塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計-加強筋

第五章加強筋（含凸臺、角撐）基本設(shè)計守則加強筋在塑膠部件上是不可或缺的功能部份。加強筋有效地如『工』字型，增加產(chǎn)品的剛性和強度而無需大幅增加產(chǎn)品切面面枳，但沒有如ru字型筋，倒扣結(jié)構(gòu)將難於成型，對一些經(jīng)常受到壓力、扭力、彎曲的塑膠產(chǎn)品尤其適用。此外，加強筋更可充當(dāng)內(nèi)部流道,有助模腔充填，對幫助塑料流入部件的支節(jié)部份很大的作用。加強筋一般被放在塑膠產(chǎn)品的非接觸面，其伸展方向應(yīng)跟隨產(chǎn)品最大應(yīng)力和最大偏移量的方向，選擇加強筋的位置亦受制於一些生產(chǎn)上的考慮，如模腔充填、縮水及脫模等。加強筋的長度可與產(chǎn)品的長度一致，兩端相接產(chǎn)品的外壁，或只占據(jù)產(chǎn)品部份的長度，用以局部增加產(chǎn)品某部份的剛性。要是加強筋沒有接上產(chǎn)品外壁的話，末端部份亦不應(yīng)突然終止，應(yīng)該漸次地將高度減低，直至完結(jié)，從而減少出現(xiàn)困氣、填充不滿及燒焦痕等問題，這些問題經(jīng)常發(fā)生在排氣不足或封閉的位置上。加強筋一般的設(shè)計加強筋最簡單的形狀是一條長方形的柱體附在產(chǎn)品的表面上，不過為了滿足一些生產(chǎn)上或結(jié)構(gòu)上的考慮，加強筋的形狀及尺寸須要改變成如以下的圖一般。長方形的加強筋必須改變形狀使生產(chǎn)更容易加強筋的兩邊必須加上出模角以減低脫模頂出時的摩擦力，底部相接產(chǎn)品的位置必須加上圓角以消除應(yīng)力過分集中的現(xiàn)象，圓角的設(shè)計亦給與流道漸變的形狀使模腔充填更為流暢。此外，底部的寬度須較相連外壁的厚度為小，產(chǎn)品厚度與加強筋尺寸的關(guān)系圖a說明這個要求。圖中加強筋尺寸的設(shè)計雖然已按合理的比例，但當(dāng)從加強筋底部與外壁相連的位置作一圓圈R1時，圖中可見此部分相對外壁的厚度增加大約50%因此，此部份出現(xiàn)縮水紋的機會相當(dāng)大。如果將加強筋底部的寬度相對產(chǎn)品厚度減少一半（產(chǎn)品厚度與加強筋尺寸的關(guān)系圖b）,相對位置厚度的增幅即減至大約20%,縮水紋出現(xiàn)的機會亦大為減少。由此引伸出使用兩條或多條矮的加強筋比使用單一條高的加強筋較為優(yōu)勝，但當(dāng)使用多條加強筋時,加強筋之間的距離必須較相接外型的厚度大。加強筋的形狀一般是細而長，加強筋一般的設(shè)計圖說明設(shè)計加強筋的基本原則。留意過厚的加強筋設(shè)計容易產(chǎn)生縮水紋、空穴、變形撓曲及夾水紋等問題，亦會加長生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本。（a） （b）產(chǎn)品厚度與加強筋尺寸的關(guān)系為避免縮水，筋的根部為0.6T,筋的高度為2T（最大不過3T）,底部圓角為R=0.125T,拔模斜度為0?5。~1?5°,筋的方向最好和GATE同向.筋間的距離盡可能在壁厚兩倍以上.筋根部厚度條勺卷（0.5、0.7）「筋距〃T；筋高143TPCPPOT<0,6TPA,PET<0.5TPMMA.ABST<0.5T

PST<0,6TPS除了以上的要求，加強筋的設(shè)計亦與使用的塑膠材料有關(guān)。從生產(chǎn)的角度看，材料的物理特性如熔膠的黏度和縮水率對加強筋設(shè)計的影響非常大。此外，塑料的蠕動(creep)特性從結(jié)構(gòu)方面來看亦是一個重要的考慮因素。例如，從生產(chǎn)的角度看，加強筋的高度是受制於熔膠的流動及脫模頂出的特性(縮水率、摩擦系數(shù)及穩(wěn)定性)，較深的加強筋要求膠料有較低的熔膠黏度、較低的摩擦系數(shù)、較高的縮水率。另外，增加長的加強筋的出模角一般有助產(chǎn)品頂出，不過，當(dāng)出模角不斷增加而底部的闊度維持不變時，產(chǎn)品的剛性、強度，與及可頂出的面積即隨著減少。頂出面積減少的問題可從在產(chǎn)品加強筋部份加上數(shù)個頂出凸塊或使用較貴的扁頂針得以解決，同時在頂出的方向打磨光潔亦有助產(chǎn)品容易頂出。從結(jié)構(gòu)方面考慮,較深的加強筋可增加產(chǎn)品的剛性及強度而無須大幅增加重量，但與此同時，產(chǎn)品的最高和最低點的屈曲應(yīng)力(bendingstress)隨著增加，產(chǎn)品設(shè)計員須計算并肯定此部份的屈曲應(yīng)力不會超出可接受的范圍。從生產(chǎn)的角度考慮，使用大量短而窄的加強筋比較使用數(shù)個深而闊的加強筋優(yōu)勝。模具生產(chǎn)時：加強筋的闊度(也有可能深度)和數(shù)量應(yīng)盡量留有馀額，當(dāng)試模時發(fā)覺產(chǎn)品的剛性及強度有所不足時可適當(dāng)?shù)卦黾?，因為在模具上去除鋼料比使用燒焊或加上插入件等增加鋼料的方法來得簡單及便宜。ToTob=0.6~0.75ac=2.5a~3a(^^M<^^,即加上d==0.25a鶴角半f=罩逡最少0?5°曲加強筋增強塑膠件強度的方法以卜.是加強筋被置於塑膠部件邊緣的地方可以幫助塑料流入邊緣的空間。c=ad=2ae=0.6?0.7af=2a置於塑膠部件邊緣地方的加強筋5.1加強筋的作用(1)在不加大制品壁厚的條件下，增強制品的強度和剛性，以節(jié)約塑料用量，減輕重量,降低成本。(2)可克服制品壁厚差帶來的應(yīng)力不均所造成的制品歪扭變形。(3)便于塑料熔體的流動，在塑件本體某些壁部過薄處為熔體的充滿提供通道。5.2加強筋的形狀及尺寸塑件上加強筋和凸臺的形式和應(yīng)用如圖2-9,圖2-10所示。

圖2?9制品上的肋和凸臺（一）加強筋尺寸參數(shù)如圖2-H,圖2-12所示。圖2-10制品上的肋和凸臺（二）圖2?11熱塑性燹料制品肋的尺寸A圖2?9制品上的肋和凸臺（一）加強筋尺寸參數(shù)如圖2-H,圖2-12所示。圖2-10制品上的肋和凸臺（二）圖2?11熱塑性燹料制品肋的尺寸A一制品厚度B=0.8AC=3B（如果制品強度要求高

可增加肋的條數(shù)）D=2B

E=（0.1-0.15）AF-斜度（15?2?圖2?12熱固性塑料制品肋的尺寸A一肋在底面上的寬度B=A/2C=3A

D=A/4E=A/4F=10>G=5°

如果T<l.6mm時,H《2T。對于小尺寸肋，A的尺寸按經(jīng)驗確定。凸臺的形狀及尺寸參數(shù)如圖2-13?圖2-15所示。A一制品壁厚B—凸臺在底而上的It徑

C-0.8.AD=2BE=l'~2° （0.1-0.15）AG=QH=0.8AI=A/4J=2B圖2?14遠離側(cè)壁的凸臺A—制品壁厚8—凸臺在底面上的直徑圖2?14遠離側(cè)壁的凸臺A—制品壁厚8—凸臺在底面上的直徑C-0.8A1）=28"1?一丁F-（0.1^0.15）AG=0.95D（獨大）H=C'〈最大）或0.3G（最?。㎎=0.8A角撐位于制品邊緣，支撐制品壁面，以增加強度及剛度，尺寸參數(shù)如圖2-16所示。8=2小最大）圖2-15制品的外測凸臺8=2小最大）圖2-15制品的外測凸臺圖2.16期料制品的角撐A一制品壁厚B=AC=BD=2BE-0.8AF=2E5.3加強筋的設(shè)計要點（1）用高度較低、數(shù)量稍多的筋代替高度較高的單一加強筋，避免厚筋底冷卻收縮時產(chǎn)生表面凹陷（圖2-17、圖2-18）。當(dāng)筋的背面出現(xiàn)凹陷影響美觀時，可采用圖2-19所示的裝飾結(jié)構(gòu)予以遮掩。圖2-17制品肋的合理設(shè)計圖2-18肋的各部分尺寸a)肋根部厚度與基礎(chǔ)壁厚相同時，A部面積比基礎(chǔ)面積增加50%而產(chǎn)生縮孔b)肋根部厚度為基礎(chǔ)壁厚1/2時，B部面積比基礎(chǔ)面積只增加20%,不會產(chǎn)生縮孔(2)筋的布置方向最好與熔料的充填方向一致(見表2-12中示例)。(3)筋的根部用圓弧過渡，以避免外力作用時產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞。但根部圓角半徑過大則會出現(xiàn)凹陷。)一般不在筋上安置任何零件。(5)位于制品內(nèi)壁的凸臺不要太靠近內(nèi)壁，以避免凸臺局部熔體充填不足(圖2-20)。加強筋在防止制品變形、增加制品剛性方面的應(yīng)用如圖2-21?圖2-22所示。圖2.19凹陷遮掩設(shè)計b)^2-20制品的內(nèi)壁凸臺

a）良b）不良圖2.21防止制品變形、增加剛性的結(jié)構(gòu)設(shè)計

a）、b）、c）、d）、c）邊緣加強f）、g）、h）底面加強

i）、j）、k）、1）、m）平面加強n）帶形加強o）假I壁加強

p）防止塌坑的加強q）底面交叉設(shè)計r）軸孔增強設(shè)計加強筋設(shè)計注意的問題參見表2-12。表2?12加強肋設(shè)計注意事項肋骨縮水用小肋骨放於背面遮轆陷肋骨縮水用小肋骨放於背面遮轆陷ABS加強筋的設(shè)計要點PA單獨的筋高度不應(yīng)是筋底部厚度的三倍或以上。在任何一條筋的彳爰面，都應(yīng)該設(shè)置一些小筋或凹槽，因筋在冷卻時會在背面造成凹痕，用那些筋和凹槽可以作裝飾用途而消除縮水的缺陷。//////PBT厚的筋盡量避免以免產(chǎn)生氣泡，縮水紋和應(yīng)力集中。方式的考慮是會限制了筋尺寸。在壁厚於3.2mm(l/8in)以下筋厚度不應(yīng)超過壁厚的60%。在壁厚超過3.2mm的筋不應(yīng)超過40%。筋高度應(yīng)不超過壁厚的3倍。筋與膠壁兩邊的地方以一個0.5inin(0.02m)的R來相連接，使塑料流動暢順和減低內(nèi)應(yīng)力。睨模角1/2° 11/2°t)4t=0.6T,T<3.2

t=0.4T,T>3.2PS置於中位的筋設(shè)計要點PC一般的筋厚度是取決於塑料流程和壁厚。若很多筋應(yīng)用於補強作用，薄的筋是比厚的要好。PC筋的設(shè)計可叁考下圖PS的筋設(shè)計要點。PS筋的厚度不應(yīng)超過其相接壁厚的50%。經(jīng)驗告訴我們違反以上的指引在表面上會出現(xiàn)光澤不一現(xiàn)象。a=^b=0.5致75aC=3aa=^b=0.5致75aC=3a（最多）d=2.5a（最?。〆=0.25a（BJ角）f=V20罩遣最小之脫模角d=2af=2.5a最少PS置於邊位的筋設(shè)計要點PSU筋是可以增強了產(chǎn)品的撞擊強度和利用最經(jīng)濟的成本達致有效的結(jié)果。不良的設(shè)計是會使表面有收縮痕和非期望的撞擊強度。

4支柱（Boss）基本設(shè)計守則支柱突出膠料壁厚是用以裝配產(chǎn)品、隔開物件及支撐承托其他零件之用。空心的支柱可以用來嵌入件、收緊螺絲等。這些應(yīng)用均要有足夠強度支持壓力而不致於破裂。支柱盡量不要單獨使用，應(yīng)盡量連接至外壁或與加強筋一同使用，目的是加強支柱的強度及使膠料流動更順暢。此外，因過高的支柱會導(dǎo)致塑膠部件成型時困氣，所以支柱高度一般是不會超過支柱直徑的兩倍半。加強支柱的強度的方法，尤其是遠離外壁的支柱，除了可使用加強筋外，三角加強塊(Gussetplate)的使用亦十分常見。一個品質(zhì)好的螺絲/支柱設(shè)計組合是取決於螺絲的機械特性及支柱孔的設(shè)計，一般塑膠產(chǎn)品的料厚尺寸是不足以承受大部份緊固件產(chǎn)生的應(yīng)力。固此，從裝配的考慮來看，局部增加膠料厚度是有需要的。但是，這會引致不良的影響，如形成縮水痕、空穴、或增加內(nèi)應(yīng)力。因此，支柱的導(dǎo)入孔及穿孔、避空孔的位置應(yīng)與產(chǎn)品外壁保持一段距離。支柱可遠離外壁獨立而處或使用加強筋連接外型，彳受者不但增加支柱的強度以支撐更大的扭力及彎曲的外力，更有助膠料填充及減少因困氣而出現(xiàn)燒焦的情況。同樣理由，遠離外壁的支柱亦應(yīng)輔以三角加強塊，三角加強塊對改善薄壁支柱的膠料流動特別適用。收縮痕的大小取決於膠料的收縮率、成型工序的叁數(shù)控制、模具設(shè)計及產(chǎn)品設(shè)計。使用過短的哥針、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外型尺寸均不利於收縮痕的減少；不幸地,支柱的強度及抵受外力的能力卻隨著增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸而增加。因此，支柱的設(shè)計須要從這兩方面取得平衡。1)支柱位置不好不好2)支柱設(shè)計Wallcanbeoverextendedinthisarea1Materialdt(mm)Da(mm)(mm)POM0.75d1,95d2.0dPETGR300.8d1.8d1,7dPBTGR300,8d1.8d1.7dPA66GR300.82dZOd1.8d1PA660,75d1,85d1,7dd-NominalscrewdiameterDesignrecommendationsforEJOTPTscrewsT<l/8\t=0.6TT<l/8,,,t=0,4Ta）支柱轆外壁畤b）a）支柱轆外壁畤b）褐立支柱言港十要黠支柱的基本設(shè)計要點a）支柱靠近外壁時 b）支柱遠離外壁時a=^b=支柱J0部囹孔Z直徑。=31＞（支柱之）0韻d=3ao=09df=最小03e林g-購角短逡L20h-0.6a（助之項部）i?025a（逶角飾j=0.6a勵之回科a=^b=支柱J0部圄?U者徑c=0.6a（支柱之JB第d-3a。二岬角每逢120f=025a（謙角隼餡B=0.95d（ft^i?h=?H。3g

幽i=0.6a（支柱之面效支柱的兩種設(shè)計要點不同材料的設(shè)計要點ABS一般來說，支柱的外徑是內(nèi)徑的兩倍已足夠。有時這種方式結(jié)果支柱壁厚等於或超過膠料厚度而增加物料重量和在表面產(chǎn)生縮水紋及高成型應(yīng)力。嚴格的來說支柱的厚度應(yīng)為膠料厚度的50-70%。如因此種設(shè)計方式而支柱不能提供足夠強度，但已改善了表面縮水。斜骨是可以加強支柱的強度，可由最小的尺寸伸延至支柱高的90%。若柱位置接近邊壁，則可用一條筋將邊壁和柱相互連接來支持支柱。

ABS一般支柱之設(shè)計要點ABS附有肋骨支柱的設(shè)計要點PBT支柱通常用於機構(gòu)上裝配，如收螺絲、緊壓配合、導(dǎo)入裝配等多數(shù)情形，支柱外徑是內(nèi)孔徑的兩倍就足夠強壯。支柱設(shè)計有如筋設(shè)計的觀念。太厚的切面會產(chǎn)生部件外縮水和內(nèi)部真空。支柱的位置在邊壁旁時可利用筋相連，則內(nèi)孔徑的尺寸可增至最大。

0.61PBT支柱的設(shè)計指引PBT靠在壁邊旁的支柱設(shè)計方式PC支柱是大部份用來作裝配產(chǎn)品用，有時用作支撐其它物件或隔開物體之用。甚至一些很細小的支柱最終會熱溶彳麥作內(nèi)部零件固定用。一些放於邊位的支柱是需耍一些筋作為互相依附，以增加支柱強度。PC支柱的設(shè)計PC支柱在邊位時與肋骨的配合PS支柱通常用於打入件，收螺絲，導(dǎo)向針，攻牙或作緊迫配合?？赡芮樾沃卤苊猹毩⒁?/p>