高质量注塑成型专家设计指南：从材料选择到模具优化
注塑成型工艺广泛用于大批量生产，因其废料产出相对少、重复性高。注塑工艺通用性要求更广泛设计考量。大多数设计考量在明确产品要求后在模具上进行。
影响注塑设计因素包括：零件用途（单独产品或装配）、尺寸和机械要求、耐化学品或压力能力等。以下探讨注塑设计必考虑的关键技巧。
1. 审慎选择适配设计的材料
不同注塑材料提供不同性能。例如，有些材料提供更好尺寸稳定性。有些与粘合剂结合更好。材料设计考量：温度、压力、生物和化学相互作用。
热塑性树脂大致分非晶和半结晶。半结晶热塑性塑料耐化学和电性能更好，非晶对应物尺寸稳定性更强、抗冲击性更好。材料选择影响所需公差等级或壁厚等特定特征。
| 半结晶树脂 | 非晶树脂 | |
| 优势 | • 适合轴承、耐磨和结构应用 • 良好耐化学和电性能 • 低摩擦系数 | • 与粘合剂结合好 • 高尺寸稳定性 • 良好抗冲击性 |
| 劣势 | • 难与粘合剂结合 • 一般抗冲击性 | • 低耐疲劳和应力开裂性 |
2. 考虑零件公差
公差受冷却过程收缩影响。非晶材料如PLA通常比半结晶材料如PEEK公差更严。严格公差增加生产成本，但可能为零件配合或正常功能所必需，尤其是装配件。
建议设计阶段联系供应商讨论其使用的公差标准。
例如，DIN 16901含不同材料通用公差参考表。若供应商用此标准而您需更严公差或其他标准，他们会要求提供2D图纸。
3. 选择正确壁厚
为确保注塑设计选对壁厚，有几个关键点：
- 薄壁缩短周期时间降低零件成本。许多应用1.5-2.5mm壁厚足够，也可参考不同材料推荐壁厚
- 与CNC加工件不同，塑料注塑件受益于一致壁厚。若某段比其他段厚，该处会出缩痕
- 不均匀壁厚也导致翘曲，因这些壁冷却收缩速率不同。若需非均匀厚度，厚度变化不应超名义壁厚15%且应始终平滑或锥度过渡以获高质量零件
不同材料推荐壁厚如下：
| 材料 | 推荐壁厚 |
| ABS | 1.143mm – 3.556mm |
| 乙缩醛 | 0.762mm – 3.048mm |
| 亚克力 (PMMA) | 0.635mm – 12.7mm |
| 液晶聚合物 | 0.762mm – 3.048mm |
| 长纤维增强塑料 | 1.905mm – 27.94mm |
| 尼龙 | 0.762mm – 2.921mm |
| PC (聚碳酸酯) | 1.016mm – 3.81mm |
| 聚酯 | 0.635mm – 3.175mm |
| 聚乙烯 (PE) | 0.762mm – 5.08mm |
| 聚苯硫醚 (PSU) | 0.508mm – 4.572mm |
| 聚丙烯 (PP) | 0.889mm – 3.81mm |
| 聚苯乙烯 (PS) | 0.889mm – 3.81mm |
| 聚氨酯 | 2.032mm – 19.05mm |
4. 设计加入脱模斜度
许多材料去除工艺如CNC加工可生产垂直壁。但注塑设计若用垂直壁，冷却收缩时零件会卡住，尤其在型芯处。
若施加过大力顶出零件，损坏顶针甚至模具风险极高。设计零件壁带轻微倾斜避免此问题。此倾斜称脱模斜度。
因设计复杂性高，脱模斜度通常在零件设计最后阶段添加。不同表面需不同脱模斜度。纹理表面需最大脱模斜度。注塑常见表面及其最小脱模斜度：
- "近垂直"要求：0.5°
- 最常见情况：1~2°
- 所有关闭面：3°
- 轻纹理面：1~3°
- 中纹理面：5°+
5. 特定零件添加加强筋和撑条
特定零件需加强筋。加强筋和撑条给零件额外强度，帮助消除翘曲、缩痕、气孔等外观缺陷。这些特征对结构件至关重要。因此首选加强筋而非增厚零件来增加强度。
但设计不当会导致收缩。收缩发生于某些部分冷却速率远快于其他部分，导致部分永久弯曲。保持加强筋厚度在其连接壁厚50-60%间可有效减少翘曲。
6. 零件设计加入圆角和倒圆
尽可能给零件加圆角，消除尖角，改善材料流动和零件结构完整性。尖角导致零件弱点，因熔体被迫流过或流入尖角。尖角不可避免处仅为分型面或关闭面。
圆角和倒圆也助脱模，圆角比尖角不易卡住。此外尖角结构上也不建议，因产生应力集中可能失效。圆角有助平滑角部应力。
设计含尖角也会指数级增加生产成本，因模具需尖角仅用极昂贵制造技术可达成。
内圆角至少为相邻壁厚0.5倍，外圆角1.5倍大小。
7. 避免倒扣、可能时提供通槽
卡扣通过倒扣实现。由两半组成的直拉模具是最直接设计，不适合制造有倒扣特征零件。因CNC加工此类模具困难且材料顶出易卡住。
倒扣通常用侧向型芯制造。但侧向型芯显著增加模具成本。幸好有设计技巧在不使用侧向型芯下实现倒扣功能。一种方式引入通槽。
也称贯穿型芯。另一方式调整或移动零件分型线。做此调整时也相应调整脱模斜度。移动分型线最适合零件外部倒扣。
也可用剥离倒扣，称凸起脱模。但仅当零件足够柔性可在脱模时变形膨胀时使用。
也要给足间隙：凸起脱模须有30°-45°引导角以有效脱模。所有这些避免昂贵侧向型芯的替代方案都需大幅重新设计零件。若因可能影响功能无法重新设计，则必须用滑动侧向动作和型芯处理倒扣。
这些特征随模具闭合滑入、打开滑出。侧向型芯必须垂直移动并有适当脱模斜度。
8. 柱位连接侧壁或加强筋
柱位是注塑成型塑料件上的圆柱形支撑，用于接受嵌件、自攻螺丝或销钉以装配或安装零件。
柱位外径(OD)应为自攻应用螺丝直径2.5倍。
柱位不应独立站立。始终将柱位连接侧壁或底部加强筋/撑条。其厚度不应超整体零件厚度60%以最小化零件外侧可见缩痕。
例如，外壁3mm零件内部加强筋不应超1.7mm厚。
9. 进胶点设计：标注视觉重要表面不可有痕迹
为正确设计制造注塑零件，制造商从一开始了解您对外观要求很重要。
模具制造商需考虑的关键点是浇口位置。浇口是熔体进入模具的入口段。模具制造商须战略性选择浇口类型和定位以最小化潜在质量问题。
浇口也会留浇口痕迹或零件曾浇口的视觉指示——即使很细微。
因此我们建议告知供应商美学和功能要求，并定义不可浇口区域。
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