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摘 要：加强筋可提高塑料产品的强度和刚度，防止塑料产品变形，同时有利于注塑时原料的流动，避免产生工艺缺陷。 本文对塑料产品的加强筋设计进行了研究，总结了塑料产品的加强筋设计原则。结合三维设计软件，分析塑料产品加强筋的三 维建模技巧，为塑料产品加强筋的规范设计提供参考。
关键词：塑料产品 ；加强筋 ；三维建模
本文著录格式： 王琛,张佳音.塑料产品加强筋设计及三维建模[J].软件,2021,42(07):172-174
Design and Three-dimensional Modeling of Plastic Stiffener
WANG Chen, ZHANG Jiayin
（College of Home and Industrial, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037）
【Abstract】： Stiffeners can improve the strength and rigidity of plastic products, prevent plastic products from deformation, and help the flow of raw materials during injection molding. In this paper, the stiffener design of plastic products is studied, and the design principles of the stiffener of plastic products are summarized. Combining with the 3D design software, the 3D modeling skill of plastic product stiffener is analyzed, which provides the reference for the standard design of plastic product stiffener.
【Key words】： plastic products;stiffeners;three-dimensional modeling
加强筋是塑料产品结构中不可或缺的部分，不仅可 以提高塑料产品的强度和刚度，减少扭曲变形问题，还 可以使塑料在成型时充满型腔，避免产生工艺缺陷 [1]。 大部分塑胶产品都有加强筋结构。对于表面受力的塑料 产品，加强筋结构的应用更加普遍 [2]。扭曲变形是表面 受力的塑料产品常见质量问题之一，其不仅影响塑料 产品的装配，还影响塑料产品的外观和使用性能 [3]。因 此，本文对塑料产品的加强筋设计进行了研究，总结了 塑料产品加强筋的设计原则。结合三维设计软件，分析 塑料产品加强筋的结构类型和建模方法，将加强筋结构 分为五类 ：标准式线性结构、挖槽式线性结构、断开式 线性结构、开放式网状结构和封闭式网状结构 [4]。对各类加强筋的三维建模技巧进行总结，为塑料产品加强筋 的规范设计提供参考。
1 加强筋的形状与布置
加强筋的有效形状如“工”字铁般，对一些经常受 到拉力、压力和扭力的塑料产品尤其适用。但如“工”字铁般形状有倒扣结构，难于脱模。因此，塑料产品的 加强筋一般设计成“⊥”字形， “⊥”字形结构不仅有 效增强了塑料产品的强度和刚度，而且易于加工成型 [5]。 加强筋一般被布置在塑胶产品的非接触面，其伸展方向 与产品最大应力和最大偏移量的方向相同 [6]。加强筋的 长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，用以 对产品的整体结构进行加强，或只占据产品的部分长 度，用以对产品的局部结构进行加强 [7]。
2 加强筋设计原则
塑料产品加强筋设计原则总结如下 ：（1）为防止 缩水缺陷及保证加强筋强度，加强筋的厚度应小于被 加强产品的壁厚，加强筋的厚度值一般取壁厚值的1/2 ～ 2/3 ；（2）加强筋应设置脱模斜度，在允许的情 况下，加强筋的脱模斜度一般取 0.5°～ 1.5°，最大不超 过 5° ；（3）加强筋的高度不宜过高，否则会使结构受力 破坏，降低自身刚性。为保证塑料产品的装配平整性， 加强筋的端面不应与塑料产品的支撑面相平，应低于支撑面至少 0.5mm ；（4）当塑料产品加强筋数量为两个 以上时，任意两个相邻加强筋的中点距离不小于 2mm。
3 加强筋的三维建模
加强筋的三维模型通过 SolidWorks 软件中的筋命 令生成。分析加强筋的结构类型和建模方法，将加强筋 结构分为五类 ：标准式线性结构、挖槽式线性结构、断 开式线性结构、开放式网状结构和封闭式网状结构 [8]。
标准线性结构加强筋的长度与产品的长度一致，两端相接产品的外壁。绘制此类加强筋时，新建一平行于 产品内表面的基准平面，此基准平面低于顶部支撑面一 定距离（至少 0.5mm）。在此基准平面上绘制一条或 多条线段，该线段两端可与产品的外壁相接，也可与产 品的外壁不相接。不相接时，加强筋自动沿线段方向延 伸，与产品的外壁相接。草图绘制完成后，退出草图生 成筋实体。筋实体相关参数设置如下，筋的厚度值取产 品壳体厚度值的一半，脱模斜度设置为 1°，筋的生成方 向指向产品的内表面，配合镜像与线性阵列等操作，生 成如图 1 所示的标准线性结构加强筋。
图1 标准式线性结构加强筋
Fig.1 Standard linear structure stiffeners
图2 挖槽式线性结构加强筋
Fig.2 Reinforced bars of a slotted linear structure
挖槽式线性结构加强筋的长度与产品的长度一致， 两端相接产品的外壁，加强筋的中间位置处有挖槽结 构，用于放置 PCB 板，起限位固定作用。绘制此类加 强筋时，新建一垂直于产品内表面的基准平面，在此基 准平面上绘制挖槽式线性加强筋的轮廓草图，轮廓草图 可不封闭，但其端点位置处的线段延长线需和产品内表面相接。草图绘制完成后，退出草图生成筋实体。筋实 体相关参数设置如下，筋的厚度值取产品壳体厚度值的 一半，脱模斜度设置为 1°，筋的生成方向指向产品的内 表面，配合镜像与线性阵列等操作，生成如图 2 所示的 挖槽式线性结构加强筋。
断开式线性结构加强筋两端相接产品的外壁，中间 位置处结构断开，形成两侧对称式结构，加强筋的中间断开处用于放置 PCB 板，起限位固定作用。绘制此类加强筋时，新建一垂直于产品内表面的基准平面，在 此基准平面上绘制断开式线性结构一侧加强筋的轮廓草 图，轮廓草图可不封闭，但其端点位置处的线段延长线 需和产品内表面相接，另一侧加强筋轮廓通过草图镜像 操作生成。草图绘制完成后，退出草图生成筋实体。筋 实体相关参数设置如下，筋的厚度值取产品壳体厚度值 的一半，脱模斜度设置为 1°，筋的生成方向指向产品的 内表面，配合线性阵列操作，生成如图 3 所示的断开式 线性结构加强筋。
图3 断开式线性结构加强筋
Fig.3 Reinforcement bars of broken linear structure
开放式网状结构加强筋由两组互相垂直的线性结构 加强筋组成，没有明显封闭边界。两组互相垂直的线性 结构加强筋高度不同，高度差值至少为 0.1mm，同组 平行的线性结构加强筋数量为两个以上，其中点距离不 小于 2mm。绘制此类加强筋时，新建一垂直于产品内 表面的基准平面，命名为基准面 1，在基准面 1 上绘制 加强筋的轮廓草图，轮廓草图可不封闭，但其端点位置 处的线段延长线需和产品内表面相接。再次创建一垂直 于产品内表面，同时垂直于基准面 1 的基准平面，命名 为基准面 2，在基准面 2 上绘制加强筋的轮廓草图，基准面 2 上的加强筋轮廓草图需高于基准面 1 上的加强筋 轮廓草图至少 0.1mm，草图绘制完成后，分别对两个 草图生成筋实体。筋实体相关参数设置如下，筋的厚度 值取产品壳体厚度值的一半，脱模斜度设置为 1°，筋的 生成方向指向产品的内表面，配合镜像与线性阵列等操 作，生成如图 4 所示的开放式网状结构加强筋。
图4 开放式网状结构加强筋
Fig.4. Stiffeners of open network structure
图5 封闭式网状结构加强筋
Fig.5 Reinforced bars of closed mesh structure
封闭式网状结构加强筋由两组互相垂直的线性结构 加强筋组成，有明显封闭边界。两组互相垂直的线性结 构加强筋高度相同，同组平行的线性结构加强筋数量为 两个以上，其中点距离不小于 2mm。绘制此类加强筋 时，新建一平行于产品内表面的基准平面，在此基准面 上绘制一封闭轮廓（可为方形、圆形或其他任意形状）， 在此封闭轮廓中绘制多条互相垂直的线段，该线段两 端可与封闭轮廓相接，也可与封闭轮廓不相接。不相接 时，加强筋自动沿线段方向延伸，与封闭轮廓相接。草 图绘制完成后，同时对封闭轮廓及其内部线段生成筋实体。筋实体相关参数设置如下，筋的厚度值取产品壳体 厚度值的一半，脱模斜度设置为 1°，筋的生成方向指向产 品的内表面，生成如图 5 所示的封闭式网状结构加强筋。
4 总结
加强筋是塑料产品结构中不可或缺的部分，合理的 加强筋设计，既保证了塑料产品的强度、刚度要求，防 止塑料产品的扭曲变形，又有利于注塑时原料的流动， 避免产生工艺缺陷。本文对塑料产品的加强筋设计进行了研究，总结了塑料产品的加强筋设计原则。结合三维 设计软件，分析五类塑料产品加强筋的三维建模技巧， 为塑料产品加强筋的规范设计提供参考。
参考文献
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