汽车内外饰(塑料)产品结构设计的一般原则及精度

汽车内外饰（塑料）产品结

构设计的一般原则及精度

一形状和结构的简化

制品的形状和结构的复杂显然增加了模具结构的复杂性，加大了模具制造的难度，最终将影响产品性能的不稳定性和经济成本。而从工艺角度考虑，形状和结构设计得越简单，熔体充模也就越容易，质量就越有保证。

理想的产品简洁化设计应当是：①有利于成型加工；②有利于降低成本，节约原材料；③有利于体现简洁、美观的审美价值；④符合绿色设计的原则。

以下是简化设计的一些建议和提示。

（1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几何图形；

（2） 避免制件侧孔

和侧壁内表面的凹凸

形状设计，制件侧壁孔

洞和侧壁内表面的凹

凸形状对某些成型工

艺来说是困难的，需要

在制品成型后进行二

次加工。

例如对于注塑件

来说，模具结构

上就要采用比较

复杂的脱模机构

才能对制件进行

脱模。通常，侧向孔要用侧向的分型和

抽芯机构来实现，这无疑会使模具结构

变得复杂。为了避免在模具结构设计上

增加复杂性，可以对这类制品进行设计

上的改进，图5-16所示是避免侧向抽芯

的设计。

（3） 尺寸设计要考虑成型的可能性，

不同的成型工艺对制件的尺寸设计，包

括尺寸大小，尺寸变化会有一定的限制。

二、壁厚均一的设计原则

在确定壁厚尺寸时，壁厚均一是一

个重要原则。该原则主要是从工艺角度以及由工艺导致的质量方面的问题而提出来的。均匀的壁厚可使制件在成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。壁薄部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应力，内应力会导致制件在短期之内或经过一个较长时期之后发生翘曲变形。图5-17是由壁厚不均匀造成制件翘曲变形的一个例子，图5-18是在不均

匀壁厚部位设置圆孔，由于收缩不均匀，难以称为正圆。

以下是壁后不均匀时常用的三种处置办法：

（1）厚薄交接处的平稳过渡，当制件厚度不可避免需设计成不一致时，在厚薄交接处应逐渐过渡，避免突变，厚度比例变化在一合适的范围（一般不超过3：1）。某些成型工艺可以是例外，例如结构发泡注射成型和气辅注射成型。

壁厚过渡形式如图5-19所示，图中（a）为阶梯式过渡，应尽力避免；（b）为锥形过渡，比较好；（c）是圆弧过渡，应是最好的。

（2）将尖角改为圆角处理，两个壁厚相同的壁面成直角的连接，破坏了壁厚均一的原则。如图5-20所示，转角处的最大厚度是壁厚的1.4倍，如果将内角处理成圆角而外角仍是直角，则在转角处的最大厚度（W）可增加到壁

厚的1.6-1.7倍。正

确的设计应是内外

角均进行圆角处

理，以确保壁厚均匀。圆角处理还可避免应力集中，以及改善塑料成型时熔体的流动性和成型性。

（3）厚壁部位减薄，

使厚壁趋于一致，壁厚差

异大的制件可通过增设

工艺孔、开槽或设置加强

筋的方式，使厚壁部位减

薄，厚薄趋于一致。图

5-21是通过设计上的改

进使塑料件厚薄趋于一

致的几个例子。

三、避免应力集中

对制件上有孔洞、切口、拐角等几何不连续部位施加一定的力，在这个部位的断面上将产生远比给予的表观应力大得多的应力，这个现象角应力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比称作应力集中系数。塑料是对缺口和尖角之类比较敏感的材料，在应力作用下，这些部位会逐渐产生微细裂纹，随后逐步扩展到大的裂纹，而裂纹的不断延伸终将导致制件的损坏。因此产品设计中，避免应力集中应是一条基本的准则。

避免应力集中最直接最有效的方法就是在拐角、棱边、凹槽灯轮廓过渡与厚薄交接处采用圆弧过渡。由于对数的壁近似于经典的悬臂梁结

构，因此可对不同的壁厚和圆

角半径计算出应力集中系数，

计算的结构如图5-22所示。图

中曲线表明，半径R与壁厚T

之比，即R/T在0.6以后，曲

线趋于平缓，由此可知，内圆

角之半径应至少为壁厚的一

半，最好为壁厚的0.6-0.75。

四、加强刚度的设计

对于可能因外载和自重引起变形、翘曲、蠕变的产品来说，加强产品的刚性是必须考虑到的。有刚性要求的产品，首先从材料方面要有所选择，在材料确认之后，我们可以通过产品的外形和结构设计，使产品的刚性得到加强。

通常可以考虑采用以下几种方式。

（1）几何形状的改变，薄壳状的平板制件，将其表面设计成波纹形、瓦楞形、拱形、球形、抛物面，其刚性比同样重量的平板要高得多，图5-25是通常采用的几种设计方案。

上述的结构理论在容器底部的增强设计中也常有巧妙的运用，如图5-26。

图5-27是塑料瓶底部的设计，是比较常见的加强底部刚度的设计方法。其中（b）是球形瓶

底附加了一个瓶托，为

以前可乐瓶采用的设

计，现在很少采用而改

用（c）。

（2）加强筋的设计和运用，图5-30所示的容器沿口部位的设计起到了边缘增强的作

用，实质上这种突

变的边缘可以看作

是加强筋的变异。

用来支撑直立壁的加强筋也

被称之为角撑。角撑设计在轴套

的侧表面（图5-32），是提高轴套

扭转刚性和弯曲刚性的一种有效

方法。

（3）嵌件的加强作用，在制件中设置金属嵌件，可以提高塑料制件局部或整体的强度。这方面的典型例子有汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、带有金属嵌件的塑料齿轮等。

（4）结构上的设计，在产品设计中，有几种结构具有比较高的刚性/质量比。

①蜂窝夹层结构，如图5-36所示，汽车喇

叭罩后面通常就是这种结构，这种结构刚性

的设计效果好，其缺点是工艺上比较复杂，

成本和价格较高。

②结构泡沫制件，采用结构泡沫成型工艺成

型的制件具有致密表皮层和呈微孔结构的芯部，这种结构具有高的比强度，可应用在受力结构中。

③口字形结构、T形结构以及工字梁结构，与矩形截面的实心结构比较，这种结构即能节省材料，又不降低刚性。

④圆锥体结构，相对圆柱体结构，这种结构能承受很大的压缩载荷，弯曲稳定性好。

⑤双壁结构，有不少工艺可成

型具有双壁结构的制件，这种

结构的制件有较高的刚性、冲

击韧性和抗弯能力。一种采用

吹塑工艺成型的双壁结构的

制件如图5-37所示。