淺談汽車塑料件的結構設計原則

1、淺談汽車塑料件的結構設計原則朱志冬 李敢 劉振玲鄭州日產汽車有限公司 河南省 鄭州市 450016【摘 要】本文主要從壁厚、加強筋、螺釘安裝柱、定位銷等方面,介紹了汽車塑料件的結構設計原則?！娟P鍵詞】 汽車塑料件、結構設計原則Abstract: From the part wall thickness, rib, screw installation column, pin. this paper mainly introduces the structure of the automotive plastic parts design principles.Key words: Plasti

2、c parts, Structure design principles1 前言隨著汽車工業(yè)向輕量化方向的發(fā)展,塑料在汽車上的用量日益增加,利用塑料質量輕、性能好、尺寸穩(wěn)定、吸振、設計自由度大等特點,現代汽車用塑料結構件取得了長足的發(fā)展,并且是今后的重點發(fā)展方向之一。本文主要介紹了在實際的汽車塑料件產品開發(fā)中,塑料件常見結構設計原則。2汽車塑料件的結構設計原則2.1 壁厚均勻的原則對于熱塑性塑料部品,壁厚設計應均勻一致,如果零件中壁厚之間的差別超過了25% ,將在零件中產生很高的內部應力,從而進一步導致零件發(fā)生縮痕、氣泡以及變形等缺陷,即便是在遵守了壁厚差別不超過25%的情況,壁厚的變化也應該

3、逐漸過渡,且在模具填充時,應使物料從零件比較厚的部分向比較薄的部分流動。下圖1(a 就是一個設計不當的例子,零件左邊有個較厚的轉角部分,它比較薄的中間部分需要更多的時間來凝固。零件的右邊是一個更厚的部分,也需要更多的時間才能凝固。很明顯,零件不會按照圖形中的尺寸做出來。從模具中出來的零件會產生氣泡、變形以及縮痕,如圖1(b 所示。 圖2 改進后的設計2.2 加強筋的設計原則在零件上使用縱向筋和盒狀筋可以大大地增強零件的強度。在加強筋的設計過程中,需要考慮加強筋的拔模角度、加強筋厚度與根部圓角的關系以及加強筋的布局等因素。(1加強筋的拔模角度如果加強筋的拔模角度設定過小,零件對模具型芯的包緊力變

4、大,需要加大模具的頂出力,這樣有可能造成零件頂出后表面出現頂白問題。而拔模角度過大,有可能造成加強筋頂部厚度太薄,物料難填充,需要提高溫度或壓力才能填充物料。因此,合理的拔模角度有助于零件成型、減少產品缺陷、節(jié)省成本。在實際的汽車塑料件設計中,加強筋的拔模角度一般在1/4°2°之間。(2加強筋設計中的25%原則在加強筋壁厚設計的過程中,基本設計原則如下圖3所示,在加強筋和零件壁的交叉位置畫上一個圓圈,這個圓圈與加強筋以及零件壁有三個接觸點,分別在零件壁的公稱壁厚位置以及加強筋根部兩邊的內角位置。這個圓圈的直徑(D 不能超出零件公稱壁厚(W 的1.25倍。圖3 加強筋設計中的

5、25%原則這種設計方法同樣也適用于兩個加強筋的交叉、相鄰凸臺以及筋與凸臺等。在設計過程中,一定要仔細分辨出加強筋的最厚部分,比如,對于兩個加強筋相互交叉的情況,這個圓圈一定要穿過加強筋在對角線上的半徑。如果加強筋的內角過渡太快,將導致在零件中產生內部應力。通過對圖3中(a 和(b 的進行分析,圖3(a 的內角半徑為0.25W 所對應的應力集中系數約為2.3,圖3(b 的內角半徑為0.5W 所對應的應力集中系數約為1.5,如下圖4所示: (a 應力集中系數(R/W :2. 3 (b 應力集中系數(R/W:1.5圖4 應力集中系數(R/W 雖然相對于圖3(a 中加強筋的底部厚度Y 1,圖3(b 中

6、加強筋的底部厚度Y 2減少了,它提供的加強力也將減少,但是,因為圖3(b 內應力降低了,加強筋所提供的總體加強作用可能增強。在實際的汽車塑料件設計中,加強筋的根部厚度一般在1.01.5mm 左右,而加強筋的根部圓角一般在0.51mm 左右。(3加強筋的高度與間距 H=3WWR=0.25W R=0.5WY 1 Y 2D=1.25W (a (b在汽車塑料件的設計中,建議使用的加強筋最大高度是公稱壁厚(W的3倍(再增加高度也不會明顯地增加加強筋的強度,加強筋之間的最小間距為公稱壁厚(W的2倍,如圖5(a所示。(a多重加強筋的高度與間距(b三角筋的推薦尺寸圖5 加強筋的高度與間距而對于三角筋,推薦的設

7、計結構如上圖5(b所示。如果三角筋的高度超過壁厚2倍,并不能明顯地增強零件的強度。三角筋之間的最小間距同樣為公稱壁厚(W的2倍。(4加強筋的布局對于加強筋的布局,十字交叉結構是最好的,因為它能應付許多不同的負荷排列變化,正確設計的可承受預期應力的十字結構,可以確保在整個制品上的應力均勻分布。但由于十字交叉處形成的節(jié)點存在著材料的積聚,這樣可能會導致產品表面出現縮痕問題。我們可以通過把節(jié)點挖空來防止這一問題的產生,如圖6所示。同時,還必須注意,不要在組件的邊相交的地方形成材料積聚,如圖7所示。 圖6 十字加強筋結構的改良設計圖7 組件邊相交的加強筋改良設計2.3 螺釘安裝柱的設計原則汽車塑料件的

8、螺釘安裝柱結構設計要點,主要是考慮螺釘安裝柱的拔模斜度和防止零件外觀面產生縮痕。通常,為了便于產品脫模,螺釘安裝柱的外部尺寸A在拔模時應拔小,內部尺寸B應拔大,拔模角度通常在0.5°1°之間,如下圖8所示。 (a無脫模斜度 (b有脫模斜度圖8 螺釘安裝柱的脫模斜度為了防止螺釘安裝柱的外觀面產生縮痕,需要對螺釘安裝柱進行局部減膠處理,也就是通常我們所說的做“火山口”,如下圖9所示。3WW2W最小30°W2WA:外部尺寸B:內部尺寸圖9 螺釘安裝柱的“火山口”結構在上圖9中,零件的公稱壁厚與螺釘安裝孔徑的尺寸關系,如下表: 公稱壁厚W/mm3 4 5 螺釘安裝孔徑D/mm 2.52.6 3.43.5 4.24.42.4 定位銷的設計原則汽車塑料件的定位銷結構設計要點,主要是考慮防止定位銷處的制品外觀產生縮痕(如圖10,以及在裝配過程中定位銷頭部要有導向C 角,同時對應的安裝孔也要倒斜角。(a會產生縮痕的定位銷結構 (b改良后的定位銷結構圖10 定位銷結構 3 結語通過對合理的結構設計,可以使汽車塑料件在后期的生產制造過程中,避免諸多因外觀質量缺陷而導致零件報廢,對提升汽車