探析家电产品中的塑料件结构设计质量优化

容光耀

关键词：家电产品；塑料件结构设计；质量优化

引言

塑料件结构设计涉及外观造型、结构方式、表面处理工艺、模具加工制造与生产装配工艺等领域，要求结构设计师不仅要掌握塑料件结构设计的基础知识和规范，更要掌握塑料件表面处理、模具加工制造和生产装配等方面的综合知识，因此需要对塑料件结构设计进行宏观划分与微观阐述，提高结构设计师的认知水平。

一、造型结构设计理念的优化

1.1图案纹理设计

（1）在流行时尚中挖掘设计元素，以现代艺术图案纹理来装饰，给予产品时代感和感染力，来符合追求时尚、跟随流行的消费者需求。（2）在传统元素中寻求创作源泉，以丰富的人文积淀来赋予图案纹理文化内涵，并以喜闻乐见的元素博得消费者的好感与普遍认同。

1.2外观形状设计

外观形状作为产品成为商品的首要综合印象，要求设计师使用最基本的点、线、面和角等几何元素构建产品外形的起伏、棱角、曲面、弧度和圆角等，使人体视觉上产生美的感受，心理上达到美的享受。

1.3色彩设计

（1）通过从产品的功能与结构特点出发，进行市场定位并对产品时尚潮流进行研究；（2）创造宜人的色彩环境，给使用者带来亲切愉快的心理享受；（3）使产品的色彩与周围环境构成一个和谐统一的整体搭配，给使用者带来温馨美好的心理感受。

二、功能结构设计技术的优化

2.1优化装配设计

2.1.1塑料件之间的连接方式设计

（1）自攻螺钉连接法，特点是模具加工简单，装配强度好，但增加了自攻螺钉和装配工序，成本增大，拆卸繁琐。

（2）卡钩-扣位连接法，特点是模具加工较复杂，但装配方便，且可反复拆卸，多次使用。卡钩-扣位要求配合之间松紧合适，装拆方便。

2.1.2间隙配合设计

塑料件成型后由于留有残余应力发生翘曲变形导致塑料件尺寸偏差，或由于模具加工制造造成的塑料件尺寸误差，或由于热胀冷缩造成的塑料件尺寸偏差，要求塑料件之间间隙配合恰当合理，防止偏大偏小，偏大的间隙配合容易造成塑料件之间缝隙超标，偏小的间隙配合容易造成塑料件之间干涉。另外，塑料件间隙配合设计还必须考虑塑料件与其他零件的距离安全，要符合相关规定要求，否则容易发生安全事故。

2.2优化几何形状设计

2.2.1壁厚塑料件的壁厚

（1）塑料件壁厚过厚，从经济角度分析，不仅增加了材料成本，延长塑料件的成型周期，而且增加了生产成本；从产品设计角度分析，塑料件很难达到完全的均匀硬化，容易产生气孔、缩痕等缺陷。

（2）塑料件壁厚太薄，不仅刚度性能差、强度性能差，在脱模过程和装配使用时容易发生翘曲变形，影响零件使用效果，容易造成塑料熔体充模困难，流动阻力大。

（3）塑料件壁厚不均匀，容易导致塑料件各部分固化收缩不均匀，容易产生气孔、裂纹、缩痕，引起内应力及翘曲变形等缺陷。

（4）塑料件壁厚均匀是最理想状态，不仅有利于塑料熔体充模，冷却时收缩均匀，而且塑料件尺寸精度好，生产率高；但实际中为满足产品功能上的需求导致壁厚不均匀不可避免，在这种情形下，由厚壁过渡到薄壁设计上应尽可能逐渐递减变化，圆滑过渡。

2.2.2圆角

圆角设计是功能设计的必要手段，外观上的圆角过渡可增强造型的美感。（1）圆角设计避免因锐角而造成应力集中等弊端，增强及充分发挥塑料件的机械强度；（2）改善塑料熔体的充模性能，便于充模、脱模，还可以提高塑料件的使用性能；（3）便于模具的机械加工和表面处理，增加模具的强度和使用寿命。

2.2.3加强筋

加强筋设计是产品塑料件结构上重要的设计内容，应根据塑料件的几何形状确定合理的加强筋形状设计和布局，才能有效改善塑料件的刚性和强度，有效克服塑料件的翘曲变形现象，同时节约塑料用量，降低材料成本。

2.3强度设计的优化方案

强度设计可简单分为零件强度设计与连接强度设计。零件强度由塑料件壁厚及几何形状、加强筋、结构形式等因素决定。一般在确定零件的强度后，同时确定零件之间的连接强度。常见的加强连接强度的方法有螺钉联接、卡钩-扣位联接等结构方式，要求在把握产品的总体外形尺寸上，螺钉连接和卡钩-扣位联接数量平均，位置均衡，达到最佳连接强度效果。

检验产品强度设计最好的方法就是机械强度试验，机械强度试验项目包含运输试验、模拟运输试验和模拟搬运、装卸试验。

2.4降低成本的设计优化

①在满足塑料件的结构强度和使用要求的条件下，尽量采用低成本的材料，尽量减少塑料件的壁厚。②在满足塑料件的结构强度和使用要求的条件下，减少无关紧要的加强筋，简化零件结构形状设计，使零件简单实用。③结构装配设计中尽量做到零件设计多功能一体化，尽量减少装配零件的数量，尽量做到零件设计形成标准化、系列化和通用化。④采用低成本的塑料件表面处理工艺设计方案。

三、工艺结构创新设计思路创新

3.1适应模具加工制造和注塑方面的设计创新

适应模具加工制造和注塑方面的工艺结构设计要求结构设计师从模具加工制造方面考虑，对塑料件设计应以有利于成型、脱模，成品质量高为基本设计原则，在满足几何形状设计的基础上考虑塑料件结构的细节设计，与几何形状设计的思维方法一致。例如，塑料件壁厚尽量保持均匀一致，内外侧合理的脱模斜度，加强筋根部及其尖角部位设计成圆角光滑过渡，加强筋、散热孔、螺钉柱、通孔、凸台、支承面、边缘与底部等形状设计应满足强度需求和成型要求等。只有经过合理的工艺结构设计考虑，才能保证塑料件成型顺利、脱模方便，避免出现气孔、缩痕、银丝、飞边、发白和裂纹等缺陷，提高塑料件的成品率，保证模具生产效率与使用寿命。

3.2适应批量生产方面的工艺结构的设计创新

适应批量生产方面的工艺结构设计主要是指结构设计师在设计塑料件时不仅应考虑生产线上员工装配和操作零件方式的方便性、简单性和快捷性，进一步提高生产效率。这类工艺结构设计与几何形状设计、装配设计和成本设计紧密相关，要求结构设计师全局统筹，细节入手。例如，尽量减少螺钉柱结构设计，采用卡子－卡扣设计，减少工人操作量和螺钉成本；装配其他零件要有定位销或定位筋方便工人装配等。

结束语：综上所述，本文从家电产品塑料件结构设计的角度出发，对塑料结构件类型进行宏观和微观分类。从造型设计理念、功能设计技术和降低成本设计入手，对家电产品质量优化进行深入探索，并提出了工艺结构设计方面的创新性建议。

参考文献

[1]徐佩弦．塑料制品设计指南［M］．北京：化学工业出版社，2010．

[2]宋宝丰．产品脆值理论与应用［M］．长沙：国防科技大学出版社，2010．