2 注塑件的设计
2.1 功能设计
功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.
2.2 材料选择
通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表2-1所示。
+表2-1 材料的特性
拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 断裂伸长率/% 落球冲击强度J/m 洛氏硬度（M） 氧指数（OI） 热变形温度/℃ 维卡软化点/℃ 马丁耐热温度/℃ 体积电阻率/?·cm
85 105 —— 10
17 PS
51.9 110 2 16 115
塑料名称 PC 66~72 95~113 80~100 422 82 24.9 134 153 112
1719 PMMA —— —— —— —— 101 17.3 100 120 ——
~10
2.1×100.13 93 0.9
16 10
14~10
15
吸水率% 透光度/% 雾度%
0.05 88~92 3
1.19 93 0.9
折射率 价格（元/吨）
1.592 1150~1230
1.586 33000~41000
1.492 19500~20700
和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。
表2-2 材料的性能和成型特性比较
塑料 品种 聚苯乙烯
（非结晶型）
点
透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好
有机玻璃（非结晶型）
透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂
聚碳酸酯（非结晶型）
透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯
耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂
尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属
〈130℃脆化温
度
为
在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等
流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高
合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解
收缩率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等
成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂
性 能 特
成 型 特 点
模具设计 注意事项 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件
度 —30℃~80℃
使用温
途
装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等
主要用
纹，质硬，易损模具，嵌件，脱模斜度〉使用性能好
2?
—100℃
以上的性能分析对比中看出,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定PS为塑件材料.因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。
2.3 结构设计 图2-1 原始零件图
塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.
2.3.1 对塑件的修改说明
塑件要求能够放置一对7#电池，安放小灯泡，外接系带，所以要考虑到电池和灯泡的固定，开关的安放问题，关于零件的造型图如图2-3所示，详细结构可参考零件图纸。
（1）外型轮廓；原零件2D图的心型曲线不规则,如图2-1和2-2所示。在用PRO/E造型时总会造成曲面不能加厚的问题,用修剪曲面的办法虽然能解决加厚问题,但整个塑件也不规则,给后续工作带来不便.所以在保证基本外型的前提下对尺寸做了修改,目的是为了造型。
（2）结构；原图形有两个小而薄的吊耳,且置于塑件外端,考虑到所有PS料硬而脆,这会使得两个吊耳极易损坏,所以,改两个吊耳为一个,设计吊耳,开关,灯泡在塑件中心位置,如图2.2所示,这样起到吊挂作用又不易损坏.设计凹槽使两半灯罩配合,设置了三个锁位加强. 最终确定的尺寸如图2.2所示。
2.3.2 壁厚 图2-2 原始零件图 各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在
满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节
约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高
生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷.以下是PS的壁厚推荐值: 最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm 0.75 1.25 1.6 3.2~5.4
该塑件属于中小型件,从图上看,塑件边缘的壁很厚,达到5MM,壳体取中型件壁厚1.6,这样使得整个塑件的壁厚是不均匀的,但若减小边缘壁厚,则对塑件的推出不利,而且有可能使电池不能安装. 边缘壁厚可用来放置推杆或推板。
2.3.3 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍 在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过 大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件 内,外表面都应具有合理的斜度.以下是PS的脱模斜度推荐值: 制件外表面 制件内表面 35′~1.35° 30′~1°
塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有
脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模 图2-3 修改后的产品零件图 有好处，而且可以更好的锁紧。 2.3.4 加强肋
塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1MM，脱模斜度取2度，顶部倒圆角，低部倒角R，宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低（过高时容易在弯曲和冲击负荷作用下受损），宽度小，而数量多为好（塑件形状所允许的情况下）。
2.3.5 圆角
塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2-3所示。
锁位表2-3 肋的圆角半径值关系表
肋的高度/mm 圆角半径 /mm
6.5 0.8~1.5
6.5~13 1.5~3.0
13~19 2.5~5.0
＞19 3~6.5
塑件上其它的特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍
2.4 塑件的尺寸精度及表面质量 2.4.1尺寸精度
（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，PS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100~120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。
（2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： ?=?s+?z+?c+?a （2—1）
s式中 ?——制件总的成型误差； ?——塑料收缩率波动所引起的误差；
?z——模具成型零件制造精度所引起的误差； ?c——模具磨损后所引起的误差； ?a——模具安装，配合间隙引起的误差；
影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 （1）模具—— 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 （2）塑料材料—— 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 （3）成型工艺—— 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。 2.4.2塑件的表面质量
表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02?m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26?m。