结构设计概述
结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设计过程
中花费时间最多的一个工作环节。在产品形成过程中，起着十分重要的作用。
如果把设计过程视为一个数据处理过程，那末，以一个零件为例，工作能
力设计只为人们提供了极为有限的数据，尽管这少量数据对于设计很重要，而
零件的最终几何形状，包括每一个结构的细节和所有尺寸的确定等大量工作均
需在结构设计阶段完成。其次，因为零件的构形与其用途以及其它“相邻”零件
有关，为了能使各零件之间彼此“适应”，一般一个零件不能抛开其余相关零件
而孤立地进行构形。因此，设计者总是需要同时构形较多的相关零件（或部
件）。此外，在结构设计中，人们还需更多地考虑如何使产品尽可能做到外形
美观、使用性能优良、成本低、加工制造容易、维修简单、方便运输以及对环
境无不良影响等等。因此可以说，结构设计具有“全方位”和“多目标”的工作特
点。
一个零件、部件或产品，为要实现某种技术功能，往往可以采用不同的构
形方案，而目前这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的，所以结构设计
具有灵活多变和工作结果多样性等特点。
对于一个产品来说，往往从不同的角度提出许多要求或限制条件，而这些
要求或限制条件常常是彼此对立的。例如：高性能与低成本的要求，结构紧凑
与避免干涉或足够调整空间的要求，在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻
力小的要求，以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。结构设计必须
面对这些要求与限制条件，并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某
种“折衷”，求得对立中的统一。 结构设计是机械设计的基本内容之一，也是设
计过程中花费时间最多的一个工作环节。在产品形成过程中，起着十分重要的
作用。
如果把设计过程视为一个数据处理过程，那末，以一个零件为例，工作能
力设计只为人们提供了极为有限的数据，尽管这少量数据对于设计很重要，而
零件的最终几何形状，包括每一个结构的细节和所有尺寸的确定等大量工作均
需在结构设计阶段完成。其次，因为零件的构形与其用途以及其它“相邻”零件
有关，为了能使各零件之间彼此“适应”，一般一个零件不能抛开其余相关零件
而孤立地进行构形。因此，设计者总是需要同时构形较多的相关零件（或部
件）。此外，在结构设计中，人们还需更多地考虑如何使产品尽可能做到外形
美观、使用性能优良、成本低、加工制造容易、维修简单、方便运输以及对环
境无不良影响等等。因此可以说，结构设计具有“全方位”和“多目标”的工作特
点。
一个零件、部件或产品，为要实现某种技术功能，往往可以采用不同的构
形方案，而目前这项工作又大都是凭着设计者的“直觉”进行的，所以结构设计
具有灵活多变和工作结果多样性等特点。
对于一个产品来说，往往从不同的角度提出许多要求或限制条件，而这些
要求或限制条件常常是彼此对立的。例如：高性能与低成本的要求，结构紧凑
与避免干涉或足够调整空间的要求，在接触式密封中既要密封可靠又要运动阻
力小的要求，以及零件既要加工简单又要装配方便的要求等等。结构设计必须
面对这些要求与限制条件，并需根据各种要求与限制条件的重要程度去寻求某
种“折衷”，求得对立中的统一。
机构学
机构学是研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。
传统的机构学把机构的运动看作只与其几何约束方式有关，而与受力、质量和
时间等无关的学科。这样，在十九世纪中叶，机构学就从一般力学中独立出来，
并日益发展。
机构学研究的是各种常用机构的结构和运动，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机
构、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构和方向机构等，以及
这些机构的共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。
机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动
可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从
而确定其运动特性。
掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不
可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因
而机构分析和综合往往是不可逆的。
设计新机器时，先要考虑两个问题：首先，为了完成某一工艺或生产要采取什
么运动，这属于专业问题；其次是采用什么机构来实
产品结构设计准则--入件 ( Moulded-in Inserts )
基本设计守则
塑胶内的入件通常作为紧固件或支撑部份。此外，当产品在设计上考虑便於返
修、易於更换或重复使用等要求时，入件是常用的一种装配方式。但无论是作
为功能或装饰用途，入件的使用应尽量减少，因使用入件需要额外的工序配合，
增加生产成本。入件通常是金属材料，其中以铜为主。
入件的设计必须使其稳固地嵌入塑胶内，避免旋转或拉出。入件的设计亦
不应附有尖角或封利的边缘，因为尖角或封利的边缘使塑胶件出现应力集中的
情况。
入件的成型方式分为同步成型嵌入和成型後嵌入两种 :
(1) 同步成型嵌入
同步成型嵌入是在部件成型前将入件放入模具之中，在合模成型时塑料会
将入件包围起来同时成型。若要使塑料把入件包合得好，必先预热後才放入模
具。这样可减低塑料的内应力和收缩现象。
(2) 成型後嵌入
成型後嵌入是将入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有热式
和冷式，唯原理都是利用塑胶的热可塑特性。热式是将 入件预先在嵌前加热
至该塑胶部件融化的温度，然後迅速的将入件压入部件上特别预留的孔中冷却
後成型。冷式一般是使用超声波焊接方法把入件压入。用超声波的方法所得到
的结果比较一致和美观，而预热压入在工艺上要控制得好才有好的效果。否则
出现入件歪斜、位置不正、塑料包含不均匀等现象形成坏品。正常情形下 入
件是在塑胶成品平面对齐或有些微的在平面之上以减少塑胶内的应力。
不同直径的入件塑胶所须之最小壁厚 mm(inch)表
不同材料的设计要点
POM
POM 成型时，因塑料和镶入件收缩比率不而有应力产生。渐渐在镶入件
的地方发生了龟裂现象而成品破裂，以下方法可改善成品破裂现象。用温度达 90
℃左右的镶入件放于模腔内成型。模具内温度打 90℃左右。镶入件要洁净及避
免有尖角或利边。
PBT
镶入件通常是用以装配方便或维修容易为目的的，但亦有的是特殊用途如金属
扣等。为了使镶入件在塑胶成品内减低应力和因不同物料的热膨胀系数所影响，
镶入件尽量不要有尖角，防止拔出和转动的凹槽要使用简单的设计，压花的花
纹面积不要太大，压花的边要和镶件边位远离，花纹的地方要放于稳藏处。镶
入件表面不能有任何不相容的化学药品如润滑油等。在放入模具生产是使用 80
至 110℃的模温来减低成型后的内应力。
PBT 入件压花的设计
产品结构设计准则--洞孔 (Hole)
在塑胶件上开孔使其和其它部件相接合或增加产品功
能上的组合是常用的手法，洞孔的大小及位置应尽量不会对产品的强度构成影响
或增加生产的复杂性，以下是在设计洞孔时须要考虑的几个因素。
相连洞孔的距离或洞孔与相邻产品直边之间的距离不可少於洞孔的直径，如孔
离边位或内壁边之要点图。与此同时，洞孔的壁厚理应尽量大，否则穿孔位置
容易产生断裂的情况。要是洞孔内附有螺纹，设计上的要求即变得复杂，因为
螺纹的位置容易形成应力集中的地方。从经验所得，要使螺孔边缘的应力集中
系数减低至一安全的水平，螺孔边缘与产品边缘的距离必须大於螺孔直径的三
倍。
孔离边位或内壁边之要点
穿孔
从装配的角度来看，穿孔的应用远较盲孔为多，而且较盲孔容易生产。从模具
设计的角度来看，穿孔的设计在结构上亦较为优胜，因为用来穿孔成型的边钉
的两端均可受到支撑。穿孔的做法可以是靠单一边钉两端同时固定在模具上、
或两枝边钉相接而各有一端固定在模具上。一般来说，第一种方法被认为是较
好的；应用第二种方法时，两条边钉的直径应稍有不同以避免因为两条边钉轴
心稍有偏差而引致产品出现倒扣的情况，而且相接的两个端面必须磨平。
盲孔
盲孔是靠模具上的哥针形成，而哥针的设计只能单边支撑在模具上，因此很容
易被溶融的塑料使其弯曲变形，形成盲孔出现椭圆的形状，所以哥针的长度不
能过长。一般来说，盲孔的深度只限於直径的两倍。要是盲孔的直径只有或於
，盲孔的深度更不应大於直径的尺寸。
盲孔的设计要点
钻孔
大部份情况下，额外的钻孔工序应尽量被免，应尽量考虑设计孔穴可单从模具
一次成型，减低生产成本。但当需要成型的孔穴是长而窄时”即孔穴的长度比深
度为大〔，因更换折断或弯曲的哥针构成的额外成本可能较辅助的後钻孔工序
为高，此时，应考虑加上後钻孔工序。钻孔工序应配合使用钻孔夹具加快生产
及提高品质，亦可减少因断钻咀或经常番磨钻咀的额外成本及时间；另一做法
是在塑胶成品上加上细而浅的定位孔以代替使用钻孔夹具。
侧孔
侧孔往往增加模具设计上的困难，特别是当侧孔的方向与开模的方向成一直角
时，因为侧孔容易形成塑胶产品上的倒扣部份。一般的方法是使用角针”Angle Pin
〔及活动侧模”Split Mould〔，或使用油压抽哥。留意哥针在胶料填充时会否
受压变形或折断，此情况常见於长而直径小的哥针上。因模具的结构较为复杂，
模具的制造成本比教高，此外，生产时间亦因模具必须抽走哥针才可脱模而相
应增加。
其他设计考虑
有关孔穴在产品设计上的考虑，尚有下列各点：
1. 多级”多个不同直径但相连的孔〔的孔可容许的深度比单一直径的孔长；此
外，将模具件部份孔位偷空，亦可将孔的深度缩短，下图说明这两种方法的应
用。
多级孔或将穿孔偷空的应用方法
2. 侧孔若使用角针、活动侧模或油压抽哥必会使模具的结构复杂及增加成本，
此问题可从增加侧孔壁位的角度，或以两级的孔取代原来的侧孔得以消除侧孔
引致的倒扣，消除侧孔倒扣的方法图说明这两种方法的应用。
消除侧孔倒扣的方法
3. 洞孔的边缘应预留最少 的直身位，设计一个完整的倒角或圆角於孔边
在经济上或实践上都是不设实际的，可叁考洞孔边缘的设计图。
产品结构设计准则--公差 ( Tolerance )
基本设计守则
大部份的塑胶产品可以达到高精密配合的尺寸公差，而一些收缩率高及一
些软性材料则比较难於控制。因此在产品设计过程时是要考虑到产品的使用环
境，塑胶材料，产品形状等来设定公差的严紧度。除着顾客的要求愈来愈高，
以往的可以配合起来的观念慢慢的要修正过来。配合、精密和美观是要同时的
能在产品上发挥出来。
公差的精密度高，产品质素相对提高，但随之而来的是增加了成本和因达
到要求而花更多的时间。故此公差的设定可以跟随不同塑料来作一标准，以下
是几种由塑料供应商提供的塑料公差设计要点。而设计的容许公差范围是可在
美国 SPI 规格内找得到。
不同材料的设计要点
LCP
液晶共聚物成品容许公差随着设计的复杂程度和壁厚而定。薄壁的部份经
常可以在液晶共聚物的产品上可找得到。而且液晶共聚物容许公差可是极小容
许公差的 50%。
LCP 液晶高分子设计容许公差的指南
PET
宝特龙 (PET) 的设计公差准则
POM
精密公差的标准叁考表
产品结构设计准则--壁厚篇
基本设计守则
壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接
柱位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。一般的热塑性塑料壁
厚设计应以 4mm 为限。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长
生产周期”冷却时间〔，增加生产成本。从产品设计角度来看，过厚的产品增加
引致产生空穴”气孔〔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。
最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足
功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形，由厚胶料的地方
过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度
不同和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。
对一般热塑性塑料来说，当收缩率”Shrinkage Factor〔低於 时，
产品可容许厚度的改变达 ；但当收缩率高於 时，产品壁厚的改变
则不应超过 。对一般热固性塑料来说，太薄的产品厚度往往引致操作时产品过
热，形成废件。此外，纤维填充的热固性塑料於过薄的位置往往形成不够填充
物的情况发生。不过，一些容易流动的热固性塑料如环氧树脂”Epoxies〔等，
如厚薄均匀，最低的厚度可达 。
此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由
厚胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料
的地方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。若塑料的流动方向是从薄胶
料的地方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。
平面准则
在大部份热融过程操作，包括挤压和固化成型，均一的壁厚是非常的重要
的。厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇
口凝固後出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜
色不同或不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设
计成渐次的改变，并且在不超过壁厚 3:1 的比例下。下图可供叁考。
转角准则
壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要，以免冷却时间不一致。冷却时
间长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位
通常会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程後引起不希望
的物料聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供
了这种缺点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅
顺和成品脱模时更容易。下图可供叁考之用。
转角位的设计准则亦适用於悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲
嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位 R 太小时会引致其应力集中系数(Str
ess Concentration Factor)过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位 R 太大的话
则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎
至 之间，理想数值是在 左右。
壁厚限制
不同的塑胶物料有不同的流动性。胶位过厚的地方会有收缩现象，胶位过
薄的地方塑料不易流过。以下是一些建议的胶料厚度可供叁考。
热塑性塑料的胶厚设计叁考表
热固性塑料的胶厚设计叁考
其实大部份厚胶的设计可从使用加强筋及改变横切面形状取缔之。除了可减
省物料以致减省生产成本外，取缔後的设计更可保留和原来设计相若的刚性、
强度及功用。下图的金属齿轮如改成使用塑胶物料，更改後的设计理应如图一
般。此塑胶齿轮设计相对原来金属的设计不但减省材料，消取因厚薄不均引致
的内应力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生。
不同材料的设计要点
ABS
a) 壁厚
壁厚是产品设计最先被考虑，一般用於注塑成型的会在 mm ( in)
至 mm ( in)。 壁厚比这范围小的用於塑料流程短和细小部件。典型的
壁厚约在 ( in)左右。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可增强部件
强度和塑料充填。壁厚在 ( in) 至 ( in)范围是可使用结
构性发泡。
b) 圆角
建议的最小圆角半径是胶料厚度的 25%，最适当的半径 胶料厚比例在
60%。轻微的增加半径就能明显的减低应力。
PC
a) 壁厚
壁厚大部份是由负载要求 内应力 几何形状 外型 塑料流量 可注塑性和经
济性来决定。PC 的建议最大壁厚为 ( in)。若要效果好，则壁厚应
不过 ( in)。在一些需要将壁厚增加使强度加强时，肋骨和一些补
强结构可提供相同结果。PC 大部份应用的最小壁厚在 mm( in)左右，
再薄一些的地方是要取决於部件的几何和大小。短的塑料流程是可以达到 m
m ( in) 壁厚。
壁厚由厚的过渡到薄的地方是要尽量使其畅顺。所有情况塑料是从最厚的
地方进入模腔内，以避免缩水和内应力。
均一的壁厚是要很重要的。不论在平面转角位也是要达到这种要求，可减
少成型後的变型问题。
LCP
a) 壁厚
由於液晶共聚物在高剪切情况下有高流动性，所以壁厚会比其它的塑料薄。
最薄可达 ，一般厚度在 左右。
PS
a) 壁厚
一般的设计胶料的厚度应不超过 4mm ，太厚的话会导致延长了生产周期。
因需要更长的冷却时间，且塑料收缩时有中空的现象，并减低部件的物理性质。
均一的壁厚在设计上是最理想的，但有需要将厚度转变时，就要将过渡区内的
应力集中除去。 如收缩率在 以下则壁厚的转变可有 的变化。若收缩率在
以上则应只有 的改变。
b) 圆角
在设计上直角是要避免。直角的地方有如一个节点，会引致应力集中使抗
撞击强度降低。圆角的半径应为壁厚的 25%至 75%，一般建议在 50%左右。
PA
a) 壁厚
尼龙的塑胶零件设计应采用结构所需要的最小厚度。这种厚度可使材料得
到最经济的使用。壁厚尽量能一致以消除成型後变型。若壁厚由厚过渡至薄胶
料则需要采用渐次变薄的方式。
b) 圆角
建议圆角 R 值最少 ( in)，此一圆角一般佳可接受，在有可能的
范围，尽量使用较大的 R 值。因应力集中因素数值因为 R/T 之比例由 增至
而减少了 50% ，即由 3 减至 。而最佳的圆角是为 R/T 在 之间。
PSU
a) 壁厚
常用於大型和长流距的壁厚最小要在 ()。细小的部件可以最
小要有 mm () 而流距应不可超过 mm (3 in)
PBT
a) 壁厚
壁厚是产品成本的一个因素。薄的壁厚要视乎每种塑料特性而定。设计之
前宜先了解所使用塑料的流动长度限制来决定壁厚。负载要求时常是决定壁厚
的，而其它的如内应力，部件几何形状，不均一化和外形等。典型的壁厚介乎
在 至 ( 至 )。 壁厚要求均一，若有厚薄胶料的地方，
以比例 3:1 的锥巴渐次由厚的地方过渡至薄的地方。
b) 圆角
转角出现尖角所导致部件的破坏最常见的现象，增加圆角是加强塑胶部件
结构的方法之一。若将应力减少 5% (由 3 减至 ) 则圆角与壁厚的比例由
增加至 。而 是建议的最理想表现。
产品结构设计准则--加强筋篇
基本设计守则
加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字铁
般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字铁
般出现倒扣难於成型的形状问题，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产
品尤其适用。此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流
入部件的支节部份很大的作用。 加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面，
其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受
制於一些生产上的考虑，如模腔充填、缩水及脱模等。加强筋的长度可与产品
的长度一致，两端相接产品的外壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加
产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话，末端部份亦不应突然
终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，从而减少出现困气、填充不满及烧
焦痕等问题，这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上。
加强筋一般的设计
加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上，不过为了满足一
些生产上或结构上的考虑，加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。
长方形的加强筋必须改变形状使生产更容易
加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底部相接产品的位
置必须加上圆角以消除应力集过份中的现象，圆角的设计亦给与流道渐变的形
状使模腔充填更为流畅。此外，底部的宽度须较相连外壁的厚度为小，产品厚
度与加强筋尺寸的关系图 a 说明这个要求。图中加强筋尺寸的设计虽然已按合
理的比例，但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈 R1 时，图中可见此
部份相对外壁的厚度增加大约 50%，因此，此部份出现缩水纹的机会相当大。如果将加强筋底
部的宽度相对产品厚度减少一半(产品厚度与加强筋尺寸的关系图 b)，相对位置厚度的增幅即减至大约 20
%，缩水纹出现的机会亦大为减少。由此引伸出使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较
为优胜，但当使用多条加强筋时，加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。加强筋的形状一般是细
而长，加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。留意过厚的加强筋设计容易产生缩水纹、空穴、
变形挠曲及夹水纹等问题，亦会加长生产周期，增加生产成本。
产品厚度与加强筋尺寸的关系
除了以上的要求，加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。从生产的角度看，
材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。此外，塑
料的蠕动(creep)特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因数。例如，从生产
的角度看，加强筋的高度是受制於熔胶的流动及脱模顶出的特性(缩水率、摩擦
系数及稳定性)，较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶黏度、较低的摩擦系数、
较高的缩水率。另外，增加长的加强筋的出模角一般有助产品顶出，不过，当
出模角不断增加而底部的阔度维持不变时，产品的刚性、强度，与及可顶出的
面积即随着减少。顶出面积减少的问题可从在产品加强筋部份加上数个顶出凸
块或使用较贵的扁顶针得以解决，同时在顶出的方向打磨光洁亦有助产品容易
顶出。从结构方面考虑，较深的加强筋可增加产品的刚性及强度而无须大幅增
加重量，但与此同时，产品的最高和最低点的屈曲应力(bending stress)随着增
加，产品设计员须计算并肯定此部份的屈曲应力不会超出可接受的范围。
从生产的角度考虑，使用大量短而窄的加强筋比较使用数个深而阔的加强筋优
胜。模具生产时(尤其是首办模具)：加强筋的阔度(也有可能深度)和数量应尽量
留有馀额，当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时可适当地增加，因为在
模具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢料的方法来得简单及便宜。
加强筋增强塑胶件强度的方法
以下是加强筋被置於塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。
置於塑胶部件边缘地方的加强筋
不同材料的设计要点
ABS 减少在主要的部件表面上出现缩水情形，肋骨的厚度应不可是相交的
胶料厚度的 50%以上，在一些非决定性的表面肋骨厚度可最多到 70% 。在薄
胶料结构性发泡塑胶部件，肋骨可达相交面料厚的 80%。 厚胶料肋骨可达 100%。
肋骨的高度不应高於胶料厚的三倍。当超过两条肋骨的时侯，肋骨之间的距离
应不小於胶料厚度的两倍。肋骨的出模角应介乎单边至以便於脱模容易。
ABS 加强筋的设计要点
PA 单独的肋骨高度不应是肋骨底部厚度的三倍或以上。在任何一条肋骨的
後面，都应该设置一些小肋骨或凹槽，因肋骨在冷却时会在背面造成凹痕，用
那些肋骨和凹槽可以作装饰用途而消除缩水的缺陷.
PBT 厚的肋骨尽量避免以免产生气泡，缩水纹和应力集中。方式的考虑是
会限制了肋骨尺寸。在壁厚於 (1/8 in) 以下肋骨厚度不应超过壁厚的 60
%。在壁厚超过 的肋骨不应超过 40%。肋骨高度应不超过骨厚的 3 倍。
肋骨与胶壁两边的地方以一个 ( in) 的 R 来相连接，使塑料流动畅
顺和减低内应力。
PC 一般的肋骨厚度是取决於塑料流程和壁厚。若很多肋骨应用於补强作用，
薄的肋骨是比厚的要好。PC 肋骨的设计可叁考下图 PS 的肋骨设计要点。
PS 肋骨的厚度不应超过其相接壁厚的 50%。经验告诉我们违反以上的指引
在表面上会出现光泽不一现象。
PS 置於中位的肋骨设计要点
PS 置於边位的肋骨设计要点
PSU 肋骨是可以增强了产品的撞击强度和利用最经济的成本达致有效的结
果。不良的设计是会使表面有收缩痕和非期望的撞击强度。
产品结构设计准则--出模角篇
基本设计守则
塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易的使产品由模具脱离出来而需要
在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角”出模角〔。若然产品附有垂直外壁并
且与开模方向相同的话，则模具在塑料成型後需要很大的开模力才能打开，而
且，在模具开启後，产品脱离模具的过程亦相信十分困难。要是该产品在产品
设计的过程上已预留出模角及所有接触产品的模具零件在加工过程当中经过
高度抛光的话，脱模就变成轻而易举的事情。因此，出模角的考虑在产品设计
的过程是不可或缺的
因注塑件冷却收缩後多附在凸模上，为了使产品壁厚平均及防止产品在开
模後附在较热的凹模上，出模角对应於凹模及凸模是应该相等的。不过，在特
殊情况下若然要求产品於开模後附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角尽
量减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。
出模角的大小是没有一定的准则，多数是凭经验和依照产品的深度来决定。
此外，成型的方式，壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来说，高度抛光的
外壁可使用 1/8 度或 1/4 度的出模角。深入或附有织纹的产品要求出模角作相
应的增加，习惯上每 深的织纹，便需要额外 1 度的出模角。出模角度
与单边间隙和边位深度之关系表，列出出模角度与单边间隙的关系，可作为叁
考之用。此外，当产品需要长而深的肋骨及较小的出模角时，顶针的设计须有
特别的处理，见对深而长加强筋的顶针设计图。
出模角度与单边间隙和边位深度之关系表
不同材料的设计要点
ABS
一般应用边 °至 1°就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同，出模角可接
近至零。有纹路的侧面需每深 （ in）增加 1°出模角。正确的出
模角可向蚀纹供应商取得。
LCP
因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性，倒扣的设计应要避免。在所有的肋
骨、壁边、支柱等凸出膠位以上的地方均要有最小 °的出模角。若壁边
比较深或没有磨光表面和有蚀纹等则有需要加额外的 °以上。
PBT
若部件表面光洁度好，需要 1/2°最小的脱模角。经蚀纹处理过的表面，每增加
（ in）深度就需要加大 1°脱模角。
PC
脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。一
般光华的表面 °至 2°已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，以
每深 （ in）增加 1°脱模角。
PET
塑胶成品的肋骨，支柱边壁、流道壁等，如其脱模角能够达到 °就已经足够。
PS
°的脱模角是极细的，1°的脱模角是标准方法，太小的脱模角会使部件难于
脱离模腔。无论如何，任何的脱模角总比无角度为佳。若部件有蚀纹的话，如
皮革纹的深度，每深 就多加 1°脱模角。
产品结构设计准则--支柱 ( Boss )
基本设计守则
支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开物件及支撑承托其他零件之用。
空心的支柱可以用来嵌入件、收紧螺丝等。这些应用均要有足够强度支持压力
而不致於破裂。
支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是
加强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。此外，因过高的支柱会导致塑胶部件成
型时困气，所以支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半。加强支柱的强度
的方法”尤其是远离外壁的支柱，除了可使用加强筋外，三角加强块”Gusset plate
的使用亦十分常见。
一个品质好的螺丝/支柱设计组合是取决於螺丝的机械特性及支柱孔的设
计，一般塑胶产品的料厚尺寸是不足以承受大部份紧固件产生的应力。固此，
从装配的考虑来看，局部增加胶料厚度是有需要的。但是，这会引致不良的影
响，如形成缩水痕、空穴、或增加内应力。因此，支柱的导入孔及穿孔”避空
孔的位置应与产品外壁保持一段距离。支柱可远离外壁独立而处或使用加强筋
连接外壁，後者不但增加支柱的强度以支撑更大的扭力及弯曲的外力，更有助
胶料填充及减少因困气而出现烧焦的情况。同样理由，远离外壁的支柱亦应辅
以三角加强块，三角加强块对改善薄壁支柱的胶料流动特别适用。
收缩痕的大小取决於胶料的收缩率、成型工序的叁数控制、模具设计及产
品设计。使用过短的哥针、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不
利於收缩痕的减少；不幸地，支柱的强度及抵受外力的能力却随着增加底部弧
度尺寸或壁厚尺寸而增加。因此，支柱的设计须要从这两方面取得平衡。
1) 支柱位置
2) 支柱设计
不同材料的设计要点
ABS
一般来说，支柱的外径是内径的两倍已足够。有时这种方式结果支柱壁厚
等於或超过胶料厚度而增加物料重量和在表面产生缩水纹及高成型应力。严格
的来说支柱的厚度应为胶料厚度的 50-70%。 如因此种设计方式而支柱不能提
供足够强度，但已改善了表面缩水。斜骨是可以加强支柱的强度，可由最小的
尺寸伸延至支柱高的 90%。若柱位置接近边壁，则可用一条肋骨将边壁和柱相
互连接来支持支柱。
PBT
支柱通常用於机构上装配，如收螺丝、紧压配合、导入装配等多数情形，
支柱外径是内孔径的两倍就足够强壮。支柱设计有如肋骨设计的观念。太厚的
切面会产生部件外缩水和内部真空。支柱的位置在边壁旁时可利用肋骨相连，
则内孔径的尺寸可增至最大。
PC
支柱是大部份用来作装配产品用，有时用作支撑其它物件或隔开物体之用。
甚至一些很细小的支柱最终会热溶後作内部零件固定用。一些放於边位的支柱
是需耍一些肋骨作为互相依附，以增加支柱强度。
PS
支柱通常用於打入件，收螺丝，导向针，攻牙或作紧迫配合。可能情形之
下避免独立一支支柱而无任何支撑。应加一些肋骨以加强其强度。若支柱离边
壁不远应以肋骨将柱和边相连在一起。
PSU
支柱是用作连接两件部件的。其外径应是内孔径的两倍，高度不应超过外
径的两倍。
产品结构设计准则--扣位 ( Snap Joints )
基本设计手则
扣位提供了一种不但方便快捷而且经济的产品装配方法，因为扣位的组合部
份在生产成品的时候同时成型，装配时无须配合其他如螺丝、介子等紧锁配件，
只要需组合的两边扣位互相配合扣上即可。 扣位的设计虽可有多种几何形
状，但其操作原理大致相同：当两件零件扣上时，其中一件零件的勾形伸出部
份被相接零件的凸缘部份推开，直至凸缘部份完结为止；及後，藉着塑胶的弹
性，勾形伸出部份即时复位，其後面的凹槽亦即时被相接零件的凸缘部份嵌入，
此倒扣位置立时形成互相扣着的状态，请参考扣位的操作原理图。
扣位的操作原理
如以功能来区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣
位的设计方便装上但不容易拆下，可拆卸型扣位的设计则装上、拆下均十分方
便。其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有适当的导入角及导出角方便扣
上及分离的动作，导入角及导出角的大小直接影响扣上及分离时所需的力度，
永久型的扣位则只有导入角而没有导出角的设计，所以一经扣上，相接部份即
形成自我锁上的状态，不容易拆下。请叁考永久式及可拆卸式扣位的原理图。
永久式及可拆卸式扣位的原理
若以扣位的形状来区分，则大致上可分为环型扣、单边扣、球形扣等等，其设
计可参阅下图。
球型扣（可拆卸式）
扣位的设计一般是离不开悬梁式的方法，悬梁式的延伸就是环型扣或球型
扣。所谓悬梁式，其实是利用塑胶本身的挠曲变形的特性，经过弹性回复返回
原来的形状。扣位的设计是需要计算出来，如装配时之受力，和装配後应力集
中的渐变行为，是要从塑料特性中考虑。常用的悬梁扣位是恒等切面的，若要
悬梁变形大些可采用渐变切面，单边厚度可渐减至原来的一半。其变形量可比
恒等切面的多百分之六十以上。
不同切面形式的悬梁扣位及其变形量之比较
扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份：勾形伸出部份及凸缘部份经多次
重覆使用後容易产生变形，甚至出现断裂的现象，断裂後的扣位很难修补，这
情况较常出现於脆性或掺入纤维的塑胶材料上。因为扣位与产品同时成型，所
以扣位的损坏亦即产品的损坏。补救的办法是将扣位装置设计成多个扣位同时
共用，使整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿
命。扣位装置的另一弱点是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多
容易形成扣位损坏；相反，倒扣位置过少则装配位置难於控制或组合部份出现
过松的现象。
不同材料的设计要点
PA 免时，特别的造模零件是可以达致以上效果。另一种可得到倒扣效
果的设计是考虑塑胶物料的特性。利用塑胶柔软的变型，将倒扣的地方强顶出
模具，但通常要注意不会把倒扣的地方括伤。以下是扣位的计算方式。尼龙的
百份比在 5% 左右。脱模角大一点和倒扣的地方离底部高时是可有 10%。
PBT 扣位有分内扣和外扣，外扣的可利用分模面做成，内扣的可用变
形方式或对碰方式出模。内扣的可利用算式计算扣位百份率，一般在 6%左右，
玻璃充填的约在 1%左右。
PBT 外扣位设计方式
PBT 用对碰方式的内扣方式 PBT 内扣位设计的算法
POM 扣位必须为弧形或转角弧度要大，方便塑胶成品容易滑过模具表面。
并且减少脱落时应力集中的现象。内置扣位通常比外置扣位难脱模，因塑胶收
缩时将模蕊抓紧，外置式的就刚好相反而易於脱模。较高的模具温度使成品较
热，易於弯曲变形而易於顶出模具，POM 的扣位百份率可以比较大，可有 5%。
>
POM 扣位的计算方
式
PS
基本上扣位的设计是不鼓励，但由於设计上的需要，则模具上使用凸轮、
模蕊推出或其它装置以达成设计要求。
IP 防护等级体系
IP 防护等级体系
· IP 表示 Ingress Protection（进入防护）。
· 等级的第一标记数字如 IP6_ 表示防尘保护等级 (6 表示无灰尘进入，参见下
表)
· 第二标记数字如 IP_5 表示防水保护等级 (5 表示防护水的喷射，参见下表)
防止固体物质入侵– 第一个数字定义描述
防止液体入侵– 第二个数字定义描述
0
无防护。无专门的防护。
0
无防护。无专门的防护。
1
防护 50mm 直径和更大的固体外来物。防护表面积大的物体比如手（不防护蓄
意侵入）。
1
防护水滴(垂直落下的水滴)
2
防护 12mm 直径和更大的固体外来物。防护手指或其他长度不超过 80mm 的物
体。
2
设备倾斜 15 度时，防护水滴。垂直落下的水滴不应引起损害。
3
防护 直径和更大的固体外来物。防护直径或厚度超过 的工具、
金属线等。
3
防护溅出的水。以 60 度角从垂直线两侧溅出的水不应引起损害。
4
防护 直径和更大的固体外来物。防护厚度大于 的金属线或条状
物。
4
防护喷水。当设备倾斜正常位置 15 度时，从任何方向对准设备的喷水不应引
起损害。
5
防护灰尘。不可能完全阻止灰尘进入，但灰尘进入的数量不会影响设备的正常
运行。
5
防护射水。从任何方向对准设备的射水不应引起损害。
6
不透灰尘。无灰尘进入。
6
防护大浪。大浪或强射水进入设备的水量不应引起损害。
7
防护浸水。在定义的压力和时间下浸入水中时，不应有能引起损害的水量侵入。
8
防护水淹没。在制造商说明的条件下设备可长时间浸入水中。
防水测试（IP_5）的测试方法和主要的测试条件定义如下：
测试方法 –喷嘴的喷水口内径为 ，放于距离测试样品 －3m 之处。
水流速率 – l/min ±5%
测试持续时间 – 1 min/m2 但是 至少持续 3 分钟。
测试条件 – 从每个可行的角度对测试样品喷射。
手机的跌落测试
Test specification
Test name
DROP TEST FOR UNPACKED APPARATUS
Evaluate the shock resistance of an apparatus unpacked to resist a series of d
rop tests.
评估无包装的仪器的耐震强度来进行一系列下落测试
1. STANDARD 标准
This test is according to the standard NFC 20 732 equivalent to the standard
CEI 68-2-32 此测试根据等同于标准 cei68-2-32 的标准 nfc20732。
2. PRINCIPLE 原理
The test samples suffer 14 successive drops with different angles on a pinew
ood board. 测试样品满足 14 次连续不同角度下落在松木板上
3. DIRECTIONS FOR USE :使用方向
Test surface 测试表面
Pinewood board of 5 cm thickness 5cm 厚度的松木板
Dropping height 下落高度
The height shall be measured from the part of the specimen nearest to the te
st surface, when the specimen is suspended prior to letting it fall.
It’s m
当样品悬挂好时,下落高度应从最靠近测试表面的样品的部分来测试
Method of release 释放方法
The method of releasing the specimen shall be such as to allow free fall fro
m the position of suspension, with a minimum of disturbance at the moment
of release.
释放样品的方法应是伴随释放时扰动的最小值,从悬挂处自由落体
Initial measurements 首次测试
The specimen shall be visually examinated and electrically and mechanically
checked. 样品外观要检查,电力方面和机械方面也要检查
Points to check :
• Switch on and off the mobile 开关手机
• All buttons/keys are functioning.所有的按钮都要检查是否能使用
• Transaction with SIM card 处理 sim 卡
• Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the s
oftware for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose t
he function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如 be1,be3]
• Check the communication 检查通讯
Number of products minimum 产品最小值
3 apparatus minimum must be tested.三个仪器的最小值必须被检查
During the test 测试时
14 consecutive drop tests on all the faces as defined in the diagram : one o
n each face and corner while the apparatus is working. Even if the apparatus
doesn’t fall on the face or corner desired, the drop isn’t done again.
所有表面上的 14 个连续下落测试如图表中定义的:当仪器在运转中,每一个表
面和角落上的.即使仪器没有下落在理想的表面或角落上,下落也无须再做 1 次
The battery, unless a contrary request, must not be fixed with an external to
ol. 除非有相反的要求,否则电池组无须固定在外部工具上
Between each drop, the specimen shall be visually examinated and electrically
and mechanically checked. 在每一次下落间, 样品外观要检查,电力方面和机械
方面也要检查
Points to check :
• Switch on and off the mobile 开关手机
• All buttons/keys are functioning.所有的按钮都要检查是否能使用
• Transaction with SIM card 处理 sim 卡
• Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the s
oftware for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose t
he function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如 be1,be3]
• Check the communication 检查通讯
4. JUDGEMENT 判断
The specimen shall be visually examinated and electrically and mechanically
checked after each drop. 在每一次下落后,样品外观要检查,电力方面和机械方
面也要检查
• Checking performances of equipment.检查设备的性能
- Possibility to switch on and off the mobile 开关手机
- Mobile stay switched on alone 手机保持单独打开
- All buttons/keys are functioning. 所有的按钮都要检查是否能使用
- Transaction with SIM card possible. 处理 sim 卡
- Check that all the pixels are functional (Use the specified function of the s
oftware for this test. Example for BE1 and BE3, type 000000* then choose t
he function “checker”). 检查所有像素[使用供测试用的专门软间,比如 be1,be3]
- Check that communication is possible.检查通讯
• Check the aspect of the equipment after the falling:在下落后,检查仪器的每
一方面
- no injury can be caused due to damage.由于破坏,无损坏被引起
- damage due to casing must not affect operation.由于装箱的破坏必须不影响
操作 interface with all the accessories still functional 和所有附件的接口依然有
功能。
按塑料应用范围选材
1)制造容器、外壳、盖、导管的塑料 。
这类制品一般不要求承载很大负荷，但要求有良好甚至优良的冲击强度
和硬度、良好的或适中的拉伸强度和尺寸稳定性，以及良好的外观和耐环境性，
并要求材料的价格适中。对另有特殊性能要求的应专门考虑。如果采用金属制
造时，一般是采用钢板、型钢、铸铝或冲切铝、轻合金或压铸金属。这些材料
强度较高，刚硬度也好。但是，当遇到下列情况和要求时，采用塑料更为合适。
a．必须防止共振而且要求传声小；
b．要求有一定的弹性变形以防止由于偶然碰撞而引起的凹痕；
c．制品形状复杂，用金属加工工艺生产有困难；
d．制品不希望后加工；
e.要求制品整体电绝缘(或部分绝缘)和绝热，或整体着色或要求透明、半
透明;
f.要求耐腐蚀和耐湿气，不生锈;
考虑以上的特点、比较适宜的材料见表(待补充)所示。有时，一种材料不
能满足要求，往往需要塑料和其它材料复合，例如需要控制蠕变或挠曲变形或
特别耐磨耗时，可把带螺纹的金属嵌件嵌入塑料件中，如果要求结构壳体能经
受碰撞和粗用时，可考虑采用金属和塑料的复合板或在金属表面上复合塑料。
(2)低摩擦应用方面的塑料
这类应用要求的材料需具有低的摩擦系数甚至无润滑时摩擦系数也低，
耐磨蚀性好，并具有适中至良好的形稳性、耐热性和耐腐蚀性。以往采用铜锑
锡合金、青铜、铸铁、预润滑的木材、石墨等。但是，当遇到下列情况和要求
时，采用塑料更为合适。
a．有腐蚀或磨耗；
b．加工时，润滑剂会污染产品；
c．组件必须在高于或低于普通润滑剂的适用温度下工作；
d．要求无保养操作；
e．用塑料可避免复杂的润滑体系；
f．迫切要求减重时；
g. 要求电绝缘；
h. 要求减弱声响、噪音；
I. 要求尽量减少擦伤和刻痕；
j．体系高负荷、低速运行会挤出普通润滑剂;
k. 滑粘性不适宜时。
根据上述要求，作为轴承减摩零件的合适塑料见表(待补充)所示。但是，
当工作温度长期超过 260℃或有很大的径向负荷、止推负荷时，或是需要连续
高速运转，以及长期时间内要求轴的偏斜极小或要求轴的磨损先于轴承的磨损
时，应考虑用其它材料。有时(尤其是遇到下列情况)可考虑用塑料和其它材料
组合，如：a．需要尽快散发热量，b．要求蠕变极小；c.仅用塑料不能承受太
高负荷，等等。
(3)用作重应力机械零件的材料(如齿轮、凸轮、齿条、联轴节、辊子等)
这类应用要求材料的机械强度高、尤其要求具有高的弯曲、拉伸和冲击
强度，在升高温度时仍具有良好的耐疲劳性和稳定性，机械加工性良好，尺寸
稳定、能模塑成型精密公差 制品。以往是采用铸铁、钢、黄铜等，但是，当
遇到下列情况和要求时，考虑用塑料更为合适。
a．迫切要求减重;
b．使用环境砂尘多，有磨蚀和腐蚀;
c．尽量减小声响或振动；
d．希望有综合效能。
根据上述要求，比较合适的塑料见表(有待补充)所示。但是，如果要求承
受重负荷、工作温度高、以及迫切要求降低材料成本时。应考虑用其它材料。
如果要求高耐冲击、耐弯曲而且要求成本低时，可以考虑采用塑料与其它材料
(如金属)组成的结构复合材料。
(4)用作化工设备的塑料和耐热塑料
这类应用要求材料耐化学腐蚀、吸湿性小有的还要求耐高低温，具有一
般到良好的机械强度。以往是采用不锈钢、钦、铌、和其它贵金属。但是当遇
到下列情况和要求时，可考虑用塑料更为合适。
a．特别要求耐腐蚀，而不锈钢又不能满足要求；
b. 要求既耐腐蚀又耐磨损；
c．迫切要求降低成本或延长化工设备的使用寿命；
d．要求减少保养，便于维修；
e．要求绝热，隔热以及耐瞬时高温或烧蚀(为了选材方便，也可将耐热
塑料另分一类)
根据上述的要求，比较合适的塑料见表(有待补充)。此外，还有不饱和聚
酯玻璃钢用于大型手糊制品；酚醛或改性酚醛塑料用于耐高温、耐烧蚀、或既
耐热又要求具有较高强度的制品。但是，如果要求的机械强度不高，工作温度
长期超过 290℃，而且在高低温变动范围很宽的情况下要求尺寸稳定性良好时，
应考虑新型复合材料或用其它材料。如果工作条件要求强度很高，而且要有极
好的耐腐蚀性，或者要求在升高温度下极耐腐蚀，或者需要借助塑料在高温下
慢慢烧蚀来保护金属免受损坏，则可考虑用塑料和其它材料组成的复合材料
( 如石墨、耐热树脂与填料或石棉、碳纤、Si02 纤维等组成的复合材料)。
(5)用作电气结构零件的塑料
这类应用要求材料在低至中频下电绝缘性优良，具有高的强度和抗冲击
性能，良好的耐疲劳性和耐热性，在升高温度情况下，尺寸稳定性良好。以往
是用陶瓷、玻璃或云母，但是，当遇到下列情况和要求时，考虑用塑料更为合
适。
a．有冲击负荷；
b．迫切要求减重；
c．尺寸精度要求较严格，陶瓷、玻璃等无机绝缘材料加工达不到要求
时；
d．要求制造形状复杂的导体-绝缘体组合成整体的制品或零件(如印刷电
路、集流环组件、灌封或封嵌件等)。
根据上述的要求，比较合适的塑料见表（待补充）此外，还有聚酯(PETP、
PBTP)、氟塑料、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、酚醚树脂(xylok-
新型酚醚树脂。聚对二甲苯也是较好的绝缘材料。作为一般绝缘材料还可采用
聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯可用于制造一般电线电缆绝缘。其中聚
碳酸酯用于要求高冲击强度的透明零件；浇铸环氧或模塑料可包封电子和电气
元件。适用于要求对环境有最大抗耐能力的场合。组合电器组件的包封可以用
有机硅橡胶和环氧组合封来获得更佳的性能；模塑的环氧用于在宽广的温度范
围内要求尺寸稳定的零件；三聚氰胺甲醛塑料用于要求具有较大硬度的零件；
有机硅聚合物用于要求耐高温的场合；氨基塑料用于要求价格低廉的场合；酚
醛层压材料用于冲切和模冲零件等等。但是，如果工作温度极高，或压缩负荷
很高时，应考虑用其它材料。
(6)用作透光零件、透明板和模型的塑料这类透明或带色的半透明材料要求
透光性良好，具有良好至优良的二次成型性和成型加工性，不易碎(耐冲击)、
并有一般至良好的拉伸强度。过去大多数采用玻璃，但是玻璃存在一些缺点，
特别是不能满足下列使用要求：
a.制品要求耐冲击、耐振动、不易击碎；
b.要求具有一定的可弯的性；
c.要求有更高的比强度；
d．材料必须是天然半透明而不应通过表面处理来达到半透明；
e．要求易于成型形状复杂的制品；等等。
根据上述的要求，比较合适的塑料见表(待补充)其中丙烯酸酯类塑料推荐
作一般应用，特别适用于光学、装饰和室外应用。浇铸的丙烯酸酪板料，具有
较高的强度和透明性，可制造中、低精度透镜，挤压成型用的丙烯酸酯塑料价
格较低(尤其是制造薄的制品)，并且有较好的二次成型性；在透明塑料中聚碳
酸酯具有最高的强度，可制作透明的面罩、防护眼镜或防护板。乙酸丁酸纤维
素具有优良的耐冲击性，并可深延成型；透明聚氯乙烯具有最佳的二次成型性
和印刷适应性；乙酸纤维素塑料可用作可弯曲的透明板和防护板；中等抗冲击
的聚苯乙烯和硬质聚氯乙烯塑料是价格低廉的透明和半透明材料；聚苯乙烯可
制作价格最低的模塑透明部件。烯丙基二甘醇酯树脂(CR-39)是目前光学上主要
使用的热固性塑料，其透明性，耐磨性，抗冲击性及耐化学性都很好，采用表
面镀膜或涂有机硅酮膜来提高其表面硬度和耐磨性，能连续耐 100℃，短期内
耐 150℃。但尚有吸湿性较大等问题，目前主要用于制作镜片。但是，如果要
求制品具有极好的耐化学性或者要求适应高的工作温度，或在工作条件下有磨
损，在宽广的温度范围内要求有极好的尺寸稳定性，则应考虑对塑料进行表面
处理或采用其它材料。随着新材料的不断出现，选材表也要不断补充修改，以
利于提高制品质量、降低成本。如轴承、轴瓦等低摩擦材料，以前一直使用布
基酚醛层压品，但近年来则采用尼龙和聚甲醛，要求摩擦系数更小和全耐热时
可即含氛塑料粉末或纤维的聚甲醛或聚酰亚胺。
塑料选材的一般程序
塑料也像金属一样，种类繁多，虽然已工业化的
主要类别只有五十多种，但每类又有许多品级。如尼龙塑料则包括尼龙 3、尼
龙 4、尼龙 6、尼龙 46、尼龙 66、尼龙 7、尼龙 8、尼龙 9、尼龙 610、尼龙
1010、尼龙 11、尼龙 12、尼龙 13、尼龙 612，尼龙 9T，尼龙 13，MC 尼龙，
尼龙 MXD6 尼龙等品种。每一品种还可以通过改性，例如加入填料或增强材
料和其它辅助材料，或通过共混制成"合金"；或通过加工工艺如定向拉伸、结
晶、发泡等来获得新的性能，以满足使用要求。
塑料的品种既然是如此繁多，它们的性能又具可变性，因此，塑料应用的
选材常常要从塑料中许多性能的综合平衡来考虑(包括工艺与成本)，而且某些
性能数据如磨损性、冲击性尚不能完全预测其使用性，有时又缺乏准确可靠的
设计公式，因此，大多数塑料的选材过程是比较复杂的。为了能选择出性能和
加工工艺均符合使用要求的、又尽量能恰如其分地量材使用的品种就要求采用
系统、综合的分析方法来选材。
一个完整的设计过程，应从构思、草图开始。选材在设计过程中是个关键
步骤，对于指定部件的选材，最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有
关材料性能，同时还要考虑诸如部件的特点和禁忌、使用时的外界条件、临界
条件、使用寿命和使用方式、维修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、
生产数量、生产速度、成本、原料来源和经济效益等等。这些因素包括两方面，
一方面是使用环境介质和环境条件，如构件承受的负荷和自重，冲击和振动等
机械作用的影响；接触的气体、液体、固体及化学药品；曝露的大气环境 (气
温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气体等)的影响；贮存环境条件和长期贮
存的的影响；此外，除静态破坏影响外，还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩
等引起的变形、应力松弛以及反复应变而引起的疲劳，高应变率引起的力学性
能变化等等。另一方面是搬运、勤务处理或操作时，制品可能遭到外力作用，
甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑这些因素才能明确所要求的综合性能。
了解生产数量是为了从经济上考虑恰当的成型加工方法。比如所需数量是
几个至几十个，就不必要制造模具，可直接用板材或棒材加工；需要数量是几
百个左右时，可酌情采用简易模具或树脂-金属模、低熔点合金模等；当需要量
更多时则应采用正规的模具成型。比如，设计的部件要急于使用，则考虑材料
货源是主要的；如要设计宇航零件，则性能因素是最重要的；如设计通用产品，
则应综合考虑性能和成本。下面列举一个典型的选材程序：
(1)零部件的构思：进行初步的功能设计，即部件的形状及其功能元件的
形状，并考虑选择基本加工方法。
(2)选材：根据在应力下与使用性能相关的塑料的工程性能和加工性来筛
选候选材料，这些应力是部件工作时施加在制品上的。
(3)初步分析设计：利用工程设计性能计算壁厚和零件的其它尺寸。并根
据塑料的特点进行制品设计和模具设计。
(4)试制样品：在部件实际使用条件下或模拟零部件的使用条件下进行考
验、考核。
(5)重新设计和重新试验：当发现性能不能满足使用要求时，要重新筛选
材料或重新设计并试验。
(6)根据试制样品的试验情况和加工零部件的成本，确定最终设计和选材。
(7)确定材料的技术规格和检验方法。
有时上列步骤可以缩短，尤其是在零部件要求简单，或新零件与旧零件的
差别很小的时候。然而，有时选材步骤更为复杂，特别是在开发新应用时，或
在塑料所承受的应力很复杂的情况下，系统、综合的分析法不仅是可靠的成功
办法，而且是节省开发费用的途径。
热塑性塑料成型
热塑性塑料品种每繁多，即使同一品种也由于树脂分
子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原
有品种的特性，常用共聚、交联等各种化学 方法在原有的树脂结构中导入一
定百分比量的其它单体或高分子等，以改变原 有树脂的结构成为具有新的改
进物性和加工性的改性产品。例如，ABS 即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯
腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物，可看作称改性聚苯乙烯，具
有比 聚苯乙烯优异综合性能，工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂，
即使同一类的塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分，故本章节主要介绍各种注
塑用的热塑性塑料。
1、收缩率
热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前所述，影响热塑性塑料成型收缩的
因素如下：
塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应
力强， 冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑
料相比则收缩率较大， 收缩率范围宽、方向性明显，另外成型后的收缩、退
火或调湿处理后的收缩率一般也都比热 固性塑料大。
塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态
外壳。由 于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固
态层。所以壁厚、冷却 慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌件及嵌件
布局、数量都直接影响料流方向，密 度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的
特性对收缩大小、方向性影响较大。
进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压
补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收
缩小但方向性大，进 料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流
方向平行的则收缩大。
成型条件模具温度高，熔融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料
则因结晶 度高，体积变化大，故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度
均匀性也有关，直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外，保持压力及
时间对收缩也影响较大，压力大、时 间长的则收缩小但方向性大。注塑压力
高，熔融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性 回跳大，故收缩也可适
量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、 压力、
注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。
模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸
及分布 情况，按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。对高精
度塑件及难以掌握收 缩率时，一般宜用如下方法设计模具： ℃对塑件
外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。
℃试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。
℃要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后 24
小时以后）。
℃按实际收缩情况修正模具。
℃再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。
2、流动性
热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺
旋线流动长 度、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行
分析。分子量小，分子量 分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动
长度长、表现粘度小，流动比大的则流 动性就好，对同一品名的塑料必须检
查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。按模 具设计要求大致可将常
用塑料的流动性分为三类：
℃流动性好 尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚（4）
甲基戍烯；
℃流动性中等 聚苯乙烯系列树脂（如 ABS、AS）、有机玻璃、聚甲醛、
聚苯醚；
℃流动性差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
各种塑料的流动性也因各成型因素而变，主要影响的因素有如下几点：
℃温度料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯（尤其
耐冲击 型及 MFR 值较高的）、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯（如
ABS、AS）、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料的流动性随温度变化较大。对聚
乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调节
温度来控制流动性。
℃压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚
乙烯、聚 甲醛较为敏感，所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。
℃模具结构浇注系统的形式，尺寸，布置，冷却系统设计，熔融料流动
阻力（如 型面光洁度，料道截面厚度，型腔形状，排气系统）等因素都直接
影响到熔融料在型腔内的 实际流动性，凡促使熔融料降低温度，增加流动性
阻力的则流动性就降低。
模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成型时则也可控
制料温，模温及注塑压力、注塑速度等因素来适当地调节填充情况以满足成型
需要。
3、结晶性
热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型
（又称无 定形）塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝
时，分子由独立移动，完全处于无次序 状态，变成分子停止自由运动，按略
微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的 倾向的一种现象。
作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般
结晶性 料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃
等）。但也有例外情 况，如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性，ABS
为无定形料但却并不透明。
在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项：
℃料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。
℃冷却回化时放出热量大，要充分冷却。
℃熔融态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。
℃冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关，壁
厚则冷却慢， 结晶度高，收缩大，物性好。所以结晶性料应按要求必须控制
模温。
℃各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，
处于 能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。
℃结晶化温度范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。
4、热敏性塑料及易水解塑料
热敏性系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截
面 过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降解，分解的倾向，具有这
种特性的塑料称 为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚
物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。 热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体
等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、 模具都有刺激、腐蚀作用或
毒性。因此，模具设计、选择注塑机及成型时都应注意，应选 用螺杆式注塑
机，浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控
制成型温度、塑料中加入稳定剂，减弱其热敏性能。
有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发
生分解， 这种性能称为易水解性，对此必须预先加热干燥。
5、应力开裂及熔体破裂
有的塑料对应力敏感，成型时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作
用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此，除了在原料内加入添加剂提高
开抗裂性外，对原料应 注意干燥，合理的选择成型条件，以减少内应力和增
加抗裂性。并应选择合理的塑件形状， 不宜设置嵌件等措施来尽量减少应力
集中。模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶 出机构，成型时
应适当的调节料温、模温、注塑压力及冷却时间，尽量避免塑件过于冷脆 时
脱模，成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性，消除内应力并禁止与溶剂接
触。 当一定融熔体流动速率的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流
速超过某值后，熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂，有损塑件外观及
物性。故在选用熔体流动速率高的聚 合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截
面，减少注塑速度，提高料温。
6、热性能及冷却速度
各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化
时需要 热量大，应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间
可短，脱模早，但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢（如
离子聚合物等冷却速度极慢），故必须充分冷 却，要加强模具冷却效果。热
浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。比热大、热传 导率低，热变形
温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型，必须选用适当的注塑机及加
强模具冷却。
各种塑料按其种类特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。所
以模具 必须按成型要求设置加热和冷却系统，以保持一定模温。当料温使模
温升高时应予冷却， 以防止塑件脱模后变形，缩短成型周期，降低结晶度。
当塑料余热不足以使模具保持一定 温度时，则模具应设有加热系统，使模具
保持在一定温度，以控制冷却速度，保证流动性， 改善填充条件或用以控制
塑件使其缓慢冷却，防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。 对流动性
好，成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或
局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成
型时要求的模温 及热性能见表 1-4 及表 1-5。
7、吸湿性
塑料中因有各种添加剂，使其对水分有不同的亲疏程度，所以塑料大致可
分为 吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制
在允许范围内，不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂
起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用
适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还 需用红外线辐照以防止再吸湿。
产品结构设计准则
1. 结构设计概述
2. 机构学
3. 产品结构设计准则--入件 ( Moulded-in Inse )
4. 产品结构设计准则--洞孔 (Hole)
5. 产品结构设计准则--公差 ( Tolerance )
6. 产品结构设计准则--壁厚篇
7. 产品结构设计准则--加强筋篇
8. 产品结构设计准则--出模角篇
9. 产品结构设计准则--支柱 ( Boss )
10. 产品结构设计准则--扣位 ( Snap Joints )
11. IP 防护等级体系
12. 手机的跌落测试
13. 按塑料应用范围选材
14. 塑料选材的一般程序
15. 热塑性塑料成型
