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摘要：目前家电产品中注塑外壳和金属外壳是两种常见的外壳材质，其中注塑外壳凭借其工艺简单、质量轻、成本低等优势得到广泛利用。家电产品的注塑外壳制作工艺要求较为严格，需要注意温度、压力的参数设定。本文从家电产品的注塑外壳主要设计内容入手，讨论豆浆机的注塑外壳设计，并分析如何解决家电产品注塑问题，希望可以提升家电产品外壳的设计质量。
关键词：家电产品；结构设计；注塑外壳；分析
注塑材料是一种制作工艺简单、可塑性好、成本低的材料，比如聚丙烯（PP），聚碳酸脂（PC），丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的三元共聚物（ABS）等都是当前广泛利用的成型技术。
一、家电产品的注塑外壳设计内容
首先，壁厚设计。在家用电器的外壁厚度设计过程中，主要影响因素是材料质量以及外形尺寸，设计过程中要坚持保护均匀的原则，如果薄厚不均匀将导致外观存在缺陷，比如变形、凹陷甚至由于内应力出现龟裂。外壁过薄会导致熔融塑料流动阻力增加，影响材料在模腔中的流动，导致难以填充材料或者塑料件填充不满、强度不高。如果出现厚度过大，也容易造成成型制品内部出现气泡、外观变形、收缩、凹陷等问题，并且制品厚度越大，其重量越重也会导致成本增加，此外壁厚的厚度增加会延长成型时间，进而降低生产效率。特殊情况下，为了满足生产需要也会要求局部壁厚厚度增加，此种情况下，在生产过程中需要从薄向厚逐渐过渡，避免厚度不均或者差异较大。其次，圆角和拔模角设计。在家用电器的注塑外壳中，尖角部位应力集中，所以容易出现脆性破坏，为此需要对产品的尖角部位消磨，以此有效降低应力集中现象，可以提升塑料制品的强筋强度，其作用在于能够抵御外来冲击力，所以在外观结构设计过程中，设计人员需要合理增加外侧的圆弧转角，如果设计的圆角偏大也会导致缩水效应，尤其是凸起柱的根部和内部转角处的圆弧更容易伴有缩水效应，一般情况下要将圆弧大小范围设置在0.3毫米至0.8毫米。拔模的目的在于模具生产过程中让塑料件顺利脱离模具，一般情况下，塑料件拔模角需要根据外壁厚度、尺寸、模腔表面粗糙度、收缩率等多个因素考虑，由于模腔内部塑料的不断收缩，存在拔模角设计缺陷，将造成难以取出塑料件，强行取出还会出现擦伤拉毛等损伤问题，所以设计人员要根据不同塑料品牌和结构将脱模斜度合理设置。最后，加强筋设计。加强筋的作用在于不需要增加塑件厚度情况下保证塑件结构强度，还可以在生产期间减少翘曲变形几率，减少塑料用量，产品重量也会减轻。对于加强筋设计来说，关键在于对加筋位置控制，不可过高，也不能过少，必须坚持均匀分布的原则，避免厚筋底冷缩期间出现凹陷问题，需要尽量保证加强筋的走向与材料填充方向相同，以此有利于注塑机械的开模合模。此外，加强筋的设置也要考虑到圆弧过渡方式，要求加强筋表面不设置零件，以此避免存在应力高度集中问题，所以加强筋条，一般为塑件厚度的50%-70%。整体看来，在筋的下方安装出圆角对熔胶流动性起到改善作用，解决应力集中问题，一般R角数值达到1/8壁厚。
二、豆浆机的注塑外壳设计
本文以豆浆机机头外壳设计作为案例，对家电产品的注塑外壳设计进行分析。首先，设计方法。在材料选择过程中，一般豆浆机的外壳以PP、ABS材质为主。其中ABS这种材料具有流动性好、收缩率低、耐热性强、耐冲击性强的优势，利用该材料制作出的成品表面光泽性好，并且具有一定的耐磨性；PP材料具有良好的注塑性能，不过该材料收缩率很大，制作出的产品精度易偏差，容易变形，而且此制品的表面容易出现光泽度差、缩水等问题，不过该材料价格要低于ABS。豆浆机外壳表面对光泽度有很高要求，同时也要具有良好的耐温性质，综合考虑，以ABS作为外壳材料。在螺丝柱以及加强筋的设计上，为了满足装配需要，豆浆机机头外壳需要安装几个螺丝柱，并且底部进行火山口处理，以此避免出现缩水痕迹，需要对每个螺丝柱提升加强筋的螺丝柱强度，不过需要对加强筋的厚度有效控制，也需要合理增加R角，其作用在于改善溶胶流动性，在交口流道的设计中，豆浆机机头外壳必须足够光洁，所以绕交口不可过大，脱模后铸件浇口，不得存在明显残留痕迹，因此要利用点进胶让浇口自行脱落，为了提升零件后续清理效率，设计人员要制定出直流到道、点浇口的平衡式分流道处理方案，采用圆形制作工艺，以此缩小流道体积，节约注塑时间，提升生产效率。其次，主要成型工艺的确定。在本次豆浆机的设计中，机头外壳塑件的外壳用扣位紧锁的倒扣凹槽固定，并且在模具设计中安装侧向分型抽芯以及斜顶结构，其尺寸精度和以下两个因素有关：其一是塑料收缩率变化。其二是模具加工误差。在表面质量控制中，豆浆机机头外壳注塑成型后要求内外表面没有缺陷，要求边缘位置平滑，不得存在斑点熔接痕，其中内部表面粗糙度标准为Ra0.4μm、外部表面粗糙度标准为Ra0.2μm，对于塑件表面光泽度未达标的情况，分析原因为熔料冷却过早或者烘料时间不足、模温不够、抛光不达标。在成形方法中，豆浆机机头外壳利用ABS材料，在控制内应力过程中，把交口注塑流程适当缩短，进而提升填充效率，升高注塑温度，还需要进行模具排气结构的优化设计。整体看来，对交口部位科学设置可以减少塑件次要部位熔接痕产生，在注塑过程中，注塑压力不可过高，同时要保证良好的料温和模温。
三、如何解决家电产品注塑问题
首先，缩水。如果注塑外壳存在缩水问题，主要和注塑内侧构造以及筋厚度过大有关，该问题会造成塑料外壳注塑冷却时固化异常，导致产品表面存在凹陷。因此，需要优化注塑工艺，制定出科学的缩水预防措施，把加筋的厚度控制到合理范围，利用ABS材料收缩率偏低，需要把加筋厚度控制在1/2，以此降低超限制值设计问题出现的几率。PP材料的收缩率偏高，加筋厚度一般在主筋厚度1/3，结合实际情况，根据内部结构和外观结构结合的方法，要避免外壳出现缩水情况。其次，缺胶。该问题出现的主要原因是模具设计结构过厚、排气不畅或者局部壁厚较薄，对于以上因素，需对注塑压力进行科学设置。比如，逐渐加大注塑压力直到观测到披锋，进而起到避免外壳缺胶的作用，如果在加大压力之后依然不能保证满胶，需要对注塑模型进行重新调整，改变浇口的位置，进行可行性试验，直到成型。最后，熔接痕。在家电外壳的注塑件表面，熔接痕就是痕迹短路，主要因素是注塑期间加入超出正常工艺要求的骨料，在外力作用下痕迹部位出现隐痕或者开裂。主要的解决方法是增加模具温度、注塑压力，如果依旧没有解决，需要加大浇口尺寸。
四、结束语
综上所述，在科学技术飞速发展的今天，家电产品的种类也更加多元化，同时体积更小，功能更为全面，如今消费者在重视产品性能的同时，也对家电外观结构设计提出更高要求。在设计家电产品注塑外壳结构过程中，关键在于对细节的处理，以此在保证家用电器美观性的同时，有效节约设计成本。
作者:张祥洪 单位:佛山市顺德区三军工业设计有限公司