（松下家电（中国）有限公司 浙江杭州 310000）
摘要：本文着力阐述家用电器设计和制造过程的关键技术，如尺寸和整体外型设计，肋板外形设计，孔外形设计等。根据UGNX4.0三维建模软件，以普通32英寸小型平板电视注塑面板外壳3D模型的实际设计为案例，进一步深入研究了电视注塑外壳CAD模型系统的基本功能以及设计过程，并最终设计建立了3D模型。
关键词：注塑材料；翘曲变形；家电产品；外壳结构设计
0引言
随着第三次工业革命的完成，人类将从工业化时代过渡到“信息时代”，家用电器也开始了向集成小型的转变，人们逐渐开始注重结构设计。改革开放政策的实施以来，中国家用电器的生产迅速增长，产品质量持续提高。在我国加入世贸组织的时候，为中国家电的发展完全打开了大门，并逐步在欧洲，美国，日本等生产国生产和销售中国的家电。近年来，中国的发展迅速，已经成为行业内最大的市场。塑料，特别是热塑性通用塑料，具有可塑性好、熔体流动性好、重量轻、制造容易、成本低等优点，已成为家用电器中最受欢迎的外部构造的材料。聚苯乙烯（PS），高抗冲聚苯乙烯（HIPS），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物树脂（ABS）等塑料制品的成型工艺其中注塑成型是所有成型工艺中使用最广泛的塑料成型工艺。
1家电产品注塑外壳关键设计要点
1.1尺寸及外观结构设计
塑料产品壁厚的合理设计对于产品注塑非常重要，如果壁厚太薄，则不能保证产品的机械强度。如果太厚，则原材料消耗过多，冷却和凝固时间将增加，并且容易发生起泡和翘曲，变形和其他缺陷会影响产品的性能。产品设计壁厚应为1-6毫米。最常用的家用电器外壳设计壁厚通常为2-3毫米。
家用电器注塑壳的尺寸设计一般符合以下原则：
1）根据疲劳强度的要求还应最小化复合塑料零件的壁厚，不仅因为需要尽量满足复合塑件主体成型后在顶出时的所能能够承受最大冲击力的最大冲击，还因为需要尽量避免过厚塑料部位松动产生的伸缩孔和变形凹陷；2）复合塑料主体部件每个塑料表面上的壁厚厚度应尽可能均匀，以减少内部应力和变形的可能性。另外，为了避免翘曲，必须在承受拉紧力的部分中设计辅助结构。
1.2加强筋的设计
在塑料零件的结构设计中使用加强筋可以有效地提高塑料零件的强度和刚度，而无需增加壁厚，避免了塑料铸件成型过程中的翘曲和变形问题，同时避免了塑料问题。它不仅可以大大节省能源材料消耗，同时还能大大降低工业产品质量，降低产品设计制造商的生产成本。
家用电器注塑部件外壳上面的加强条与筋的连接设计注意要点一般是：1）外壳加强条筋的连接位置一般不能太高，也不能太少，分布位置应尽可能均匀。当外壳厚肋的底部已经冷却并开始收缩时，避免外壳表面凹陷。2）刚性加强型内筋的防水分布位置方向最好与其他熔融刚性材料的防水填充分布方向应相匹配。3）用于加强的截筋的钢条根部厚度可用圆弧焊接过渡，同时要在加强的截筋上不能直接安装其他任何加工零件，以便于确保加强塑件不会松动产生截筋应力过分集中和膨胀缩水等不良现象。
1.3孔的设计
家用电器的注塑成型外壳通常具有两种类型的孔。一个是用于组装或拼接产品的装配孔，另一个是旨在改善塑料零件性能的加工孔。特定的孔设计可以分为三种主要情况：1）塑料成型品侧面的孔增加了拉出模具侧面型芯的可能性，使模具的制造复杂化，这就应当避免这些情况。2）产品孔设计不应降低塑料零件的强度，以防止在连接和固定产品时损坏产品。
2注塑模CAD系统设计及实现
2.1特征建模
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图1 建模流程图
特征通常定义是特定拓扑关系，包括产品的几何工艺特征，精度工艺特征，材料工艺特征，装配工艺特征和其他技术特征。ugnx4.0软件模型库具有完整的3d模型实体产品特征系统建模和关联工具，可通过创建或更改平板电视产品组件输入的参数模型，来实现用户编辑和创建或修改产品的几何特征和实体的建模。该产品系统模型库结合了ug nx4.0软件的系统建模和关联工具技术，以用于建立完整的3d实体模型的库。实际的操作过程是使用程序驱动的纯平电视零件产品特征参数模型来快速地生成系统的纯平电视产品特征模具和结构。图1显示了塑料注射成型特征模型的不同特征之间的相关性。
2.2型腔和型芯设计
确认产品配置设置有效后，建立产品的分阶段模具。此步骤非常灵活，必须通过设计人员交互和程序的自主标识的组合来实现。具体操作的步骤是首先单击确定产品的分型线，然后再通过自动选择产品的分型线以通过可编程的方式自动选择搜索产品的选择分型线。对于更复杂的产品表面处理结构，用户甚至可以根据实际的情况自行选择"手动选择分型线"。然后确定选择分型线的平面，再通过自动创建分型面以沿产品的平面轴方向拉伸一条确定的选择分型线，以直接形成复杂的分型面，或者直接选择手动分型面。创建曲面以手动创建或设置一些复杂的过渡件。这些平面是分离表面的一部分，并沿平面轴拉伸以形成完整的分离表面。然后修复破损孔的表面，提取连接型腔的分型面的表面参数，并使用表面修复功能修复破损孔和尝试形成闭合的连续形状。最后，执行自动分割以通过分割功能将模腔和型芯的分割功能物理分离，以获得完整的模腔和型芯模具并完成分割过程。
3产品注塑材料的性能研究
3.1注塑材料的力学性能
本篇文章选择可三种常见的PP和ABS以及HIPS粉末，制作了76mm x 10mm x 4mm的立方体模型，进行拉伸强度性能测试、弯曲强度试验冲击强度性能试验。结论得出HIPS塑料无论是在的冲击强度还是拉伸强度或者弯曲强度等方面，均有着比PP以及ABS更好的性能，特别是对比其他的在弯曲强度和冲击拉伸强度足足有六倍以上。
3.2注塑材料的热失重分析
热失重分析主要反映了所注入材料样品的质量和温度之间的关系。分别取约6.0 mg PP，HIPS和ABS样品粉末，并在温度700℃，加热速率℃ / min，流速40mL/min的条件下使用热零重力分析仪，测试了三种材料的热重损失性能。测试结果显示在下图中，图2为三种材料的注塑材料的热失重曲线图。
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图2 住宿材料热失重曲线
可以看到三种材料的分解分为两个阶段。PP塑料的第一次分解约为300℃，失重率为1/20。HIPS和ABS塑料的第一次分解约为340℃，大约1/10。ABS和PP塑料的第二分解温度约为450℃，而HIPS塑料在400℃时几乎完全分解。
3.3注塑材料的阻燃性
在某些特殊的条件下，在氧气和少量氮气相互混合的环流中测量，维持稳定的样品燃烧所需的最低氧气指数浓度，体积的分数是材料的最低氧指数。材料的最低氧指数浓度越高，其具有阻燃的性能越好。根据有关规定，氧指数浓度大于21%的燃烧材料表示该燃烧材料完全具有阻燃的性能。
4结论
在本文中，着力在家用电器的结构设计的产品建模结构设计和过程结构设计中介绍尺寸的相关特征以及对于孔的设计。通过UGNX4.0这个平台，着力了讨论了注入壳结构设计，以及注塑CAD系统功能的实现过程。进一步分析了PP和ABS还有HIPS塑料为代表的家用电器注塑材料，对它们的机械力学性能和热性能还有阻燃性进行了研究和改进，以满足塑料部件的性能。同时，几何形状和工艺设计必须考虑各种设计因素，以减少注塑的难度。
参考文献：
[1]刘方辉，钱心远，张杰.注塑成型新技术的发展概况[J].塑料科技，2009，37（3）：83-88.
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