脂件的种类何其之多，在确定制品的厚度上也要根据不同的材质的各自属性和特点，和此制品的大小规格，适用条件等各方面，再根据以上原则来决定。由于树脂制品已深入生活，在设计壁厚上也有章可循，已经形成了一定的规则，设计过程中可参照这些规则。
二、应力集中问题解决办法
树脂件的结构设计要特别注意避免尖锐棱角的产生，树脂材料始终比较敏感的材料，因此在应力集中的地方会产生微小的裂纹，逐步扩大以致发生断裂，导致制品的损坏。
树脂材料的强度通常较低，避免应力集中最好的方法是改善尖锐棱角部位的结构形式。例如。在尖角部位增加倒角，倒圆角或以平缓的方式过渡。当因结构件功能的需要而不可直接增加倒角，倒圆角时，可通过在尖角处增加局部结构强度，向内掏出圆角的办法降低应力集中，树脂螺纹的牙形应优先采用圆形和梯形，避免三角形、矩形，这样可以减低缺口效应，提高螺纹的承载能力。
三、加强筋结构的设计原则
为了减小产品的平均肉厚，降低产品的重量，以及减少成型过程中的缺陷，通常在需要加强强度的位置设置加强筋的方法来提高产品的强度和刚性，同时也降低成本。在树脂件上设置加强筋，可提高树脂的强度，防止树脂件的翘曲变形，选择恰当的加强筋位置可改善树脂溶液的流动性。
树脂制品上的加强筋形式多种，但设计加强筋一般遵循以下原则：（1）筋的壁厚根据材料不同而不同一般为主体厚度t的0.4倍，最大不超过0.6倍，避免厚筋底冷却时出现凹陷，影响制品的美观；（2）筋之间的间距大于4t，筋的高度低于3t；（3）螺钉柱的加强筋至少低于柱子表面1.0mm；（4）筋的根部要以圆角过度，避免应力集中造成破坏，但谨防圆角过大出现凹陷；（5）加强筋应低于零件表面或分型面至少1.0mm。多条加强筋相交，要注意树脂带来的局部材料堆积问题。其改进方法是：（1）将加强筋错位；（2）加强筋交叉部位设计成空心结构等。
细长的加长筋，如受力，应尽量使其承受拉力，避免承受过大的压力。因为树脂材料的弹性模量很低，容易出现失稳问题。这与我们在进行金属铸件设计时所遵循的优先受压原则相反，需要特别注意。
四、拔模斜度设计
拔模斜度也叫脱模斜度，主要是为了避免树脂件在脱模时由于冷却收缩而对模具产生粘附，摩擦，从而导致其损伤变形，而在树脂件的脱模方向设置的有利脱模角度。
拔模斜度的确定一般遵循以下几个个原则：（1）制品的精度要求越高，拔模斜度越小，这样做相当于减小公差；（2）拔模角度一般取整数；（3）树脂件的外观拔模角取值大于内壁的角度，这有利于成形时脱模；（4）树脂中硬度大的，刚性大的，脱模斜度也应该相应加大；（5）在不影响外观的前提下取较大的拔模角度；（6）制品壁厚也决定了拔模角度的设定，两者成正比。某些材料，如PP、PE等能强行脱模，强行脱模量一般不超过型芯最大面积的5%。
五、依据模具结构考虑树脂件的结构设计
模具在注射生产的工艺装备中是不可代替的，模具内腔的形态是树脂件形状的反映。树脂件结构的难易程度直接影响着模具结构上的复杂变化，为了能使设计的制品批量生产化，结构设计也是至关重要的，当然这也直接影响着模具的设计，从而在做树脂件结构设计的同时，在保证外观和功能的前提下，尽可能地考虑模具的结构，使之简化，利于后期的加工，批量生产，从而节约时间和成本并可以提高产品质量。所以在从事结构设计的工作，还应了解模具设计的基本原理与基本原则
模具设计不合理就能造成产品成型不良，注塑工艺生产产品可能出现的缺陷主要有一下几种：缩痕、熔接痕、气孔、变形、拉毛、顶伤、飞边、成型不足、烧糊等。注塑件设计一般遵循以下原则：（1）充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性；（2）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；（3）塑料产品设计应充分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，模具零件的强度等，以便使制品有较好的经济性；（4）塑料制品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。
六、从装配的角度考虑树脂件的结构
连接结构问题是产品设计中一个重要的问题。构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体，以完成产品的设计功能。满足外观造型设计的产品外壳，通常也是由底盖，主体框架等部件组成，需要连接固定形成一个整体。因此有必要对产品设计中连接结构问题进行探讨。
由于树脂材料的弹性模量小，即材质较软，并且成型工艺与金属不同，树脂件的公差精度比金属件一般来说要低很多。因此，在进行结构设计时应注意这一特性，应避免大尺寸小公差的情况出现。尺寸越大，累积的变形越大，对公差精度的影响也越大。粘接是树脂件常用的装配方式之一。树脂件粘接时应避免粘接界面切忌承受撕扯拉力，因为其抗撕扯能力差，正确的做法是使粘接界面承受剪切力。处于受正拉力状态的粘接强度不及处于受剪力状态的粘接强度，因为处于受正拉力状态的粘接界面在其根部承受撕扯拉力作用；而处于受剪力状态的粘接界面的面积一般大于受正拉力状态的粘接界面的面积所以抗撕扯能力较强。
螺栓连接也是树脂件常用的装配方式之一。由于树脂的强度很低，通常不足以咬紧螺丝，因此在受力较大的情况下，不可将自攻螺丝直接嵌入树脂材质中。另外，平头螺栓连接或铆接式连接应带面积较大的衫板，以增加受力面积。
参考文献
[1]徐佩弦．塑料件的设计[M]．北京：轻工业出版社，2001．
（责任编辑：周加转）