通常产品必须具均匀的壁厚，如果变化不可
避免，则利用转换区的方法来防止突然的遽 变如图2-1，且浇口位于较厚处以防止充填不 满。
流程与壁厚的比率
在设计的最初阶段，有必要考虑一下所用材料
是否可以得到所要求壁厚。 流程与壁厚的比率对注塑工艺中模腔填充有很 大影响。如果在注塑工艺中，要得到流程长、 而薄，则聚合物应具有相当的低熔融粘度（易 于流动熔解）是非常必要的。为了深入了解聚 合物熔化时的流动性能，可以使用一种特殊的 模具来测定流程（图1、图2）。
其他挑选准则
一些要求与加工注意事项和装配有关。研
究将几种不同功能集中于一个部件也很重 要，这可以节约昂贵的装配费用。 这个准则对计算生产成本非常有益。在价 格计算中可以看出，不但应考虑原材料的 价格，还应注意，有高性能(刚性，韧性)的 材料可以使壁厚更薄，从而缩短生产周期。 因此，列出所有的标准，并对它们进行系 统性评估是很重要的。 一个韧性材料的选择流程见图8.

通常，塑料之物性数据是在实验室的环境下，依照 美国标准测试方法(ASTM)而测得。而所设计的塑料 产品并不会正如测试样品在同样条件下成形或被加 应力。其它如： · 肉厚及形状。 · 所加负载之速率及时间长短。 · 玻纤之排列方向。 · 缝合线。 · 表面缺陷。 · 成形参数。 以上这些；都会影响到塑料产品之强度及韧性。 设计者亦须考虑到温度，湿度，阳光（紫外线）， 化学药剂等之影响。所以了解其产品的最终目的而 探讨相关的物性是非常重要的。下表2-1为一标准的 设计检查表(design check list)。
传统的热塑性材料
在注射成型中最常
用的是热塑性塑料。 它又可分为无定型 塑料和半结晶性塑 料（见图1）。这两 类材料在分子结构 和受结晶化影响的 性能上有明显不同 （见图2）。
一般来说，半
结晶性热塑性 塑料主要用于 机械强度高的 部件，而无定 型热塑性塑料 由于不易弯曲， 则常被应用于 外壳。
图3

对于玻纤增强塑料，有一 个可精确区分出制品刚度 的边界区，这个边界区将 随壁厚增加而减少。这就 解释了为什么当增加壁厚 则挠曲模量将减低（图4）。 根据标准测试条(3,2 mm 壁厚)所确定的强度值不能 直接用来确定壁厚，否则 将产生偏差，为估计出制 品的性能，有必要使用安 全系数。所以说，如果不 考虑后果就增加壁厚，将 使材料和生产成本增加， 而刚性并未有增加。

此法是当所允许的设计时间非常短及只须少量的原型和物体的形 状非常简单的时候，我们可将其经机械加工而得。这样不仅能帮 助发展至固定的设计，亦能做为有限度的测试结果条件；但千万 不能将其做为最后商品化的标准，其原因如下： · 其物性如强度，韧性及伸长量可能会小于真正的成形品，因 为机械加工会在原模上留下痕迹。 · 强度及韧性可能会高于成形品，因为圆杆或平板块具较高的 结晶度。 · 若是加了玻纤的产品，则玻纤的方向性影响会误导了结果。 · 成形品的特性如顶出针痕，浇口痕及不定形的表面结构将不 会出现在原型上。 · 无法探讨缝合线及接合线之影响。 · 由于内应力之不同，尺寸稳定性会被误导。 · 在圆杆或平板，块的中间常有包气现象，以致减少了其强度。 同理在成形品的较厚肉处亦有此现象，而无法做一致的评估。 · 只有少数的圆杆或平板，块材料可供选择。
2-4 生产试模法(preproduction tool)

对设计的未来发展及产品的准确性而言，最好的方 法是制造钢铁试模。它可以为单模穴模具或以多模 穴模具为体的单模穴模具。此模穴已经机械加工完 成，只是未做硬化处理，所以仍可做一些修正。其 好处为它具有与生产模具相同之冷却效果，收缩与 翘曲可被探得；还有因为具有适当的顶 出鞘，模具能够如生产线般的循环，于是能够探得 其周期。当然，最重要的是这些样品能够如最终产 品般的做强度，抗冲击，磨耗及其它物性等之测试。 以上各法都是为了能在正式大量商品化前，做最低 成本及最有效的预估分析。当然，我们不能本末倒 置，忘记了最终产品的真正须求。最好是写下一标 准产品所须表，如功能，外观，可容许的公差等， 做个最完美的设计者。
为了论证这些影响，从注射成型片的横向和纵向截 取了10个测试条，并在同一个拉力测试仪上对它们 的机械性能进行了比较（见图4）。 对添加了30％玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂，其 横向的拉伸强度比纵向（流动方向）低了32％，挠 曲模量和冲击强度分别减少了43％和53％。 在综合考虑安全因素的强度计算中，应注意到这些 损失。
2 原型之设计
为了能将实物从设计的阶段到真正的商品化，我
们通常是建一原型而加以测试并修正。最好的方 法是尽可能的将原型与将商品化制造的加工方式 相近。大部份的工程塑料产品是由射出成型所制 出，所以原模必须为一单模穴原型模具所制得。 以下将讨论各种制造原型之方法及其优缺点。
2-1 机械加工圆杆或平板、块法 (machining from rod or slab stock)

3-1 壁厚(wall thickness)

在工程塑料零件的设计中，经验表明，有一些设计要 点要经常考虑，因此可将这些要点提炼为简单的设计 指南。 这些要点之一就是壁厚设计对零件质量有重要影响。 改变一个零件的壁厚，对以下主要性能将有显著影响： 1、零件重量 2、在模塑中可得到的流动长度 3、零件的生产周期 4、模塑零件的刚性 5、公差 6、零件质量，如表面光洁度、翘曲和空隙
2-2 铸模法(die casting tool)
通常我们能够修正射出成形的原型，如果具
有铸模模具的话。利用此铸模模具可减少对 制造原型工具的须要及以低成本提供所须的 前测试。然而，此法也许也无甚助益，因为 原来的模具可能是为金属铸模而设，而非塑 料。所以，外壁及肋将不会最适化；浇口通 常会过大及位置不合；并且无法有效的冷却 塑料产品，造成质量具甚大的相异性。
1通论

通常塑料新制品产生的方式可分为三种： 1. 再设计(redesign)：就是将现有产品的部分，做 一些改变或修饰，使成为更具价值与流行的新产品。 现今市场上约莫80％，属于此类。 2. 组合(combination)：结合两种以上不同功能，发 展而成之新制品。例如PC制成的潜水镜再贴上防雾 膜，而成为价值更高的新产品。此类新产品约占10 ％。 3. 创新(innovation)：剩下的10％即为发明前所未有 之新制品，此类产品由于须花费较长的时间在宣传 及消费者的接受性上，所以通常这方面之设计比例 较低。 塑料产品设计者与其它设计者最大的不同是，前者 必须详加考虑塑料之各种物性，尤其是环境变化对 物性之影响及在长时间负载下对产品之影响。

在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、
填料和改性剂来改变它们的性质。在中，由这 些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或 数据库(如Campus)中查阅，更好的是听取原 材料制造厂家的专家的技术建议（见图5）。
湿度的影响
一些热塑性材料，特
别是PA6和PA66， 吸湿性很强。这可能 会对它们 的机械性 能和尺寸稳定性产生 较大的影响。在进行 时，应特别注意这种 性能（见图6和图 7）。
3 产品设计
虽然塑料之产品设计非常复杂，但总有一些基本之 原理方法来减少一些成形上及产品功能上所发生的 问题。以下所探讨的是在设计上所须注意的基本细 节，俾能在未来更复杂的产品设计上有所助益。 3-1 壁厚(wall thickness) 3-2 材料选择 3-3半径(radii) 3-4 倾斜角(draft angle) 3-5 肋及角板(gussets) 3-6 浮凸物(bosses) 3-7 孔洞及铸空(holes & coring) 3-8 螺纹(threads)与嵌入物(inserts) 3-9 尺寸公差(dimensional tolerance)
图1
图2
挠曲模量与壁厚的函数关系
一块平板的抗挠刚度由材料特有的弹性模
数和该块版的横截面的转动惯量所决定。 如果未经任何考证就自动增加壁厚以改进 塑料制品的刚性，通常会导致出现严重问 题，对结晶材料尤为如此。对玻璃纤维增 强材料，改变壁厚也会影响玻璃纤维的取 向。靠近模具壁面，纤维按照流体流动方 向取向。而在模具壁面横截面的中央部位， 纤维取向混乱，从而导致出现湍流。
2-3 原型模具法(protoype tool)
特别是对塑料产品设计而言，利用便宜的铝，
黄铜或是铍铜合金制成原型是个不错的方法。 因为基本的讯息如收缩度，玻纤方向性及浇 口位置皆可得之。但由于此模具只能承受有 限度的射压，所以无法正确的估算出成形周 期(cycle time)，而且模具冷却性被限制，甚 至不存在。可是，在另 一方面而言，其好处为此形式能够有效的提 供样品做最终的目的测试及快速的修正外形 尺寸。
填料和增强材料
热塑性塑料备纤维主要用于 增加强度、坚固度和提高应用温度；矿物和玻 纤则具较低的增强效果，主要用于减少翘曲。 玻璃纤维会影响到成型加工，尤其会对部件产 生收缩和翘曲性。所以，玻璃纤维增强材料不 能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替 代，而不会有尺寸改变（见图3）。玻璃纤维 的取向由流动方向决定，这将引起部件机械强 度的变化。
是否要增加壁厚/均匀性？



增加壁厚不仅决定了机械性能，还将决定成品的质量。 在塑料零件的设计中，很重要的一点是尽量使壁厚均匀。同一种 零件的不同壁厚可引起零件的不同收缩性，根据零件刚性不同， 这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题（图6）。 不均匀的壁厚会造成严重的翘曲及尺寸控制的问题。如果产品须 要较高的强度，从成本的观点上来看，用肋(ribs)比增加壁厚要 好的多。但如果产品须要好的外观表面时，则因凹陷痕(sink marks)会在表面上产生，故须避免之。若非得用肋不可时：则应 尽量让凹陷痕出现在肋的另一面或较不显眼处。图2-2与2-3为使 壁厚均匀的一些方法，图2-2乃利用肋及浮凸物(boss)，图2-3则 为利用铸空法(cornig)使设计更好。 为取得均匀的壁厚，模制品的厚壁部分应设置模心（图5）。此 举可防止形成空隙，并减少内部压力，从而使扭曲变形减至最小。 零件中形成的空隙和微孔，将使横截面变窄，内应力升高，有时 还存在切口效应，从而大大降低其机械性能。