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摘要：塑料与钢铁、水泥、木材并称为四大工程材料。随着科学技术的进步，塑料的运用变得越来越广泛。与金属相比，塑料具有耐腐蚀、电绝缘、重量轻和成本低等优点；且塑料材质丰富、形状多变，使其具有很理想设计特性，既避免金属件必要的价格不低的二次加工和表面处理，又减少了成型对设计的限制，扩大了设计自由（注塑件可以将几个零件功能集合到某一个零件中）。电饭煲产品中，为了成型方便、降低成本，除了发热盘、内锅、外锅、加强板等需要耐高温或刚性强的零件使用金属材料，大部分的机体零件使用各种塑料材料进行设计。由于塑料的机械性能随温度等因素影响很大，如高温使塑料的刚度和强度会降低，低温使塑料变脆；不同温度下，塑料的收缩量也不同；同时因为模具结构也有限制，不合理的设计会致一些试模及装配阶段才会发现的隐形问题，加大研发成本及耽误项目进度。基于此，本文从选材、常规设计、模具的工艺性、变形等不同方面介绍电饭煲的注塑件的结构设计。
关键词：结构设计；电饭煲；注塑件
1、电饭煲的概述
电饭煲又称作电锅、电饭锅。是利用电能转变为内能的炊具，使用方便，清洁卫生，还具有对食品进行蒸、煮、炖、煨等多种操作功能。常见的电饭锅分为保温自动式、定时保温式以及新型的微电脑控制式三类。如下图所示。
2、电饭煲注塑件的结构设计的要点
2.1材料选择
作为一个产品设计师，尤其设计结构部分，选择合理的材料是一项非常关键的工作，是成功设计一款产品、每个零件的前提条件。通常来说，不是材料不好，而是各种材料有不同的特定性能，需要设计师根据零件的使用环境、性能要求选择合适的材料。塑料的种类繁多，性能各异，而且还添加有各种增强剂、色母等填料；同时各种材料的性能数据都是在特定条件下的测试数据，与实际工作情况下有一定差别，这些都影响着材料种类的选择。虽然材料选择具有复杂性，但是在选材时也是有简单规律可参考。对于注塑件，通常首先考虑零件的工作条件，比如载荷、耐温等条件，以缩小选材范围，同时配合零件的成型工艺、外观方面要求、装配方式等要求，比如透明性、运动部件的耐磨性等确定材料选定。电饭煲为加热产品，有运动部件，同时也有食品安全要求，作为小家电，对外观配合也要求美观精良。有经验的结构设计师通常参考成熟产品、根据以往经验或者考虑供应商的推荐来选择合适的材料。电饭煲产品常用的几种塑料为PP、ABS、POM。例如，面盖、底座、内盖、支撑环等零件因为要求耐温，一般都选择食品级的PP料；装饰板、电镀件通常都选择ABS；开盖按钮推块等运动部件则都选择POM；一些需要特别耐高温的部件则选择尼龙或者PET材料；一些特殊要求的部件比如电路板支架需要选择具有阻燃性能的塑料。
2.2壁厚合理设计
合理设计壁厚对一个注塑件来说是非常关键的，注塑件的壁厚数值一般为2～3mm。一般壁厚过薄则强度和刚度弱，同时成型困难；壁厚过厚则容易缩水、成型时间长、浪费成本，对于壁厚偏厚的地方要掏胶等做防缩水工艺性设计。同时制品壁厚的设计应该均匀、圆滑过渡，若不均匀容易出现翘曲变形或者缩水等不良外观问题。电饭煲产品中，通过经验总结，底座、支撑环、内盖等对刚度和强度要求高的部件一般设计壁厚为2.5或者2.8mm厚，面盖等部件一般设计2.2mm厚，个别透明件或者无载荷的零件设计壁厚低于2mm。
2.3加强筋设计
在注塑件设计中，为了增加零件的刚度和强度，通常设计加强筋来满足要求，这样既减少塑料用量又减轻重量，在结构上也能防止注塑件翘曲变形，成型时辅助塑料流动。加强筋的设计通常要注意三个要点：第一是厚度，厚度过薄起不到加强作用也难以填充，厚度过厚会导致缩水等缺陷。电饭煲使用PP料比较多，考虑PP料容易缩水，一般设计加强筋的壁厚为主料厚的一般，非外观件可以适当厚些，一般不超过主料厚三分之二；第二是高度，适当的高度能保证刚度也易于填充成型，通常设计高度在料厚的3倍以内；第三是数量，通常数量越多，效果越好，但是考虑成本及模具结构等因素，一般数量不宜过多，排练可以稀疏些。同时由于塑料的刚度和强度相对偏弱，设计加强筋时，尽量让加强筋是受拉状态，避免失稳。
2.4拔模斜度设计
由于注塑件的成型工艺限制，设计时需要设计一定的拔模斜度。通常根据塑料的收缩率、塑料性能、制品形状及壁厚来设计拔模斜度的大小。通常结构复杂、深度偏深，难以脱膜的零件都设计有比较大的拔模斜度，电饭煲产品中PP料使用比较多，考虑其收缩率比较大，在不影响外观、装配的情况下，都尽量设计较大的拔模斜度；另外对尺寸精度要求高的运动部件或者外观斜度限制的面盖、底座等零件，都尽量设计较小的拔模斜度。
2.5避免变形、收缩设计
注塑件通常容易出现变形、收缩等缺陷，所以在结构设计时要充分考虑这些潜在隐患。在电饭煲产品中，内盖容易变形容易导致扣合不良以及上下部分间隙偏大、不均匀，在设计时需在背面布满筋条，同时要特意设计几条大型防变形筋条。在防收缩设计时，主要要设计壁厚均匀，壁厚适度，在设计加强筋时要控制筋条厚度不能超过一定范围，在表面设计有凸台或者螺钉柱等壁厚结构时，在其根部要做掏胶设计，俗称设计“火山口”。
2.6有关装配的设计
合理的装配设计能够减少生产工作量，防止装配错误。针对零件，设计成对称结构能简化模具设计，提高模具利用率和寿命；一些简单卡板零件，可以尽量设计成卡扣固定方式，可以减少螺钉的使用量，提高装配效率降低成本，比如电路板支架、装饰板等的装配；一些易误装配的零件要注意设计防止误装配的定位结构，以免生产线误装配导致质量事故，圆形的保温盖板的卡扣可以把各卡扣设计成不对称、间距不一样，或者专门设计一个定位结构。
结束语
本文从不同方面介绍了电饭煲注塑件的结构设计知识。由于塑料原料相对金属具有成本优势，又有比较优良的设计特性，设计的发挥空间大，家电产品包括电饭煲产品中使用注塑件非常多，掌握更多的注塑件设计知识对设计好一款电饭煲产品非常重要。
参考文献
[1]王怀奥，肖国华.电饭煲注塑模具自动脱模机构及控制机构设计[J].中国塑料，2017.
[2]付正庭.电饭煲注塑件的结构设计[J].家电科技，2015.
论文作者:朱喜青
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/6
标签：电饭煲论文; 零件论文; 塑料论文; 斜度论文; 注塑件论文; 材料论文; 刚度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;