汽车塑料产品结构设计的般原则及精度

• 这种变形由制件内的内应力所导致。 • 通常不均匀的内应力分布是翘曲变形的主
要原因，而内应力的不均匀分布则可能是 加工条件（如温度、压力的不均匀分布， 收缩率的各向异性等）、材料组成（结晶 型材料的百年形倾向较大）、模具结构（ 特别是浇口设计）和制品形状共同作用的 结果。
汽车塑料产品结构设计的般原则及精 度
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（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
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（2）加强筋的设计和运用
通过加强筋提高轴套扭转刚 性和弯曲刚性
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• 塑料件最通用料厚是2.5mm，大件适当增加，小件
减小，强烈建议通过增加翻边及加强筋的方式而
不是增加料厚来保证零件强度； PP塑料的壁厚范
围是0.6—3.5mm。
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（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）。
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。
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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。
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（一）由内应力引起的制件变形
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（2） 产品侧孔和侧壁内表面的凹凸形状成型 困难，需要在产品成型后进行二次加工， 设计时应避免。
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（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。
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壁厚过渡形式
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（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。
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。
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（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。
厚壁减薄
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开槽
设置加强筋
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• 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，这个现象称为应 力集中。局部产生的很大应力对于表现应力之比 为应力集中系数。
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。
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（3）嵌件源自文库加强作用
• 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。
如汽车方向盘、活动手柄、塑料门窗框、 带有金属嵌件的塑料齿轮等。
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（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：刚性的设计效果好，缺点
是工艺上比较复杂，成本和价格较高。
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②结构泡沫：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，这种结构既能 节省材料，又不降低刚性。
汽车塑料产品结构设计 的般原则及精度
2020/11/23
汽车塑料产品结构设计的般原则及精 度
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理想的产品简洁化设计基本原则：
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（1） 结构简单，形状对称，避免不规则的几 何图形；
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（二）抗热变形设计
• 温度对制件的影响与材料的耐热性直接有 关。
• 当材料确定之后，在产品设计时，应采取 各种有效措施，来减少和避免温度对制品 使用性能的影响，延长产品的使用寿命。
• 前述的避免应力集中以及刚性设计的一些 措施，也都有助于防止或者降低制件的变 形。此外，设计时考虑防止产品变形，在 形状上进行规避。
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• 后果：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。
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• 避免应力集中最直接最有效的方法就是在 拐角、棱边、凹槽灯等轮廓过渡与厚薄交 接处采用圆弧过渡。
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• 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。
根据不同的壁厚和圆角半径对应的应力集中系数, 得出应力集中系数与半径R 与壁厚T之比的关系
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。
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