淺談汽車塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1、淺談汽車塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則朱志冬 李敢 劉振玲鄭州日產(chǎn)汽車有限公司 河南省 鄭州市 450016【摘 要】本文主要從壁厚、加強(qiáng)筋、螺釘安裝柱、定位銷等方面,介紹了汽車塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則?！娟P(guān)鍵詞】 汽車塑料件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則Abstract: From the part wall thickness, rib, screw installation column, pin. this paper mainly introduces the structure of the automotive plastic parts design principles.Key words: Plasti

2、c parts, Structure design principles1 前言隨著汽車工業(yè)向輕量化方向的發(fā)展,塑料在汽車上的用量日益增加,利用塑料質(zhì)量輕、性能好、尺寸穩(wěn)定、吸振、設(shè)計(jì)自由度大等特點(diǎn),現(xiàn)代汽車用塑料結(jié)構(gòu)件取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,并且是今后的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。本文主要介紹了在實(shí)際的汽車塑料件產(chǎn)品開發(fā)中,塑料件常見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。2汽車塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則2.1 壁厚均勻的原則對(duì)于熱塑性塑料部品,壁厚設(shè)計(jì)應(yīng)均勻一致,如果零件中壁厚之間的差別超過(guò)了25% ,將在零件中產(chǎn)生很高的內(nèi)部應(yīng)力,從而進(jìn)一步導(dǎo)致零件發(fā)生縮痕、氣泡以及變形等缺陷,即便是在遵守了壁厚差別不超過(guò)25%的情況,壁厚的變化也應(yīng)該

3、逐漸過(guò)渡,且在模具填充時(shí),應(yīng)使物料從零件比較厚的部分向比較薄的部分流動(dòng)。下圖1(a 就是一個(gè)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)睦?零件左邊有個(gè)較厚的轉(zhuǎn)角部分,它比較薄的中間部分需要更多的時(shí)間來(lái)凝固。零件的右邊是一個(gè)更厚的部分,也需要更多的時(shí)間才能凝固。很明顯,零件不會(huì)按照?qǐng)D形中的尺寸做出來(lái)。從模具中出來(lái)的零件會(huì)產(chǎn)生氣泡、變形以及縮痕,如圖1(b 所示。 圖2 改進(jìn)后的設(shè)計(jì)2.2 加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)原則在零件上使用縱向筋和盒狀筋可以大大地增強(qiáng)零件的強(qiáng)度。在加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要考慮加強(qiáng)筋的拔模角度、加強(qiáng)筋厚度與根部圓角的關(guān)系以及加強(qiáng)筋的布局等因素。(1加強(qiáng)筋的拔模角度如果加強(qiáng)筋的拔模角度設(shè)定過(guò)小,零件對(duì)模具型芯的包緊力變

4、大,需要加大模具的頂出力,這樣有可能造成零件頂出后表面出現(xiàn)頂白問(wèn)題。而拔模角度過(guò)大,有可能造成加強(qiáng)筋頂部厚度太薄,物料難填充,需要提高溫度或壓力才能填充物料。因此,合理的拔模角度有助于零件成型、減少產(chǎn)品缺陷、節(jié)省成本。在實(shí)際的汽車塑料件設(shè)計(jì)中,加強(qiáng)筋的拔模角度一般在1/4°2°之間。(2加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)中的25%原則在加強(qiáng)筋壁厚設(shè)計(jì)的過(guò)程中,基本設(shè)計(jì)原則如下圖3所示,在加強(qiáng)筋和零件壁的交叉位置畫上一個(gè)圓圈,這個(gè)圓圈與加強(qiáng)筋以及零件壁有三個(gè)接觸點(diǎn),分別在零件壁的公稱壁厚位置以及加強(qiáng)筋根部?jī)蛇叺膬?nèi)角位置。這個(gè)圓圈的直徑(D 不能超出零件公稱壁厚(W 的1.25倍。圖3 加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)中的

5、25%原則這種設(shè)計(jì)方法同樣也適用于兩個(gè)加強(qiáng)筋的交叉、相鄰?fù)古_(tái)以及筋與凸臺(tái)等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,一定要仔細(xì)分辨出加強(qiáng)筋的最厚部分,比如,對(duì)于兩個(gè)加強(qiáng)筋相互交叉的情況,這個(gè)圓圈一定要穿過(guò)加強(qiáng)筋在對(duì)角線上的半徑。如果加強(qiáng)筋的內(nèi)角過(guò)渡太快,將導(dǎo)致在零件中產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。通過(guò)對(duì)圖3中(a 和(b 的進(jìn)行分析,圖3(a 的內(nèi)角半徑為0.25W 所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中系數(shù)約為2.3,圖3(b 的內(nèi)角半徑為0.5W 所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中系數(shù)約為1.5,如下圖4所示: (a 應(yīng)力集中系數(shù)(R/W :2. 3 (b 應(yīng)力集中系數(shù)(R/W:1.5圖4 應(yīng)力集中系數(shù)(R/W 雖然相對(duì)于圖3(a 中加強(qiáng)筋的底部厚度Y 1,圖3(b 中

6、加強(qiáng)筋的底部厚度Y 2減少了,它提供的加強(qiáng)力也將減少,但是,因?yàn)閳D3(b 內(nèi)應(yīng)力降低了,加強(qiáng)筋所提供的總體加強(qiáng)作用可能增強(qiáng)。在實(shí)際的汽車塑料件設(shè)計(jì)中,加強(qiáng)筋的根部厚度一般在1.01.5mm 左右,而加強(qiáng)筋的根部圓角一般在0.51mm 左右。(3加強(qiáng)筋的高度與間距 H=3WWR=0.25W R=0.5WY 1 Y 2D=1.25W (a (b在汽車塑料件的設(shè)計(jì)中,建議使用的加強(qiáng)筋最大高度是公稱壁厚(W的3倍(再增加高度也不會(huì)明顯地增加加強(qiáng)筋的強(qiáng)度,加強(qiáng)筋之間的最小間距為公稱壁厚(W的2倍,如圖5(a所示。(a多重加強(qiáng)筋的高度與間距(b三角筋的推薦尺寸圖5 加強(qiáng)筋的高度與間距而對(duì)于三角筋,推薦的設(shè)

7、計(jì)結(jié)構(gòu)如上圖5(b所示。如果三角筋的高度超過(guò)壁厚2倍,并不能明顯地增強(qiáng)零件的強(qiáng)度。三角筋之間的最小間距同樣為公稱壁厚(W的2倍。(4加強(qiáng)筋的布局對(duì)于加強(qiáng)筋的布局,十字交叉結(jié)構(gòu)是最好的,因?yàn)樗軕?yīng)付許多不同的負(fù)荷排列變化,正確設(shè)計(jì)的可承受預(yù)期應(yīng)力的十字結(jié)構(gòu),可以確保在整個(gè)制品上的應(yīng)力均勻分布。但由于十字交叉處形成的節(jié)點(diǎn)存在著材料的積聚,這樣可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面出現(xiàn)縮痕問(wèn)題。我們可以通過(guò)把節(jié)點(diǎn)挖空來(lái)防止這一問(wèn)題的產(chǎn)生,如圖6所示。同時(shí),還必須注意,不要在組件的邊相交的地方形成材料積聚,如圖7所示。 圖6 十字加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的改良設(shè)計(jì)圖7 組件邊相交的加強(qiáng)筋改良設(shè)計(jì)2.3 螺釘安裝柱的設(shè)計(jì)原則汽車塑料件的

8、螺釘安裝柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn),主要是考慮螺釘安裝柱的拔模斜度和防止零件外觀面產(chǎn)生縮痕。通常,為了便于產(chǎn)品脫模,螺釘安裝柱的外部尺寸A在拔模時(shí)應(yīng)拔小,內(nèi)部尺寸B應(yīng)拔大,拔模角度通常在0.5°1°之間,如下圖8所示。 (a無(wú)脫模斜度 (b有脫模斜度圖8 螺釘安裝柱的脫模斜度為了防止螺釘安裝柱的外觀面產(chǎn)生縮痕,需要對(duì)螺釘安裝柱進(jìn)行局部減膠處理,也就是通常我們所說(shuō)的做“火山口”,如下圖9所示。3WW2W最小30°W2WA:外部尺寸B:內(nèi)部尺寸圖9 螺釘安裝柱的“火山口”結(jié)構(gòu)在上圖9中,零件的公稱壁厚與螺釘安裝孔徑的尺寸關(guān)系,如下表: 公稱壁厚W/mm3 4 5 螺釘安裝孔徑D/mm 2.52.6 3.43.5 4.24.42.4 定位銷的設(shè)計(jì)原則汽車塑料件的定位銷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn),主要是考慮防止定位銷處的制品外觀產(chǎn)生縮痕(如圖10,以及在裝配過(guò)程中定位銷頭部要有導(dǎo)向C 角,同時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝孔也要倒斜角。(a會(huì)產(chǎn)生縮痕的定位銷結(jié)構(gòu) (b改良后的定位銷結(jié)構(gòu)圖10 定位銷結(jié)構(gòu) 3 結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以使汽車塑料件在后期的生產(chǎn)制造過(guò)程中,避免諸多因外觀質(zhì)量缺陷而導(dǎo)致零件報(bào)廢,對(duì)提升汽車