吕文果
塑料是四大工程材料（钢铁、木材、水泥和塑料）之一，它是以高分子量的合成树脂为主要成份，在一定条件下可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。塑料总体分为热固性和热塑性两种，区分两种塑料的规则一般是在一定温度加热一段时间或加入硬化剂后有无发生化学反应而硬化，发生化学反应而硬化的叫热固性塑料，反之则叫热塑性塑料。它广泛应用于工业、农业、国防等行业。但是塑料与其它材料相比又具有自己的一些特有的性能，这些性能决定它的一些特有的使用场合、加工方法、生产工艺等。一般来说塑料的成型方法有以下几种：注射成型、挤压成型、压铸成型、发泡、吹塑、真空吸塑、中空成型、机加工等。 由于塑料的种类及性能、使用场合、成型工艺等条件的影响，对塑料件的结构设计也就自然会产生一些特殊的要求及方法。由于热固性塑料与热塑性塑料最终的形态不同，结构设计过程中的好多要求也就不一样，涉及的范围相当之大。下面我们就针对注射成型的热塑性塑料件的结构设计从胶模斜度、塑件的壁厚、加强筋、支承柱、孔、公差等方面作一些初略的讨论。
一、 壁厚
合理确定塑件的壁厚是非常重要的，其它的形体和尺寸如加强筋和圆角等都是以壁厚为参照的。塑料产品的壁厚主要决定于塑料的使用要求，即产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱
位的数量、伸出部份的多少以、选用的塑胶材料、重量、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求而定。如果壁厚不均匀，会使塑料熔体的充模速度和冷却收缩不均匀，由此会引起凹陷、真空泡、翘曲、甚至开裂。壁厚均匀是塑料件设计的一大原则。
一般的热塑性塑料壁厚设计在1～6mm范围。最常用的为2～3mm。大型件也有超过6mm的。表1是一些热塑性塑料壁厚的推荐值。在取较小壁厚时，要考虑制品在使用和装配时的强度和刚度。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，还延长生产周期。尽量使塑件各处的壁厚均匀，否则会引起收缩不均匀使塑件产生变形和气泡、凹陷的工艺问题。厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得慢，因而产生缩痕。更甚者导致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜不同或不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的改变，并且在不超过壁厚3:1的比例下，如下图1：
图1
其实大部份厚胶的设计可使用加强筋来改变总壁厚。除了可节省物料来节省生产成本外，还可以节省冷却时间，冷却时间大概与壁成
正比。取缔后的设计更可保留和原来设计相近的刚性、强度及功用，关于加强筋我们会在后面的章节中专门讨论。
此外壁厚的设计还要考虑流程，即熔料从浇口起流向型腔各处的距离。一般工艺参数下流程与壁厚有一定的比例关系，壁厚越大流程越长，如果流程与壁厚的比值太大，离浇口远的地方就会出现缺料也就是常说的打不饱。因此必要的情况下还需增加壁厚。
表1 热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚的推荐值
塑料材料 最小壁厚 小型件推荐
壁厚 中型件推荐
壁厚
大型件推荐
壁厚
尼龙 0.45 0.76 1.5 2.4~3.2
聚乙烯 0.6 1.25 1.6 2.4~3.2
聚苯乙烯 0.75 1.25 1.6 3.2~5.4 PMMA 0.8 1.5 2.2 4~6.5 PVC 1.2 1.6 1.8 3.2~5.8 PP 0.85 1.54 1.75 2.4~3.2 PC 0.95 1.8 2.3 3~4.5 POM 0.8 1.4 1.6 3.2~5.4 ABS 0.8 1 2.3 3.2~6 尖锐的角位通常会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程后引起不希望的物料聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方
法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱模时更容易。下图可供叁考之用。如果内角是圆角，外角是尖角，转角的地方仍比其它地方厚，仍会出现收缩的现象；我们可以使内外都成圆角，来使壁厚均匀，这种情况下外圆角是内圆角加上基本壁厚之和。 转角位的设计准则亦适用于悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位R 太小时会引致其应力集中系数过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位R太大的话则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎0.2至0.6之间，理想数值是在0.5左右。
二、脱模方向及拔模斜度
每个注塑产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能减少抽芯机构和消除分型 线对外观的影响。如汽车保险杠的脱模方向一般是沿车的长度方向。开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方向一致，以避免抽芯、减少
拼缝线，延长模具寿命。开模方向确定后，可选择适当的分型线，以改善外观及性能。
注塑件从成型模具中脱模运动时，要克服脱模力和开模力。开模是指塑件外形从型腔中脱出。模内塑件在冷却过程中产生收缩，孔壁部分对型芯产生包紧力。开模时塑件与型芯产生摩擦力、孔底密封件开模时产生真空吸附，诸多原因说明脱模力比开模力大得多。过大的脱模力会使塑件变形、发白、起皱和表面擦伤。脱模斜度是决定脱模力大小的一大因素。因注塑件冷却收缩后多附在凸模上，为了使产品壁厚均匀及防止产品在开模后附在较热的凹模上，出模角对应於凹模及凸模是应该相等的。不过，在特殊情况下若然要求产品于开模后附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角适当减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。
拔模角的大小没有一个定数，通常是根据经验值确定。一般来说，高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角，深入或附有织纹的产品要求出模角作相应的增加，习惯上每0.025mm深的织纹，便需要额外1度的出模角。出模角度与单边间隙和边位深度之关系表，列出出模角度与单边间隙的关系，可作为叁考之用。
此外在考虑脱模斜度时，原则上越大越有利于脱模，但必须注意保证塑件的尺寸精度，脱模斜造成的
尺寸误差必须控制在尺寸精度范围内。对于收缩较大，形状复杂的塑件应考虑较大的脱模角。
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