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产品结构设计原则就是在产品结构设计时遵循的基本思路及规则,这些基本规则让产品结构设计更合理,无论塑胶产品还是五金产品,产品结构设计的原则包含合理选用材料、选用合理的结构、尽量简化模具结构及成本控制等。
所有的产品都是由材料构成的,在设计产品的时,首先要考虑的是材料的选用,材料不仅决定了产品的功能,还决定了产品的价格,如何合理地选用材料呢?
不同的应用场所对产品的材料需求是不一样的,举几个例子来说明。
如果为日常消费类电子产品,产品材料就应选用强度好、表面容易处理、不容易生锈、不容易磨伤和易成型的材料,如塑胶材料选用PC、ABS和PC+ABS等,金属材料选用不锈钢、铝和锌合金等。如果应用于食品行业,产品材料就应该选用无毒无味、耐低温、耐高温,甚至无添加色的材料,如果饮料瓶子选用PET,食品包装袋选用PPPE,饮水用的杯子材料选用PP、PC等。
在设计产品之前,产品的市场定位也会对材料的选用产生影响。产品质量分高档、中档及低档,不同档次的产品对应不同的市场。高档的产品在材料选用上优中选优,中档的产品材料性能尚可,低档产品在材料选用上就尽可能降低成本。
产品功能不同,材料选用也不一样。有些产品带有运动功能,运动就必定带来磨损,所以在材料选用上就要考虑耐磨,耐磨材料有很多,如大部分金属材料,PA(尼龙料)、POM(赛钢料)等塑料材料和天然橡胶等橡胶材料。每个公司都有自己的供应商,包含材料供应商。同一种产品,满足产品设计要求的材料有好几种,价格也不一样,而选用哪一种材料就要结合公司的实际情况来考虑。
产品结构设计不是越复杂越好,相反,在满足产品功能的前提下,结构越简单越好,越简单的结构在模具制作上就越容易,越简单的结构在生产装配上就越轻松,出现的问题也就越少。
举个例子加以说明:结构设计中常用到固定方式有螺丝固定、卡扣固定、双面胶固定、热熔固定和超声波焊接固定等,如何需用这些固定方式呢?一般来说,螺丝固定最可靠且可拆性强,应优先选用;卡勾固定方便简单,但固定可靠性不高,可结合螺丝选用;双面胶固定、热熔固定等应用于特定的场所,必要时选用。产品结构设计时不允许有多余的结构,多余的结构意味着浪费设计时间、增加模具加工难度、浪费材料。在进行产品结构设计时,要做到需要的结构一定要做,可有可无的结构一概不做,做到每一处结构都要有用,包含每一个卡扣、每一条加强筋等。产品设计完成后需要模具来成型,在进行产品设计的时候就要保证产品能通过模具制造出来,产品结构设计再可靠而模具实现不了或者很难实现都是不合格的。作为结构工程师,对模具要有一定的了解,要懂得模具的基本结构、产品的成型方法、出模方式等,只有这样才能做到产品设计时尽可能地简化模具结构。
举个例子来说明,模具倒扣是影响模具正常出模的结构,模具上解决倒扣的机构常用滑块及斜顶,但这样会增加模具复杂程度及模具制造成本。在进行结构设计时,有模具倒扣的地方要尽量处理,让产品能够正常出模。比如一些内部扣位可以通过擦穿或者碰穿的方式简化模具结构。但有些倒扣就只能保留倒扣,只能通过模具上增加滑块或斜顶来实现。因此,在产品设计时,简化模具也必须在满足产品的基本需求后再进行简化。
成本是产品最核心的一部分,成本的高低在很大程度上决定了公司的利润空间,成本控制从产品设计开始阶段就要开始。产品结构设计时在成本上要做到以下几个方面。
(1)选用材料时,在满足功能的前提下,尽量选用价格低的材料。(2)产品外形建模时,在满足外观的前提下,尽量减少零件的个数。(3)产品结构设计时,尽量简化结构,以节省模具成本。(4)产品结构设计时,选用合适的固定方式,以节省生产装配成本。(5)产品表面处理时,根据产品定位及外观要求,采用合适的表面处理方法,以节省加工费用。(6)在产品结构设计时,尽可能采用公司现有物料,尽可能统一物料规格,如螺丝型号。
济南数控模具科技研究所
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