紅外攝像頭塑料支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是塑料件生產(chǎn)的個(gè)重要組成部分，在塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要考慮到是否有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，是否有利于降低模具制造成本。個(gè)好的塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮到以下3個(gè)方面：功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是核心，工藝結(jié)構(gòu)和造型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在滿足功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?！　」δ芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是要保證塑料件使用功能的實(shí)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(qiáng)度要求等?！　」に嚱Y(jié)構(gòu)就是塑料件結(jié)構(gòu)在成型時(shí)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(jì)者在設(shè)計(jì)塑料件時(shí)必須充分考慮并很好地掌握各項(xiàng)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(diǎn)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(jì)主要是從美觀與藝術(shù)角度對(duì)塑料件外在形體的美化設(shè)計(jì)。筆者現(xiàn)主要從塑料件的工藝結(jié)構(gòu)角度來(lái)闡述塑料支撐架產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。　　1設(shè)計(jì)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(jì)一個(gè)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(guò)底座安裝在使用位置；（4）外表面要求光滑，有光澤，無(wú)黑點(diǎn)?！　?塑料材料選擇塑料件選材的難點(diǎn)在于塑料的種類繁多、性能變化多端，而且通過(guò)添加填料、助劑，其性質(zhì)會(huì)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(jì)中，通常對(duì)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(jī)、照相機(jī)、手機(jī)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(jì)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(dòng)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(jià)格適中，所以本設(shè)計(jì)選用ABS塑料。　　3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目前諸如Pr/E和UG等三維設(shè)計(jì)軟件，提供了相當(dāng)多的實(shí)體建模和特征建模功能，本設(shè)計(jì)采用Pro/E進(jìn)行實(shí)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(jì)有彈性卡鉤，個(gè)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(jì)重點(diǎn)在于工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，現(xiàn)基于有利于開模的原則來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)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(dòng)限位扣，在護(hù)耳部位設(shè)計(jì)成如所示，限位扣在卡槽里面繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)。　　護(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(jì)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(guò)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(duì)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(fèi)用或成型困難，確定塑料件壁厚時(shí)需要遵循則0.―般來(lái)說(shuō)，壁厚太薄會(huì)造成制品的強(qiáng)度和剛度不足，受力后容易產(chǎn)生翹曲變形，成型時(shí)流動(dòng)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(fèi)用往往抵消了節(jié)省的材料費(fèi)用、甚至得不償失。反之，如果壁厚過(guò)大，不但浪費(fèi)材料、延長(zhǎng)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(jì)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(huì)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(yàn)，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?！　?duì)塑料件內(nèi)、外表面拐角處應(yīng)采用圓角過(guò)渡，一是可以避免產(chǎn)生應(yīng)力集中而影響到零件的強(qiáng)度和成型質(zhì)量，其次可改善塑料熔體的流動(dòng)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(guò)渡有利于模具的機(jī)械加工和熱處理，從而提高模具的使用壽命。圓角過(guò)渡一般半徑不小于0.5mm.本設(shè)計(jì)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(jì)成球面。但考慮到整個(gè)球面成型時(shí)，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(jì)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(duì)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(dú)立的，需采用一定的緊固方式與其它零件裝配。一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該采用一些易于裝配、定位或?qū)虻奶卣?。適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化裝配，不但能減少零件個(gè)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(jiǎn)化塑料件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(jì)螺紋和金屬嵌件這兩個(gè)制作工藝要求較復(fù)雜的工序，而是在支架底部設(shè)計(jì)彈性卡鉤，4個(gè)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(dòng)卡在底座上，從而次性完成定位和緊固動(dòng)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(zhēng)使模具結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)化，避免復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)，從而節(jié)約時(shí)間和成本并可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。但是塑料件的設(shè)計(jì)有時(shí)因?yàn)橥庥^或裝配的要求必須采取側(cè)向脫模，這要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮模具結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的影響。支架零件的卡鉤處為了順利脫模，在開模時(shí)需要設(shè)計(jì)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(guò)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?cè)O(shè)計(jì)成斜頂面低于膠位面。1mm，即加膠0.1mm，使斜頂動(dòng)作變得順暢。另外卡鉤沿脫模方向設(shè)計(jì)有2°的斜度，不僅方便卡鉤脫模以及在裝配時(shí)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(shí)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(yǔ)具有實(shí)用價(jià)值的塑料件取決于好的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)塑料件時(shí)，應(yīng)將設(shè)計(jì)（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(jì)出更優(yōu)質(zhì)的塑料件。筆者針對(duì)紅外攝像頭支架使用要求，結(jié)合塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的一些要點(diǎn)（如壁厚、加強(qiáng)筋、脫模斜度、圓角過(guò)渡等），并對(duì)塑料件進(jìn)行收縮分析和對(duì)需采用斜頂結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出實(shí)用價(jià)值比較高的塑料支架，對(duì)類似結(jié)構(gòu)塑料件的設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值。