1.4.2 壁厚設(shè)計(jì)規(guī)范

壁厚的大小取決于產(chǎn)品需要承受的外力、是否作為其他零件的支撐、承接柱位的數(shù)量、伸出部分的多少及選用的塑膠材料。一般的熱塑性塑料壁厚設(shè)計(jì)應(yīng)以4mm為限。從經(jīng)濟(jì)角度來看，過厚的產(chǎn)品不但增加物料成本，延長生產(chǎn)周期，而且增加生產(chǎn)成本。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來看，增加過厚的產(chǎn)品會產(chǎn)生氣孔，這樣就會大大削弱產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度。

最理想的壁厚分布無疑是切面在任何一個地方都是均一的厚度，但為了滿足功能上的需求而導(dǎo)致壁厚有所改變也是不可避免的。在此情形下，由厚膠料的地方過渡到薄膠料的地方應(yīng)盡可能順滑。太突然的壁厚過渡轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致因冷卻速度不同和產(chǎn)生亂流而造成尺寸不穩(wěn)定和表面問題，如圖1-1所示。

此外，采用固化成型的生產(chǎn)方法時，流道、澆口和部件的設(shè)計(jì)應(yīng)使塑料由厚膠料的地方流向薄膠料的地方。這樣使模腔內(nèi)有適當(dāng)?shù)膲毫σ詼p少在厚膠料的地方出現(xiàn)縮水及避免出現(xiàn)模腔不能完全充填的現(xiàn)象。若塑料的流動方向是從薄膠料的地方流向厚膠料的地方，則應(yīng)采用結(jié)構(gòu)性發(fā)泡的生產(chǎn)方法來降低模腔壓力。

壁厚均一的要訣在轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要設(shè)計(jì)成壁厚均勻變化，以免冷卻時間不一致。冷卻時間長的地方就會有收縮現(xiàn)象，因而發(fā)生部件變形和撓曲。此外，尖銳的圓角位通常會導(dǎo)致部件有缺陷及應(yīng)力集中，尖角的位置也常在電鍍過程后引起不希望的物料聚積。集中應(yīng)力的地方會在受負(fù)載或撞擊時破裂。較大的圓角提供了這種缺點(diǎn)的解決方法，不但降低應(yīng)力集中的因素，而且令流動的塑料流得更順暢和成品脫模時更容易。

轉(zhuǎn)角位的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也適用于懸梁式扣位。因這種扣緊方式是需要將懸梁臂彎曲嵌入，轉(zhuǎn)角位置的設(shè)計(jì)圖說明如果轉(zhuǎn)角弧位R太小時會引致其應(yīng)力集中系數(shù)（Stress Concentration Factor）過大，因此，產(chǎn)品彎曲時容易折斷，轉(zhuǎn)角弧位R太大的話則容易出現(xiàn)收縮紋和空洞。因此，轉(zhuǎn)角弧位和壁厚是有一定的比例。

不同的塑膠物料有不同的流動性。膠位過厚的地方會有收縮現(xiàn)象，膠位過薄的地方塑料不易流過。一些建議的膠料厚度見表1-3和表1-4。

其實(shí)大部分厚膠的設(shè)計(jì)可使用加強(qiáng)筋及改變橫切面形狀取而代之。除了可節(jié)省物料以致節(jié)省生產(chǎn)成本外，取代后的設(shè)計(jì)更可保留和原來設(shè)計(jì)相同的剛性、強(qiáng)度及功用。圖1-2（a）所示的金屬齒輪如改成使用塑膠物料，更改后的設(shè)計(jì)理應(yīng)如圖1-2（b）所示。此塑膠齒輪設(shè)計(jì)相對原來金屬的設(shè)計(jì)不但節(jié)省材料，還消除因厚薄不均導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力增加及齒冠部分收縮導(dǎo)致整體齒輪變形的情況發(fā)生。

不同材料的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1.ABS

1）壁厚

壁厚是產(chǎn)品設(shè)計(jì)最先被考慮的因素，一般用于注塑成型的壁厚在1.5～4.5mm（0.06～0.18in）范圍內(nèi)。比這范圍小的壁厚用于塑料流程短和細(xì)小部件。典型的壁厚約為2.5mm （0.1in）左右。一般來說，部件越大，壁厚越厚，這可增強(qiáng)部件強(qiáng)度和塑料充填。壁厚在3.8～6.4mm（0.15～0.25in）范圍內(nèi)可使用結(jié)構(gòu)性發(fā)泡。

2）圓角

建議最小圓角半徑是膠料厚度的25%，最適當(dāng)?shù)陌霃侥z料厚比例為60%。輕微的增加半徑就能明顯的減低應(yīng)力。

2.PC材料

壁厚大部分是由負(fù)載要求、內(nèi)應(yīng)力、幾何形狀、外形、塑料流量、可注塑性和經(jīng)濟(jì)性來決定。PC的最大建議壁厚為9.5mm（0.375in）。若要效果好，則壁厚應(yīng)不超過3.1mm （0.125in）。在需要將一些壁厚增加使強(qiáng)度加強(qiáng)時，肋骨和一些補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)可提供相同結(jié)果。PC大部分應(yīng)用的最小壁厚為0.75mm（0.03in）左右，再薄一些的地方是要取決于部件的幾何形狀和大小。短的塑料流程是可以達(dá)到0.3mm（0.012in）壁厚。

壁厚由厚的地方過渡到薄的地方是要使其盡量順暢。在所有情況中，塑料是從最厚的地方進(jìn)入模腔內(nèi)，以避免縮水和內(nèi)應(yīng)力。

3.LCP材料

由于液晶共聚物在高剪切情況下有高流動性，所以壁厚會比其他的塑料薄。最薄可達(dá)0.4mm，一般厚度為1.5mm左右。

4.PS材料

1）壁厚

一般的設(shè)計(jì)膠料的厚度應(yīng)不超過4mm，太厚會導(dǎo)致延長生產(chǎn)周期。因需要更長的冷卻時間，且塑料收縮時有中空的現(xiàn)象，所以要降低部件的物理性質(zhì)。均一的壁厚在設(shè)計(jì)上是最理想的，但需要將厚度轉(zhuǎn)變時，就要將過渡區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中除去。如收縮率在0.01以下，則壁厚的轉(zhuǎn)變可有較大地變化。若收縮率在0.01以上則應(yīng)只有較小地改變。

2）圓角

在設(shè)計(jì)上直角是要避免。直角的地方猶如一個節(jié)點(diǎn)，會導(dǎo)致應(yīng)力集中使抗撞擊強(qiáng)度降低。圓角的半徑應(yīng)為壁厚的25%～75%，一般建議為50%左右。

5.PA材料

1）壁厚

尼龍的塑膠零件設(shè)計(jì)應(yīng)采用結(jié)構(gòu)所需要的最小厚度。這種厚度可使材料得到最經(jīng)濟(jì)的使用。壁厚盡量一致以消除成型后變形。若壁厚由厚膠料過渡至薄膠料，則需要采用漸次變薄的方式。

2）圓角

建議圓角R值最小為0.5mm（0.02in），在可能的范圍內(nèi)，盡量使用較大的R值。因應(yīng)力集中因素?cái)?shù)值R/T比例由0.1增至0.6，而減少了50%，即由3減至1.5。R/T為0.6左右是最佳的圓角。

6.PBT

1）壁厚

壁厚是產(chǎn)品成本的一個因素，薄的壁厚要視每種塑料特性而定。設(shè)計(jì)之前宜先了解所使用塑料的流動長度限制，從而決定壁厚。負(fù)載要求時常是決定壁厚的，而其他的如內(nèi)應(yīng)力、部件幾何形狀、不均一化和外形等。典型的壁厚為0.76～3.2mm（0.03～0.125in）。壁厚要求均一，若有厚薄膠料的地方，以3∶1的比例漸次由厚的地方過渡至薄的地方。

2）圓角

轉(zhuǎn)角出現(xiàn)尖角所導(dǎo)致部件的破壞是最常見的現(xiàn)象，增加圓角是加強(qiáng)塑膠部件結(jié)構(gòu)的方法之一。若將應(yīng)力減少5%（由3減至1.5），則圓角與壁厚的比例由0.1增至0.6。