注塑成型零件设计第 4 部分：翘曲

我们一直在讨论注塑零件中可能出现的不同挑战和缺陷，这些挑战和缺陷会导致外观缺陷、这些零件的内应力并导致上市延迟，以及如何设计注塑零件以防止这些问题。我们在注射周期后的注塑成型零件翘曲中提到过但未涉及的一个方面。这是由新成型零件中塑料的不同冷却引起的，并且可能是由于材料厚度、内部特征或壁连接处、零件纵横比和注射成型工艺的不同造成的。

驱动缩痕的相同条件会导致整面墙翘曲出平面。

注塑成型的塑料零件翘曲确实是它自己的挑战，可能会有点意外。尽管使用 3D 设计 CAD 文件进行模流分析可以帮助预测这一点，但有几个参数会影响翘曲，而不仅仅是零件几何形状，因此预测并不准确。通常，由于塑料零件中的内应力和零件创建后塑料材料的冷流会导致更多的弯曲，这在产品组装时不会被忽视，因此少量的预测翘曲最终会变得更加严重。尽管可以在原型阶段使用机加工或印刷件确认新塑料零件设计的许多配合、形式和功能方面，但翘曲不一定会在此处表现出来。

为了与共面的门顶对齐（未显示），这个大型扁平外壳顶部的零件平整度至关重要，并在添加高光漆涂层后满足美学目标。鱼眼反射是不可接受的。

正是出于这些原因，关键是要遵循几项通用准则，以通过逐渐过渡来保持相对一致的塑料零件壁厚，并遵循我们最近讨论过的肋和凸台尺寸的建议。然而，这并不总是足够的。某些产品设计由于其所需的功能或样式，在防止注塑件翘曲方面仍然存在重大挑战。尖角、非常大的平坦边以及不对称或开放的零件形状都可能在保持其预期形状和装配方面存在问题。

左侧的注塑外壳是预期的形式，但零件出来时与左侧的一样对。

典型的翘曲缺陷是一个 5 面的外壳件，其侧壁向内变形。尽管零件在外壳的所有 5 个侧面上具有相对一致的壁厚，但角落可能代表较厚的部分，冷却和收缩速度更慢，对零件壁内侧的拉力大于外侧。

狭窄的边角形成了一个很厚的部分，容易在注塑件中产生应力。

需要注意这些角落的厚度或添加取芯浮雕。一种选择是增加零件外侧的拐角半径，并保持与内侧圆角半径相同的壁厚。

大圆角保持壁截面不变，减少注塑件的应力。

或者，如果产品外部需要更锐利的边缘外观，带芯的内角可以通过锐利的内角局部减薄厚度。

带芯的尖角可保持壁截面不变并减少注塑件的应力。

如前所述，这种取芯方法也适用于侧壁和地板墙的相交处。

同样的取芯延伸到底部可以最大限度地减少地板交叉处的材料厚度。

使用大型平面设计的产品具有明确、干净、现代的外观，适合经常想要重塑形象并使自己与竞争对手区别开来的公司。但是，像这样的塑料部件在保持较大表面的平整度方面面临着自身的挑战。

具有光泽饰面的平坦表面和需要近乎完美共面对齐的多个部件。

有光泽的饰面，任何下垂、凹陷或错位都会突出显示并且非常明显。鱼眼反射光会使表面看起来很奇怪。显示的 WES 模型中，Protein Simple 实验室设备系列的零件甚至没有草图来优化所需的正交外观。尽管这些部件是使用结构泡沫塑料模制而成的，但这个过程只能减轻一些对下沉和翘曲的担忧。获得完美零件的关键是设计它们时壁厚的突然变化最小，并与成型团队密切合作以传达所需的平整度并帮助设计后注射夹具以防止冷却过程中翘曲。

第一条结构泡沫塑料，预涂橙色门，最初翘曲成方形，没有从上面的红色高光处可以看出，侧面平坦。这也没有与外壳对齐。

由于零件的生产数量较少，因此夹具是一个可行的选择，但必须经过设计才能达到预期的效果。在许多情况下，成型商会设计自己的夹具以满足工程图纸中的公差和形状标注。这些夹具是由 StudioRed 的产品设计团队和模具厂共同开发的。

对于具有挑战性的模制门部件，我们设计了一个定制夹具用于后注射冷却，以确保完美新产品语言寻求的平面外观。

外壳采用了这种开发图的夹具来满足高平整度要求。这种夹具设计演变为在需要的地方提供负载，以确保冷却后的形状。

工程方面的额外努力和夹具的使用实现了 Protein Simple 新产品外观的预期结果，并且成本低于额外的手工精加工翘曲零件。新外观不仅获得了设计奖的认可，还将预期的品牌信息推向了市场，第一个月的销售额增长了 6 倍。

我们刚刚研究了平整度和对齐至关重要的塑料成型挑战，以及厚厚的部分如何扭曲预期的形状。在某些情况下，注塑成型的塑料零件可能会被设计为具有大开口或缺失区域，这是由组装、零件分解或其他功能要求（如排气）驱动的。这些不对称的形状和塑料的薄跨度会导致翘曲。这通常是机架式服务器、交换机和存储产品的边框设计面临的挑战。