机械结构设计准则
1
前 言
一、编制本手册的主要目的有两个：
1、规范公司设计人员的设计并在实际设计工作中作为参考。
2、新入公司的结构工程师的培训教材。
二、版本说明：
本规范所替代的历次修订情况和修订专家为：
版本号 修改内容介绍 主要评审人员
070411 编写完成讨论稿，主要内容包括塑
料件、钣件、切削件、铸件、结构
件电磁兼容设计、五金件、结构设
计、禁用材料等部分。
目 录
前 言...............................................................................................................................................1
目 录.................................................................................................................................................2
第一部分、塑料件...........................................................................................................................8
1、概述：.................................................................................................................................8
1.1、常用塑料介绍..........................................................................................................8
1.2、常见表面处理介绍..................................................................................................8
1.3、外形设计..................................................................................................................9
1.4、装配设计..................................................................................................................9
1.5、结构设计................................................................................................................10
2、产品结构设计准则--设计程序.......................................................................................13
2.1、塑料制品设计特点................................................................................................13
2.2、塑料制品设计原则................................................................................................13
2.3、塑料制品设计程序................................................................................................13
2.3.1、确定产品的功能需求，外观. ............................................................................13
2.3.2、绘制预备性的设计图:........................................................................................14
2.3.3、制作原型模型:....................................................................................................14
2.3.4、产品测试.............................................................................................................14
2.3.5、设计的再核对与修正.........................................................................................15
2.3.6、制定重要规格.....................................................................................................15
2.3.7、开模生产.............................................................................................................15
2.3.8、品质的控制.........................................................................................................15
3、产品结构设计准则--塑料材质.......................................................................................16
3.1、热硬化性塑料........................................................................................................16
3.2、热塑性塑料............................................................................................................16
3.3、ABS：成分聚合物 ................................................................................................16
3.4、电镀........................................................................................................................16
3.5、ABS 系列成品设计及模具加工 ...........................................................................17
4、产品结构设计准则--壁厚篇...........................................................................................19
4.1、基本设计守则........................................................................................................19
4.1.1、平面准则.............................................................................................................19
4.1.2、转角准则.............................................................................................................20
4.2、不同材料的设计要点............................................................................................23
4.2.1、ABS.....................................................................................................................23
4.2.2、PC........................................................................................................................24
4.2.3、LCP .....................................................................................................................24
4.2.4、PA........................................................................................................................25
4.2.5、PSU .....................................................................................................................25
4.2.6、PBT .....................................................................................................................25
5、产品结构设计准则--加强筋篇.......................................................................................27
5.1、基本设计守则........................................................................................................27
5.2、不同材料的设计要点............................................................................................30
3
5.2.1、ABS.....................................................................................................................30
5.2.2、PA........................................................................................................................31
5.2.3、PBT .....................................................................................................................31
5.2.3、PC........................................................................................................................32
5.2.4、PS ........................................................................................................................32
5.2.5、PSU .....................................................................................................................33
6、产品结构设计准则--出模角篇.......................................................................................34
6.1、基本设计守则........................................................................................................34
6.2、不同材料的设计要点............................................................................................35
6.2.1、ABS.....................................................................................................................35
6.2.2、LCP .....................................................................................................................35
6.2.3、PBT .....................................................................................................................36
6.2.4、PC........................................................................................................................36
6.2.5、PET......................................................................................................................36
6.2.6、PS ........................................................................................................................36
7、产品结构设计准则--支柱 ( Boss ) .............................................................................37
7.1、基本设计守则........................................................................................................37
7.2、不同材料的设计要点............................................................................................39
7.2.1、ABS.....................................................................................................................39
7.2.2、PBT .....................................................................................................................40
7.2.3、PC........................................................................................................................41
7.2.4、PS ........................................................................................................................42
7.2.5、PSU .....................................................................................................................43
8、产品结构设计准则--扣位 ( Snap Joints ) ...............................................................44
8.1、基本设计手则........................................................................................................44
8.2、不同材料的设计要点............................................................................................47
8.2.1、PA........................................................................................................................47
8.2.2、PBT .....................................................................................................................47
8.2.3、POM....................................................................................................................48
8.2.4、PS ........................................................................................................................49
9、产品结构设计准则--入件 ( Moulded-in Inserts ) .................................................50
9.1、基本设计守则........................................................................................................50
9.2、不同材料的设计要点............................................................................................51
9.2.1、POM....................................................................................................................51
9.2.2、PBT .....................................................................................................................52
10、产品结构设计准则--洞孔 (Hole) ...............................................................................53
10.1、穿孔......................................................................................................................53
10.2、盲孔......................................................................................................................54
10.3、钻孔......................................................................................................................54
10.4、侧孔......................................................................................................................54
10.5、其他设计考虑......................................................................................................55
11、产品结构设计准则--公差 ( Tolerance ) .................................................................57
11.1、基本设计守则 ......................................................................................................57
11.2、不同材料的设计要点 ..........................................................................................57
4
11.2.1、LCP ...................................................................................................................57
11.2.2、PET....................................................................................................................58
11.2.3、POM ..................................................................................................................59
12、产品结构设计准则—结构设计准则 .............................................................................61
12.1、避免翘曲准则......................................................................................................61
12.2、细长筋受拉准则..................................................................................................62
12.3、避免内切准则......................................................................................................63
12.4、避免尖锐棱角准则..............................................................................................65
12.5、避免局部材料堆积准则......................................................................................67
12.6、避免表面倒塌准则..............................................................................................68
12.7、提高公差精度准则..............................................................................................70
12.8、非各向同性准则..................................................................................................72
12.9、避免粘合面撕扯准则..........................................................................................73
12.10、螺栓带衬板准则................................................................................................74
13、产品结构设计准则—其他设计注意事项 .....................................................................7
5
13.1、螺纹......................................................................................................................75
13.2、嵌件......................................................................................................................76
13.3、压花......................................................................................................................77
13.4、塑料件常用自攻螺钉预留底孔直径选择 ..........................................................77
分模线之选定.................................................................................................................79
13.5、按键配合间隙......................................................................................................79
13.6、螺丝孔防缩水结构 －火山口结构 ....................................................................80
13.7、一体铰链..............................................................................................................80
13.8、注塑件的变形......................................................................................................80
13.9、气辅注塑..............................................................................................................81
13.10、焊接（热板焊、超声波焊、振动焊） ............................................................81
13.11、合理考虑工艺和产品性能之间的矛盾 ............................................................81
13.12、塑料尺寸公差值................................................................................................81
13.13、塑料件成型质量问题和原因分析 ....................................................................82
第二部分、钣金件.........................................................................................................................85
1、概述...................................................................................................................................85
2、冲裁...................................................................................................................................85
2.1、冲裁件的形状和尺寸尽可能简单对称，使排样时废料最少。 ........................85
2.2、冲裁件的外形及内孔应避免尖角。 ....................................................................85
2.3、冲裁件应避免窄长的悬臂与狭槽 ........................................................................86
2.4、冲孔优先选用圆形孔，冲孔有最小尺寸要求 ....................................................86
2.5、冲裁的孔间距与孔边距 ........................................................................................87
2.6、折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离 ....................88
2.7、螺钉、螺栓的过孔和沉头座 ................................................................................88
2.8、冲裁件毛刺的极限值及设计标注 ........................................................................
3、折弯...................................................................................................................................90
3.1、折弯件的最小弯曲半径 .......................................................................................90
3.2、弯曲件的直边高度...............................................................................................90
3.3、折弯件上的孔边距...............................................................................................91
5
3.4、局部弯曲的工艺切口...........................................................................................92
3.5、带斜边的折弯边应避开变形区 ...........................................................................93
3.6、打死边的设计要求...............................................................................................94
3.7、设计时添加的工艺定位孔 ...................................................................................94
3.8、标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性 ...........................................................95
3.8、弯曲件的回弹.......................................................................................................95
4、拉伸...................................................................................................................................96
4.1、拉伸件底部与直壁之间的圆角半径大小要求 ...................................................96
4.2、拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径 .......................................................................96
4.3、圆形拉伸件的内腔直径 .......................................................................................96
4.4、矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径 ...................................................................97
4.5、圆形无凸缘拉伸件一次成形时，其高度与直径的尺寸关系要求 ...................97
4.6、拉伸件设计图纸上尺寸标注的注意事项 ...........................................................97
5、成形...................................................................................................................................98
5.1、加强筋...................................................................................................................98
5.2、打凸间距和凸边距的极限尺寸 ...........................................................................99
5.3、百叶窗...................................................................................................................99
5.4、孔翻边..................................................................................................................100
6、钣金件的尺寸公差.........................................................................................................103
6.1、冲切件的尺寸公差。.........................................................................................103
6.2、弯曲件的边高 h直线尺寸公差。 .....................................................................104
6.3、弯曲件的角度公差。.........................................................................................104
6.4、拉深件的高度 h尺寸公差。 .............................................................................105
6.5、冲切件的断面粗糙度。 .....................................................................................106
6.6、冲切件的毛刺允许高度。 .................................................................................106
7、附录.................................................................................................................................106
7.1、附录 A：..............................................................................................................106
7.2、附录 B：...............................................................................................................108
第三部分、切削件结构设计准则...............................................................................................109
1、概述：.............................................................................................................................109
2、便于退刀准则.................................................................................................................110
3、减少加工量准则............................................................................................................. 111
4、可靠夹紧准则.................................................................................................................114
5、同一夹紧工序准则.........................................................................................................115
6、便利切削准则.................................................................................................................116
7、减少缺口效应准则.........................................................................................................117
8、避免斜面开孔准则.........................................................................................................118
9、贯通孔优先准则.............................................................................................................119
10、孔周边条件相近准则...................................................................................................119
第四部分、铸件结构设计规范...................................................................................................121
1、最小壁厚准则.................................................................................................................121
2、筋长方向柔性准则.........................................................................................................121
3、避免局部材料堆积准则.................................................................................................123
4、良好的受力状态准则.....................................................................................................123
6
5、便利模具制作准则.........................................................................................................125
6、脱模方便准则.................................................................................................................128
7、流动畅通准则.................................................................................................................129
8、便于排气准则.................................................................................................................130
9、清除表皮方便准则.........................................................................................................130
10、便于切削加工准则.......................................................................................................131
第五部分、结构件电磁兼容设计规范.......................................................................................133
1、概述：.............................................................................................................................133
2、设计程序要求.................................................................................................................133
3、屏蔽效能等级.................................................................................................................134
3.1、屏蔽效能等级的划分..........................................................................................134
3.2、屏蔽效能测试标准..............................................................................................134
3.3、屏蔽效能等级的确定..........................................................................................135
3.4、成本控制..............................................................................................................136
4、屏蔽设计指引.................................................................................................................136
4.1、屏蔽设计的基本原则..........................................................................................136
4.2、屏蔽方案的选择..................................................................................................137
4.3、缝隙的屏蔽..........................................................................................................138
4.4、孔洞的屏蔽..........................................................................................................140
4.5、线缆的屏蔽..........................................................................................................141
5、屏蔽材料.........................................................................................................................143
5.1、屏蔽材料命名规则..............................................................................................143
5.2、屏蔽材料的绘图和标注 ......................................................................................144
5.3、蔽材料的编码描述..............................................................................................145
5.4、屏蔽材料选用原则..............................................................................................145
6、接地.................................................................................................................................146
6.1、接地线.................................................................................................................146
6.2、防静电设计.........................................................................................................146
6.3、地线的屏蔽.........................................................................................................146
7、标识.................................................................................................................................147
第六部分、五金件设计...............................................................................................................148
1、电池弹弓的设计.............................................................................................................148
2 钣金的弯折........................................................................................................................148
3 翻边孔的设计....................................................................................................................148
第七部分：结构设计准则...........................................................................................................149
1、概述.................................................................................................................................149
2、机械结构基本设计准则.................................................................................................149
2.1、实现预期功能的设计准则 ..................................................................................149
2.2、满足强度要求的设计准则 ..................................................................................151
2.2.1、等强度准则.......................................................................................................151
2.2.2、合理力流结构...................................................................................................151
2.2.3、减小应力集中结构...........................................................................................152
2.2.4、使载荷平衡结构...............................................................................................152
2.3、满足结构刚度的设计准则 ..................................................................................152
7
2.4、考虑加工工艺的设计准则 ..................................................................................153
2.5、考虑装配的设计准则..........................................................................................153
2.5.1、合理划分装配单元...........................................................................................153
2.5.2、使零部件得到正确安装...................................................................................154
2.5.3、使零部件便于装配和拆卸...............................................................................154
2.6、考虑造型设计的准则..........................................................................................155
2.6.1、尺寸比例协调...................................................................................................155
2.6.2、形状简单统一...................................................................................................155
2.6.3、色彩、图案的支持和点缀...............................................................................155
3、符合公差原则的结构设计准则.....................................................................................157
3.1、同一道工序准则..................................................................................................157
3.2、减小刚体转动位移准则 ......................................................................................157
3.3、避免双重配合准则..............................................................................................159
3.4、最小公称尺寸准则..............................................................................................160
3.5、避免累积误差准则..............................................................................................161
3.6、形状简单准则......................................................................................................161
3.7、最少尺寸数量准则..............................................................................................162
3.8、采用弹性元件准则..............................................................................................162
3.9、采用调节元件准则..............................................................................................163
4、轴支承结构设计准则.....................................................................................................1
4.1、轴向静定准则......................................................................................................1
4.2、固定轴承轴向能双向受力准则 ..........................................................................167
4.3、固定轴承四面定位准则 ......................................................................................169
4.4、松驰轴承至少一圈定位准则 ..............................................................................169
4.5、受变载作用轴承圈固定准则 ..............................................................................171
2.6、可分离轴承配合固定准则 ..................................................................................172
2.7、可分离轴承调隙准则..........................................................................................173
2.8、便利安装拆卸准则..............................................................................................173
2.9、滚动、滑动轴承不混用准则 ..............................................................................174
2.10、保障轴向定位可靠准则....................................................................................174
2.11、过渡配合准则． ................................................................................................174
2.12、避免双重配合准则............................................................................................175
第八部分：禁用材料...................................................................................................................176
1、产品和制程上应该避免使用的东西 .............................................................................17
6
2、制程及产品上需要管制的材质.....................................................................................176
3、信息产品绿色环保.........................................................................................................177
第一部分、塑料件
1、概述：
注塑件设计的一般原则:
z 充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性；
z 塑料件的形状在保证使用要求的前提下，应有利于充模，排气，补缩，
同时能适应高效冷却硬化；
z 塑料设计应考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程
度，同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺，以便使制品具有较
好的经济性：
z 塑料件设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、
螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。
1.1、常用塑料介绍
常用的塑料主要有 ABS、AS、PC、PMMA、PS、HIPS、PP、POM 等，其
中常用的透明塑料有 PC、PMMA、PS、AS。高档电子产品的外壳通常采用
ABS+PC；显示屏采用 PC，如采用 PMMA 则需进行表面硬化处理。日常生活中
使用的中底挡电子产品大多使用 HIPS 和 ABS 做外壳，HIPS 因其有较好的抗老
化性能，逐步有取代 ABS 的趋势。
1.2、常见表面处理介绍
表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。ABS、HIPS、PC 料都有较好的表面处
理效果。而 PP 料的表面处理性能较差，通常要做预处理工艺。近几年发展起来
的模内转印技术（IMD）、注塑成型表面装饰技术（IML）、魔术镜（HALF MIRROR）
制造技术。
IMD 与 IML 的区别及优势：
1、 IMD 膜片的基材多数为剥离性强的 PET，而 IML 的膜片多数为 PC。
2、 IMD 注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合，而 IML 是整个膜片履在树
脂上。
9
3、 IMD 是通过送膜机器自动输送定位，IML 是通过人工操作手工挂。
1.3、外形设计
对于塑料件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以要特别小心。外
形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工程。
现实生活中使用的大多数电子产品，外壳主要都是由上、下壳组成，理论上
上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响，
造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面
壳）。可接受面刮<0.15mm，可接受底刮<0.1mm。所以在无法保证零段差时，尽
量使产品：面壳>底壳。
一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大，
一般选 0.5%。
底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选 0.4%。
即面壳缩水率一般比底壳大 0.1%
1.4、装配设计
指有装配关系的零部件之间的装配尺寸设计。主要注意间隙配合和公差的控
制。
1.4.1 止口
指的是上壳与下壳之间的嵌合。设计的名义尺寸应留 0.05~0.1mm 的间隙，
嵌合面应有 1.5~2°的斜度。端部设倒角或圆角以利装入。
上壳与下壳圆角的止口配合。应使配合内角的 R 角偏大，以增大圆角之间
的间隙，预防圆角处的干涉。
1.4.2 扣位
主要是指上壳与下壳的扣位配合。在考虑扣位数量位置时，应从产品的总体
10
外形尺寸考虑，要求数量平均，位置均衡，设在转角处的扣位应尽量靠近转角，
确保转角处能更好的嵌合，从设计上预防转角处容易出现的离缝问题。
扣位设计应考虑预留间隙。
设计扣位时应考滤侧抽心有无足够的行程。
1.4.3 螺丝柱
一般采用自攻螺丝，直径为 2~3mm。
以上表中所提供的是 HIPS 和 ABS 料常用螺丝孔尺寸，对于不同的材料，
螺丝孔尺寸有所不同，一般来说，比较软、韧性较好的材料 d 值小，较脆的材料
所选 d 值要大一点。
1.5、结构设计
在基本厚度的设计上，不宜过薄，否则外客强度不足，容易导致变、断裂等
问题的出现，过厚则浪费材料，影响注塑生产。一般外壳壁厚控制在 1~2mm。
外壳整体厚度应平均过度，不得存在厚度差异变化大的结构，否则容易导致外观
缩水，特别是在筋位底部和螺丝柱位。
11
为预防缩水，筋位厚度控制在 0.6~1.2mm。
1.5.1 面壳
键孔的设计。键孔的碰穿方式有三种选择。
A 方式利于模具的制作，但碰穿处的利边容易导致卡键；B 方式则避免了卡键问题，但当碰
穿偏心时则键孔变小，产生利边。C 方式增加了按键的倒入斜脚，同时保存了碰穿偏心的余
量，有效的防止了问题的出现，现一般采用 B 或 C。
1.5.2 按键设计
间隙：按键设计时要注意按键与面壳键孔的间隙，一般来说，如果按键采用
硅胶按键，则按键与面壳键孔的间隙为 0.2~0.3mm。如果按键采用悬臂梁，则要
考虑预留按动时偏摆的间隙。如按键表面需要处理则要考虑各种表面处理对间隙
的影响。水镀（电镀）镀层厚度一般为 0.1mm，喷涂和真空镀一般为 0.05mm。
键顶圆弧：如虑按键表面需进行丝印等处理时，按键表面圆弧不宜过大，弓
形高度小于 0.5mm。
圆角：按键顶部周边需倒圆角，避免卡住按键。
面壳按键
按键 按钮 线路板
悬臂梁的不同设计对按键效果有不同的影响
上图所示按键按动时偏摆较大，按键与面板键孔要预留较大的间隙
12
上图所示按键按动时偏摆较小，按键主要做垂直运动，按键与面板键孔预留
较小的间隙
另一方面，悬臂梁的长度和厚度也直接影响到按键的效果，如果是联体按键，
则要避免按键连动（即按一个按键时，其它按键也跟着运动的现象，严重时会发
生其它按钮发生动作，造成误操作）
按键手感：轻触式按钮的按动力量大小一般要求在 100g~200g，按动灵活，
手感良好。
按键寿命：按键寿命一般要求 100000 次，
控制变形：对于悬臂梁按键，生产、运输、储存时一定要控制按键的变形，
因为轻微的变形都可能导致按键的使用效果明显下降。
以上为简要介绍，具体内容见下面章节。
2、产品结构设计准则--设计程序
2.1、塑料制品设计特点
塑料产品的设计与其它材料如钢，铜，铝，木材等的设计有些是类似的；但
是，由于塑料材料组成的多样性，结构﹑形状的多变性，使得它比起其它材料有
更理想的设计特性；特别是它的形状设计，材料选择，制造方法选择，更是其它
大部分材料无可比拟的.因为其它的大部分材料，其设计者在外形或制造上，都
受到相当的，有些材料只能利用弯曲﹑熔接等方式来成形.当然，塑料材料
选择的多样性，也使得设计工作变得更为困难，如我们所知，目前已经有一万种
以上的不同塑料被应用过，虽然其中只有数百种被广泛应用，但是，塑料材料的
形成并不是由单一材料所构成，而由一群材料族所组合而成的，其中每一种材料
又有其特性，这使得材料的选择，应用更为困难。.
2.2、塑料制品设计程序
为了确保所设计的产品能够合理而经济，在产品设计的初期，在外观设计
者﹐机构工程师，制图员，模具制造者，成形厂以及材料供应厂之间的紧密合作
是必须的，因为没有一个设计者，能够同时拥有如此广泛的知识和经验，而从不
同的事业观点所获得的建议，将是使产品合理化的基本前提；除此之外，一个合
理的设计考虑程序也是必须的；以下将就设计的一般程序作出说明：
2.2.1、确定产品的功能需求，外观.
在产品设计的初始阶段，设计者必须列出对该产品的目标使用条件和功能要
求；然后根据实际的考量，决定设计因子的范围，以避免在稍后的产品发展阶段
造成可能的时间和费用的漏失.下表为产品设计的核对表，它将有助于确认各种
的设计因子。
产品设计的核对表
一般数据
1. 产品的功能?
2. 产品的组合操作方式?
3. 产品的组合是否是可以靠着塑料的应用来简化?
4. 在制造和组合上是否可能更为经济有效?
5. 所需要的公差?
14
6. 空间的考虑?
7. 界定产品使用寿命?
8. 产品重量的考虑?
9. 有否承认的规格?
10. 是否已经有相类似的应用存在?
结构考虑
1. 使用负载的状态?
2. 使用负载的大小?
3. 使用负载的期限?
4. 变形的容许量?
环境
1. 使用在什么温度环境?
2. 化学物品或溶剂的使用或接触?
3. 温度环境?
4. 在该种环境的使用期限?
外观:
1. 外形
2. 颜色
3. 表面加工如咬花，喷漆等.
经济因素
1. 产品预估价格?
2. 目前所设计产品的价格?
3. 降低成本的可能性?
2.2.2、绘制预备性的设计图:
当产品的功能需求，外观被确定以后，设计者可以根据选定的塑料材料性质，
开始绘制预备性的产品图，以作为先期估价，检讨以及原则模型的制作。
2.2.3、制作原型模型:
原型模型让设计者有机会看到所设计的产品的实体，并且实际的核对其工程
设计.原型模型的制作一般有两种方式，第一种就是利用板状或棒状材料依图加
工再接合成一完整的模型，这种方式制作的模型，经济快速，但是，缺点是量少，
而且较难作结构测试；另一种方式，是利用暂用模具，可作少量生产，需花费较
高的模具费用，而且所费的时间较长，但是，所制作的产品较类似于真正量产的
产品(需要特殊模具机构的部分，可能成形后再以机械加工成形)，可做一般的工
程测试，而且建立的模具，成形经验，将有助于产品针对实际模具制作，成形需
要而作正确的修正或评估。
2.2.4、产品测试
每一个设计都必须在原型阶段，接受一些测试，以核对设计时的计算和假想
15
和实体之间的差异。
产品在使用时所需要做的一些测试，大部分都可以籍着原型做有效的测试；
此时，面对了所有设计的功能要求，并且能够达成一个完整的设计评估.
仿真使用测试通常在模型产品阶段就必须开始，这种型态的测试价值，取决
于使用状态被模拟的程度而定.
机械和化学性质的加速化测速通常被视为模型产品评估的重要项目。
2.2.5、设计的再核对与修正
对设计的检讨将有助于回答一些根本的问题:所设计的产品是否达到预期的
效果?价格是否合理?甚至于在此时，许多产品为了生产的经济性或是为了重要的
功能和外形的改变，必须被发掘并改善，当然，设计上的重大改变，可能需要做
完整的重新评估；假若所有的设计都经过这种仔细检讨，则能够在这个阶建立产
品的细节和规格。
2.2.6、制定重要规格
规格的目的在于消除生产时任何的偏差，以使产品符合外观，功能和经济的
要求，规格上必须明确说明产品所必须符合的要求，它应该包括：制造方法，尺
寸公差，表面加工，分模面位置，毛边，变形，颜色以及测试规格等。
2.2.7、开模生产
当规格被谨慎而实际的订定之后，模具就可以开始被设计和制作，模具的设
计必须谨慎并咨询专家的意思，因为不适当的模具设计和制造，将会使得生产费
用提高，效率降低，并用可能造成品质的问题。
2.2.8、品质的控制
对照一个已知的标准，订定对生产产品的规律检测是良好的检测作法，而检
测表应该列出所有应该被检查的项目，另外，相关人员，如品管者或设计者也应
与成形厂联合订定一个质量管理的程序，以利于在生产的产品能够符合规格的要
求。
3、产品结构设计准则--塑料材质
3.1、热硬化性塑料
在原料状态下是没有什么用，在某一温度下加热，经硬化作用，聚合作用或
硫化作用后，热硬化塑料就会保持稳定而不能回到原料状态。硫化作用后，热硬
化塑料是所有塑料中最坚硬的。
3.2、热塑性塑料
像金属一样形成熔融凝固的循环。常用有聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、
聚氯乙烯（PVDC）。
3.3、ABS：成分聚合物
1.丙烯晴---耐油，耐热，耐化学和耐候性。
2.苯乙烯---光泽，硬固，优良电气特性和流动性。
3.丁二烯---韧性。
螺杆对原料有输送，压缩，熔融及计量等四种功能。螺杆在旋转时使之慢慢
后退的阻力为背压。背压太低，产品易产生内部气泡，表面银线，背压太高，原
料会过热，料斗下料处会结块，螺杆不能后退，成型周期延长及喷嘴溢料等。压
力的变动在一两模内就可知道结果，而温度的变动则需约 10 分钟的结果才算稳
定。
3.4、电镀
塑料电镀时，须先进行无电解电镀，塑料表面形成薄金属皮膜，形成导电物
质后再进行电解电镀。
印刷
1.网版印刷：适用于一般平面印刷；
2.移印：适用不规则，曲面的印刷文字；
3.曲面印刷：被印物体旋转而将文字与油墨印上；
常用工程塑料：
NORYL---PPO 和 HIPS 合成，在 240~300℃成型加工，须用 70~90℃高模温。
17
ABS---在 170~220 下成型加工，模温 40~60℃即可。
3.5、ABS 系列成品设计及模具加工
最佳的补强厚度 t=70%成品工称肉厚（T），角隅圆角的外圆 R=3/2*T， 内
圆 R=T/2，T 是成品工称肉厚。喷嘴通道最小口径为 6.35mm，长度宜尽量短，可
变电阻器控制精度稍嫌不足，所以在喷嘴外壁应装设电偶作温度控制。流道形状
以圆形最佳，流动长度与流道口径关系。
流动长度(mm) 流道直径（mm）
250 9.5
75~250 7.9
75 6.0
对防火级 ABS 材料应使用直溢口为最佳设计(流道直径最小 7mm)，边溢口
及潜伏式溢口，建议其长度为 0.762mm。
透气得设置是绝对必须的，每隔 25~50mm 开设一条透气沟，深度宜为
0.05~0.0mm，以获得良好得透气效果及防止产生毛头。
冷却管口径应为 11.1~14.3mm，每隔三个冷却管口径设一冷却管，距离模腔表
面必须有 1.5 个冷却管口径尺寸。
一般模仁材料以采用 P20 或 H13 材质居多。
防火级材料尽量不要使用热浇道系统，因为内加热式的热浇道在电热管及树
脂间会产生很大的剪切热，加热树脂温度过高将会造成严重的模垢，若要用就只
能用外加热式，热嘴温度和树脂温度相近即可（约 200℃）。在任何时候热浇道
须使用内部加热器或热探针。
为减少模垢的产生，螺杆压缩比宜取 2:1~2.5:1，而 L/D 是 20:1（理想值是
24:1），可使用没有计量段的螺杆，使加热棒与熔融树脂温度差在 5.5℃附近。
螺杆速度宜在 40~55RPM。
模具保护剂可以中和防火级塑料及 PVC 树脂在成型过程所释放出的腐蚀气
体，防止模垢的积成及腐蚀模具，有优良的脱模性，无须使用其它的脱模剂。模
垢去除剂主要用来清洗模垢，在有栅格的区域切勿过度喷洒以方破坏树脂导致无
法脱模。
射出时理想的状况是成品重量约为射出单元一次为总排料量的 80％，最少
18
比例也应在 50％以上。
熔融树脂温度在 221~232℃时可得最佳物性，但不可超过 243℃, 以避免分
解。停机的排换料时须用模垢去除剂防止模具表面被腐蚀，然后在模具上喷一层
良好的中性喷剂。
4、产品结构设计准则--壁厚篇
4.1、基本设计守则
壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱
位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。一般的热塑性塑料壁厚设
计应以 4mm 为限。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产周
期”冷却时间〔，增加生产成本。从产品设计角度来看，过厚的产品增加引致产
生空穴”气孔〔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。
最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功
能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形，由厚胶料的地方过渡
到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和
产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。
对一般热塑性塑料来说，当收缩率”Shrinkage Factor〔低於 0.01mm/mm
时，产品可容许厚度的改变达 ；但当收缩率高於 0.01mm/mm 时，产品壁厚的改
变则不应超过 。对一般热固性塑料来说，太薄的产品厚度往往引致操作时产品
过热，形成废件。此外，纤维填充的热固性塑料於过薄的位置往往形成不够填充
物的情况发生。不过，一些容易流动的热固性塑料如环氧树脂”Epoxies〔等，
如厚薄均匀，最低的厚度可达 0.25mm。
此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚
胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地
方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。若塑料的流动方向是从薄胶料的地
方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。
4.1.1、平面准则
在大部份热融过程操作，包括挤压和固化成型，均一的壁厚是非常的重要的。
厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固
後出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或
不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的
改变，并且在不超过壁厚 3:1 的比例下。下图可供叁考。
20
4.1.2、转角准则
壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要，以免冷却时间不一致。冷却时间
长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常
会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置亦常在电镀过程後引起不希望的物料
聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺
点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱
模时更容易。下图可供叁考之用。
转角位的设计准则亦适用于悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯
曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位 R太小时会引致其应力集中系数
(Stress Concentration Factor)过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位 R太
大的话则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介
乎 0.2 至 0.6 之间，理想数值是在 0.5 左右。
21
壁厚
不同的塑胶物料有不同的流动性。胶位过厚的地方会有收缩现象，胶位过薄的地
方塑料不易流过。以下是一些建议的胶料厚度可供叁考。
热塑性塑料的胶厚设计叁考表
22
热固性塑料的胶厚设计叁考
其实大部份厚胶的设计可从使用加强筋及改变横切面形状取缔之。除了可减
省物料以致减省生产成本外，取缔後的设计更可保留和原来设计相若的刚性、强
度及功用。下图的金属齿轮如改成使用塑胶物料，更改後的设计理应如图一般。
此塑胶齿轮设计相对原来金属的设计不但减省材料，消取因厚薄不均引致的内应
力增加及齿冠部份收缩引致整体齿轮变形的情况发生。
23
4.2、不同材料的设计要点
4.2.1、ABS
a) 壁厚
壁厚是产品设计最先被考虑，一般用于注塑成型的会在 1.5 mm (0.06 in)
至 4.5 mm (0.18 in)。 壁厚比这范围小的用于塑料流程短和细小部件。典
型的壁厚约在 2.5mm (0.1 in)左右。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可
增强部件强度和塑料充填。壁厚在 3.8mm (0.15 in) 至 6.4mm (0.25 in)
范围是可使用结构性发泡。
b) 圆角
建议的最小圆角半径是胶料厚度的25%，最适当的半径与胶料厚比例在60%。
轻微的增加半径就能明显的减低应力。
24
4.2.2、PC
a) 壁厚
壁厚大部份是由负载要求、内应力、几何形状、外型、塑料流量、可注塑
性和经济性来决定。PC 的建议最大壁厚为 9.5mm (0.375 in)。若要效果好，
则壁厚应不过 3.1mm (0.125 in)。在一些需要将壁厚增加使强度加强时，
肋骨和一些补强结构可提供相同结果。PC 大部份应用的最小壁厚在 0.75
mm(0.03 in)左右，再薄一些的地方是要取决於部件的几何和大小。短的塑
料流程是可以达到 0.3 mm (0.012 in) 壁厚。
壁厚由厚的过渡到薄的地方是要尽量使其畅顺。所有情况塑料是从最厚的
地方进入模腔内，以避免缩水和内应力。
均一的壁厚是要很重要的。不论在平面转角位也是要达到这种要求，可减
少成型後的变型问题。
4.2.3、LCP
a) 壁厚
由於液晶共聚物在高剪切情况下有高流动性，所以壁厚会比其它的塑料薄。
最薄可达 0.4mm，一般厚度在 1.5mm 左右。
PS
a) 壁厚
一般的设计胶料的厚度应不超过 4mm ，太厚的话会导致延长了生产周期。
因需要更长的冷却时间，且塑料收缩时有中空的现象，并减低部件的物理
性质。均一的壁厚在设计上是最理想的，但有需要将厚度转变时，就要将
过渡区内的应力集中除去。如收缩率在 0.01 以下则壁厚的转变可有质的变
化。若收缩率在 0.01 以上则应只有量的改变。
25
b) 圆角
在设计上直角是要避免。直角的地方有如一个节点，会引致应力集中使抗
撞击强度降低。圆角的半径应为壁厚的 25%至 75%，一般建议在 50%左右。
4.2.4、PA
a) 壁厚
尼龙的塑胶零件设计应采用结构所需要的最小厚度。这种厚度可使材料得
到最经济的使用。壁厚尽量能一致以消除成型後变型。若壁厚由厚过渡至
薄胶料则需要采用渐次变薄的方式。
b) 圆角
建议圆角 R值最少 0.5mm (0.02 in)，此一圆角一般佳可接受，在有可能的
范围，尽量使用较大的 R值。因应力集中因素数值因为 R/T 之比例由 0.1
增至 0.6 而减少了 50% ，即由 3减至 1.5 。而最佳的圆角是为 R/T 在 0.6
之间。
4.2.5、PSU
a) 壁厚
常用于大型和长流距的壁厚最小要在 2.3mm (0.09in)。细小的部件可以最
小要有 0.8 mm (0.03in) 而流距应不可超过 76.2 mm (3 in)
4.2.6、PBT
a) 壁厚
壁厚是产品成本的一个因素。薄的壁厚要视乎每种塑料特性而定。设计之
前宜先了解所使用塑料的流动长度来决定壁厚。负载要求时常是决定
壁厚的，而其它的如内应力，部件几何形状，不均一化和外形等。典型的
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壁厚介乎在 0.76mm 至 3.2mm (0.03 至 0.125in)。 壁厚要求均一，若有厚薄
胶料的地方，以比例 3:1 的锥巴渐次由厚的地方过渡至薄的地方。
b) 圆角
转角出现尖角所导致部件的破坏最常见的现象，增加圆角是加强塑胶部件
结构的方法之一。若将应力减少 5% (由 3 减至 1.5) 则圆角与壁厚的比例由
0.1 增加至 0.6。而 0.6 是建议的最理想表现。
5、产品结构设计准则--加强筋篇
5.1、基本设计守则
加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份。加强筋有效地如『工』字铁般
增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字铁般出
现倒扣难於成型的形状问题，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其
适用。此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的
支节部份很大的作用。
加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和
最大偏移量的方向，选择加强筋的位置亦受制於一些生产上的考虑，如模腔充填、
缩水及脱模等。加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只
占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产
品外壁的话，末端部份亦不应突然终止，应该渐次地将高度减低，直至完结，从
而减少出现困气、填充不满及烧焦痕等问题，这些问题经常发生在排气不足或封
闭的位置上。
加强筋一般的设计
加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上，不过为了满足
一些生产上或结构上的考虑，加强筋的形状及尺寸须要改变成如以下的图一般。
28
长方形的加强筋必须改变形状使生产更容易
加强筋的两边必须加上出模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底部相接产品的
位置必须加上圆角以消除应力集过份中的现象，圆角的设计亦给与流道渐变的形
状使模腔充填更为流畅。此外，底部的宽度须较相连外壁的厚度为小，产品厚度
与加强筋尺寸的关系图 a说明这个要求。图中加强筋尺寸的设计虽然已按合理的
比例，但当从加强筋底部与外壁相连的位置作一圆圈 R1 时，图中可见此部份相
对外壁的厚度增加大约 50%，因此，此部份出现缩水纹的机会相当大。如果将加
强筋底部的宽度相对产品厚度减少一半(产品厚度与加强筋尺寸的关系图 b)，相
对位置厚度的增幅即减至大约 20%，缩水纹出现的机会亦大为减少。由此引伸出
使用两条或多条矮的加强筋比使用单一条高的加强筋较为优胜，但当使用多条加
强筋时，加强筋之间的距离必须较相接外壁的厚度大。加强筋的形状一般是细而
长，加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。留意过厚的加强筋设计容
易产生缩水纹、空穴、变形挠曲及夹水纹等问题，亦会加长生产周期，增加生产
成本。
产品厚度与加强筋尺寸的关系
除了以上的要求，加强筋的设计亦与使用的塑胶材料有关。从生产的角度看，
材料的物理特性如熔胶的黏度和缩水率对加强筋设计的影响非常大。此外，塑料
的蠕动(creep)特性从结构方面来看亦是一个重要的考虑因数。例如，从生产的
29
角度看，加强筋的高度是受制於熔胶的流动及脱模顶出的特性(缩水率、摩擦系
数及稳定性)，较深的加强筋要求胶料有较低的熔胶黏度、较低的摩擦系数、较
高的缩水率。另外，增加长的加强筋的出模角一般有助产品顶出，不过，当出模
角不断增加而底部的阔度维持不变时，产品的刚性、强度，与及可顶出的面积即
随着减少。顶出面积减少的问题可从在产品加强筋部份加上数个顶出凸块或使用
较贵的扁顶针得以解决，同时在顶出的方向打磨光洁亦有助产品容易顶出。从结
构方面考虑，较深的加强筋可增加产品的刚性及强度而无须大幅增加重量，但与
此同时，产品的最高和最低点的屈曲应力(bending stress)随着增加，产品设计
员须计算并肯定此部份的屈曲应力不会超出可接受的范围。
从生产的角度考虑，使用大量短而窄的加强筋比较使用数个深而阔的加强筋优
胜。模具生产时(尤其是首办模具)：加强筋的阔度(也有可能深度)和数量应尽量
留有馀额，当试模时发觉产品的刚性及强度有所不足时可适当地增加，因为在模
具上去除钢料比使用烧焊或加上插入件等增加钢料的方法来得简单及便宜。
加强筋增强塑胶件强度的方法
30
以下是加强筋被置於塑胶部件边缘的地方可以帮助塑料流入边缘的空间。
置於塑胶部件边缘地方的加强筋
5.2、不同材料的设计要点
5.2.1、ABS
减少在主要的部件表面上出现缩水情形，肋骨的厚度应不可是相交的胶料厚
度的 50%以上，在一些非决定性的表面肋骨厚度可最多到 70% 。在薄胶料结构性
发泡塑胶部件，肋骨可达相交面料厚的 80%。 厚胶料肋骨可达 100%。肋骨的高
度不应高於胶料厚的三倍。当超过两条肋骨的时侯，肋骨之间的距离应不小於胶
料厚度的两倍。肋骨的出模角应介乎单边至以便於脱模容易。
31
ABS 加强筋的设计要点
5.2.2、PA
单独的肋骨高度不应是肋骨底部厚度的三倍或以上。在任何一条肋骨的後
面，都应该设置一些小肋骨或凹槽，因肋骨在冷却时会在背面造成凹痕，用那些
肋骨和凹槽可以作装饰用途而消除缩水的缺陷。
5.2.3、PBT
厚的肋骨尽量避免以免产生气泡，缩水纹和应力集中。方式的考虑是会
了肋骨尺寸。在壁厚於 3.2mm (1/8 in) 以下肋骨厚度不应超过壁厚的 60%。在
壁厚超过 3.2mm 的肋骨不应超过 40%。肋骨高度应不超过骨厚的 3倍。肋骨与胶
壁两边的地方以一个 0.5mm(0.02 in) 的 R 来相连接，使塑料流动畅顺和减低内
应力。
32
5.2.3、PC
一般的肋骨厚度是取决於塑料流程和壁厚。若很多肋骨应用于补强作用，薄
的肋骨是比厚的要好。PC 肋骨的设计可叁考下图 PS 的肋骨设计要点。
5.2.4、PS
肋骨的厚度不应超过其相接壁厚的 50%。经验告诉我们违反以上的指引在表
面上会出现光泽不一现象。
33
PS 置於中位的肋骨设计要点
PS 置於边位的肋骨设计要点
5.2.5、PSU
肋骨是可以增强了产品的撞击强度和利用最经济的成本达致有效的结果。不
良的设计是会使表面有收缩痕和非期望的撞击强度。
6、产品结构设计准则--出模角篇
6.1、基本设计守则
塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易的使产品由模具脱离出来而需要在
边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角”出模角〔。若然产品附有垂直外壁并且与
开模方向相同的话，则模具在塑料成型後需要很大的开模力才能打开，而且，在
模具开启後，产品脱离模具的过程亦相信十分困难。要是该产品在产品设计的过
程上已预留出模角及所有接触产品的模具零件在加工过程当中经过高度抛光的
话，脱模就变成轻而易举的事情。因此，出模角的考虑在产品设计的过程是不可
或缺的
因注塑件冷却收缩後多附在凸模上，为了使产品壁厚平均及防止产品在开模
後附在较热的凹模上，出模角对应於凹模及凸模是应该相等的。不过，在特殊情
况下若然要求产品於开模後附在凹模的话，可将相接凹模部份的出模角尽量减
少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。
出模角的大小是没有一定的准则，多数是凭经验和依照产品的深度来决定。
此外，成型的方式，壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来说，高度抛光的外
壁可使用 1/8 度或 1/4 度的出模角。深入或附有织纹的产品要求出模角作相应的
增加，习惯上每 0.025mm 深的织纹，便需要额外 1度的出模角。出模角度与单边
间隙和边位深度之关系表，列出出模角度与单边间隙的关系，可作为叁考之用。
此外，当产品需要长而深的肋骨及较小的出模角时，顶针的设计须有特别的处理，
见对深而长加强筋的顶针设计图。
出模角度与单边间隙和边位深度之关系表
35
6.2、不同材料的设计要点
6.2.1、ABS
一般应用边 0.5°至 1°就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同，出模
角可接近至零。有纹路的侧面需每深 0.025mm（0.001 in）增加 1°出模角。正
确的出模角可向蚀纹供应商取得。
6.2.2、LCP
因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性，倒扣的设计应要避免。在所有的
肋骨、壁边、支柱等凸出膠位以上的地方均要有最小 0.2-0.5°的出模角。若壁
边比较深或没有磨光表面和有蚀纹等则有需要加额外的 0.5-1.5°以上。
36
6.2.3、PBT
若部件表面光洁度好，需要 1/2°最小的脱模角。经蚀纹处理过的表面，每
增加 0.03mm（0.001 in）深度就需要加大 1°脱模角。
6.2.4、PC
脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方要有的，包括上模和下模的地方。
一般光华的表面 1.5°至 2°已很足够，然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角，
以每深 0.25mm（0.001 in）增加 1°脱模角。
6.2.5、PET
塑胶成品的肋骨，支柱边壁、流道壁等，如其脱模角能够达到 0.5°就已经
足够。
6.2.6、PS
0.5°的脱模角是极细的，1°的脱模角是标准方法，太小的脱模角会使部件难于
脱离模腔。无论如何，任何的脱模角总比无角度为佳。若部件有蚀纹的话，如皮
革纹的深度，每深 0.025mm 就多加 1°脱模角。
7、产品结构设计准则--支柱 ( Boss )
7.1、基本设计守则
支柱突出胶料壁厚是用以装配产品、隔开物件及支撑承托其他零件之用。空
心的支柱可以用来嵌入件、收紧螺丝等。这些应用均要有足够强度支持压力而不
致於破裂。
支柱尽量不要单独使用，应尽量连接至外壁或与加强筋一同使用，目的是加
强支柱的强度及使胶料流动更顺畅。此外，因过高的支柱会导致塑胶部件成型时
困气，所以支柱高度一般是不会超过支柱直径的两倍半。加强支柱的强度的方
法”尤其是远离外壁的支柱，除了可使用加强筋外，三角加强块”Gusset plate
的使用亦十分常见。
一个品质好的螺丝/支柱设计组合是取决於螺丝的机械特性及支柱孔的设
计，一般塑胶产品的料厚尺寸是不足以承受大部份紧固件产生的应力。固此，从
装配的考虑来看，局部增加胶料厚度是有需要的。但是，这会引致不良的影响，
如形成缩水痕、空穴、或增加内应力。因此，支柱的导入孔及穿孔”避空孔的位
置应与产品外壁保持一段距离。支柱可远离外壁而处或使用加强筋连接外
壁，後者不但增加支柱的强度以支撑更大的扭力及弯曲的外力，更有助胶料填充
及减少因困气而出现烧焦的情况。同样理由，远离外壁的支柱亦应辅以三角加强
块，三角加强块对改善薄壁支柱的胶料流动特别适用。
收缩痕的大小取决於胶料的收缩率、成型工序的叁数控制、模具设计及产品
设计。使用过短的哥针、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利於
收缩痕的减少；不幸地，支柱的强度及抵受外力的能力却随着增加底部弧度尺寸
或壁厚尺寸而增加。因此，支柱的设计须要从这两方面取得平衡。
1)、支柱位置
38
2)、支柱设计
39
7.2、不同材料的设计要点
7.2.1、ABS
一般来说，支柱的外径是内径的两倍已足够。有时这种方式结果支柱壁厚等
於或超过胶料厚度而增加物料重量和在表面产生缩水纹及高成型应力。严格的来
说支柱的厚度应为胶料厚度的 50-70%。 如因此种设计方式而支柱不能提供足够
强度，但已改善了表面缩水。斜骨是可以加强支柱的强度，可由最小的尺寸伸延
至支柱高的 90%。若柱位置接近边壁，则可用一条肋骨将边壁和柱相互连接来支
持支柱。
40
7.2.2、PBT
支柱通常用于机构上装配，如收螺丝、紧压配合、导入装配等多数情形，支
柱外径是内孔径的两倍就足够强壮。支柱设计有如肋骨设计的观念。太厚的切面
会产生部件外缩水和内部真空。支柱的位置在边壁旁时可利用肋骨相连，则内孔
径的尺寸可增至最大。
41
7.2.3、PC
支柱是大部份用来作装配产品用，有时用作支撑其它物件或隔开物体之用。
甚至一些很细小的支柱最终会热溶後作内部零件固定用。一些放於边位的支柱是
需耍一些肋骨作为互相依附，以增加支柱强度。
42
7.2.4、PS
支柱通常用于打入件，收螺丝，导向针，攻牙或作紧迫配合。可能情形之下
避免一支支柱而无任何支撑。应加一些肋骨以加强其强度。若支柱离边壁不
远应以肋骨将柱和边相连在一起。
43
7.2.5、PSU
支柱是用作连接两件部件的。其外径应是内孔径的两倍，高度不应超过外径
的两倍。
8、产品结构设计准则--扣位 ( Snap Joints )
8.1、基本设计手则
扣位提供了一种不但方便快捷而且经济的产品装配方法，因为扣位的组合部
份在生产成品的时候同时成型，装配时无须配合其他如螺丝、介子等紧锁配件，
只要需组合的两边扣位互相配合扣上即可。
扣位的设计虽可有多种几何形状，但其操作原理大致相同：当两件零件扣上
时，其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸缘部份推开，直至凸缘部份完
结为止；及後，藉着塑胶的弹性，勾形伸出部份即时复位，其後面的凹槽亦即时
被相接零件的凸缘部份嵌入，此倒扣位置立时形成互相扣着的状态，请参考扣位
的操作原理图。
扣位的操作原理
如以功能来区分，扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣位
的设计方便装上但不容易拆下，可拆卸型扣位的设计则装上、拆下均十分方便。
其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有适当的导入角及导出角方便扣上及
分离的动作，导入角及导出角的大小直接影响扣上及分离时所需的力度，永久型
45
的扣位则只有导入角而没有导出角的设计，所以一经扣上，相接部份即形成自我
锁上的状态，不容易拆下。请叁考永久式及可拆卸式扣位的原理图。
永久式及可拆卸式扣位的原理
若以扣位的形状来区分，则大致上可分为环型扣、单边扣、球形扣等等，其
设计可参阅下图。
46
球型扣（可拆卸式）
扣位的设计一般是离不开悬梁式的方法，悬梁式的延伸就是环型扣或球型
扣。所谓悬梁式，其实是利用塑胶本身的挠曲变形的特性，经过弹性回复返回原
来的形状。扣位的设计是需要计算出来，如装配时之受力，和装配後应力集中的
渐变行为，是要从塑料特性中考虑。常用的悬梁扣位是恒等切面的，若要悬梁变
形大些可采用渐变切面，单边厚度可渐减至原来的一半。其变形量可比恒等切面
的多百分之六十以上。
47
不同切面形式的悬梁扣位及其变形量之比较
扣位装置的弱点是扣位的两个组合部份：勾形伸出部份及凸缘部份经多次重
覆使用後容易产生变形，甚至出现断裂的现象，断裂後的扣位很难修补，这情况
较常出现於脆性或掺入纤维的塑胶材料上。因为扣位与产品同时成型，所以扣位
的损坏亦即产品的损坏。补救的办法是将扣位装置设计成多个扣位同时共用，使
整体的装置不会因为个别扣位的损坏而不能运作，从而增加其使用寿命。扣位装
置的另一弱点是扣位相关尺寸的公差要求十分严谨，倒扣位置过多容易形成扣位
损坏；相反，倒扣位置过少则装配位置难於控制或组合部份出现过松的现象。
8.2、不同材料的设计要点
8.2.1、PA
免时，特别的造模零件是可以达致以上效果。另一种可得到倒扣效果的设计
是考虑塑胶物料的特性。利用塑胶柔软的变型，将倒扣的地方强顶出模具，但通
常要注意不会把倒扣的地方括伤。以下是扣位的计算方式。尼龙的百份比在 5%
左右。脱模角大一点和倒扣的地方离底部高时是可有 10%。
8.2.2、PBT
扣位有分内扣和外扣，外扣的可利用分模面做成，内扣的可用变形方式或对
碰方式出模。内扣的可利用算式计算扣位百份率，一般在 6%左右，玻璃充填的
约在 1%左右。
48
PBT 外扣位设计方式
PBT 用对碰方式的内扣方式 PBT 内扣位设计的算法
8.2.3、POM
扣位必须为弧形或转角弧度要大，方便塑胶成品容易滑过模具表面。并且减
少脱落时应力集中的现象。内置扣位通常比外置扣位难脱模，因塑胶收缩时将模
蕊抓紧，外置式的就刚好相反而易於脱模。较高的模具温度使成品较热，易於弯
曲变形而易於顶出模具，POM 的扣位百份率可以比较大，可有 5%。
49
POM 扣位的计算方式
8.2.4、PS
基本上扣位的设计是不鼓励，但由於设计上的需要，则模具上使用凸轮、模
蕊推出或其它装置以达成设计要求。
9、产品结构设计准则--入件 ( Moulded-in Inserts )
9.1、基本设计守则
塑胶内的入件通常作为紧固件或支撑部份。此外，当产品在设计上考虑便于
返修、易于更换或重复使用等要求时，入件是常用的一种装配方式。但无论是作
为功能或装饰用途，入件的使用应尽量减少，因使用入件需要额外的工序配合，
增加生产成本。入件通常是金属材料，其中以铜为主。
入件的设计必须使其稳固地嵌入塑胶内，避免旋转或拉出。入件的设计亦不
应附有尖角或封利的边缘，因为尖角或封利的边缘使塑胶件出现应力集中的情
况。
入件的成型方式分为同步成型嵌入和成型后嵌入两种 :
(1) 同步成型嵌入
同步成型嵌入是在部件成型前将入件放入模具之中，在合模成型时塑料会将入件
包围起来同时成型。若要使塑料把入件包合得好，必先预热后才放入模具。这样
可减低塑料的内应力和收缩现象。
51
(2) 成型后嵌入
成型后嵌入是将入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有热式和
冷式，唯原理都是利用塑胶的热可塑特性。热式是将入件预先在嵌前加热至该塑
胶部件融化的温度，然后迅速的将入件压入部件上特别预留的孔中冷却后成型。
冷式一般是使用超声波焊接方法把入件压入。用超声波的方法所得到的结果比较
一致和美观，而预热压入在工艺上要控制得好才有好的效果。否则出现入件歪斜、
位置不正、塑料包含不均匀等现象形成坏品。正常情形下入件是在塑胶成品平面
对齐或有些微的在平面之上以减少塑胶内的应力。
不同直径的入件塑胶所须之最小壁厚 mm(inch)表
9.2、不同材料的设计要点
9.2.1、POM
POM 成型时，因塑料和镶入件收缩比率不而有应力产生。渐渐在镶入件的地
方发生了龟裂现象而成品破裂，以下方法可改善成品破裂现象。用温度达 90℃
左右的镶入件放于模腔内成型。模具内温度打 90℃左右。镶入件要洁净及避免
有尖角或利边。
52
9.2.2、PBT
镶入件通常是用以装配方便或维修容易为目的的，但亦有的是特殊用途如金
属扣等。为了使镶入件在塑胶成品内减低应力和因不同物料的热膨胀系数所影
响，镶入件尽量不要有尖角，防止拔出和转动的凹槽要使用简单的设计，压花的
花纹面积不要太大，压花的边要和镶件边位远离，花纹的地方要放于稳藏处。镶
入件表面不能有任何不相容的化学药品如润滑油等。在放入模具生产是使用 80
至 110℃的模温来减低成型后的内应力。
PBT 入件压花的设计
10、产品结构设计准则--洞孔 (Hole)
在塑胶件上开孔使其和其它部件相接合或增加产品功能上的组合是常用的
手法，洞孔的大小及位置应尽量不会对产品的强度构成影响或增加生产的复杂
性，以下是在设计洞孔时须要考虑的几个因素。
相连洞孔的距离或洞孔与相邻产品直边之间的距离不可少於洞孔的直径，如
孔离边位或内壁边之要点图。与此同时，洞孔的壁厚理应尽量大，否则穿孔位置
容易产生断裂的情况。要是洞孔内附有螺纹，设计上的要求即变得复杂，因为螺
纹的位置容易形成应力集中的地方。从经验所得，要使螺孔边缘的应力集中系数
减低至一安全的水平，螺孔边缘与产品边缘的距离必须大於螺孔直径的三倍。
孔离边位或内壁边之要点
10.1、穿孔
从装配的角度来看，穿孔的应用远较盲孔为多，而且较盲孔容易生产。从模
具设计的角度来看，穿孔的设计在结构上亦较为优胜，因为用来穿孔成型的边钉
的两端均可受到支撑。穿孔的做法可以是靠单一边钉两端同时固定在模具上、或
两枝边钉相接而各有一端固定在模具上。一般来说，第一种方法被认为是较好的；
应用第二种方法时，两条边钉的直径应稍有不同以避免因为两条边钉轴心稍有偏
差而引致产品出现倒扣的情况，而且相接的两个端面必须磨平。
54
10.2、盲孔
盲孔是靠模具上的哥针形成，而哥针的设计只能单边支撑在模具上，因此很
容易被溶融的塑料使其弯曲变形，形成盲孔出现椭圆的形状，所以哥针的长度不
能过长。一般来说，盲孔的深度只限於直径的两倍。要是盲孔的直径只有或於
1.5mm，盲孔的深度更不应大於直径的尺寸。
盲孔的设计要点
10.3、钻孔
大部份情况下，额外的钻孔工序应尽量被免，应尽量考虑设计孔穴可单从模
具一次成型，减低生产成本。但当需要成型的孔穴是长而窄时”即孔穴的长度比
深度为大〔，因更换折断或弯曲的哥针构成的额外成本可能较辅助的後钻孔工序
为高，此时，应考虑加上後钻孔工序。钻孔工序应配合使用钻孔夹具加快生产及
提高品质，亦可减少因断钻咀或经常番磨钻咀的额外成本及时间；另一做法是在
塑胶成品上加上细而浅的定位孔以代替使用钻孔夹具。
10.4、侧孔
侧孔往往增加模具设计上的困难，特别是当侧孔的方向与开模的方向成一直
角时，因为侧孔容易形成塑胶产品上的倒扣部份。一般的方法是使用角针”Angle
Pin〔及活动侧模”Split Mould〔，或使用油压抽哥。留意哥针在胶料填充时会
否受压变形或折断，此情况常见於长而直径小的哥针上。因模具的结构较为复杂，
模具的制造成本比教高，此外，生产时间亦因模具必须抽走哥针才可脱模而相应
增加。
55
10.5、其他设计考虑
有关孔穴在产品设计上的考虑，尚有下列各点：
1. 多级”多个不同直径但相连的孔〔的孔可容许的深度比单一直径的孔长；
此外，将模具件部份孔位偷空，亦可将孔的深度缩短，下图说明这两种方法的应
用。
多级孔或将穿孔偷空的应用方法
2. 侧孔若使用角针、活动侧模或油压抽哥必会使模具的结构复杂及增加成
本，此问题可从增加侧孔壁位的角度，或以两级的孔取代原来的侧孔得以消除侧
孔引致的倒扣，消除侧孔倒扣的方法图说明这两种方法的应用。
消除侧孔倒扣的方法
3. 洞孔的边缘应预留最少 0.4mm 的直身位，设计一个完整的倒角或圆角於
孔边在经济上或实践上都是不设实际的，可叁考洞孔边缘的设计图。
56
11、产品结构设计准则--公差 ( Tolerance )
11.1、基本设计守则
大部份的塑胶产品可以达到高精密配合的尺寸公差，而一些收缩率高及一些
软性材料则比较难於控制。因此在产品设计过程时是要考虑到产品的使用环境，
塑胶材料，产品形状等来设定公差的严紧度。除着顾客的要求愈来愈高，以往的
可以配合起来的观念慢慢的要修正过来。配合、精密和美观是要同时的能在产品
上发挥出来。
公差的精密度高，产品质素相对提高，但随之而来的是增加了成本和因达到要求
而花更多的时间。故此公差的设定可以跟随不同塑料来作一标准，以下是几种由
塑料供应商提供的塑料公差设计要点。而设计的容许公差范围是可在美国 SPI
规格内找得到。
11.2、不同材料的设计要点
11.2.1、LCP
液晶共聚物成品容许公差随着设计的复杂程度和壁厚而定。薄壁的部份经常
可以在液晶共聚物的产品上可找得到。而且液晶共聚物容许公差可是极小容许公
差的 50%。
LCP 液晶高分子设计容许公差的指南
58
11.2.2、PET
宝特龙 (PET) 的设计公差准则
59
11.2.3、POM
精密公差的标准叁考表
60
12、产品结构设计准则—结构设计准则
12.1、避免翘曲准则
翘曲现象经常出现于塑料构件中，所以塑料件的结构设计应特别注意避免这
种情况。翘曲的主要原因是由于模塑成型过程中，构件冷却不均匀，从而产生内
应力，而塑料的弹性模量一般又很低，所以这种不均匀的冷却过程非常容易引起
构件的翘曲变形。造成冷却不均匀的原因主要有三种：（1)材料分布不均匀；(2)
散热边界条件不均匀；（3)结构不对称。
壁厚不均匀的构件易出现冷却不均匀现象，从而导致构件翘曲变形，如图 2
左所示。在因构件本身功能要求的无法做到的情况下，应在两不同壁厚之间
留有缓慢的过渡段，如图 2右所示。
由于塑料的弹性模量一般很低，过厚的壁厚内部又会产生空洞等缺陷，所以
常用设置加强筋的办法来提高构件的刚度。过簿或过厚的加强筋也会导致构件的
翘曲变形，如图 3左所示。加强筋的壁厚和底板的壁厚应尽量相同，如图 3右所
示。均匀壁厚的构件也会产生翘曲变形，图 4左所示的大平板从几何形状上来说
完全均匀，但冷却不均匀：外部冷却快，内部冷却慢，板越大，不均匀越严重。
解决这个问题的方法是将平板改成拱形板，如图 4右所示，这样提高了板的抗弯
刚度，从而有助于减少或消除构件的翘曲变形。
另一种因冷却不均匀而产生翘曲变形的结构是带拐角的构件，如图 5 左所
示。拐角内外散热速度不一样，内慢外快。解决的措施是加大内拐角的散热面积，
改直角为倒角或设置一槽，如图 5右所示。如果结构措施不能满足要求，可用辅
助方法增加内拐角的相对散热速度：（1）使内拐角的环境温度低于外拐角的环境
温度；（2)在内拐角设置导热性能好的附件，比如铜片，如图 6所示。
62
图 7 所示是一塑料制的皮带轮，左边结构有翘曲变形，严重减低了构件自身
的性能质量。其原因是皮带轮上的加强筋两边不对称，改进的结构如图 7右边所
示。
12.2、细长筋受拉准则
加强筋是塑料构件中的常见结构，它们往往比较细长。塑料就其材料本身的
拉压强度而言，并无什么差别。塑料的弹性模量很低，所以易出现失稳问题，特
别是细长结构。应使细长筋尽量处于受拉状态，见图 8。这条准则和铸件优先受
压准则恰好相反，铸件由于材料的弹性模量大，即抗弯曲能力强，故通常失稳不
是问题，而内部缺陷，裂纹是主要破坏原因，所以铸件应优先于受压状态。
63
12.3、避免内切准则
有内切的结构无法直接脱模，必须用模芯、隐藏式结构或将模具分离，但这
样做增大了模具制作的复杂性和产生废品的可能性，从而增大制造成本，减低构
件质量。塑料构件的结构设计应考虑到脱模的可能和方便，应避免有内切的结构，
这就是避免内切准则。
图 9左所示结构内外都有内切问题，即不可能用一单模具制作，从而增大模
具的制造成本，其改进结构如图 9右边所示结构。
图 10 左所示结构的螺栓、螺孔结构都有内切问题。而图 10 右边所示结构从
构件性能上来说，丝毫不逊色于左边所示结构，而这种设计避免了内切问题。
塑料搭钩是常见的塑料构件。图 11 左边所示的结构有内切问题，制模较复
杂，是一不合理之设计，改进设计见图 11 右边所示结构。
侧孔结构是易产生内切问题的典型结构，如图 12 和图 13 左边所示结构。右
边结构是对应的改进方案，它消除了内切问题。
塑料螺栓的制造常有脱模之困难，图 14 左边所示螺栓结构的脱模很不方便，
若在模具分界面上切除小部分丝牙，螺栓功能并无影响，如图 14 右边所示，则
无内切问题。此外，丝牙终点不应位于模具分界面附近，否则，会产生内切问题，
如图 15 左边所示，所以应将丝牙终点置于远离模具分界面处，如图 15 右边所示。
65
12.4、避免尖锐棱角准则
两个交界面之间会产生棱角，棱角意味着几何形状不连续，此处有严重的应
力集中，并易产生裂纹。塑料材料的强度通常很低，应力集中的地方就更易损坏。
裂纹在交变应力作用下会扩展，从而产生疲劳破坏，所以塑料构件的结构设计要
注意避免尖锐棱角的产生，此即避免尖锐棱角准则。尖锐的棱角可用倒角和平缓
的过渡段代替，见图 16 和图 17。在因构件功能要求不可设计倒角和过渡段的情
况下，例如精度要求很高的直线导轨，可通过减少棱角附近的刚度的办法来减低
应力集中，如图 18 所示。
66
图 19 所示是一塑料制作的齿轮，左边所示结构的轮毅外圈是正六面体，在
将其用热套的方法安装于金属轴的过程中，常常破裂，此破坏始于正六面体的棱
角处，改成右边所示结构后，问题得以解决。
螺纹的形状应优先采用圆形和梯形，避免三角形，这样可减低缺口效应，提
高螺纹的承载能力，参见图 20 所示结构。图 21 左所示的螺纹虽系圆形，但也有
缺口效应，因为在螺纹始末处有尖锐棱角，应改为右图所示结构。
67
12.5、避免局部材料堆积准则
局部材料堆积的不良后果是：(1）内部产生空洞；(2)翘曲变形；(3)冷却时
间较长；(4)耗费材料。局部材料堆积不但不能加强构件局部的强度、刚度，反
而会使该处成为构件的薄弱环节，有百害而无一利，所以，在塑料构件，特别是
铸塑构件的设计中要切忌局部材料的堆积，这是铸塑构件设计中最基本的，最重
要的结构设计准则。这类设计错误在工程实际中经常发生，局部材料堆积严重地
影响塑料构件的质量，应特别引起机械设计师重视。
图 22 是一孔座结构，其左边所示结构是一典型局部材料堆积结构，表面上
它厚实牢靠，实则外强中干。右边所示结构因避免了局部材料堆积，所以质量高，
其承载能力反而高于左边结构。
电器中的许多传动轮是塑料制品，一般情况下它不需承担很大的力载，所以
不必将壁厚设计得很厚。图 23 左边所示结构不但浪费材料，而且易引起空洞等
制造缺陷，其改进结构见图 23 右。
图 24 所示是模塑齿轮，左图所示结构在轮齿处易引起空洞。通常这种塑料
齿轮主要用于传递运动，所以可将轮齿设计成空心结构，见图 24 右。
68
加强筋的交叉处是容易产生局部材料堆积的地方，如图 25 左所示。其改进
方法是：(1)将加强筋错位；（2）交叉节点设计成空心结构，如图 25 右所示。
在既要一定刚度、强度，又要避免局部材料堆积的情况下，应采用加强筋，
见图 26。
12.6、避免表面倒塌准则
局部表面倒塌是塑料构件的典型问题之一，它不但减低了构件的表面质量，
而且往往削弱构件的承载能力。因为局部表面倒塌往往意味着附近的内部有空洞
缺陷，表面倒塌的根本原因是冷却不均匀或塑料熔液入模不到位，冷却不均匀常
因局部材料堆积或壁厚过大所致。不少情况下局部材料堆积因结构自身功能要求
不可避免，此时为力求冷却均匀从而避免表面倒塌必须另劈途径。塑料浇铸不到
位的原因及其防治措施参见”流道畅通准则”。
塑料平板常因刚度不足而设加强筋，这种结构平板上易出现倒塌，倒塌正好
69
发生在加强筋对面。解决这一问题的方法：（l）开槽，避免局部材料堆积，见图
27；（2）加凸台，见图 28 和 29。
壁厚太大内部易产生空洞，从而进一步引发表面倒塌，其改进原则就是尽量
将构件的壁厚设计得小而匀，参见“最小壁厚准则”。图 30、图 31 和图 32 是壁
厚太大导致表面倒塌的结构例子及其改进措施。
70
表面倒塌也会发生在螺栓连接处，其原因是塑料的弹性模量小，构件受力后
已变形。其防治措施：
(1）加大壁厚；
(2)缩短螺栓，参见图 33。
12.7、提高公差精度准则
塑料构件的公差精度比之金属构件的公差精度一般来说低得多，其主要原因
是塑料材料的弹性模量小，即较软，其次是成型工艺不同。在公差精度要求高的
地方，结构设计时要注意这一特性，大尺寸而小公差的情况应避免，因为，尺寸
越大，构件累积变形越大，对公差精度的影响越大。图 34 左所示是一铰链结构，
71
两配合面之间有较大的距离，故其公差精度较低。提高公差精度的方法是将两配
合面的距离尽量缩小，见图 34 右所示结构。
图 35 左所示结构是一带有两装配孔的塑料平板，由于两孔相距较远，故要
同时满足两孔的高的装配精度是很难的。改进结构是将其中一装配圆孔变成一开
口孔，无配合精度要求，见图 35 右，这样单孔的配合精度容易提高。
带有加强筋的塑料齿轮是一常见塑料制品。在啮合精度要求高的情况下，图
36 左所示结构就不合理，因为非轴对称分布的加强筋会使齿轮圆度精度下降，
使齿轮圆实际上变成一个多边形，其改进结构如图 36 右所示。
两半模之间总是有一定的误差，所以，公差要求高的部位应尽量放置于同一
半模之中，见图 37 右所示。
72
一般而言，易变形则不利于提高公差精度：但这不绝对地意味着不利于配合
精度。图 38 左所示结构，很难获得高的配合精度，因为塑料易变形，无法保障
高的公差精度。但图 38 右边所示结构不要高的公差精度却能获得高的配合精度。
而这正借助于塑料易变形的特点，若是金属结构则根本无法装配的。
12.8、非各向同性准则
塑料有时并非象金属各向同性，这种情况下在方向上要扬长避短。例如，有
些有加强材料的塑料，其浇铸方向应和构件承载较大的方向一致，因为随熔融塑
料流入的加强纤维的轴线方向和流动方向相同。图 39 所示是一带加强筋的结构，
它由带加强纤维的塑料制成。显然，它主要的承载方向在加强筋的长度方向，所
以正确的浇铸方向也应在此方向，见图 35 右。对于半结晶体塑料也是在浇铸方
向有较高的强度。
材料性能方向性最强的当数复合材料，其纤维的布置要充分考虑构件的力流
73
方向，即纤维方向和力流方向一致。此外，在复合材料构件上的机械加工也要考
虑到材料各向异性之特点，例如层合板，层与层之间的连接强度低不宜承载。所
以机械加工不可在层合板的侧面进行，参见图 40。
12.9、避免粘合面撕扯准则
粘合是塑料构件最常见的装配方式之一，粘合界面切忌受撕扯拉力，因为粘
合界面抗撕扯能力特差，此谓避免粘合面撕扯准则。避免粘合界面受撕扯拉力原
则上有两个方法：（l）使粘合界面处于受剪状态，见图 41;(2)加附件，见图 42。
处于受正拉力状态的粘合界面的强度也不及处于受剪力状态的粘合界面的
74
强度，一方面这是因为处于受正拉力状态的粘合界面在其端部受撕扯拉力作用；
另一方面这是因为处于受剪力状态的粘合界面的交界面积一般大于受正拉力状
态的粘合界面的面积，至少很容易做到这一点。图 43 左所示板和筒体的对接粘
合，其承载能力不及右图所示的搭接粘合结构。这和金属构件焊接的设计准则准
免铆接式结构准则”恰好相反。这里再次表明塑料构件的结构设计不可盲目照搬
金属构件设计的经验。
12.10、螺栓带衬板准则
螺栓连接是另一种常见的塑料件装配方式。塑料的强度比金属的强度低得
多，通常不足以咬紧螺丝，所以尖头螺丝不可直接嵌入塑料中，见图 44 所示。
此外，平头螺栓连接或铆接式连接也应带面积较大的衬板，以资加大受力面积＊
从而减少单位面积上的紧固压力，参见图 45,46 和 47。图 48 也是用螺栓连接的
塑料构件，它附加了一金属套筒，该套筒的作用是承担螺栓的预紧力。塑料难以
承受大的预紧力，而预紧力小了螺母易自动松动。
75
0.
2～
0.
8
≥
0.
5
M12
4.2-10图
内螺纹
0.
2～
0.
8
≥
0.
5
4.2-11图
M12外螺纹
13、产品结构设计准则—其他设计注意事项
13.1、螺纹
内螺纹直径不能小于 2mm，外螺纹直径不能小于 4mm.螺距不小与 0.5mm.螺
纹的拧合长度一般不大于螺纹直径的 1.5 倍，为了防止塑料螺纹的第一扣牙崩
裂，并保证拧入，必须在螺纹的始端和末端留有 0.2-0.8mm 的圆柱形.并注意:
塑料件螺纹不能有退刀槽，否则无法脱模。
76
t
D
t
t
＞
3
4.2-12 图
13.2、嵌件
嵌入塑料件的零件，叫做嵌件。
由于用途不同，嵌件的形式不同，材
料也不同.但使用最多的是金属嵌件.
它的优点是提高塑料制品的机械强
度、磨损寿命、尺寸的稳定性和精度。
嵌件外塑料层最小厚度及回旋
体的轴及轴套嵌件形式。塑料层最小壁厚参照表 4.2-4
表 4.2-4
嵌件直径 D ≤4 >4-8 >8-12 ≥12-16 ≥16
最小壁厚 t ≥1.5 ≥2 ≥3 ≥4 ≥5
4.2-16 图4.2-15 图
t
细花纹
D
h
60° 粗花纹
t
R
hD
R
0 . 5～ 1 X 4 5°
1.
2～
2
L
1.
5～
2 D
2～
3 φ
L
2
a 图 b 图L
13.3、压花
塑料件的周围上滚花，也可以压制。
滚花必须是直的，并与脱模方向一致，滚花的尺寸可参考表 4.2-5
直径 D ≤18 ＞18-50 ＞50-80 ＞80-120 ≤18 ＞18-50 ＞50-80 ＞80-120
齿距 t 1.2-1.5 1.5-2.5 2.5-3.5 3.5-4.5 4R
半径 R 0.2-0.3 0.3-0.5 0.5-0.7 0.7-1 0.3-1 0.5-4 1.5-5 2-6
齿高 h ≈0.86t 0.8R
13.4、塑料件常用自攻螺钉预留底孔直径选择
一般情况应选用 a图结构，特殊情况可选 b图结构：
螺纹规格 φ D
ST2.2 1.7 5
ST2.9 2.4 6
78
ST3.5 2.9 7
ST4.2 3.4 9
ST4.8 4.2 11
(KT-28)4X10 3.3 9
分模线之选定
不得位于明显影响外观的位置
开模时不形成死角(undercut)的位置
位于模具易加工的位置
位于成品后加工容易的位置
位于不影响尺寸精度的位置(尺寸关系重要的部分尽量放在模具的同一
边)
开模方向和分型线
每个注塑产品在开始设计时首先要确定其开模方向和分型线，以保证尽可能
减少抽芯机构和消除分型线对外观的影响。
开模方向确定后，产品的加强筋、卡扣、凸起等结构尽可能设计成与开模方
向一致，以避免抽芯减少拼缝线，延长模具寿命。
例如：保险杠的开模方向一般为车身坐标χ方向，如果开模方向设计成与
χ轴不一致，则必须在产品图中注明其夹角。
开模方向确定后，可选择适当的分型线，以改善外观及性能。
13.5、按键配合间隙
按键间隙设计应综合考虑如下因素：
1.按键行程
2.按键类型(如导电胶,轻触开关等)
3.配合面粗糙度,最好抛光
4.拔模角,0.5-1.5 为宜,出图时最好标清楚,无后顾之忧
5.不宜有太多的过定位
6.按键长度,大小.
7.产品本身的要求
如果考虑喷漆与电镀因某些原因会返工
壳喷普通油漆,按键喷普通油漆,单边间隙 0.2~0.3mm
壳喷普通油漆,按键电镀,单边间隙 0.3~0.4mm
80
壳喷 PU 油漆,按键喷普通油漆,单边间隙 0.3~0.4mm
壳喷 PU 油漆,按键喷 PU 油漆,单边间隙 0.4~0.5mm
壳喷 PU 油漆,按键电镀,单边间隙 0.4~0.5mm
如果相关装配件的装配精度比较高,应该在保证不产生摩擦卡键的情况下把
间隙做到尽可能小,以不影响外观美感为宜.通常取值不大于 0.3.
13.6、螺丝孔防缩水结构 －火山口结构
具体请参考下图：
注： 设计时候并不需要将该结构画出，只是在模具发注会议上说明就可以了.
13.7、一体铰链
利用 PP 料的韧性，可将铰链设计成和产品一体。
作为铰链的薄膜尺寸应小于 0.5mm，且保持均匀。
注塑一体铰链时，浇口只能设计在铰链的某一侧。
13.8、注塑件的变形
提高注塑产品结构的刚性，减少变形。尽量避免平板结构，合理设置翻边，
凹凸结构。设置合理的加强筋。
81
13.9、气辅注塑
采用气辅注塑，可提高产品刚性，减少变形。
采用气辅注塑，可以避免缩印。
采用气辅注塑，可以节省原材料，缩短冷却时间。
13.10、焊接（热板焊、超声波焊、振动焊）
采用焊接，可提高联接强度。
采用焊接，可简化产品设计。
13.11、合理考虑工艺和产品性能之间的矛盾
设计注塑产品时必须综合考虑产品外观、性能和工艺之间的矛盾。有时牺牲
部分工艺性，可得到很好的外观或性能。
结构设计实在无法避免注塑缺陷时，尽可能让缺陷发生在产品的隐蔽部位。
13.12、塑料尺寸公差值
表 4.2-7
等级
1 2 3 4 5 6 7 8
基本尺寸
(mm)
(mm)
≥3 0.04 0.06 0.09 0.14 0.22 0.36 0.46 0.56
>3～6 0.04 0.07 0.10 0.16 0.24 0.40 0.50 0.
>6～10 0.05 0.08 0.11 0.18 0.26 0.44 0.54 0.70
>10～14 0.05 0.09 0.12 0.20 0.30 0.48 0.60 0.76
>14～18 0.06 0.10 0.13 0.22 0.34 0.54 0.66 0.84
>18～24 0.06 0.11 0.15 0.24 0.38 0.60 0.74 0.94
>24～30 0.07 0.12 0.16 0.26 0.42 0.66 0.82 1.04
>30～40 0.08 0.14 0.18 0.30 0.46 0.74 0.92 1.18
>40～50 0.09 0.16 0.22 0.34 0.54 0.86 1.06 1.36
>50～65 0.11 0.18 0.26 0.40 0.62 0.96 1.22 1.58
82
>65～80 0.13 0.20 0.30 0.46 0.70 1.14 1.44 1.84
>80～100 0.15 0.22 0.34 0.54 0.84 1.34 1.66 2.10
>100～120 0.17 0.26 0.38 0.62 0.96 1.54 1.94 2.40
>120～140 0.19 0.30 0.44 0.70 1.08 1.76 2.20 2.80
>140～160 0.22 0.34 0.50 0.78 1.22 1.98 2.40 3.10
>160～180 0.38 0.56 0.86 1.36 2.20 2.70 3.50
>180～200 0.42 0.60 0.96 1.50 2.40 3.00 3.80
>200～225 0.46 0.66 1.06 1.66 2.60 3.30 4.20
>225～250 0.50 0.72 1.16 1.82 2.90 3.60 4.60
>250～280 0.56 0.80 1.28 2.00 3.20 4.00 5.10
>280～315 0.62 0.88 1.40 2.20 3.50 4.40 5.60
>315～355 0.68 0.98 1.56 2.40 3.90 4.90 6.30
>355～400 0.76 1.10 1.74 2.70 4.40 5.50 7.00
>400～450 0.85 1.22 1.94 3.00 4.90 6.10 7.80
>450～500 0.94 1.34 2.20 3.40 5.40 6.70 8.60
注:1.表中公差数值用于基准孔取(+)号，用于基轴取(-)号：
2.表中公差数值用于非配合孔取(+)号，用于非配合轴取(-)号，用于非配
合长度取(±)号
13.13、塑料件成型质量问题和原因分析
质量问题 原因分析
1．飞边 注模压力过大
合模不紧
模具分型面不干净
塑料温度过高
塑件在分型面上的投影面积超出机床允许范围
模板弯曲变形
2.变形 冷却时间不足
模具温度过高或不匀
顶杆位置不合理
塑件厚度不匀
3.气泡 原料中含有水份或其他易挥发物
塑料温度过高或受热时间过长
83
注射速度过快
注射压力太小
模具温度太低
注射活塞退回太早
料筒内混入空气
4.成型不足 加料量不足
2.注射速度过慢
3.注射压力太小
4.模具温度太低
料筒及喷嘴温度偏低
塑件在分型面上的投影面积过大
回料太多
浇注系统截面积小
模具排气不良
10.注射活塞退回太早
11.料筒喷嘴被杂物堵塞
5.裂纹 退模斜度不够
模具温度太低
塑料冷却时间过长
顶出装置倾斜或不平衡
顶杆总截面太小
嵌件未预热或温度不够
6.凹痕 塑件壁厚不匀或太厚
加料量不足
料筒温度过高
注射压力太小
注射速度过慢
浇注系统截面过小或浇口位置不合理
注射及保压时间太短
质量问题 原因分析
7.表面波纹 料筒温度太低
注射速度过慢
注射压力太小
模具温度太低
浇注系统截面过小
8.脱皮、分层 不同塑料混杂
同一塑料不同级别相混
9.熔接痕 塑料温度太低
模具温度太低
注射速度过慢
4.注射压力太小
5.浇口太多
6.模具排气不良
10.银丝、斑纹 1.原料含水量过高
84
2.塑料温度太高
注射压力太小
浇注系统截面过小
5.树脂中含有低挥发物
11.黑点及条纹 塑料已分解
塑料碎屑卡在注射活塞与料筒之间
模具主浇道与喷嘴吻合不良
模具无排气孔
12.真空泡 1.模具温度偏低
塑件壁厚过于不匀
注射时间太短
13.冷块或僵块 温度太低，塑化不匀
混入杂质或不同品种级的塑料
喷嘴温度太低
没有冷料穴
塑件的重量接近设备的额定值
成型时间太短
14.尺寸不稳定 设备的电气或液压系统不稳定
成型周期不一致
浇口截面过小
加料量不匀
塑件冷却时间太短
工艺参数(温度、压力、时间)不稳定
塑料颗粒大小不一
回料与新料混合比例不匀
15.强度下降 塑料分解或降聚
成型温度太低
塑料回用次数太多
塑料含水量大
塑料混入杂质
模具温度太低
第二部分、钣金件
1、概述
本规范规定了钣金结构设计所要注意的加工工艺要求。
本规范适用于钣金结构设计必须遵守的加工工艺要求。
按钣金件的基本加工方式，如冲裁、折弯、拉伸、成型，本规范通过阐述每
一种加工方式所要注意的工艺要求，提出对钣金件结构设计的。
2、冲裁
冲裁分为普通冲裁和精密冲裁，由于加工方法的不同，冲裁件的加工工艺性
也有所不同，下面介绍冲裁的工艺性，是指普通冲裁的结构工艺性。
2.1、冲裁件的形状和尺寸尽可能简单对称，使排样时废料最少。
图2.1.1 冲裁件的排样
冲切弃料最少以减少料的浪费。如图 2.1.2，稍稍更改设计，就会得到更多
的零件，将大大节约材料。
2.2、冲裁件的外形及内孔应避免尖角。
在直线或曲线的连接处要有圆弧连接，圆弧半径 R≥0.5t。（t 为材料壁厚）
4.1 2a图 4.1 2b图图 2.1.2
86
图2.2.1 冲裁件圆角半径的最小值
冲切缺口应尽量避免尖角，如图 2.2.2a 所示。尖角形式容易减短模具使用
寿命，且尖角处容易产生裂纹。应改为如图 2.2.2b 所示。
R≥0.5t
(t 材料厚度)
图2.2.2a 图2.2.2b
2.3、冲裁件应避免窄长的悬臂与狭槽
冲裁件的凸出或凹入部分的深度和宽度，一般情况下，应不小于 1.5t(t 为料
厚)，同时应该避免窄长的切口与和过窄的切槽，以便增大模具相应部位的刃口
强度。见图 2.3.1。
图2.3.1 避免窄长的悬臂和凹槽
冲切件的形状应尽量简单，尽量避免冲切件上的过长的悬臂狭槽。
如 2.3.2 图：
对一般钢 A≥1.5t
对合金钢 A≥2t
对黄铜、铝 A≥1.2t
t—材料厚度。
2.4、冲孔优先选用圆形孔，冲孔有最小尺寸要求
冲孔优先选用圆形孔，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度
A
A
A
4.1 1图图 2.3.2
R
87
有关。冲孔时，应受到冲头强度的，冲孔的尺寸不能太小，否则容易损坏冲
头。最小冲孔直径及最小边长见 4.1—2 表
图 2.4.1 冲孔形状示例
表 2.4：冲孔最小尺寸列表
材料 圆孔直径b≥ 矩形孔短边宽b≥
高碳钢 1.3t 1.2t
低碳钢、黄铜 1.0t 0.9t
铝 0.8t 0.7t
* t为材料厚度，冲孔最小尺寸一般不小于0.3mm。
* 高碳钢、低碳钢对应的公司常用材料牌号列表见6.1、附录A。
2.5、冲裁的孔间距与孔边距
零件的冲孔边缘离外形的最小距离随零件与孔的形状不同有一定的，
见图2.5.1。当冲孔边缘与零件外形边缘不平行时，该最小距离应不小于材料厚
度t；平行时，应不小于1.5t。
图2.5.1 冲裁件孔边距、孔间距示意图
零件上冲孔设计应考虑留有合适的孔边距和孔间距以免冲裂，最小孔边距
88
最小距离
简图
c
cct
c c
tt
c c
ct
c c
t t
≥3.5tc ≥2tc≥3tc≥2tc
材料厚度
4.1 1表
t
和孔间距见表2.5。
表2.5最小孔边距和孔间距
2.6、折弯件及拉深件冲孔时，其孔壁与直壁之间应保持一定的距离
折弯件或拉深件冲孔时，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离（图
2.6.1）
图2.6.1 折弯件、拉伸件孔壁与工件直壁间的距离
2.7、螺钉、螺栓的过孔和沉头座
螺钉、螺栓过孔和沉头座的结构尺寸按下表取取。对于沉头螺钉的沉头座，
如果板材太薄难以同时保证过孔 d2 和沉孔 D，应优先保证过孔 d2。
表2.7.1：用于螺钉、螺栓的过孔
表2.7.2：用于沉头螺钉的沉头座及过孔
*要求钣材厚度t≥h。
表2.7.3：用于沉头铆钉的沉头座及过孔
*要求钣材厚度t≥h。
2.8、冲裁件毛刺的极限值及设计标注
冲裁件毛刺的极限值
冲裁件毛刺超过一定的高度是不允许的，冲压件毛刺高度的极限值(mm)见下表。
表2.8：：冲压件毛刺高度的极限值
材料壁厚 材料抗拉强度 （N/mm2）
＞100～250 ＞250～400 ＞400～630 ＞630
f m g f m g f m g f m g
＞ 0.7 ～ 0.1 0.1 0.2 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0
＞ 1.0 ～ 0.1 0.2 0.3 0.1 0.1 0.2 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0
＞ 1.6 ～ 0.2 0.3 0.5 0.1 0.2 0.3 0.1 0.1 0.2 0.0 0.0 0.1
＞ 2.5 ～ 0.3 0.5 0.7 0.2 0.3 0.5 0.2 0.3 0.4 0.0 0.1 0.1
* f 级（精密级）适用于较高要求的零件；m 级（中等级）适用于中等要求的零
件；g级（粗糙级）适用于一般要求的零件。
设计图纸中毛刺的标注要求
* 毛边方向：BURR SIDE。
* 需要压毛边的部位：COIN或COIN CONTINUE 。一般不要整个结构件断
90
口全部压毛边，这样会增加成本。尽量在下面情况使用：暴露在外面的断口；人
手经常触摸到的锐边；需要过线缆的孔或槽；有相对滑动的部位。
图2.8. 1 钣金结构设计图纸中毛刺的标注示例
3、折弯
3.1、折弯件的最小弯曲半径
板件弯曲时，若弯曲处的圆角过小，则外表面容易产生裂纹。若弯曲圆角过
大，因受到回弹的影响，弯曲件的精度不易保证。为此规定最小弯曲半径。见下
表。
表 3.1 最小弯曲半径
材 料 最小弯曲半径（R）
冷轧板、电镀锌板、
镀锌板
R≥2t
黄铜板 R≥1t
铝合金板 R≥1.2t
3.2、弯曲件的直边高度
3.2.1、一般情况下的最小直边高度要求
弯曲件的直边高度不宜太小，否则不易成形足够的弯矩，很难得到形状准
确的零件。最小高度按（图3.2.1）要求：h＞2t。
R
t
图图 3.1 最小弯曲半
91
（图 ）
h＞
2t
图3.2.1 弯曲件的直边高度最小值
特殊要求的直边高度
如果设计需要弯曲件的直边高度h≤2t,，则首先要加大弯边高度，弯好后
再加工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯（如下图所示）。
压槽
h＜
2t
图3.2.2 特殊情况下的直边高度要求
弯边侧边带有斜角的直边高度
当弯边侧边带有斜角的弯曲件时（图3.2.3），侧面的最小高度为：h=（2～
4）t＞3mm
图3.2.3 弯边侧边带有斜角的直边高度
3.3、折弯件上的孔边距
孔边距：先冲孔后折弯，孔的位置应处于弯曲变形区外，避免弯曲时孔会
产生变形。孔壁至弯边的距离见下表。
表 3.3：折弯件上的孔边距
92
3.4、局部弯曲的工艺切口
折弯件的弯曲线应避开尺寸突变的位置
局部弯曲某一段边缘时，为了防止尖角处应力集中产生弯裂，可将弯曲线
移动一定距离，以离开尺寸突变处（图3.4.1a)，或开工艺槽（图3.4.1b)，或冲
工艺孔（图3.4.1 c) 。注意图中的尺寸要求：S≥R ；槽宽k≥t；槽深L≥ t+R+k/2。
L
k
工艺孔
图3.4.1 局部弯曲的设计处理方法
凸部的弯曲
若象图 3.4.1a 图那样弯曲线和阶梯线一致，有时会在根部开裂变形。所以
使弯曲线让开阶梯线如图 b，或设计切口如 c、d那样。
93
r≥2t
n=r
a b c d
m≥2t k≥1.5t L≥t+R+k/2
图3.4.1 局部弯曲的设计处理方法
当孔位于折弯变形区内，所采取的切口形式
当孔在折弯变形区内时，采用的切口形式示例（图3.4.2）
弯曲线
弯曲线
图3.4.2切口形式示例
3.5、带斜边的折弯边应避开变形区
94
图3.5.1 带斜边的折弯边应避开变形区
3.6、打死边的设计要求
打死边的死边长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般死边最小长度L
≥3.5t+R。
其中t为材料壁厚，R为打死边前道工序（如下图右所示）的最小内折弯半径。
图3.6.1 死边的最小长度L
3.7、设计时添加的工艺定位孔
为保证毛坯在模具中准确定位，防止弯曲时毛坯偏移而产生废品，应预先在
设计时添加工艺定位孔，如下图所示。特别是多次弯曲成形的零件，均必须以工
艺孔为定位基准，以减少累计误差，保证产品质量。
工艺孔
95
图3.7.1 多次折弯时添加的工艺定位孔
3.8、标注弯曲件相关尺寸时，要考虑工艺性
图3.8.1 弯曲件标注示例
如上图所示所示， a）先冲孔后折弯，L尺寸精度容易保证，加工方便。b）
和c)如果尺寸L精度要求高，则需要先折弯后加工孔，加工麻烦。
3.8、弯曲件的回弹
影响回弹的因素很多，包括：材料的机械性能、壁厚、弯曲半径以及弯曲
时的正压力等。
折弯件的内圆角半径与板厚之比越大，回弹就越大。
从设计上抑制回弹的方法示例
弯曲件的回弹，目前主要是由生产厂家在模具设计时，采取一定的措施进
行规避。同时，从设计上改进某些结构促使回弹角简少如下图所示：在弯曲区压
制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。
图 3.9.1 设计上抑制回弹的方法示例
96
4、拉伸
4.1、拉伸件底部与直壁之间的圆角半径大小要求
如下图所示，拉伸件底部与直壁之间的圆角半径应大于板厚，即r1≥t。为
了使拉伸进行得更顺利，一般取r1=(3~5)t，最大圆角半径应小于或等于板厚的8
倍，即r1≤8t。
d
D
图4.1.1 拉伸件圆角半径大小
4.2、拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径
拉伸件凸缘与壁之间的圆角半径应大于板厚的2倍，即r2≥2t，为了使拉伸
进行得更顺利，一般取r2=(5~10)t，最大凸缘半径应小于或等于板厚的8倍，即
r2≤8t。（参见图4.1.1）
4.3、圆形拉伸件的内腔直径
圆形拉伸件的内腔直径应取D ≥d+10t，以便在拉伸时压板压紧不致起皱。
（参见图4.1.1）
97
4.4、矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径
矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径应取r3 ≥3t，为了减少拉伸次数应尽可
能取r3 ≥H/5，以便一次拉出来。
图4.4.1 矩形拉伸件相邻两壁间的圆角半径
4.5、圆形无凸缘拉伸件一次成形时，其高度与直径的尺寸关系要求
圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度H和直径d之比应小于或等于0.4，即H/d
≤0.4，如下图所示。
图4.5.1 圆形无凸缘拉伸件一次成形时，高度与直径
的尺寸关系
4.6、拉伸件设计图纸上尺寸标注的注意事项
拉伸件由于各处所受应力大小各不相同，使拉伸后的材料厚度发生变化。一
98
般来说，底部保持原来的厚度，底部圆角处材料变薄，顶部靠近凸缘处材料
变厚，矩形拉伸件四周圆角处材料变厚。
拉伸件产品尺寸的标准方法
在设计拉伸产品时，对产品图上的尺寸应明确注明必须保证外部尺寸或内部
尺寸，不能同时标注内外尺寸。
4.6.2、拉伸件尺寸公差的标注方法
拉伸件凹凸圆弧的内半径以及一次成形的圆筒形拉伸件的高度尺寸公差为
双面对称偏差，其偏差值为国标(GB)16 级精度公差绝对值的一半，并冠以±号。
5、成形
5.1、加强筋
在板状金属零件上压筋，有助于增加结构刚性，加强筋结构及其尺寸选择参
见下表。
表 5.1.1：加强筋结构及尺寸选择
在弯曲件的弯角处再作弯折，能起到筋条的加强作用。角部处加强筋的形状、
尺寸及筋间距见下表。
表 5.1.2：角部处加强筋的形状、尺寸及筋间距
L R1 R2 R3 H B 筋间距
12 6 9 5 3 16 60
15 7 12 6 4 20 70
（B—参考值）
图 5.1.1：角部处加强筋
99
5.2、打凸间距和凸边距的极限尺寸
打凸间距和凸边距的极限尺寸按下表选取。
表 5.2：打凸间距和凸边距的极限尺寸
5.3、百叶窗
百叶窗通常用于各种罩壳或机壳上起通风散热作用，其成型方法是借凸模的
一边刃口将材料切开，而凸模的其余部分将材料同时作拉伸变形，形成一边开口
的起伏形状。
百叶窗的典型结构参见图5.3.1。
100
图5.3.1 百叶窗的结构
百叶窗尺寸要求：a≥4t；b≥6t；h≤5t；L≥24t；r≥0.5t。
5.4、孔翻边
带螺纹孔的内孔翻边结构，如图5.4.1所示。
图5.4.1 带螺纹孔的内孔翻边结构示意图
表 5.4：带螺纹孔的内孔翻边尺寸参数
螺
纹
材料厚
度t
翻边内
孔D1
翻边外孔d2 凸缘高度h 预冲孔直径
D0
凸缘圆角半
径R
0.8 3.38 1.6 1.9 0.6
3.25 1.6 2.2
M3
1
2.55
3.38 1.8 1.9
0.5
101
3.5 2 2
3.38 1.92 2
1.2
3.5 2.16 1.5
0.6
1.5 3.5 2.4 1.7 0.75
1 4.46 2 2.3 0.5
4.35 1.92 2.7
4.5 2.16 2.3 1.2
4.65 2.4 1.5
0.6
4.46 2.4 2.5
1.5
4.65 2.7 1.8
0.75
M4
2
3.35
4.56 2.2 2.4 1
1.2 5.6 2.4 3 0.6
5.46 2.4 2.5
5.6 2.7 3 1.5
5.75 3 2.5
0.75
5.53 3.2 2.4
2
5.75 3.6 2.7
1
M5
2.5
4.25
5.75 4 3.1 1.25
1.5 7.0 3 3.6 0.75
6.7 3.2 4.2
7.0 3.6 3.6 2
7.3 4 2.5
1
7.0 4 2.8
2.5
7.3 4.5 3
1.25
M6
3
5.1
7.0 4.8 3.4 1.5
自攻螺钉内孔翻边结构。见下表。
表 5.4：钣金件常用自攻螺钉底孔、翻边孔直径及翻边高度
102
φ 翻边孔φ
0.35～0.5 1.8～2.3 2.1～2.5 1.2 1.7～2.2
0.8 2.4 2.5 1.6～2 2.3
1 2.5 2.6 2～2.5 2.4
0.35～0.5 2～2.6 2.3～2.9 1.2 1.8～2.4
0.8 2.7 2.9 1.6～2 2.5
1 2.8 3 2～2.5 2.6
1.2 2.9 3.1 2.4～3 2.7
1.5 3 — 3～3.6 2.8
2 3.1 — 4～4.6 —
0.3～0.5 2.1～2.9 2.4～3.1 1.9～2.6
0.8 3.1 3.3 2.9
1 3.2 3.4 3
1.2 3.3 3.5 3.1
1.5 3.4 3.6 3.2
2 3.6 — 3.4
0.5～0.8 3.5 3.8 3.4
1 3.7 4 3.5
1.2 3.8 4.1 3.6
1.5 4 4.3 3.7
2 4.1 — 3.8
0.3～0.5 2.1～2.9 2.4～3.1 1.9～2.6
0.8 3 3.2 2.9
1 3.1 3.4 3
1.2 3.2 3.5 3.1
1.5 3.3 3.6 3.2
2 3.5 — 3.4
1 4
1.2 4.2
1.5 4.3
2 4.5
ST4.8
KT-28
4X10
螺纹规格
ST2.9
ST3.5
ST4.2
KT-28
5X10
金 属 板 材
板材厚度t 钢 板 孔 径 翻边孔高度
铝合金板孔
径Φ
紧固扭矩
Nm
3.5～5.5
4～6.5
h=(2～2.5)t
6、钣金件的尺寸公差
6.1、冲切件的尺寸公差。
见下表及图 6.1.1。
表：6.1.1 冲切件的尺寸公差
圆孔Φ(H12) 长度L(JS12)
基本尺寸
下偏差 上偏差 极限偏差
≤3 ＋0.10 ±0.05
＞3～6 ＋0.12 ±0.06
＞6～10 ＋0.15 ±0.075
＞10～18 ＋0.18 ±0.09
＞18～30 ＋0.21 ±0.105
＞30～50 ＋0.25 ±0.125
＞50～80 ＋0.30 ±0.15
＞80～120 ＋0.35 ±0.175
＞120～180 ＋0.40 ±0.20
＞180～250 ＋0.46 ±0.23
＞250～315 ＋0.52 ±0.26
＞315～400 ＋0.57 ±0.285
＞400～500 ＋0.63 ±0.315
＞500～630 ＋0.70 ±0.35
＞630～800 ＋0.80 ±0.40
＞800～1000 ＋0.90 ±0.45
＞1000～1250 ＋1.05 ±0.525
＞1250～1600 ＋1.25 ±0.625
＞1600～2000
0
＋1.50 ±0.75
104
≥
图 6.1.1
6.2、弯曲件的边高 h 直线尺寸公差。
见下表及图 6.2.1。
图 6.2.1
表 6.2：弯曲件的边高 h 直线尺寸公差
弯边高度 h
≤10
＞10～
18
＞18～
30
＞30～
50
＞50～
120
＞120～
250
＞250
≤1 ±0.18 ±0.215 ±0.26 ±0.31 ±0.435 ±0.57 ±0.65极
限
偏
差
材
料
厚
度
＞1～2
±
0.215
±0.26 ±0.31 ±0.435 ±0.57 ±0.65 ±0.77
注：弯曲边长 L直线尺寸公差按 4.1—10 表规定。
6.3、弯曲件的角度公差。
见下表及图 6.3.1。
105
α±Δa
α±Δa
图 6.3.1
表 6.3：弯曲件的角度公差
角短边的长
度 L
非配合角
度偏差
Δa
最小角
度差
Δa
角短边的长度
L
非 配 合
角 度 偏
差 Δa
最小角度
偏差
Δa
＞30～50 ±2° ±45′
260～360 ±30′ ±15′＞
＞50～80 ± 1 ° 30
′
±30′ ＞360～500 ±25′ ±12′
＞80～120 ±1° ±25′ ＞500～630 ±22′ ±10′
＞120～180 ±50′ ±20′ ＞630～800 ±20′ ±9′
＞180～260 ±40′ ±18′ ＞800～1000 ±20′ ±8′
6.4、拉深件的高度 h 尺寸公差。
见下表及图 6.4.1。
图 6.4.1
表 6.4：拉深件的高度 h 尺寸公差
材 料 厚 度 t
0.5 0.5～1 1～1.5 1.5～2 2～2.5 2.5～3
拉深高度
h
极 限 公 差
3 ±0.15 ±0.18 ±0.21 ±0.25 ±0.30 ±0.33
3～6 ±0.18 ±0.21 ±0.25 ±0.30 ±0.33 ±0.36
6～10 ±0.21 ±0.25 ±0.30 ±0.33 ±0.36 ±0.40
106
10～18 ±0.25 ±0.30 ±0.33 ±0.36 ±0.40 ±0.45
18～30 ±0.30 ±0.33 ±0.36 ±0.40 ±0.45 ±0.51
30～50 ±0.46 ±0.50 ±0.60 ±0.70 ±0.90 ±1.10
50～80 ±0.5 ±0.60 ±0.70 ±0.90 ±1.10 ±1.30
80～120 ±0.7 ±0.80 ±0.90 ±1.10 ±1.30 ±1.50
注：拉深边长 L直线尺寸公差按 4.1—10 表规定。
6.5、冲切件的断面粗糙度。
见下表。
表 6.5：冲切件的断面粗糙度
材料厚度 t ≤1 ＞1～2 ＞2～4
粗糙度
6.6、冲切件的毛刺允许高度。
见下表。
表 6.6：冲切件的毛刺允许高度
材料厚度 t 试 模 批量生产
～0.35 ≤0.015 ≤0.05
0.5～1.2 ≤0.03 ≤0.1
1.5～2.5 ≤0.05 ≤0.15
3～4 ≤0.06 ≤0.18
7、附录
7.1、附录 A：
表7.1：高碳钢、低碳钢对应的公司常用材料牌号列表
序 材料种类 图纸标注 实际可使用 材料规格 材料大
107
号 牌号 的材料牌号 （mm） 类
耐指纹电镀锌钢板 DX2 SECC-N2 MSE-CC-U 低碳钢
热浸锌板 DX2 GI St02Z 低碳钢
覆铝锌板 DX2 CS （TAPE A） 低碳钢
耐指纹电镀锌钢板 DX2 SECC 低碳钢
磷化镀锌钢板 DX2 SECC-P； BLCE+Z-P 低碳钢
冷轧钢板 08 SPCC 低碳钢
磷化镀锌钢板 08 SECC-P 低碳钢
韩国镀锌钢板 08 SECC 低碳钢
冷轧钢板 08 08F 低碳钢
冷轧钢板 08 08 低碳钢
冷轧钢板 08 10F 低碳钢
冷轧钢板 08 10 低碳钢
冷轧钢板 08 15F
0.8 ,
1.0 ,
1.2 ,
1.5 ,
2.0 , 2.5
低碳钢
热轧钢板 Q235A Q235A 低碳钢
热轧钢板 Q235A 20 低碳钢
热轧钢板 Q335A 35 低碳钢
热轧钢板 Q235A 25
3.0 ，
4.0 ，6.0
低碳钢
镀锡钢板（马口铁） E1-T52 SPTE 2.8/2.8 T-2.5 0.4 低碳钢
弹簧钢板（热轧） 65Mn 65Mn 0.1 高碳钢
弹簧钢板（热轧） 65Mn 60Si2Mn 0.1 高碳钢
不锈钢板 (冷轧) 1Cr18Ni9 SUS302 0.2 , 0.3 低碳钢
不锈钢板/带 (冷轧) 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0.2 , 0.3 低碳钢
不锈钢板/带 (冷轧) 1Cr18Ni9 0Cr18Ni9 0.2 , 0.3 低碳钢
不锈钢带 (冷轧) 1Cr17Ni7-Y SUS301 0.06，0.08，0.1 高碳钢
不锈钢带 (冷轧) 1Cr17Ni7-Y 0Cr17Ni7Al(沉淀硬化)
0.06，
0.08，0.1 高碳钢
不锈钢带 (冷轧) 1Cr17Ni7-DY SUS301 0.08 高碳钢
108
不锈钢带 (冷轧) 1Cr17Ni7-DY 1Cr17Ni7 0.08 高碳钢
不锈钢带 (冷轧) 1Cr17Ni7-DY 0Cr18Ni9 0.08 高碳钢
7.2、附录 B：
压印工艺、压花工艺简介
压印、压花工艺在钣金件上应用很多，包括标签粘贴位置指示、产品编码、
生产日期、版本、厂家代号、甚至图案等，都可以利用这两种工艺进行加工。
压印工艺
压印是使材料厚度发生变化，将挤压的材料充塞在有起伏的模腔内，使零件
上形成起伏花纹或字样。
一般情况下是在封闭模中进行，以免金属被挤到模子型腔外面；对于比较大
的零件或形状特殊成形后进行切边的零件，可在敞开模中进行。为使零件得到良
好的表面质量，成形前应将毛坯进行退火、酸洗、喷砂等处理。
压花工艺
压花工艺与压印类似，只是变形的深度较小，所需的压力也较小。压花的方
法，深度h≤(0.3~0.4t)时，在光面凹模上进行；深度h>0.4t时，在带有与凸模
配合的相应凹槽的凹模上进行，其凹模的宽度要比凸模上的大一些，深度要比凸
模上的浅。
第三部分、切削件结构设计准则
1、概述：
机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就是设计所应该满足的约束
条件。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。 例如振动会产
生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，
将发生共振现象，这时振幅将急剧增大，有可能导至零件甚至整个系统的迅速损
坏。振动性稳定准则就是限机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就设
计所应该满足的约束条件。
一、技术性能准则
技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，
也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗
摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必
须达到规定的要求。
例如振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零
件的固有频率时，将发生共振现象，时振幅将急剧增大，有可能导致零件甚至整
个系统的迅速损坏。
振动性稳定准则就是机械系统或零件的相关振动数，如固有频率、振幅、
噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应
变，甚至会造成热损坏。热特性准则就是各种相关的热参数(如热应力、热
应变、温升等)在规定范围内。
二、标准化准则
与机械产品设计有关的主要标准大致有：
概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准；
实物形态标准化：零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，
都应按统一的规定选用。
方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。标准
化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。现已发
布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为家标准、行业标
110
准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两
种。
三、可靠性准则
可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功
能的概率。
可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。
四、安全性准则
机器的安全性包括：
零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、
过度磨损和不丧失稳定性等等。
整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。
工作安全性：指对操作员的保护，保证人身安全和身心健康等等。
环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。
2、便于退刀准则
便于退刀准则就是应使切削刀具在完成了一加工面的加工任务后能方便地
离开该处,以免刀具和工件碰撞或损坏已被加工过的表面,保证加工全程顺利进
行。方便地退刀可节省加工时间,从而达到降低加工成本的目的。对于磨削加工,
如果在砂轮行程终点无退刀可能,则行程终点受磨时间长、发热多,这样可能形成
二次淬火,产生磨削裂纹,退刀槽是最常见的方便退刀的结构设计措施。
图 1a 所示的轴需研磨加工,在轴的台阶处砂轮无法退出。此外,台阶处的过
渡圆弧加工也困难,改进结构见图 1b 所示。
图 2a 所示的结构锥面两端点退刀困难,耗费工时,改进结构见图 2b。
图 3a 所示的结构有两个不合理之处:一是加工螺纹时无退刀槽,二是圆形轴
端面加工困难。改进结构见图 3b。
加工盲孔内螺纹时,在其终点也要留有足够的退刀槽(见图 4b)。
铣、刨削加工同样要保证退刀的可能。否则,不能保证加工全程正确进行(见
图 5和图 6)。
111
（a）不合理结构（b）改进结构
图 1
（a）不合理结构（b）改进结构
图 2
（a）不合理结构（b）改进结构
图 3
（a）不合理结构（b）改进结构
图 4
3、减少加工量准则
减少加工量意味着减少加工时间,也可节省原材料,从而可降低构件制造成
本。因此,切削构件的设计应使其在加工成形过程中的切削量尽量地少,此谓减少
切削量准则。那么如何来实现这一目标呢?
常用的方法有:
(1)选择合适的毛坯,使毛坯的形状尽量地接近构件的形状。例如,在设计要
求有较大内外径的切削构件时,在保证其功能要求的前提下,应使其结构设计得
可直接采用管材,图 7a 所示结构因右半部的壁厚大于通常的管材壁厚,所以不能
112
直接使用管材,这样切削加工量很大,在同样能满足构件的功能要求的前提下(往
往在实际中是可行的),应设计成图 7b 所示结构,这种结构改进设计方法确实简
单得一目了然,但其效果却是显著的。方法只是手段,其价值体现于应用的需求和
效果,这是机械设计师应牢固树立的工程概念。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 5
（a）不合理结构（b）改进结构
图 6
（a）不合理结构（b）改进结构
图 7
(2)采用组合部件。例如图 8a、图 9a 所示结构都有切削量过大的问题,其解决办
法是将单一的整体结构改进为由多个单件组成的组合结构,见对应的图 b所示结
构。
113
（a）不合理结构（b）改进结构
图 8
（a）不合理结构（b）改进结构
图 9
(3)平缓过渡,除非功能的要求,否则应避免突然的截面变化。图 10a 所示的结构
切削加工量较大,且受力状态不良,在不妨碍功能的前提下,应改为图 10b 所示结
构。
(4)减少行程。图 11 所示结构需铣削加工凹槽,为减少铣刀的行程(如虚线所示)
应将凹槽数设计为奇数,见图 11b 所示结构。图 12 是一要刨削加工的底座平面,
图 b所示结构的行程比 a图所示的少。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 10
（a）不合理结构（b）改进结构
图 11
114
（a）不合理结构（b）改进结构
图 12
4、可靠夹紧准则
任何切削件在加工过程中都必须毫无例外地被牢牢夹紧,否则无法被加工或
不能保证加工精度的要求,甚至可能因工件意外飞出,酿成事故。故在设计切削构
件的结构时,不仅要考虑构件自身的功能要求,还要考虑构件的加工过程,后者牵
涉到其工艺是否可行,精度能否满足,成本能否降低,质量是否可靠,而这些才是
决定产品市场竞争力的关键所在。
图 13～16 的 a 图所示结构都有一共同问题:过小的夹紧面。这些结构只有在切削
量小的时候才可能被合乎要求地加工出来,反之会出现上述种种问题,所以应将
它们改进成相对应的图 b所示的结构。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 13
（a）不合理结构（b）改进结构
图 14
115
（a）不合理结构（b）改进结构
图 15
（a）不合理结构（b）改进结构
图 16
5、同一夹紧工序准则
同一构件上的两切削加工面若不是在同一夹紧工序下被加工完成,则它们之
间的位置公差精度难以提高,此外多次拆装也加长了加工时间,提高了制造成本,
所以应尽量使构件在同一夹持条件下被加工完成,即为一次成形准则。
图 17a 所示结构的位置公差精度很难满足,其原因是标有位置公差精度的两
加工面无法在同一夹持条件下被加工,而 b 图因可用顶针或因有一额外的夹紧面,
两加工面可在同一夹紧条件下被加工。
为保证一次成形,应使切削件结构的尺寸单向变化,如图 18 所示。且应尽可
能使轴径依次变大,孔径依次变小,这在大批量生产时更显优势。
图 19 是一轴承座。图 a 所示结构两孔因中间有凸台,不能一次被加工出来,
改进的结构是去掉凸台,当挡环代之(见 b图)。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 17
（a）不合理结构（b）改进结构
图 18
116
（a）不合理结构（b）改进结构
图 19
6、便利切削准则
便于切削通常有两类措施:
(1)使用简单形状。一般而言,球面、锥面结构应尽量避免,而优先使用柱面
结构。图 20a、图 21a 所示结构看上去比图 b所示的结构简单,实则不然,图 b所
示的结构用车削加工能加工全长,而图 a所示的结构要进行几次加工。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 20
（a）不合理结构（b）改进结构
图 21
(2)内外有别。图 22 左边所示结构外表面的圆弧形状很难加工,应改为倒棱,而内
角设计成圆弧形状则容易加工,如图 b所示结构。此外,应尽量避免在结构内部加
工键槽或高精度配合(如图 23)所示。
117
（a）不合理结构（b）改进结构
图 22
（a）不合理结构（b）改进结构
图 23
7、减少缺口效应准则
由于构件功能之要求,很多车削加工的轴上设计有凸台、挡肩、环形槽、径
向穿孔等结构。这些结构通常有缺口效应,是疲劳裂纹的策源地,也是轴疲劳损坏
的重要原因。因此,应设法避免至少是减低这类缺口效应,通常的结构方法有三种
及其组合:
(1)不同截面之间平缓过渡(如图 25 所示);
(2)减低缺口周围刚度(如图 24～图 28 所示);
(3)避免尖锐棱边(如图 29、图 30 所示)。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 24
（a）不合理结构（b）改进结构
图 25
（a）不合理结构（b）改进结构
118
图 26
（a）不合理结构（b）改进结构
图 27
（a）不合理结构（b）改进结构
图 28
（a）不合理结构（b）改进结构
图 29
（a）不合理结构（b）改进结构
图 30
8、避免斜面开孔准则
在倾斜面,尖角部位上钻孔难定位。刀具出口孔端若是斜面则可能因周边约
束条件不均匀使孔弯曲（见图 31～图 33）。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 31
119
（a）不合理结构（b）改进结构
图 32
（a）不合理结构（b）改进结构
图 33
9、贯通孔优先准则
贯通孔通常比盲孔易加工,加工质量易提高。图 34a 所示结构,刀具只能是悬
臂式支承,此时刀具会产生较大的变形,从而使孔的加工精度下降。在两孔间距较
大时,甚至会出废品。图 b所示结构使刀臂两端支承成为可能。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 34
10、孔周边条件相近准则
孔周边的约束条件由材料的弹性,构件的形状和支承情况决定。如果在周边
约束条件相差很大的地方钻孔,则钻头将退让到加工抗力小的一侧,从而钻出弯
孔。钻眼镜孔时,已加工好的孔要装入同样材质的镶块,使全周约束条件重新一样
后再加工第二个孔(见图 35～图 37)。
（a）不合理结构（b）改进结构
图 35
（a）不合理结构（b）改进结构
120
图 36
（a）不合理结构（b）改进结构
图 37
第四部分、铸件结构设计规范
这里拟推荐的 10 条铸件结构设计准则是针对机械设计师的工作特点，从剖
析大量不合理的实际结构中提炼出来的。为便于对所述设计准则的理解掌握，还
列举了若干正反两方面的典型工程结构实例。
1、最小壁厚准则
铸件壁厚应尽可能的小，大的实体结构尽量用空腔结构倒换，见图（1），这样既
省材料，又有利于提高浇铸质量，因为厚壁处气泡易停留，易导致铸造缺陷，降
低构件质量，大平面等构件如需要加强四度强度，也不应采取加大壁厚的方法，
而应通过加筋，设置凹槽或将平面做成拱形的途径，见图（2），但铸件壁厚也不
能小于其极小值（参阅流动畅通准则）。
2、筋长方向柔性准则
加筋结构是铸件常见结构，加强筋既能有效地提高铸件的强度、刚度，同时又能
节省材料，特别是借助加强筋，可避免大的铸件壁厚，从而有利于提高浇铸质量
122
（参阅最小壁厚准则），但设置加强筋时，要注意铸造工艺的特点，避免在冷却
过程中因收缩不一致而产生内应力和裂纹，其做法是：提高筋在其长度方向的柔
性，避免直长筋，因为直长筋在其长度方向刚度大，不利于自由变形，易引起内
应力和变形，避免直长筋的具体措施有：
1）、蜂窝状加强筋，见图 3
2）、斜弯加强筋，见图 4；
3）、加也筋错位，见图 5；
4）、加强筋切断，见图 6
123
3、避免局部材料堆积准则
用增加材料的方法来提高构件强度、刚度是机械构件设计中最基本的方法，但铸
件的壁厚不宜大，恃别是在铸件中切忌局部材料的堆积，其不良后果之一是造成
构件壁厚不同，则其冷却速率相异，不同冷却速率的地方会产生铃造应力、变形
和裂纹，另外，由于在铸件冷却过程中，体积收缩的缘故，局部材科堆积处会产
生空洞，造成缺陷，可见，局部材料堆积不但不能加强构件此处的强度，刚度．反
而会使该处成为构件的薄弱环节，因而铸件的壁厚不能有大的差异，见图 7
4、良好的受力状态准则
铸件结构设计应不例外地遵循所有结构设计中应遵循的强度、刚度原则，尽量减
低应力水平和变形量，保待良好的受力状态比如．避免应力集中，图 8（右）所
示结构受力状态明显好于左边的结构（力流最短路径准则）。此外，铸件设计还
有其特殊点：
(1）铸件优先受压 铸铁抗压强度明显高于其杭拉强度。因此铸件设计时，在强
度要求高的区域，尽量使其受压力作用。图 9是一受内压容器，平板封头应相内
凸（右），以便减少封头拉应力．图 10 所示为一支承臂，右边结钩使加强筋板处
千压应力状态。
124
125
(2)局部加强 铸件多为板壳结构因此，集中力作用点要局部加强，以免板壳受过
大的弯曲载荷，如图 1l
5、便利模具制作准则
模具制作是铸造工艺中很复杂的一道工序，形状超复杂，模具制作越困难，
成本越高，复杂的模具也会增大保证成形质量的难度，因此铸件至应有利于模具
的制作，具体措施有：
（1）结构本身形状简单，在不妨碍构件功能要求的前提下，尽量使结构形状简
单，易于加工．比如必要的曲面应优先采用圆形、圆柱形或锥形，通常，桂面比
平面易加工，如图 12 所示
126
(2)避免隐蔽分离部分，如图 13 所示
(3）圆角尺寸统一，优先采用对称形状，如图 14 所示。
（4）尽最少用模芯，所用模芯形状简单．便于定位，图 15 所示左边结构需 5
只模芯；而右边结构只需一只模芯图 16 左边结构需要复杂的模芯盒，而右边结
构只要一个廉价的车削的模芯．图 17 右边结构易于定位．
127
(5)复合结构，大或复杂的结构分成多个简单结构，如图 1&所示
128
6、脱模方便准则
铸件结构设计应考虑到脱模的可能和方便，脱模困难会导致铸件废品率上
升，方便脱模的具体措施有：
（l）留有脱模斜度，如图 19 所示
(2)分界面位于最大膨胀的表面，如图 20 所示：
(3)避免有内切的结构，有内切的结构无法直接脱模，必须用模芯、隐藏式结构
或将模具分离，但这样做增大模具制作的复杂性，以及产生废品的可能性，如图
21 所示．
129
7、流动畅通准则
保证铁水畅通地流到铸件里每一处，这是铸件设计的基本要求，否则在铸件
里会产生空穴，轻则减低铸件质量，重则出废品因此铸件结构设计时，应尽量有
利于铁水的畅流具体措施有：
(1)足够大的流道横截面，横截面小，流动阻力大，流道长，流动阻力大，
这种情况下铁水难充满整个浇铸空间．因此铸件，特别是大尺度铸件，要注意壁
厚即流道横截面不得小于其最小值，最小壁厚的确定取决干构件的公称尺寸和材
料，见图 22
(2)流道逐渐变小，流道横截面即铸件壁厚若小则在浇铸过程中硬化快，因
此流道上游横截面至少不能小于其下游横截面，流道的变化可沿着流遁方面逐渐
变小，见图 23
(3)流道留有坡度，借助重力作用，加强流动动力，见图 24.
130
8、便于排气准则
停留在流道中的气泡会导致铸件空穴，足以使铸件成为废品。因水平流道易
使气泡停留，应尽量避免之，见图 25。空腔中的气体，受热膨胀，因此应在封
闭的空腔上留有排气孔，见图 26.
9、清除表皮方便准则
清除铸件表皮是一费时的工序，也是增加制造成本的一个因素，在铸件结构
设计时应考虑如何减低这方面的消耗首先是尽量避免铸件表皮清除的需要，比如
不留通孔，虽然这样多了一点材料消耗，但往往微不足道，图 27 右边的结构比
左边的结构可节省 35％的表皮打磨工作量，对于不能避免的地方，应留有足够
大的孔，方便操作，见图 28.
131
10、便于切削加工准则
虽然铸件往往几乎是成品但一定的后继切削加工还是常有的，因此在铸件设计过
132
程中要顾及后继切朗加工的方便，例如
(1)减少切削加工量，见图 29.
(2)留有足够的加工余量，见图 30
(3)钻孔面水平，见图 31。
(4）留有凸台，便于夹紧，切削加工时可靠，见图 32.
第五部分、结构件电磁兼容设计规范
1、概述：
本规范规定了结构件电磁兼容设计（主要是屏蔽和接地）的设计指标、设计
原则和具体设计方法。
本规范适应于结构设计人员进行结构件的电磁兼容设计，目的是规范机电协
调中电磁兼容方面的内容，指导结构设计人员正确地选择方案和进行详细设计。
下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。在标准出
版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用
下列标准最新版本的可能性。
GJB 1046《舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求和方法》
GJB 1210《接地、搭接和屏蔽设计的实施》
GJB/Z 25《电子设备和设施的接地搭接和屏蔽设计指南》
MIL-HDBK-419 《电子设备和设施的接地搭接和屏蔽》
IEC 61587-3 （草案）《第三部分：IEC 60917-... 和IEC 60297-... 系列机箱、
机柜和插箱屏蔽性能试验》
《结构件分类描述优化方案及图号缩写规则》
术语本规范中的专业术语符合IEC50-161 《电磁兼容性术语》的规定。
2、设计程序要求
对于有EMC要求的项目的开发程序，在遵守部门现有的结构造型设计
流程基础上，提出以下特殊的要求：
所有需要考虑屏蔽的A类项目以及产品定位为海外市场的所有项目，必须通
过EMC方案评审后才能进行详细的设计；
对于C级以上屏蔽等级（具体级别划分见5.1）要求的项目，方案评审时必
须提交详细的EMC设计方案（包括屏蔽体的详细结构和具体处理措
施）；
对于C级以上屏蔽等级的项目，样机评审时必须提交屏蔽效能测试报告；
除通用结构件（例如19\\\"标准机柜）外，如果样机的屏蔽效能测试结果达不
到设计
134
指标的要求，只要整机（产品）的EMC测试中相应指标符合要求，结构件
可以不要求再作优化。
3、屏蔽效能等级
3.1、屏蔽效能等级的划分
一般结构件的屏蔽效能分为以下六个等级，各级屏蔽效能指标规定如
下：
E级：30-230 MHz 20 dB；230-1000 MHz 10 dB
D级：30-230 MHz 30 dB；230-1000 MHz 20 dB
C级：30-230 MHz 40 dB；230-1000 MHz 30 dB
B级：30-230 MHz 50 dB；230-1000 MHz 40 dB
A级：30-230 MHz 60 dB；230-1000 MHz 50 dB
T级：比A级高10dB或者以上，和／或对低频磁场、1GHz以上平面波屏蔽效
能有特殊需求。
屏蔽效能等级由高至低分别为：T级→A级→B级→C级→D级→E级。一
般统称T级和A级为高等级屏蔽效能，B级和C级为中等级屏蔽效能，D级和E
级为低等级屏蔽效能。
一般结构件只需要注明需要达到哪一级即可，但是选用T级时需要注明
具体的指标要求和其他特殊要求。
3.2、屏蔽效能测试标准
所有结构件，无论结构尺寸是否采用IEC297 标准（即19\\\"标准），在
30-1000 MHz范围内的屏蔽效能测试一律采用IEC61587-3 作为测试标准。
对于屏蔽体内部空间小于300×300×300的结构件，由于其净空间太
小，不能按照IEC 61587-3 的标准进行测试，其屏蔽效能只能参照结构形
式相同的同系列产品的测试结果。
低频磁场和高于1GHz平面波的屏蔽效能测试标准依照EMC实验室的测
试规定。
135
3.3、屏蔽效能等级的确定
a)、选用屏蔽效能等级的要求
一般结构件最高选B级屏蔽等级，有特殊需求时允许选到A级。如果要
求选用T级屏蔽等级，应该报总体组评审并批准，这时应该组建专门的EMC
攻关小组解决问题。选用T级屏蔽效能等级一般用于以下场合：
电源设备（一次/二次电源、逆变器等）有特殊需求时，可以专门要求
低频磁场性能指标。这时应该考虑采取导磁性能良好的材料以提高
结构件的磁屏蔽性能；
电源设备（一次/二次电源、逆变器等）与磁敏感元器件（例如显示器）
安装在一起，必要时可以提出磁场屏蔽效能要求，实现磁场的隔离，
保证敏感元器件的正常工作；
当系统EMC测试不能通过，且判定是结构件的屏蔽问题时，或者现有产
品为了通过EMC 测试，必须提高结构件的屏蔽效能（这时往往其他
部分难以改动），这时允许提出特殊指标要求。
b）、屏蔽效能等级确定方法
具体项目设计时选择结构件屏蔽效能的等级应该根据不同情况区别对
待：
对于已有产品为实现电磁兼容而进行优化，可以先对现有系统进行测
试，根据系统辐射发射以及辐射敏感度与标准要求之间的差距，得
出结构件在各种频率下的屏蔽效能要求，并加6-10dB的安全余量，
从而确定出结构件的屏蔽效能等级。
对于新开发的产品，应该在硬件规格说明书中明确系统的EMC指标要
求，并在硬件总体设计方案（如无，写在硬件规格说明书中）中明
确结构件的屏蔽方案、屏蔽效能等级要求以及接地方式等EMC要求。
对于新开发的产品，如果无法分解结构件的屏蔽效能指标或者存在争
议，从经济性角度出发，可以先按照以下原则选择：
i.工作频率不超过100MHz的产品一般选用D级或者E级；
ii.无线产品或工作频率超过100MHz的产品可以选B级或者C级；
136
iii.只有在要求特别高时才选用A级；
iv.慎重选用T级，实现存在较大的技术困难，而且结构件的成本将
十分高。
c）、屏蔽效能指标的默认意义
结构件屏蔽效能的指标如果不特殊说明，其默认的意义是：按照IEC
61587-3 作为测试标准，在30-1000MHz范围内的最低屏蔽效能值。
3.4、成本控制
相对于类似结构的非屏蔽结构件，不同屏蔽效能等级的结构件成本允许增加：
E级：0.25倍
D级：0.5倍
C级：1倍
B级：2倍
A级：3倍
T级：4-5倍或者更高
例如，如果一个非屏蔽机柜成本为3000元/台，那么达到E级的屏蔽等级，该
机柜的成本允许达到3750元/台，D级的屏蔽要求允许达到4500元/台，C级的屏蔽
要求允许达到6000元/台，B级的屏蔽要求允许达到9000元/台，A级的屏蔽要求允
许达到12000元/台，而T级的成本将会是十分惊人的。
4、屏蔽设计指引
4.1、屏蔽设计的基本原则
屏蔽体结构简洁，尽可能减少不必要的孔洞，尽可能不要增加额外的
缝隙；避免开细长孔，通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏蔽和散
热有矛盾时尽可能开小
孔，多开孔，避免开大孔；
足够重视电缆的处理措施，电缆的处理往往比屏蔽本身还重要；
足够细心，电磁兼容设计必须注意每一个小环节，稍不注意就可能功
137
归一篑；
屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素，相对而言，
材料本身屏蔽
性能的影响是微不足道的（低频磁场例外）；有强烈的成本意识，注
意高性能是以高成本为代价的。
4.2、屏蔽方案的选择
4.2.1、屏蔽方案的类别
为了使产品实现电磁兼容，采取屏蔽措施的方案按照屏蔽级别的不同可以分
为：PCB板、元器件、模块、插箱/子架、机柜等屏蔽。PCB板、元器件级别的屏
蔽由于已经超出结构设计的范围，本文不介绍。
模块屏蔽
模块屏蔽是指将一些辐射大或抗干扰能力差的单板或模块，单独安装在屏蔽
盒中。模块屏蔽不但容易实现，成本低，而且可以减弱单板或模块之间的相互干
扰，实现系统内部模块之间的电磁兼容。模块屏蔽是一种综合性能比较理想的解
决方案，推荐在大多数产品中应用。
插箱/子架屏蔽
插箱/子架屏蔽与模块屏蔽有一些类似，只是屏蔽体是插箱/子架。相对机柜
级屏蔽，插箱/子架级屏蔽最大的优点是可以在出线的接插件上面采取措施屏蔽，
从而避免了电缆采取屏蔽措施。插箱/子架屏蔽也是一种比较理想的屏蔽方式。
机柜屏蔽
机柜屏蔽是指在机柜上面采取措施实现屏蔽。由于机柜中不可避免存在各种
缝隙，机柜的屏蔽效能一般不能太高。另外许多系统中线缆多，往往造成机柜屏
蔽失败的主要原因正是电缆。机柜屏蔽方案中需要特别注意电缆的屏蔽措施，一
般可以采取屏蔽电缆或者转接等方式。
4.2.2）、选择屏蔽方案
对于产品应该选用什么屏蔽方案，应该考虑成本、技术难度以及操作性等其
他方面的综合因素，一般应该参照以下原则：
最好采取综合的方案，即根据实际情况，综合选用不同级别的屏蔽方案，达
到综合性能最优的目的；
对于进出线缆十分多的系统，最好采用模块屏蔽或者插箱/子架屏蔽，慎重
138
使用机柜级屏蔽方案；
对于要求特别高的产品，可以采用多级屏蔽的方式，即模块屏蔽加插箱/子
架屏蔽，还可以加机柜屏蔽。这样每级屏蔽性能要求都不高，技术上比
较容易，综合屏蔽效果却十分好，而且成本也不高。
4.3、缝隙的屏蔽
两个零件结合在一起，结合面的缝隙是影响结构件屏蔽效能的主要因素。如
果不安装屏蔽材料，结构方面影响缝隙屏蔽效能的因素主要有：缝隙的最大尺寸、
缝隙的深度等。如果缝隙中安装屏蔽材料，缝隙的屏蔽效能还与屏蔽材料自身的
特性有关。在实际设计中缝隙的最大尺寸与以下因素有关：紧固点的距离、零件
的刚性、结合面表面的精度等。
紧固点的距离
紧固点的紧固方式包含采取螺钉连接、铆接、点焊以及锁等使两个零件的结
合面结合在一起之类的措施。实际设计中，由于其他因素往往会受到，紧固
点的距离一般就直接决定了缝隙的最大尺寸，是影响缝隙屏蔽效能的最主要因
素。由于目前尚无实用的计算方法计算缝隙的屏蔽效能，紧固点的距离只能从经
济性和可操作性的角度考虑，按照以下经验数据取值：
i.中、低等级（C级以下）屏蔽效能取50-100mm；
ii.高等级（C级以上）屏蔽效能取20-50mm。
具体取值还需考虑缝隙的深度以及结合面零件的刚性等因素。例如，当折弯
次数多或者采用型材时，由于零件的刚性好，可以取大值；如果仅仅是单层钢板
（或铝板）直接压紧，由于刚性差，应该取小值。
如果紧固点太多导致存在装配工艺性差等困难，建议在缝隙中安装屏蔽材
料，从而减少螺钉的数量。
零件的刚性
当紧固点距离不变时，结合面零件的刚性好，则缝隙的最大尺寸更小，因此
提高零件的刚性可以提高缝隙的屏蔽效能。增加零件刚性的常用措施有：采用型
材、增加板材厚度，增加折弯次数等等。
缝隙的深度
增加结合面缝隙的深度可以大大提高缝隙的屏蔽效能，其作用要明显大于减
139
小紧固点的间距。对于钣金件一般推荐缝隙的深度是板厚的10-15倍。因为实际
设计中往往会受到其他因素的，该指标仅为参考数值，设计人员在设计过程
中应尽量增加结合面缝隙的深度。
另外，对于同样的紧固点数量，双排紧固点（相互错位）会比单排的屏蔽效
能要好得多，因此在设计中，可以考虑采取双排紧固的方式。
结合面表面精度
结合面的表面精度（粗糙度、平面度等）对缝隙的屏蔽效能也有影响。但是
由于涉及到工艺水平以及加工设备的精度等难以改变的因素，实际设计中一般不
对零件的表面精度提出特殊要求。
屏蔽材料的特性
当缝隙的屏蔽效能要求较高，或者实际结构中不允许有太多紧固点时（例如
门的缝隙），应该在缝隙中安装屏蔽材料。这时，缝隙的屏蔽效能主要与屏蔽材
料的屏蔽性能、屏蔽材料的安装形式以及屏蔽材料的压缩量有关：
i.屏蔽材料本身的屏蔽性能直接决定了缝隙的屏蔽效能，因此一般尽可能选
用屏蔽性能好的材料。屏蔽材料的选用将在7.4节中详细阐述。
ii. 屏蔽材料的安装形式对屏蔽效果有很大的影响，如下图所示的三种
安装形式对屏蔽效能的影响是十分明显的。方案一所示的安装形式缝隙的屏蔽主
要依靠屏蔽材料的屏蔽效果；而方案二的屏蔽除了屏蔽材料外，紧固的缝隙提供
了另一条屏蔽的途径，其屏蔽效国要比方案一好得多；至于方案三，由于比方案
二又多了一层屏蔽，效果自然比方案二好。安装屏蔽材料时尽可能采用方案二和
三的形式。由于多层屏蔽得效果实际上并不是单层的累加，方案二和三的屏蔽效
果差别并不显著，设计时可按照实际情况选择其中一种安装形式。
iii. 屏蔽材料的性能与压缩量有直接关系，设计时必须合理选择紧固点的
数量，并尽量提高零件的刚性，保证屏蔽材料的压缩量在允许的范围之内。需要
特别注意的是不要忽略了没有紧固点的地方可能会由于刚性、加工误差等因素导
致屏蔽材料实际上没有压紧，而这时往往又不容易发现。另外，安装屏蔽材料也
需要注意不可过度压缩。过度压缩可能导致屏蔽材料失去弹性，另外一般材料的
压缩力与压缩量成正比，过度压缩可能会导致过大的压缩力，产生其他影响。
140
4.4、孔洞的屏蔽
4.4.1、孔洞屏蔽效能影响因素
结构方面影响孔洞屏蔽效能的因素主要有：孔的最大尺寸、孔的深度、孔间
距以及孔的数量，其中影响最大的是孔的最大尺寸和孔的深度。需要注意的是屏
蔽效能只与孔的最大尺寸有关，而与孔的面积并没有直接关系，因此在设计中尽
量开圆孔，其次考虑是开方孔，尽量避免开长腰孔。
4.4.2、通风孔的屏蔽
通风孔的屏蔽主要需要均衡通风与散热之间的矛盾。考虑屏蔽需求时，通风
板的常用类型有穿孔金属板和波导通风板。
穿孔金属板
穿孔金属板即在金属板上面开阵列通风孔。穿孔金属板的屏蔽效能已经有实
用的计算方法，且计算的结论与实测误差较小，可以直接指导设计。具体可以参
阅《电磁兼容性结构设计》（东南大学出版社）的详细介绍。由于孔的最大尺寸
和孔的深度是影响其屏蔽效能的主要因素，相对而言孔的数量和孔间距影响较
小，因此当通风板的屏蔽效能与散热相矛盾时，可以采取增加孔深，减小孔的直
径，同时增加孔的密度和数量的方法来避免矛盾，尽量找到屏蔽和散热之间的平
衡点。
一般情况下，穿孔金属板的屏蔽效能不超过30-40dB，适合于C级以下屏蔽
效能等级。穿孔金属板结构简单，价格低廉，大多数结构件均应该选用这种通风
形式。只有B级以上屏蔽效能需求时才选用波导通风板。
波导通风板
波导通风板是利用截止波导的原理制作成的通风板，有的资料上也称之为蜂
141
窝通风板。常用的波导通风板的厚度有6.3mm，12.7mm和25.4mm三种规格，厚
度尺寸越大，屏蔽效能越高。为了提高通用性，规定若无特殊要求，一律选用厚
度为12.7mm。
波导通风板的材料有铝合金和钢两种。铝制波导通风板一般是粘接制成的，
因此需要导电处理（导电氧化、镀锡、镀镍等）后才能使用；而钢制波导通风板
是采用钎焊方式制成的，使用时只要做防腐处理即可。
波导通风板的价格昂贵，特别钢制波导通风板的价格更高，结构件中应优先
选用铝制波导通风板。由于铝制波导通风板对低频磁场几乎是透明的，因此当对
低频磁场有要求时（T级要求），应该选用钢制波导通风板。
铝制波导通风板的屏蔽效能一般可以达到60-70dB，而钢制波导通风板的屏
蔽效能则可以达到90-100dB。使用波导通风板时需要特别注意处理与其框架之间
的缝隙，一般装配以后可以采用焊接等方式将缝隙堵住。
4.4.3、其他孔洞的屏蔽
由于指示灯、操作按钮、观察孔等需求会导致结构件上开各种孔洞，对于这
些孔洞的屏蔽设计时按照以下步骤考虑：
i. 最好将这些指示灯、操作按钮、观察孔等设置在屏蔽体之外；
ii. 建议选用屏蔽的元器件，例如带屏蔽的指示灯、按钮以及屏蔽玻璃等，
这时需要注意安装缝隙的屏蔽效果；
iii. 采用加屏蔽罩的方法将这些孔洞屏蔽起来；
iv.对于小的孔洞，如果其屏蔽效能足够（可参照6.4.2节中穿孔金属板的屏蔽
效能），只要孔洞中不引出电缆，可以不处理。
4.5、线缆的屏蔽
4.5.1、线缆的屏蔽措施
严格地说，线缆的屏蔽超出了结构件电磁兼容的范围。但是线缆的处理对结
构件的屏蔽有至关重要的关系，往往比结构件的屏蔽还要重要，因此本文中对线
缆的屏蔽提出基本要求，设计人员在机电协调和详细设计时必须足够重视线缆的
屏蔽措施。
电缆进出屏蔽体主要有以下几种形式，其处理措施分为：
142
通过屏蔽插头转接
一般情况下需要使用屏蔽电缆，这时的屏蔽效果主要是取决于插头的屏蔽效
果。另外，对于子架/插箱屏蔽方式，电缆直接从模块的插座上面接出也是一种
类似的方法，其屏蔽效果主要取决于插座上屏蔽措施的效果。采用转接的方式可
以获取十分高的屏蔽效能，是一种理想的屏蔽方式，但是在线缆较多的时候成本
比较高。
通过EMI滤波器连接
即电源线通过电源滤波器连接，信号线采用信号线滤波器如滤波连接器、馈
通滤波器等转接。这种方式既可滤波，又可实现屏蔽。这种出线方式中滤波器的
安装（滤波连接器类似）至关重要，详细见下节6.5.2中的规定。
直接出机柜
直接出机柜时可分为屏蔽电缆和非屏蔽电缆两中种情况。对于屏蔽电缆，要
求电缆在出屏蔽体时屏蔽层必须与屏蔽体360 的接触，保证阻抗足够小，而不
能仅仅是接通。对于非屏蔽电缆，可以采取套金属编制网，缠金属丝网等方式将
电缆出屏蔽体的部分长度变成屏蔽电缆的形式，并按屏蔽电缆的要求将丝网与屏
蔽体可靠接触。丝网缠绕的长度与屏蔽要求、线缆直径有关，一般为2-3m。总
之，一般不允许直接将电缆直接从屏蔽体穿出，需要将屏蔽层可靠接地。
4.5.2、滤波器的安装
一般电源需要经过滤波器后进入系统。滤波器的安装和连线必须满足以下要
求：
交流滤波器应该安装在屏蔽体上面，安装面上缝隙的屏蔽效能足够；
直流滤波器推荐也安装在屏蔽体上面，要求不高时允许安装在屏蔽体内部，
这时电源线将会直接从屏蔽体穿出；
滤波器安装在屏蔽体上时，进出线必须在屏蔽体的两侧，即从屏蔽体外连接
输入线到滤波器上面，从屏蔽体内引出输出线；
滤波器的外壳必须与屏蔽地（保护地）可靠连接；
滤波器的输入、输出线不许平行走线，更不许相互缠绕。
143
5、屏蔽材料
5.1、屏蔽材料命名规则
屏蔽材料的名称统一按照以下规则命名：
簧片
用片状金属制成的指形、C形或者锯齿形等形状的屏蔽材料，一般为条状。
基材一般为铍铜，也有铝、镍、不锈钢以及黄铜等其他材料。包括一般俗称为指
形簧片或梳形簧片的材料，以及带戳孔或锯齿边的金属片。
螺旋管
用带状金属卷曲成管状弹簧的屏蔽材料。基材一般为铍铜和不锈钢，其他材
料需要定指。包括普通螺旋管、带内芯的螺旋管、组合螺旋管、带环境密封的螺
旋管等类型。
导电橡胶
在橡胶基体中填加金属颗粒、粉末或者定向埋置金属丝的屏蔽材料。基材和
填充材料的类型十分多。包括普通导电橡胶、定向埋置金属丝、灌装金属网，导
电橡胶与环境密封组合条等。
金属丝网
利用细金属丝相互缠绕成条状的屏蔽材料，有的有海绵内芯。金属丝多数为
镊基合金，也有其他类型的金属丝。包括普通金属丝网条，带内芯的金属丝网以
及金属丝网缠带。
导电布
以海绵为内芯，外面包裹填充有金属颗粒或粉末的纤维编制层的屏蔽材料。
内芯一般为聚氨脂类发泡材料，填充颗粒主要为银粉，或者银、镊、碳等混合物。
波导通风板
蜂窝状通风板，利用截止波导原理实现屏蔽。厚度有6.3、12.7、25.4等规格，
常见的蜂窝孔外接圆直径为3.18。材料有铝合金、钢等。
导电胶
在硅橡胶、环氧树脂等材料中填充银粉等导电材料的胶。包括导电胶和导
电填料。
144
屏蔽胶带
带背胶（一般为导电背胶）的金属泊。有铜、银、铝等多种类型。
屏蔽玻璃
在玻璃中间夹一层丝网或者镀金属层实现屏蔽的玻璃。
5.2、屏蔽材料的绘图和标注
5.2.1、绘图和标注规定
屏蔽材料在装配图和明细表中均作为外购件处理。在视图中屏蔽材料按照其
实际几何形状绘图，组装图中屏蔽材料按照装配后压缩状态的几何形状绘图。
屏蔽材料的几何尺寸不需要在视图中标注，但是视图中应清楚表示屏蔽材
料的安装尺寸，最好以屏蔽材料的外轮廓为尺寸标注的依据。安装屏蔽材料的表
面必须具有良好的导电性能，一般需要做特殊处理，例如喷漆保护，相应的图纸
标注应符合部门关于表面处理标注的规定。
在明细表中按照以下规定填写相应栏：
代号栏：型号
名称栏：名称 + 空格 + 长度
数量栏：数量
备注栏：写屏蔽材料的生产商
其他未规定的事项参照外购件的标注规定。
5.2.2、标注说明
名称根据下文第 7.1 节屏蔽材料命名规则统一的名称命名；
型号的标注根据厂商提供的标注规则，除长度代码（一般为型号的最后四或
五位）
不要标注外，所有标识代码要写完全；
长度为单件的长度，长度单位为mm，总长度应该再乘以数量；
生产商指屏蔽材料的原生产单位，例如IS、Tecknit、Spira 、CHOMERICS 等，
不要写代理商。供应商的具体信息可以见屏蔽材料供应商信息。
由于同样功能的产品在不同生产商的产品型号可能不同，建议您在已知的情
况下在技术要求中注名“零件X可以用XXX公司XXX（型号）代替”。
145
5.2.3、示例
例如导电布材料标注为：
序号代号栏名称栏数量栏备注栏
10 E9819H 导电布 1115 2 Schlegel 技术要求栏中可以加以下条款：零件
10 可以用 CHOMERICS 公司 82-121-74008 代替。
5.3、蔽材料的编码描述
5.3.1、规定
根据《结构件分类描述优化方案及图号缩写规则》中的规定，屏蔽材料申请
编码时选6325类，编码描述详细规定为：
屏蔽材料 -型号 -名称 -生产商
名称、型号、生产商的说明见7.2.2，特别注意型号中不要写长度代码。申请
编码
时计量单位统一写长度单位m，注意不要写PCS。不同公司产品的编码应该不
同，同类
材料的相互代用在产品清单中体现。
5.3.2、示例
上文所述的导电布的编码描述为：
屏蔽材料 - E9819H -导电布 - Schlegel
和屏蔽材料 - (82-121-74008) -导电布 - CHOMERICS
5.4、屏蔽材料选用原则
必须是优选屏蔽材料，优选屏蔽材料的清单见部门的规定。特殊情况下需要
超出优选屏蔽材料必须经过总体组批准，并限量使用。
尽量选用其他产品中已经大批量使用材料。
同类材料中尽量选用压缩量大的材料，这样允许零件有较大的变形，降低加
工精度。
注意屏蔽材料对环境的适应性，一般纯金属屏蔽材料对环境适应性比较好，
而以橡胶、海绵为内芯的屏蔽材料对环境要求高，主要用于机房环境。
146
注意屏蔽材料的寿命和维护周期，要求屏蔽材料在 5-10 年内仍能够保持良
好的屏蔽性能。
注意屏蔽材料与基材之间的相容性，防止发生电化学腐蚀。
屏蔽材料的安装形式优先选用卡装、开安装槽等直接接触的形式，其次才考
虑采用 PSA 胶带粘接。
金属屏蔽材料尽量选用不锈钢类，避免选用铍铜类。这是因为不锈钢类的屏
蔽材料价格更低，其屏蔽效能也完全能满足需求。更重要的是铍铜材料
是一种放射性材料，而且不能回收使用，不符合环保要求，以后应该逐
步淘汰。
6、接地
6.1、接地线
由于组成屏蔽体的不同零部件之间已经构成了一个低阻抗回路，因此不需要
再用接地线连接。比较典型实例就是屏蔽机柜的门和骨架之间不再需要接地线。
接地线的其他要求参照《接地接电结构技术规范》的规定。
6.2、防静电设计
所有需要插拔单板的模块均需要安装防静电手腕插座。防静电手腕插座必须
与屏蔽地（保护地）可靠接通，要求防静电手腕插座与系统屏蔽地（保护地）接
地端子之间电阻小于0.1欧姆。
单板的支撑结构（一般为滑道）必须有静电释放装置，与单板的保护地可靠
接触。
插箱、子架等模块必须有静电释放的通道。可以与机柜接通，通过机柜的地
接大地，也可以将这些模块接到接地排上面，通过接地排接到大地。
6.3、地线的屏蔽
禁止地线（包括各种地）直接从屏蔽体穿出。地线的出线必须采取屏蔽措施，
例如信号地可以通过滤波器连接，机壳屏蔽地可以从屏蔽体上面直接接线（不能
从屏蔽体内穿出）。具体地线的接线方式见相关产品的接地规范。
147
地线的处理措施对于系统的EMC性能十分重要，设计人员必须足够重视。为
消除地线的影响，应尽可能将系统的各种地线组成一个阻抗足够小的等势体，采
取的措施有：例如通过接地排连接、采用结构件（螺钉等）连接、选用扁而粗的
电缆等。
7、标识
防静电手腕座的附近应该贴有防静电标签，具体粘贴位置和标签的形式见部
门的相关规定。
由于屏蔽机柜以及子架在维护时不能保证相应的屏蔽效果，可能会导致辐射
超标，因此必须贴有当心微波辐射标签。标签应粘贴在打开门或者面板
后比较醒目的位置，标签的形式见部门的相关规定。
通过 EMC 的产品应该贴有相应的认证符号标签，例如：CE、FCC 、EMC 符号。
认证符号标签的形式、粘贴位置等应该遵守相应认证标准的规定。
第六部分、五金件设计
1、电池弹弓的设计
一般根据电池的大小选择弹簧线径。“AA”的电池采用φ0.6mm 的线径；
“AAA”的电池采用φ0.5mm 的线径。弹弓的负极圈数一般为 3~6 圈，开始第
1/2 圈平齐，之后开始上绕，第一与第二圈保持 1.5~1.8mm 的距离，利于卡入电
池槽。
电池弹弓弯折角由于受加工工具的，内弯不得小于 R1.0，否则此弯折
角处容易折断。
2 钣金的弯折
设计钣金产品时要注意，一般来说，冷轧板的最小弯折半径不小于板厚，拉深时
最小半径也不小于板厚。
3 翻边孔的设计
对于直径 D 为 2~6mm 的螺钉，翻边孔的直径 d≈D-1/4D
第七部分：结构设计准则
1、概述
机械设计的最终结果是以一定的结构形式表现出来的，按所设计的
结构进行加工、装配，制造成最终的产品。所以，机械结构设计应满
足作为产品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济
性和外观造型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、
刚度、精度和寿命。因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。
由于结构设计的错误或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机
器达不到设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不方便。机械结
构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。
实现预期功能的设计准则
满足强度要求的设计准则
满足刚度结构的设计准则
考虑加工工艺的设计准则
考虑装配的设计准则
考虑造型设计的准则
2、机械结构基本设计准则
2.1、实现预期功能的设计准则
产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功
150
能的设计准则是结构设计首先考虑的问题。要满足功能要求，必须做
到以下几点。
结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关
系，确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、
传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位
置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功
能要求。
功能合理的分配：产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进
行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。每个分功能都
要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系，
以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负
担，延长使用寿命。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子。
纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；
包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，若只靠
螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，
可增加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这
一问题。
功能集中：为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在
某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使
零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加
加工成本，设计时应根据具体情况而定。
151
2.2、满足强度要求的设计准则
2.2.1、等强度准则
零件截面尺寸的变化应与其内应力变化相适应，使各截面的强度
相等。按等强度原理设计的结构，材料可以得到充分的利用，从而减
轻了重量、降低成本。如悬臂支架、阶梯轴的设计等。见图2.2.1。
图2.2.1
2.2.2、合理力流结构
为了直观地表示力在机械构件中怎样传递的状态，将力看作犹如
水在构件中流动，这些力线汇成力流。表示这个力的流动在结构设计
考察中起着重要的作用。
力流在构件中不会中断，任何一条力线都不会突然消失，必然是
从一处传入，从另一处传出。力流的另一个特性是它倾向于沿最短的
路线传递，从而在最短路线附近力流密集，形成高应力区。其它部位
力流稀疏，甚至没有力流通过，从应力角度上讲，材料未能充分利用。
因此，若为了提高构件的刚度，应该尽可能按力流最短路线来设计零
件的形状，减少承载区域，从而累积变形越小，提高了整个构件的刚
152
度，使材料得到充分利用。
如悬臂布置的小锥齿轮，锥齿轮应尽量靠近轴承以减小悬臂长
度，提高轴的弯曲强度。图5.4例举几个典型的实例。
2.2.3、减小应力集中结构
当力流方向急剧转折时，力流在转折处会过于密集，从而引起
应力集中，设计中应在结构上采取措施，使力流转向平缓。应力集
中是影响零件疲劳强度的重要因素。结构设计时，应尽量避免或减
小应力集中。其方法在相应的章节会作介绍，如增大过度圆角、采
用卸载结构等。
2.2.4、使载荷平衡结构
在机器工作时，常产生一些无用的力，如惯性力、斜齿轮轴向力
等，这些力不但增加了轴和轴衬等零件的负荷，降低其精度和寿命，
同时也降低了机器的传动效率。所谓载荷平衡就是指采取结构措施部
分或全部平衡无用力，以减轻或消除其不良的影响。这些结构措施主
要采用平衡元件、对称布置等。
例如，同一轴上的两个斜齿圆柱齿轮所产生的轴向力，可通过
合理选择轮齿的旋向及螺旋角的大小使轴向力相互抵消，使轴承负
载减小。如图5.6。
2.3、满足结构刚度的设计准则
为保证零件在使用期限内正常地实现其功能，必须使其具有足够
的刚度。
153
2.4、考虑加工工艺的设计准则
机械零部件结构设计的主要目的是：保证功能的实现，使产品达
到要求的性能。但是，结构设计的结果对产品零部件的生产成本及质
量有着不可低估的影响。因此，在结构设计中应力求使产品有良好的
加工工艺性。
所谓好的加工工艺指的是零部件的结构易于加工制造，任何一种
加工方法都有可能不能制造某些结构的零部件，或生产成本很高，或
质量受到影响。因此，对于设计者认识一种加工方法的特点非常重要，
以便在设计结构时尽可能的扬长避短。实际中，零部件结构工艺性受
到诸多因素的制约，如生产批量的大小会影响坯件的生成方法；生产
设备的条件可能会工件的尺寸；此外，造型、精度、热处理、成
本等方面都有可能对零部件结构的工艺性有制约作用。因此，结构设
计中应充分考虑上述因素对工艺性的影响。
2.5、考虑装配的设计准则
装配是产品制造过程中的重要工序，零部件的结构对装配的质量、
成本有直接的影响。有关装配的结构设计准则简述如下
2.5.1、合理划分装配单元
整机应能分解成若干可单独装配的单元（部件或组件），以实现平
行且专业化的装配作业，缩短装配周期，并且便于逐级技术检验和维
修。
154
2.5.2、使零部件得到正确安装
保证零件准确的定位。图5.7所示的两法兰盘用普通螺栓连接。
图（a）所示的结构无径向定位基准，装配时不能保证两孔的同轴度；
图（b）以相配的圆柱面作为定位基准，结构合理。
-避免双重配合。图5.8(a)中的零件A有两个端面与零件B配合，
由于制造误差，不能保证零件A的正确位置。图5.8（b）结构合理。
-防止装配错误。图5.9所示轴承座用两个销钉定位。图（a）中
两销钉反向布置，到螺栓的距离相等，装配时很可能将支座旋转180
°安装，导致座孔中心线与轴的中心线位置偏差增大。因此，应将两
定位销布置在同一侧，或使两定位销到螺栓的距离不等
图5.9
2.5.3、使零部件便于装配和拆卸
结构设计中，应保证有足够的装配空间，如扳手空间；避免过长配
合以免增加装配难度，使配合面擦伤，如有些阶梯轴的设计；为便于
155
拆卸零件，应给出安放拆卸工具的位置，如轴承的拆卸。如图5-10。
2.6、考虑造型设计的准则
产品的设计不仅要满足功能要求，而且还应考虑产品造型的美学
价值，使之对人产生吸引力。从心理学角度看，人60%的决定取决于
第一印象。技术产品的社会属性是商品，在买方市场的时代，为产品
设计一个能吸引顾客的外观是一个重要的设计要求；同时造型美观的
产品可使操作者减少因精力疲惫而产生的误操作。
外观设计包括三个方面：造型、颜色和表面处理。
考虑造型时，应注意下述三个问题：
2.6.1、尺寸比例协调
在结构设计时，应注意保持外形轮廓各部分尺寸之间均匀协调的
比例关系，应有意识地应用\\\"黄金分割法\\\"来确定尺寸，使产品造型更
具美感。
2.6.2、形状简单统一
机械产品的外形通常由各种基本的几何形体（长方体、圆柱体、
锥体等）组合而成。结构设计时，应使这些形状配合适当，基本形状
应在视觉上平衡，接近对称又不完全对称的外形易产生倾倒的感觉；
尽量减少形状和位置的变化，避免过分凌乱；改善加工工艺
2.6.3、色彩、图案的支持和点缀
在机械产品表面涂漆，除具有防止腐蚀的功能外，还可增强视觉
效果。恰当的色彩可使操作者眼睛的疲劳程度降低，并能提高对设备
156
显示信息的辨别能力。
单色只使用于小构件。大的特别是运动构件如果只用一种颜色就
会显得单调无层次，一个小小的附加色块会使整个色调活跃起来。在
多个颜色并存的情况下，应有一个起主导作用的底色，和底色相对应
的颜色叫对比色。但在一个产品上，不同色调的数量不宜太多，太多
的色彩会给人一种华而不实的感觉。
舒服的色彩大约位于从浅黄、绿黄到棕的区域。这个趋势是渐
暖，正黄正绿往往显得不舒服；强烈的灰色调显得压抑。对于冷环
境应用暖色，如黄、橙黄和红。对于热环境用冷色，如浅蓝。所有
颜色都应 淡化。另外，通过一定的色彩配置可使产品显得安全、稳
固。将形状变化小的、面积较大的平面配置浅色，而将运动、活跃
轮廓的元件配置深色；深色应安置于机械的下部，浅色置于上部。
157
3、符合公差原则的结构设计准则
3.1、同一道工序准则
对于有平行、同轴和对中等要求的加工面，结构设计应尽量使这些有位置精
度要求的元素在同一道工序中加工，这样可避免工件夹装定位误差所致不良影
响。工件各次夹装其方位不可能完全一样，这些误差将直接在加工面上体现，图
1(左）所示结构内孔和外圆柱面有同轴精度要求，由于右端孔径小于左端，所以
只能从左边进刀；而外圆柱面上，因右段有凸，只能从右边进刀，要求两面进刀
的加工通常必须分为两道工序，这样不利于同轴度的提高。图 2(左）所示结构
的四个安装定位销钉的孔无法在一道工序内钻出，为提高定位孔之间的位置精
度，应将结构改为图 2(右）所示结构。图 3 所示结构右边比左边复杂，但在平
行度要求高的情况下，右边结构比左边合理。
3.2、减小刚体转动位移准则
刚体转动位移大小和转动半径成正比，因此，若在转动中心有一很小的转角，
则在离转动中心较远的地方刚体线性位移可能很大，此处的配合精度减低，故结
构设计时应尽量减少刚体位移。其方法有两类：一是彻底消除刚体位移，如图 4
（右）所示结构；二是减少配合面到转动中心的距离，如图 5所示。图 6是一凸
轮传动结构，左右两结构的右端输出行程一样，都是 2e，但行程的误差不一样，
当凸轮中心因制造或和装配不可避免存在误差时，左边结构的行程误差为右边结
构行程误差的 2倍。
158
159
3.3、避免双重配合准则
在一个构件上要同时满足两个或更多的相关面的配合是非常困难的，因此，
双重配合或多重配合原则上是禁止的。值得指出的是，实际中这一点常被忽视，
例如，常用轴承盖兼作轴承的轴向固定件，如图 7所示。若此时不在轴盖和壳体
之间放一弹性好的垫片，则发生双重配合问题，不是壳体密封不好，就是轴承定
位不牢，甚至两者均发生。箱体封盖在密封面上应设计成一平面，而不能是多级
平面。图 8(左）轴承档圈双重配合，图 g（左）是另一双重配合的实例。
160
3.4、最小公称尺寸准则
同样加工精度要求，构件公称尺寸越小，加工越容易，换句话说，构件
公称尺寸越小，加工精度越易提高。因此，结构设计时，应使有很高配合精度要
求的工作面的面积和两配合之间的距离尽可能地小。图 10 所示轴的轴向固定应
尽可能在一个轴承上实施，这样由于两配合面之间的距离显著越少，轴承端面和
挡圈的配合精度可提高很多。图 11 所示的绞联结构，右图结构轴向配合精度比
左图的高，即同等配合精度要求情况下，右图结构更易加工。图 12 所示结构在
配合面上要求很小的表面粗糙度，为使加工相对容易，应尽量使接触面积保持较
小。
161
3.5、避免累积误差准则
在串联尺寸链上位置误差累积，所以，在靠近串联尺寸链尾部的配合面
上，位置误差比之在前部成倍增加，因此，尽量避免串联尺寸链的标注方法。非
功能性的尺寸可以不标，例如图 13 所示的结构，两槽之间的距离对构件的功能
无影响，此时，尺寸标注方法应如右图所示，这样，所有槽相对于定位孔的位置
误 差 都 一 样 ， 最 右 边 槽 的 位 置 不 存 在 累 积 误 差 。
3.6、形状简单准则
配合面的几何形状应尺量简单，这样既便于加工，也便于检测，有利于
提高配合精度。例如，尽量用圆柱面代替圆锥面，如图 14 所示、平行、垂直面
代替任意倾斜面，如图 15 所示。
162
3.7、最少尺寸数量准则
每个部件几何尺寸都有误差，若配合性能和多个尺寸相关，则因误差累
积效果，配合精度难以提高，因此，应尽量使配合面和较少的尺寸相关。这一目
的，既可通过减少构件的数量，如图 16 所示，也可通过恰当的形状设计，如图
17 所 示 ， 来 实 现 。
3.8、采用弹性元件准则
导轨、螺纹、绞联和插接等配合面既不应有间隙，也不应有过盈，前者
减低配合精度，后者增大运动时的摩擦力，极易咬死。这种苛刻的配合状态用选
择公差的方法很难实现。此时，可用柔度很大的弹性体来消除间隙，如图
163
18,19,20 所示。由于大柔度弹性体即使遭受大的变形，其弹性力也不会很大，
所以这种方法既可可靠地消除间隙，又不会出现咬死情况。．
3.9、采用调节元件准则
对于既不能有间隙，也不能有很大摩擦力的配合，除了可采用弹性元件外，
还可以用可调节元件来实现。常用的可调节元件有螺母，如图 21,22,23 所示，
和形状简单的配合垫片，如图 24,25, 26 所示。这种配合不是通过配合面的加工
精度来保证的，而是在装配时，通过螺母的调节或配合垫片的加工精度来保证的。
螺母结构应注意保证在使用过程中调节螺母不松动，例如，加防松螺母。配合垫
片的调节虽然不及螺母方便，但比较可靠，不会在使用过程中发生变故。
1
4、轴支承结构设计准则
4.1、轴向静定准则
轴支承结构设计必须使轴在轴线方向处于静定状态——轴在轴线方向既不
能有刚体位移（静不定），也不能有阻碍自由伸缩的多余约束（超静定）。轴向静
定准则是轴支承结构设计中最基本最重要的准则。
轴在轴向若约束不够、则表示轴定位不确定，甚至有从轴向脱离的危险，这
种情况必须避免，贝图 1（左）。将轴在轴线正反两个方向都分别固定可避免静
不定，但每个轴上也不能有多余的约束，否则轴在轴向无法自由伸缩，这样会由
于轴和壳体之间不可避免的制造、装配误差、不同的热变形等因素引起附加轴向
力，从而能使轴承因超载而损坏。轴承轴向支承结构设计应特别注意防止超静定
问题出现，见图 2（左）。在轴支承结构中，理想静定状态不是总能实现的，一
165
定范围之内的轴向刚体移动（准静定）或少量的附加轴向力（拟静定）是不可避
免的，也是允许的。在工程实际中准静定和拟静定支承方式也是常见的，它们基
本上仍可看作静定状态，重要的是这些少量的轴向刚体移动或附加轴向力的值的
范围必须是清楚的。
符合轴向静定准则的常见轴承轴向支承方式有三种：
(1)固定一松驰支承方式；
(2)单侧止推支承方式；
166
（3)单侧止推一游动支承方式。
固定一松驰支承方式是将两个轴向定位约束安置在轴某一端轴承（或轴承
组，下同）上，此轴承称之为固定轴承，固定轴承在轴线正反两个方向都不能移
动。轴上另一端轴承（或其它轴承，下同）在轴线两个方向都无固定，即可自由
移动，这种轴承称之为松驰轴承。固定一松驰支承是理想的静定状态，它既无刚
体位移，也可避免因制造误差，轴和壳体热变形不一样等因素引起的附加轴向力，
见图 1(右）和图 2(右）。
单侧止推支承方式是将两个轴向定位约束分别安置在轴两端的轴承上，它通
常由两圆锥滚子轴承或两向心推力球轴承组成，这种轴承既能承受大的径向力，
也能承受大的轴向力，通常用于径向和轴向均有外载的场合。装配时用螺母或其
它方法调节轴承圈，保证所需的轴向间隙或轴向预紧，由于其间隙可调，这种支
承方式特别适合于传动精度要求高的场合。它一般无轴向刚体位移，但当轴的热
滕胀比支承它的壳体热膨胀大时，会引起附加轴向力，这种附加轴向力可用下面
的方法于容许的范围之内：
(1)籍讨调节的轴承轴向间隙，来平衡轴和壳体的变形差额；
(2)用弹簧，从而能保证其处于近似的静定状态。
单侧止推支承方式是拟静定状态，因为轴向间隙的值有限，因此单侧止推支
承方式一般仍不宜用于长轴，图 3所示是一圆盘犁，其轴的支承方式是单侧止推
支承。
单侧止
推一游动支承方式近似于单侧止推支承方式，即将两个轴向约束分别安置在轴两
端的轴承上，其中一轴向止推件和欲固支的轴承圈（通常为外圈）之间留有一定
167
的间隙 S，轴有一定的轴向刚体位移，其最大值为 S。当轴的热膨胀比支承它的
壳体热膨胀大时，只要差额不超过 S，不会引起附加轴向力。单侧止推一游动支
承方式是准静定状态，见图 4。它可用于既有较大的径向和轴向载荷，又有较大
的轴向变形差异的场合，显然，这种支承方式轴向支承精度不高。
上述三种实际中典型的支承方式在同一机器中可根据轴的工况任意组合使
用，图 5是一个二级变速箱，三根轴的支承方式各异，集上述三种支承方式于一
体，从左向右依次为：固定一松驰、单侧止推和单侧止推一游动支承方式。
4.2、固定轴承轴向能双向受力准则
在固定一松驰支承方式中，由于松驰轴承在轴向完全自由，即不能承担任何
轴向力，因此，固定轴承必须要能承担轴向正反双向力，这就是说，能作固定轴
承的一个先决条件是：它必须能承担正反双向轴向力。向心球轴承、内外圈带折
边的圆柱滚子轴承和按 X方式组合的两向心推力球轴承等可作固定轴承，而滚针
轴承、单只圆锥滚子轴承和向心推力球轴承等不可作固定轴承。见图 6。
图 7所示为用于电梯上的蜗轮蜗杆变速箱，采用固定一松驰支承方式，左图
用单只向心推力球轴承作固定轴承，因此是错误的支承结构。
在两个方向均无轴向外载荷的情况下，例如，直齿轮啮合的轴、皮带轮轴等，
168
固定轴承仍必须要能双向受力吗？回答是肯定的，理由是，尽管这些轴上无轴向
外载荷，仅有周向和径向外载荷，但轴承上仍有轴向力作用，而且极可能是两个
方向都有，并随机变化着。一个很简单的原因：没有一个实际中的机械能保证其
周向和径向外载荷绝对理想地垂直于它的轴线。但这个准则还是可以有例外的，
当轴在任何工况下，其轴向外载荷都朝一个方向，而且其值远远大于其它各种原
因可能引起的轴向力，即轴承所受的力肯定只朝一个方向，此时，如受其它因素
的制约，不宜安置轴向能双向受力的轴承，可采用仅能受单向力的轴承，当然，
轴承的安置方向必须和轴向力的方向相对应，图 8是一立式交流电机主轴简图，
转子重 12Ogkg，其支承方式就是这种例外。
169
4.3、固定轴承四面定位准则
由于固定轴承必须承担阻止双向轴向刚体位移的任务，因此固定轴承内
外圈左右两侧四个面都得轴向定位。无轴向外载荷时亦应如此，理由参见固定轴
承轴向能双向受力准则。这里说的轴向定位，必须用结构的方法，从而可保证轴
支承可靠，见图 9和图 7。
这个准则也可以有例外，图 1O 是一车床尾部顶架，因它的轴向始终受一很
大的向右的压力，无向左的力，因此在无法用结构的方法防止可能向左的轴向刚
体位移时（自重作用）用紧配合的方法代替之也是可行的方案一这个固定轴承（圆
锥滚柱轴承＋轴向向心球轴承）的优点是：既能承受大的轴向力）轴向向心球轴
承），又能保证高的径向精度（可调间隙的圆锥滚柱轴承）。另外，轴上的作力点
应优先靠近固定轴承，这样既便于松驰轴承自由移动，又可缩短力的传递路径，
从而减少不必要的变形及其不良影响。
4.4、松驰轴承至少一圈定位准则
在固定一松驰支承方式中，松驰轴承的功能是保证轴在轴向能完全自由伸
缩，它不容许承担任何轴向力。松驰轴承轴向定位准则是：在满足轴承不承担轴
170
向力的前提下，尽量多加轴向定位，避免轴承游动。当滚珠体和一轴承圈之间在
轴向有相对移动的可能性时，比如用有一圈不带折边的圆柱滚子轴承作松驰轴
承，松驰轴承内外圈四个面都得轴向定位，而当滚动体和任一轴承圈之间在轴向
都无柑对移动的可能性时，比如用向心球轴承作松驰轴承，为保证轴在轴向不承
担任何轴向力，最多只能将一圈轴向定位，而为避免轴承游动，至少将一圈轴向
定位，见图 11。
171
4.5、受变载作用轴承圈固定准则
无论是固定轴承还是松驰轴承其圆周方向的相对运动只应出现在滚动体和
内外圈之间，不应出现在内圈．与轴颈或外圈与壳体之间，而松驰轴承轴向的相
对运动，当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动的可能性时，则必须出
现在内圈与轴颈或外圈与壳体之间。究竟应让内圈与轴颈还是让外圈与壳体之间
有轴向的相对运动？这取决于内圈或外圈的受力状况。其准则是受变载作用的轴
承圈周向和轴向全部固定，从而避免可能出现的配合生锈，而仅在一点受静载作
用的轴承圈可与其外围有轴向的相对运动。一般情况下，内圈和轴颈同时旋转，
受力点在整个圆周上不停地变化着，而外圈和壳体一样，静止不动，只在一处受
静载，比如，齿轮轴、皮带轮轴，此时，作为松驰轴承只能将外圈用于轴向运动。
图 12 所示为圆盘锯轴的支承结构，其驱动轮为皮带轮。
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2.6、可分离轴承配合固定准则
圆锥滚子轴承、向心推力球轴承等内外圈可分离，各元件之间无固定配合，
因此，在使用这类轴承时，必须将各元件配合为一确定的整体，即其内外圈在轴
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向必须有支撑，可见，这种轴承不能做松驰轴承。图 13 是一车床尾部顶架，其
轴左端不是固定轴承，因为它只能承受向右的轴向力，阻止向右的刚体位移，即
使左端是固定轴承，右端的向心推力球轴承外圈也不能缺少轴向固定，这种可分
离轴承轴向若不配合固定好，根本无法正常运转。
2.7、可分离轴承调隙准则
圆锥滚子轴承、向心推力球轴承等可根据需要自由调隙，可用于传动精度要
求高的场合，这种轴承内外圈可分离，间隙不确定，必须在安袅时通过调节确定
合适的间隙，否则轴承不能正常运行，因此，在使用这类轴承时，支承结构的设
计必须保证调隙的可能。常见的结构调隙方法是用螺母，也可用厚薄可选择的垫
圈，在轴一端保证调隙即可，见图 14。
2.8、便利安装拆卸准则
便利安装拆卸准则首先要求结构设计必须保证安装拆卸的可能性，比如不能
将轴承安装途经处的直径设计得大于轴承座处的直径，为便利安装，配合公差不
要选得太紧。剖分式轴承座和可分离轴承的拆卸通常比较容易，在轴周边开槽，
用轴承拉拨工具拆卸。对于整体式轴承座，可在轴承座端面开孔，用螺栓旋挤轴
承。更难的轴承拆卸，比如有锥形垫的轴承，可用液压挤撑的方法，这种情况下，
结构设计时必须留有液压通道，见图 15。
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2.9、滚动、滑动轴承不混用准则
滚动和滑动轴承它们各有待点，可根据具体情况灵活应用，但在同一支承轴
上滚动和滑动轴承不可混用，其原因在于滑动轴承比滚动轴承磨损大，若在同一
根支承轴上同时使用磨损不同的轴承，则载荷集中在磨损小的轴承上，滚动轴承
会因此超载而失效。
2.10、保障轴向定位可靠准则
用轴肩对轴承进行端面定位是最常用的轴向定位方式，轴肩处由于几何特
变，会引起应力集中。减低应力集中的办法是在轴肩处留有圆角，圆角半径越大，
应力集中越小，但是轴承内圈的圆角一般较小，这样轴承端面和轴肩端面无法贴
合，定位不可靠，解决的办法是在两端面之间放一个过渡件或将轴肩处圆角向后
移，见图 16
圆锥滚子轴承、向心推力球轴承等常用于较大轴向力场合，因此，其轴向固
定件要有对应的承载能力。用安全挡圈作这类轴承的轴向固定件原则上是不行
的，因为安全挡圈是为定位目的而设计的，不一定有承载能力，见图 16。
2.11、过渡配合准则．
轴承不但要在轴向进行可靠的固定，在圆周方向也应如此。轴向固定一般甩
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结构方法，在周向用结构方法固定轴承一方面是难以实施的，另一方面也无此必
要，因为轴承在周向不传递载荷，因此，用配合方法，即利用配合面上的摩擦力
即可，这样既简单也可靠。那么选用什么样的配合恰当呢？过松的配合，无法保
证固定的要求，而过紧的配合，装配不方便，实际中，根据经验，一般采取过渡
配合，需要轴向移动的轴承圈，配合偏松，可分离轴承轴承圈的配合偏紧，可用
轻微的过盈配合，例如
(1)图 3 所示是一圆盘犁，其左边轴颈的公差为 k6，右边轴颈的公差为
j6，箱体公差为 N7。
(2)图 7 所示为一用于电梯上的蜗轮蜗杆变速箱，固定轴承轴颈的公差
为」5；箱体公差为 j6，松驰轴承轴须的公差为 k5，箱体公差为 J6。·
(3)图 17 所示的叶轮泵轴，固定轴承轴琐的公差为 j5，箱体公差为 J6。
2.12、避免双重配合准则
用盖板兼作轴承固定件可一举两得，是一个较好的结构设计，此时，盖板上
有一个面必须和箱体紧贴配合，以期密封；另一个面必须和轴承端面紧贴配合，
保证轴承定位准确。在一个构件上，要求两个配合面其加工精度是很难满足的，
这种结构必须避免，但是用盖板兼作轴承的轴向固定件结构在实际中常被采用，
因为，通过在密封面上加一层软性的密封片可有效地避免双重配合问题，图 17
所示为一叶轮泵轴的支承结构，两端都用盖板兼作轴承的轴向固定件。
第八部分：禁用材料
1、产品和制程上应该避免使用的东西
石棉、多氯联苯、多溴联苯、多氯二苯、氯乙烯单体、苯
2、制程及产品上需要管制的材质
z 铍及其化合物---含小于 2%的铍的合金是可以被接受的。
z 镉及其化合物---当防生锈的扣件如果镀锌或其它加工都不适合的话，
镀镉是可以被接受的。取代品是镀锌，无电解镍，镀锡或用不锈钢产品。
z 铅及其化合物---铅使用在焊接剂的场合是可以接受的。假如镀锡在 PCB
或者表面黏着镀锡则需要格外的管制。为了减少铅蒸气的产生，焊锡设
备应处以...。
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