摘要：本文详细介绍了加强筋设计的基本方法，包括提高加强筋的刚度，厚度以及加强筋高度与数量等多个方面，最后针对小家电塑料件单项加强筋的设计，展开了简要分析。

　　关键词：塑料件；加强筋；设计

　　在小家电的塑料配件中，对于簿长的塑件，我们往往需要设计单个方向上能够提高强度的多根加强筋。而这种在塑件长度方向上设计的一系列平行筋，我们称之为单向加强筋。

　　1.提高刚度的措施

　　材料力学理论认为，制品的抗弯刚度可用E×I予以表示，其中E代表材料的弹性模量，I代表制品的惯性矩。则矩形截面制品的惯性矩如下所示：

　　I=b h3/12

　　上式中，b代表制品宽度，h代表制品高度（厚度）。基于此式，我们可采用下列的办法来提高制品的弯曲刚度：1）加大材料的弹性模量； 2）加大制品厚度，从而使制品的惯性矩延长；3）增加加强筋，或者采用折弯、曲面等，来加大制品的惯性矩。一般而言，塑料自身的弹性模量低于7GPa。我们可通过增加填料的方式，使塑料的弹性模量上升，不过这种方法产生的效果并不明显。例如，热塑性塑料增强玻璃纤维后，它的弹性模量往往会低于13GPa，该种情况下，制品的刚度变化不大。从上式中我们也可看出，制品厚度增加了，其惯性矩也会相应增加。其原因在于：惯性矩和制品厚度的3次方成正相关，所以厚度增加后，制品的刚度也会上去[1]。

　　2.加强筋的厚度

　　在加强筋和制品连接处，会有材料堆集，该部位在成形加工时通常也需要更长的冷却时间。尤其是连接处内部，其冷却速度要比外部慢，所以在此处的温度应力也会相应增加，同时还可能引起收缩，使连接处对应的制品表面上发生凹陷。基于此，我们在设计加强筋厚度时，就应该选择恰当的尺寸。增加加强筋的厚度，固然能够提高制品的刚度，但它也会对制品质量及生产效率造成很大影响。例如，试件材料为PBTP充填物（30%玻璃纤维），试件形状为平板状制品。通过试验结果，我们可以发现，加强筋的厚度和制品壁厚间应保持相应的比例，通常应小于制品壁厚的0.5-0.7倍。该种情况下，制品上的凹陷深度仅为1μm，我们很难用肉眼进行识别。假如加强筋厚度超出了制品壁厚的0.7倍，我们可在你加强筋和制品连接处对面，设计沟槽、装饰纹路及楞沟等，来填补制品的凹陷。

　　3.加强筋的高度与数量

　　为设计好加强筋后，制品的刚度能有所增加，我们就应让加强筋的高度与厚度间保持一定比例。加强筋的最大高度，我们通常可以筋受压力载荷时发生弯曲为基准来予以确定.

　　加强筋的数量也会影响制品的刚度，我们可通过下列试验来了解其实际的影响程度。在材料不变的情况下，由于刚度和惯性矩间呈正相关，因此我们可将I′/I看作刚度因子。加强筋的数量可用材料消耗来表示，材料消耗即为有加强筋平板和无加强筋平板的重量之比。试验时，平板的夹紧条件应一致，也就是平板的四边都应被夹紧。平板的尺寸为400mm×400mm×4mm，加强筋高30mm，厚度为2. 7mm，平板受均布载荷作用。从试验数据中可看出，加强筋数量和制品刚度成正相关。平行布置加强筋时，其刚度要高于对角布置的刚度，通过该种形式来增加加强筋高度，要比增加加强筋数量，能达到提高平板刚度的目的。试件在集中载荷的影响下，刚度因子和板厚之间的关系可参加下图-2。

　　当平板重量一定时，加强筋高度如果增加到10倍，平板的刚度也可增强约40倍，而如果是加强筋数量增加10倍，平板刚度则只能被达到3倍的效果。由此可见，加强筋高度对制品刚度，将产生更大的影响。

　　4.加强筋的布置

　　假如我们将加强筋布置在与其受力相互垂直的方向上，制品刚度也会被降低。这是由于加强筋被垂直布置后，制品横截面会发生很大的改变，从而增加制品的内应力。尽管我们可通过增加连接处的圆角半径，来降低这种内应力，不过如遇到我们提及的那种情况，制品的冷却时间也会被大大延长。

　　针对形状复杂的制品，我们在设计时通常很难确定其应力布置情况，如想要达到理想的效果，可进行多次试验，来选择正确的加强筋布置方案。然而，要开展这些试验，其耗费的费用较高，因此在实际中实际大都无法实现。基于此，我们针对某些带有加强筋、有着截面形状的构件，可分别来计算出它们的惯性矩，再讲计算结果和工字形截面形状进行对比，便可知道知道各截面形状与刚度值相对的大小。

　　在小家电的塑料配件中，因筋间的间隙都是由模具中直立的模芯引起，且模芯通常比较薄弱，往往会面临着冷却难，以及在收缩效应下发生顶出等问题，所以，我们在设计小家电的单向筋时，通常会将这些平行的筋相互分离。按照常规操作经验，应将间隙控制在壁厚的2倍左右。

　　本文针对小家电的单向加强筋设计，还介绍了一种替代法，也就是根据已知平板塑件，来计算出加筋部件被改进后的设计尺寸。类似地，我们也可根据加筋塑件尺寸来得到和它相对应的平板塑件的尺寸。假设手柄的已知长度为L=3omm，加筋前平板塑件壁厚为tA=90mm。根据产品需要，如果我们想通过增加单向筋，使之变成壁厚为tB=3mm的手柄，需让我们分别计算出所加筋的个数N、筋高H，以及筋厚T。

　　下面仅以筋厚T=60环tB的L/（N·tB）为例进行计算，如下：

　　5.结论

　　综上所述，一个完美的塑造制品，是由一个优良的结构设计，一个精湛的模具，再加上适当的成型工艺组合而成的。我们在设计塑料制品结构，尤其是小家电加强筋的结构时，需要我们掌握更多与塑料模具、塑料成型相关的知识。只有了解了这些，才能真正设计出让顾客和自己都都满意的塑料制品。

　　参考文献：

　　[1]陶孙华.浅析家电用塑胶件中卡扣的重要性[J].企业技术开发. 2012（17）.

　　[2]李均方. CNG车辆气瓶悬吊结构的断裂和设计探讨[A].四川省汽车工程学会天然气汽车专业委员会学术论文汇编[C].1996.

　　[3]徐楷巍.为家用电器设计领域提供新机遇[J].家用电器科技， 1999（02）.

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