王英杰
（天津京信通信系統(tǒng)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）
摘 要：文章將對(duì)電子產(chǎn)品塑料部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究，進(jìn)一步探討其在設(shè)計(jì)過程中的質(zhì)量優(yōu)化，以期能夠?yàn)樽赢a(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)化提供相關(guān)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品；塑料部件；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；質(zhì)量優(yōu)化
從電子產(chǎn)品的構(gòu)造來看，塑料部件占了大部分，而且就其整體的設(shè)計(jì)和制造來看，塑料部件的設(shè)計(jì)要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝處理，而且還要進(jìn)行模具制作和后期生產(chǎn)、工藝優(yōu)化多個(gè)階段。所以，要進(jìn)行科學(xué)、合理的電子產(chǎn)品塑料部件設(shè)計(jì)，保證質(zhì)量優(yōu)化，一方面，要結(jié)合電子產(chǎn)品功能需要來確定部件的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)規(guī)范，另一方面，還要選擇合適的塑料部件表面處理工藝，進(jìn)行模具加工和產(chǎn)品裝配等多方面 的工藝優(yōu)化研究。
1 電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
1.選擇材料特性適合的塑料，需要考慮材料的物理性質(zhì)，如成型收縮率、熱變形溫度或長期使用的溫度；材料的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、剛性、韌性、彈性、可彎曲性、耐沖擊性及對(duì)應(yīng)力的敏感性；材料的化學(xué)性能，如對(duì)接觸物（溶劑等）良好的耐受性，以及使用時(shí)對(duì)人體的安全性等；注塑成型的工藝性，如良好的流動(dòng)性、結(jié)晶性。
（2）電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還要對(duì)外形進(jìn)行考量，優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)成對(duì)稱或者近似對(duì)稱外形。但這極容易造成裝配時(shí)出現(xiàn)反裝的錯(cuò)誤，因此，裝配的定位結(jié)構(gòu)應(yīng)有防反
裝設(shè)計(jì)[1]。
（3）模具的分型面避免設(shè)計(jì)在外觀表面，保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合。
（4）塑料零件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其成型模具的總體結(jié)構(gòu)，使模具型腔易于制造，便于抽芯。同時(shí)，為了盡量減少模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)的過程中還要盡可能減少使用側(cè)凹結(jié)構(gòu)零件。
（5）各部分功能滿足設(shè)計(jì)要求的原則。要考慮子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，最重要的是要保證其功能能夠滿足預(yù)先的設(shè)計(jì)，保證電子產(chǎn)品的正常使用。
（6）產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度滿足要求的原則。原則上電子產(chǎn)品作一種商品，其強(qiáng)度和剛度必須符合要求，達(dá)到該產(chǎn)品的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，只有滿足該要求，才更加能夠保證電子產(chǎn)品使用的穩(wěn)定性和安全性。
2 設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化理念
要進(jìn)行電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化，應(yīng)該首先從其結(jié)構(gòu)角度來考量。這不僅需要對(duì)電子產(chǎn)品的幾何形狀和裝配組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且需要對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對(duì)其成本也要進(jìn)行考量和計(jì)算。可以說以上幾個(gè)方面構(gòu)成了塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部，同時(shí)，其關(guān)系也是相互依托，貫穿了整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。
2.1 形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1.1 塑料部件壁厚設(shè)計(jì)在壁厚的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)零件尺寸大小、幾何形狀和塑料性質(zhì)等多方面的因素進(jìn)行綜合考慮。塑料件的壁厚決定于塑料件的使用要求，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：（1）首先要滿足產(chǎn)品的強(qiáng)度要求和安全要求，在結(jié)構(gòu)方面和尺寸方面還要滿足裝配的需要。（2）要有效減少電子產(chǎn)品塑料部件的內(nèi)應(yīng)力，就要保證壁厚的均勻。因此，在設(shè)計(jì)中可以設(shè)計(jì)壁厚2～4 mm（當(dāng)壁厚超過4 mm時(shí)，會(huì)引起冷卻時(shí)間過長、產(chǎn)生縮印等問題），而且相鄰的壁厚厚度差距不宜過大，應(yīng)該保證在20%以內(nèi)。若出現(xiàn)壁厚不均勻的設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮通過平緩斜面過渡等方式避免壁厚突變。（3）在壁厚方面，還要避免壁厚過薄。因?yàn)楸诤襁^薄會(huì)導(dǎo)致塑料部件的強(qiáng)度和剛度不夠，容易在使用過程中發(fā)生變形。
（4）壁厚的設(shè)計(jì)也不宜過厚，否則會(huì)增加設(shè)計(jì)的成本，在使用方面也會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生局部收縮和翅曲現(xiàn)象等。壁厚設(shè)計(jì)的問題主要有以下幾種：（1）壁厚設(shè)計(jì)過厚，不僅會(huì)增加原料使用的成本，而且會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)某杀敬蟠笤黾?，最終導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。（2）延長壁厚過厚，這也會(huì)使 得塑料部件難以均勻硬化，使得產(chǎn)品出現(xiàn)氣孔和縮痕等缺陷。
（3）壁厚設(shè)計(jì)太薄，一方面，會(huì)影響產(chǎn)品的強(qiáng)度，使其在脫模、加工和生產(chǎn)中出現(xiàn)彎曲、變形等問題，導(dǎo)致不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，影響后期的使用強(qiáng)度。另一方面，壁厚設(shè)計(jì)過薄還會(huì)導(dǎo)致熔料在沖模時(shí)難度加大，受到阻力等因素影響，導(dǎo)致填充的不完全。（4）在電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮基本的壁厚之外，還需要考慮壁厚是否均勻設(shè)置。如果在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了壁厚不均勻的情況，也將影響其使用，尤其是會(huì)導(dǎo)致收縮的不均勻，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量和使用有嚴(yán)重影響[2]。塑料部件在設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)合理的壁厚，并且要盡可能保證壁厚的均勻。均勻的壁厚能夠保證熔料沖模的準(zhǔn)確性，而且能夠極大地縮短產(chǎn)品冷卻的時(shí)間，保證收縮均勻度。此外，均勻的壁厚還能夠保證設(shè)計(jì)的精度，使得塑料部件生產(chǎn)的效率大大提高，能夠很好地符合后期裝配的產(chǎn)品需求。但是，生產(chǎn)過程中的壁厚難以保證完全的均勻，所以在特殊位置壁厚設(shè)計(jì)和加工中，可以考慮平滑過渡等方式進(jìn)行優(yōu)化。
2.1.2 圓角的優(yōu)化設(shè)計(jì)
圓角是塑料部件功能體現(xiàn)的重要手段，所以要進(jìn)行電子產(chǎn)品塑料部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，就要盡可能避免出現(xiàn)銳角，進(jìn)一步提高塑料部件的機(jī)械強(qiáng)度。圓角的設(shè)計(jì)和使用，還能夠使得熔料的沖模和脫模更加容易。在使用過程中，還能夠有效提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，延長使用壽命。
圓角優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）塑料部件除了必須要保留的尖角外，凡轉(zhuǎn)角處應(yīng)采用圓角過渡。圓角的使用能夠在結(jié)構(gòu)上減少應(yīng)力的集中，提高塑料部件在使用中的強(qiáng)度；還能夠保證塑料部件在注塑過程中的熔融體具有良好的流動(dòng)性，保證其能夠充滿磨具，有利于脫模。而且相應(yīng)模具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多采用圓角，能夠保證在模具生產(chǎn)中減少模具的應(yīng)力集中，提高模具的強(qiáng)度和使用壽命。（2）內(nèi)圓角 的半徑R一般為壁厚的1/4～1/3倍［即R=（1/4～1/3）t］，因?yàn)楸诤癯Ｈ?～4 mm，所以通常地，R≥0.5 mm，且一般情況采 用等壁厚設(shè)計(jì)如圖1所示。
2.2 裝配功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在對(duì)塑料部件裝配功能進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)前，首先要明確塑料部件在電子產(chǎn)品中承擔(dān)的功能。然后才能夠進(jìn)一步確定電子產(chǎn)品中塑料部件的構(gòu)成部位及尺寸等，確定塑料部件形狀與裝配方式、間隙等。
2.2.1 裝配連接方式優(yōu)化
（1）自攻螺釘連接。通常自攻螺釘，連接模型的設(shè)計(jì)較為簡單，但簡單的模型結(jié)構(gòu)卻能存在較高的使用強(qiáng)度。通常自攻螺釘?shù)氖褂脮?huì)使安裝的過程變得復(fù)雜。這在一定程度上會(huì)提高生產(chǎn)成本，同時(shí)，也不利于結(jié)構(gòu)的拆除。
（2）扣位連接。大大減少了裝配過程的工作量，并且加大了模具設(shè)計(jì)的高精確度，這也在很大程度上增加了模具加工的難度和復(fù)雜程度。
2.2.2 間隙配合原則設(shè)計(jì)優(yōu)化
在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，塑料部件發(fā)生變形的原因有很多。所以，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中需要結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)材料的特性以及形變所允許的范圍，進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，設(shè)置相應(yīng)的空間。避免因預(yù)留空間的大小不符而導(dǎo)致安裝過程中出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象。由于在制造過程中，塑料部件會(huì)受到多種不定因素的影響，因此，其產(chǎn)生形變現(xiàn)象也是必然的。所以在實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中，整個(gè)材料的設(shè)計(jì)必須根據(jù)材料的特性以及精確計(jì)算材料加工變形后的形變大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置合理的形變空間。如果計(jì)算不精確，就會(huì)導(dǎo)致安裝過程中出現(xiàn)空間過大或過小的問題，使塑料部件難以安裝。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，還需嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)（GB8898—2011）的相關(guān)要求，保證塑料部件與其他部件的匹配。
2.3 強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)
在進(jìn)行強(qiáng)度最優(yōu)化的設(shè)計(jì)過程中，可以從零部件的強(qiáng)度和連接強(qiáng)度方面進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。影響零部件強(qiáng)度的主要因素有厚度、形狀、結(jié)構(gòu)等，零部件的強(qiáng)度，在一定程度上與其功能的實(shí)現(xiàn)有密切的聯(lián)系。實(shí)際連接強(qiáng)度的影響因素主要有連接方式和結(jié)構(gòu)，連接強(qiáng)度會(huì)對(duì)零部件的強(qiáng)度產(chǎn)生重大影響。實(shí)際上，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不能僅局限于對(duì)其外觀和大小的設(shè)計(jì)，更應(yīng)注重產(chǎn)品的強(qiáng)度等方面的設(shè)計(jì)，而且還要保證各模塊的位置平衡及協(xié)調(diào)組裝，要求滿足所期望的效果，完成設(shè)計(jì)的功能。
2.4 成本優(yōu)化設(shè)計(jì)
塑料部件成本的優(yōu)化在產(chǎn)品中占有重要地位。在此，筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)成本優(yōu)化提出以下幾種建議：（1）在保證塑料部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品塑料部件的基本功能，在滿足基本要求的基礎(chǔ)上再降低部件的壁厚，從形狀和大小等方面著手，盡量精簡，減少不必要的結(jié)構(gòu)，節(jié)約原材料和注塑材料，有效降低成本。（2）在保證零部件數(shù)量滿足基本功能要求的基礎(chǔ)上，對(duì)電子產(chǎn)品塑料部件的多種裝配部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、一體化和通用化設(shè)計(jì)，這在為后期裝配和 運(yùn)維提供便利的同時(shí)，在結(jié)構(gòu)方面很大程度上避免了裝配部件過多的情況，能夠有效降低成本。
3 工藝思路創(chuàng)新
3.1 模具加工與注塑思路創(chuàng)新
當(dāng)前使用最廣泛的塑料部件加工方法是注塑，因此，可以從這一角度出發(fā)，對(duì)模具的實(shí)際設(shè)計(jì)以及注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中需要綜合分析塑料部件在注塑過程中會(huì)產(chǎn)生的誤差以及最后脫模設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品最優(yōu)化。如在保證模具厚度的前提下，在內(nèi)側(cè)添加適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ泵妫O(shè)計(jì)合理的圓角。當(dāng)然，在添加圓角以及脫模斜面的過程中不能
一味地添加，需要考慮整個(gè)工藝結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿魏喂に嚨膬?yōu)化過程，都必須在保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)合格的前提條件下進(jìn)行[3]。
3.2 量產(chǎn)思路的工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
好的設(shè)計(jì)不但需要考慮最終設(shè)計(jì)產(chǎn)品的規(guī)格質(zhì)量，需要優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低成本。因此，設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中就需要對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率等因素進(jìn)行分析綜合。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的同時(shí)仍舊要將產(chǎn)品的形狀設(shè)置裝配方式連接方式、資金成本等充分考慮。比如可以適當(dāng)用卡扣設(shè)計(jì)代替子宮螺釘、使用統(tǒng)一規(guī)格的螺釘連接、減少種類等。
4 結(jié)語
電子產(chǎn)品塑料部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化，在保證產(chǎn)品基礎(chǔ)功能和性能的前提先，還要充分考慮電子產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)成本和生產(chǎn)能力。在此基礎(chǔ)上，再對(duì)細(xì)化設(shè)計(jì)、合理配置結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化組織裝配件等進(jìn)行工藝思路創(chuàng)新，降低成本，保證電子產(chǎn)品的功能和性能，這才能達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化的目標(biāo)。
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