紅外攝像頭塑料支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

中國注塑網(wǎng)

塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計是塑料件生產(chǎn)的個重要組成部分，在塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中必須要考慮到是否有利于簡化模具結(jié)構(gòu)，是否有利于降低模具制造成本。個好的塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)該考慮到以下3個方面：功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計及造型結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中功能結(jié)構(gòu)設(shè)計是核心，工藝結(jié)構(gòu)和造型結(jié)構(gòu)設(shè)計是在滿足功能結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。　　功能結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心是要保證塑料件使用功能的實施，在充分分析塑料件功能的基礎(chǔ)上，確定塑料件的整體結(jié)構(gòu)、幾何形狀、材質(zhì)、尺寸及強度要求等。　　工藝結(jié)構(gòu)就是塑料件結(jié)構(gòu)在成型時的適應(yīng)性能，即塑料件的成型、塑料件的質(zhì)量以及成型模具的結(jié)構(gòu)、成型模具制造的好壞和塑料件最終總成本的高低。設(shè)計者在設(shè)計塑料件時必須充分考慮并很好地掌握各項塑料件成型的要素，如塑料的成型特性、塑料件的成型方法、成型工藝的特點以及成型模具的結(jié)構(gòu)和制造方法等。造型結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是從美觀與藝術(shù)角度對塑料件外在形體的美化設(shè)計。筆者現(xiàn)主要從塑料件的工藝結(jié)構(gòu)角度來闡述塑料支撐架產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計?！　?設(shè)計要求所示為廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師開發(fā)的紅外攝像頭，現(xiàn)需設(shè)計一個塑料支架，將其固定支持，具體要求如下：（1）支撐攝像頭外殼，使其可水平旋轉(zhuǎn)180°；（2）攝像頭采用外殼繞軸旋轉(zhuǎn)的方法，上下俯仰90°；（3）攝像頭通過底座安裝在使用位置；（4）外表面要求光滑，有光澤，無黑點。　　2塑料材料選擇塑料件選材的難點在于塑料的種類繁多、性能變化多端，而且通過添加填料、助劑，其性質(zhì)會發(fā)生很大變化。材料確定前，必須首先弄清楚塑料件的使用條件（使用載荷、使用溫度等）、外觀要求（外觀、顏色、表面精度等）、成型方式、裝配工藝等0.在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常對那些受力較輕的零件如各類電子設(shè)備的儀器儀表的底座、蓋板、支架等，以及電池盒、電話機、照相機、手機等中空凹型結(jié)構(gòu)件，多選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、尼龍66、聚碳酸酯、聚氯乙烯及聚丙烯等，其中民用電子設(shè)備的殼體材料用得最多的是ABSH.本設(shè)計的紅外攝像頭支架屬于薄壁制品，采用注射成型，要求外表面有良好的光澤性。由于ABS塑料具有良好的加工流動性、表面光澤性和著色性，力學(xué)性能良好，制品尺寸穩(wěn)定，在日常電子產(chǎn)品中用得很廣泛，價格適中，所以本設(shè)計選用ABS塑料?！　?結(jié)構(gòu)設(shè)計目前諸如Pr/E和UG等三維設(shè)計軟件，提供了相當(dāng)多的實體建模和特征建模功能，本設(shè)計采用Pro/E進(jìn)行實體造型。塑料支架由上支架、底座和座板3部分組成，根據(jù)產(chǎn)品的使用要求及攝像頭球體的形狀，塑料支架內(nèi)側(cè)輪廓初步確定為護(hù)耳結(jié)構(gòu)，以方便攝像頭球體的水平旋轉(zhuǎn)；護(hù)耳內(nèi)部為空，用于布線；下部呈圓盤形，設(shè)計有彈性卡鉤，個彈性卡鉤沿圓周排列，以便與底座進(jìn)行連接，拆裝都非常方便。底座為空殼狀，與L形底板配合，內(nèi)部安裝電子元件與電路板，在底板背面部分開出與電路板相匹配的各種插線口和電源接口。其裝配示意圖如所示。此塑料支架的設(shè)計重點在于工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計，現(xiàn)基于有利于開模的原則來對其結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行重點論述?！　∷芰现Ъ苎b配。1功能結(jié)構(gòu)為了保證攝像頭能上下俯仰90°，配合攝像頭上的轉(zhuǎn)動限位扣，在護(hù)耳部位設(shè)計成如所示，限位扣在卡槽里面繞水平軸轉(zhuǎn)動?！　∽o(hù)耳部位結(jié)構(gòu)為了保證攝像頭能水平旋轉(zhuǎn)180°，把與攝像頭相接觸的面設(shè)計成球面，尺寸比攝像頭球體半徑大為了便于攝像頭數(shù)據(jù)線的布線，將支架耳部轉(zhuǎn)軸處抽空，內(nèi)部成殼體，數(shù)據(jù)線從耳部轉(zhuǎn)軸處通過連接至下方的電路板?！　?.2成型工藝塑料件的壁厚與其使用要求、尺寸大小、幾何形狀及材料性質(zhì)有關(guān)，并對其力學(xué)性能、外觀、可成型性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。為了避免后期昂貴的改模費用或成型困難，確定塑料件壁厚時需要遵循則0.―般來說，壁厚太薄會造成制品的強度和剛度不足，受力后容易產(chǎn)生翹曲變形，成型時流動阻力大。然而，為了盡量降低材料成本，制造商往往刻意追求薄壁件（壁厚小于1.5mm）。但薄壁件往往需要高性能的成型設(shè)備以達(dá)到所需要的填充速度和注塑壓力，所增加的費用往往抵消了節(jié)省的材料費用、甚至得不償失。反之，如果壁厚過大，不但浪費材料、延長成型周期、降低生產(chǎn)率，還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、翹曲等缺陷3，同樣不可取。另外在設(shè)計中力求塑料件各部位的壁厚盡可能均勻，避免突變和截面厚薄懸殊，否則會引起收縮不均，使塑料件表面產(chǎn)生缺陷。根據(jù)以往經(jīng)驗，該種塑料件的壁厚一般為1 ~3mm，本塑料支撐架的壁厚定為2mm.塑料件必須有足夠的脫模斜度，以避免出現(xiàn)頂白、頂傷和拖白現(xiàn)象。脫模斜度與塑料性能、塑料件形狀、表面要求有關(guān)。ABS最小脫模斜度的推薦值為外表面40'~1.20'，內(nèi)表面30'~1.；外表面光面的小塑料件脫模斜度取1°、大塑料件脫模斜度取3.H.該塑料件表面為光面，屬于小制件，故為了脫模方便，在不影響使用功能的前提下，外表面均采用2.的脫模斜度，內(nèi)表面采用1.的脫模斜度?！　λ芰霞?nèi)、外表面拐角處應(yīng)采用圓角過渡，一是可以避免產(chǎn)生應(yīng)力集中而影響到零件的強度和成型質(zhì)量，其次可改善塑料熔體的流動性，便于充滿與脫模，消除壁部轉(zhuǎn)折處的凹陷等缺陷。另外采用圓角過渡有利于模具的機械加工和熱處理，從而提高模具的使用壽命。圓角過渡一般半徑不小于0.5mm.本設(shè)計中，支架內(nèi)外表面轉(zhuǎn)角處多采用R2的圓角，護(hù)耳處采用R1的圓角，護(hù)耳下緣部位的外圓角采用R5，卡鉤擦碰面尖部封膠位的圓角采用R0.塑料支架由于必須與球面的攝像頭球體配合，并且需能完成水平方向180.的旋轉(zhuǎn)，支架的耳部設(shè)計成球面。但考慮到整個球面成型時，容易引起塑料件產(chǎn)生較大的收縮，故筆者把球面鏤空，設(shè)計成如所示，這樣可以有效減少制件的收縮。利用Pro/E的PlasticAdvisor分析的結(jié)果如所示。對比a、b可以發(fā)現(xiàn)，球面鏤空后制件的收縮明顯減少?！　―球面鏤空前；b―球面鏤空后支架收縮模擬分析3.3裝配方便性所有零件都不是獨立的，需采用一定的緊固方式與其它零件裝配。一個好的設(shè)計應(yīng)該采用一些易于裝配、定位或?qū)虻奶卣鳌＿m當(dāng)?shù)暮喕b配，不但能減少零件個數(shù)、節(jié)省材料成本，還能減少工人操作步驟、減少用工成本，提高生產(chǎn)效率。　　為簡化塑料件結(jié)構(gòu)，設(shè)計中突破了用螺釘緊固這傳統(tǒng)緊固方式，省去了盒體上要設(shè)計螺紋和金屬嵌件這兩個制作工藝要求較復(fù)雜的工序，而是在支架底部設(shè)計彈性卡鉤，4個彈性卡鉤沿圓周排列，以便與底座進(jìn)行連接。只要將支架插入底座，彈性卡鉤即可自動卡在底座上，從而次性完成定位和緊固動作，拆裝都非常方便，如所示?！　?.4模具工藝性注射生產(chǎn)的工藝裝備是模具，模具是塑料件形狀的反映。為得到高質(zhì)量的塑料件，在保證外觀和功能的前提下，力爭使模具結(jié)構(gòu)盡可能簡化，避免復(fù)雜的抽芯機構(gòu)，從而節(jié)約時間和成本并可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。但是塑料件的設(shè)計有時因為外觀或裝配的要求必須采取側(cè)向脫模，這要求設(shè)計時應(yīng)充分考慮模具結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品的影響。支架零件的卡鉤處為了順利脫模，在開模時需要設(shè)計斜頂結(jié)構(gòu)，一般斜頂結(jié)構(gòu)的頂面如果剛好與制件的底面平齊，由于加工與裝配誤差容易造成所示的頂出過程中斜頂面高于膠位面，發(fā)生卡滯鏟膠現(xiàn)象。為了避免這一現(xiàn)象，改變設(shè)計成斜頂面低于膠位面。1mm，即加膠0.1mm，使斜頂動作變得順暢。另外卡鉤沿脫模方向設(shè)計有2°的斜度，不僅方便卡鉤脫模以及在裝配時保證其裝配彈性，還可以使模具結(jié)構(gòu)的擦穿面有斜度，防止溢膠以及方便合模時施加預(yù)載等，其結(jié)構(gòu)如所示?！　⌒表斀Y(jié)構(gòu)細(xì)化4結(jié)語具有實用價值的塑料件取決于好的設(shè)計，在設(shè)計塑料件時，應(yīng)將設(shè)計（含塑料選材、塑料件成型工藝、裝配方便性以及成型模具工藝性等方面）與使用密切結(jié)合綜合考慮，只有這樣才能設(shè)計出更優(yōu)質(zhì)的塑料件。筆者針對紅外攝像頭支架使用要求，結(jié)合塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一些要點（如壁厚、加強筋、脫模斜度、圓角過渡等），并對塑料件進(jìn)行收縮分析和對需采用斜頂結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計出實用價值比較高的塑料支架，對類似結(jié)構(gòu)塑料件的設(shè)計具有一定的價值。