在我们最新的科技周二播客中，设计世界的Michelle Froese与PTI工程塑料的首席项目经理Jonathan Cottrell谈论了制造和注射成型过程的设计。
我们讨论在设计塑料部件时要考虑的关键因素，包括材料，门，墙壁和考虑草案，以及改善部分美学的提示，而不会影响完整性。
以下是经过编辑的谈话记录。
设计世界(DW):你好!我是米歇尔森林。欢迎收看周二的设计世界科技播客。感谢您的收看。今天的主题是注塑制造的设计，我们将听到PTI项目经理Jonathan Cottrell的演讲。
PTI是一个定制注塑模具和制造商的塑料组件和组装，专门在低量生产。凭借近25年的经验，Jonathan在汽车、航空航天、军事、农业、医疗设备等多个行业开发了产品。
他有机会在他的职业生涯中遵循他们的生命周期 - 从概念完成 - 从概念完成 - 这导致了使用制造实践设计生产质量零件的宝贵经验。当然，在设计任何组件和特别是塑料部件时，有几个关键因素需要考虑均匀的壁厚，栅极位置，甚至将适当的草稿应用于您的部件模型。因此，此讨论旨在通过我们的客人的洞察力阐明这种关键领域。
乔恩，非常感谢你今天参加我们的节目。很高兴和你谈话。
乔纳森·科特雷尔(JC):谢谢你邀请我。
DW：肯定的!在我们开始之前，我想知道你是否可以分享一点关于你的背景和职业重点，特别是考虑到制造设计是一个如此广泛的话题。
JC：正如你所说，我已经在这个行业工作了近25年，高中毕业后不久，我就在一家小型注塑成型公司开始了工作。我接受的正规教育包括机械工程学士学位，主修塑料产品设计。后来，我拿到了工商管理硕士学位。但是，正如你所指出的，我一直以设计工程师、设计发布工程师、程序经理、项目工程师的身份管理产品，多年来在许多不同的领域有各种各样的名字。
通常，我推出的部分是用于汽车内部的。它们还包括更多中间塑料，而不是特种，薄壁成型或高批量型产品。因此，这包括您可以在日常工作的组件。您使用的计算机使用的鼠标，您在医院房间，监视器，智能手机箱和类似的东西中看到的设备 - 更多的一般，经典类型的组件。
DW：得到它!所以你在制造和设计中有很多不同的组件和途径的经验?
JC：我也这么想!
DW：为什么您认为设计师在项目中提前考虑制造过程，以及产品的设计阶段的开头是如此重要？
JC：好的，充分了解零件是如何制造的，允许设计师应用特定于制造过程的原则。通常我们得到的设计在纸上看起来很好，然而，设计不利于注塑或什么将是理想的机加工操作。我无法告诉你，在过去的几年里，有多少次我收到零件图或零件模型，却意识到它不是用于注射成型的。因此，由于不了解成型世界所需的要求，在尝试实现产品的过程中，大量的时间和成本都被浪费了。
DW：你能告诉我们更多关于注塑工艺的情况吗?例如，设计师在开发一个部件时应该考虑哪些主要设计方面?
JC：我可能会在这个话题上讲几个小时，但我们会把重点放在一些细节上。这包括材料的选择，更常用的说法是，使用的树脂。但今天，我们将把它称为材料。主要的设计考虑包括壁料有多厚，增加牵伸角，分型线，零件在哪里开孔，我们想如何注入零件，凸台的设计。另外，如果它不是一个独立的部分，那它将如何连接或组成它的姐妹部分?
DW：对。你提到的材料，有没有选择用于项目的材料时要考虑的功能？
JC：确实。我要问的第一个问题之一是......材料将居住的环境是什么？是否会遇到任何化学品或任何极端温度？它会是一个化妆品部分，还是人们要触摸和感受到的东西？要考虑的另一件事是：您需要更高，工程级材料是否进行性能？我通常会依靠材料树脂制造商来帮助我们在我们妥善理解应用后引导我们。
像PTI这样的公司，我们有自己的首选供应商，我们可以帮助指导客户选择理想的材料等级。然而，完全了解谁将使用它，它将被用于什么，它将被用于哪里，以及他们将如何使用它，还有很长的路要走。它基本上是在发展一个故事。这和我们在小学学到的东西很相似——谁，什么，在哪里，什么时候，为什么，以及如何。一旦我们回答了这些问题，我们就可以确定我们需要使用的正确类型的材料。
DW：五个W和H。
JC：完全正确。
DW：根据您的经验，乔恩，你会被认为是太薄或甚至上过厚的墙？和多少钱的树脂的种类通常在这个决定中发挥的因素？
JC：正如我所指出的，我是从你们标准塑料零件的角度来考虑这个问题的。因此，我们建议在任何地方从2到3毫米是一个良好的壁厚，这有助于确保更一致和可预测的模具后收缩。另外，正如我指出的，我们不是在讨论薄壁成型。我们看到很多塑料包装，比如水瓶和容器，它们都很薄。但我指的是更普通的塑料或零部件的一般设计，它们是专门的、薄壁的、体积大的。
DW：对。
JC：这里一个好的故事是，早在我的职业生涯 - 这件事情我永远不会忘记 - 我在那做这些真的很酷杠杆的大型家具供应商的公司工作。他们看起来像木头和他们约一英寸直径的四分之三。我相信他们有某种类型的木材填料，因为他们总是闻起来像一堆篝火，当我们跑的那些部分。无论如何，意图部分是更换一个木柄，所以他们总是用同一零件的设计。
不幸的是，这么大的一块，直径四分之三英寸，造成了很多处理问题。这意味着这些部件实际上必须被倒进一个冷却的浴缸中大约5分钟来冷却。如果他们不去洗澡，他们会扭曲，下沉，扭曲。它们看起来就像一条盘绕在地板上的蛇。
最终，这很长，肮脏的过程被重新设计到核心，并提供更好的设计原则。这消除了对水浴的需求，减少了循环时间，因此它只是通过应用适当的设计原则来节省了消费者和制造商的大量成本。现在，每次我看到一个非常厚的部分，我的思绪立即去那个句柄，它做了什么，然后它变成了什么。所以，这绝对是想法的......每次看到一个非常厚的部分，它都会带我回到那个故事。
DW：好的经历。
JC：是的。至于你问题的后半部分，你问的是材料和墙体库存。当我们观察材料和零件的厚度时，选择具有合适流动特性的材料是很重要的。假设我们有一个很大的平面零件，如果我们有一个不是很粘的材料，它不会很容易填充，这就会导致制造问题。所以，我们需要认识到材料的选择和材料需要流动的距离。
DW:好点。这些流动特性是否影响浇口位置的重要性?有不同类型的门吗?
JC：是的，两者的这些问题。门控的一部分 - 根据定义，门是我们注入材料成零件的几何形状的空洞 - 是重要的，因为它决定了部分多远流动，在流动锋面，如果有任何漏洞绕过去，其中，针织线会等
门控也会影响我们看到的东西，比如物体的视觉末端，以及我们触摸到的物体表面。例如，在零件的a表面上的浇口可能会留下一点浇口痕迹。假设，这是一个外科医生需要触摸的医疗设备他们戴着橡胶手套，门的痕迹可能会撕裂手套，现在外科医生暴露在他们正在研究的东西中。这显然是我们想要避免的。
这使我的下一个点时的刀具设计过程。我们通常要经过好几个问题，并确保我们从客户收到的浇口位置和审批等。但是，如果设计者在其早期考虑到这些因素，比如：“我们在哪里要门？”或“有没有在这是一个非触感表面或不可见表面的一部分的区域？”而且，如果我们能一旦我们进入模具设计标识上，在设计阶段的部分零件图纸，甚至一个功能，那么有时这消除了设计周期。
DW:在生产之前，这是一个非常重要的考虑因素。那么，有哪些不同类型的门呢?
JC：我猜，幸运和不幸的是，还有很多。但主要的一种是边缘浇口。作为一个例子，记得当我们还是孩子，我们做的模型，或者我们可以帮助我们的孩子配车型呢？或者，也许它是是在一个框架的玩具。该帧通常具有在它和浇道的玩具部件。当你打破那些棋子落，有经常一个小零件上的站在一边痕迹 - 这是有利于边缘浇口。除非你有一个有才华的操作员与刀子或者一些微调快船它，边缘片都将是剩。
还有什么叫做子门。子栅极在部分喷射过程剪切掉。他们是清洁的，但也更复杂的制造。然后，有一个叫腰果门的事情。这是东西，环绕的部分的背面。它也更复杂，但它隐藏从用户和最终用户的浇口位置。
还有更复杂的直接门和阀式浇口，其是热的歧管系统的一部分。在这一点上，我们建议设计者结识了门的款式和考虑零件的使用，或者咨询我们的专家的工具。即使是一个快速的互联网搜索可以帮助查找选项是在那里的部分设计
DW：考虑到有如此多的选择，这是有道理的。
JC：是的。这些只是常见的。有更多的选项可用。此外，工具专家和流程工程师专家都将与最佳选择有自己的意见。在选择不同的材料时，我们需要谨慎的一件事是材料选择和门控型号必须彼此合作。因此，如果它是一种脆性和高度工程的材料，例如，可能没有利于腰门，因为这些门需要材料的灵活性。你往往不能拥有两个世界，所以说话。它必须是一个合适的合作。
DW：并确实成本大量影响了门选择？
JC：毫无疑问，成本肯定是一个因素。设计师可能不会太在意成本，但当我们将系统作为一个整体考虑时，我们当然需要考虑成本。
德国之声：您刚才提到制件顶出早一点，乔恩。什么因素时，应考虑喷出除了模具？
JC：弹出一个部分出模具是在质量方面可笑的关键，因为我可以给你一个很好的塑料部件，但如果我们不能把它弄出来的工具，你得到它了一块钢板。
我们希望通过设计过程，设计师在他们的脑海中保持这种状态。如果我们在零件上添加功能，我们可以弹出吗？或者，如果我们识别 - 在图纸上甚至在CAD模型区域 - 在哪里弹出或不弹出？这个很重要。另一件需要考虑的是部分草案。如果我们在墙上没有任何草稿，那么该墙可能不会从刀具变量中释放。
所以......什么是草案？这可能是一个你要问的问题。草稿是如果零件具有垂直墙，则垂直于工具钢的方向，即垂直壁需要与其有一点角度，使其从工具中释放。很多时候，我们看到没有任何草案的设计。因此，部分可能会坚持该工具。部分也可能最终有某种诽谤，或者它可能破裂或压力。但有点草案将有助于释放并帮助防止这种情况。
我问了很多关于多少草案需要。拇指基本的规则，而我们会建议，是一个和半度。这是一个起点。而作为一个成型机，我有可能会要求更多。作为一名产品设计师，我总是会降低要求。当然，我们打来回了一下，因为不同的材料可以用比别人少草案塑造就好了。
这么多年来，我看到过一些有一点草稿和很多肋骨的部分。当你试着塑造它的时候，这很有趣因为有时我们会弹出那些直接穿过零件的销钉，或者当你试图把零件从工具中取出来的时候，我们会得到破碎的零件。但是没有人喜欢看到这些，因为这是一个需要清理的烂摊子!
德国之声：毫无疑问。
JC：是的。应该注意到表面牵引和材料的一件事，特别是对于部分或视觉侧的A侧......很多人喜欢将纹理应用于零件。在汽车世界中，您将看到大量的动物印花或假皮革型纹理。这些纹理有自己的要求草案，那些要求草案通常由纹理房屋或OEM说，所有权利......这是这种类型的表面完成需要的纹理的草案。因此，有文件在那里有助于指导设计师在应该看起来像什么。
沃克:我只是想问你关于一个部件的美学或外观。设计师如何才能在不损害组件完整性和可靠性的前提下提高组件的美感呢?
JC：首先，对于大多数设计师来说，他们的部分在A侧看起来很漂亮。当然，每个设计师都希望自己的部分看起来很棒，但在美学方面，我们需要警惕很多b面东西。我们已经谈到了一些事情，比如我们如何给它设定门槛，以及如何添加草稿。
理想情况下，当我们讨论b侧的材料或组件时，需要考虑该草案。背面的这些特征通常是你的结构部件或连接点，如肋、凸台和夹子。同样的，这些背面特征以及它们的设计好坏会影响到a面或前部。例如，一根肋骨应该只有它所连接的墙壁厚度的50%。如果它比这个厚，你就能看到所谓的通读，你可以找到目击者或者在a面有个小水槽。所以最后这里会有一点额外的质量。
除此之外，我们假设肋部没有草稿，或者有人说不可能添加任何草稿。另一种方法叫做吸回或拉回。这意味着当你把零件推出工具时，这个区域会向后拉，留下一点肋骨的痕迹——因为肋骨是在拉零件的a面。就像在拉一根绳子。
我今天看到了一个很好的例子。今天早上，我坐在办公桌前，为这次讨论做准备。我在我的电脑旁边放了一些扬声器，我注意到在它们周围有一个目击者。我打开盖子看，肋骨就在那里。现在，目击者对功能没有任何影响。扬声器效果很好，但从视觉上看，我能看出缺点。作为塑料界的人，我注意到了。普通消费者可能会，也可能不会。但是，扬声器的设计是否合适?可能不会。 But does it meet the intent of the function of the part? Definitely.
DW:我想你现在注意到了很多组件以及它们是如何设计的，以及设计的效果如何。
JC：我的妻子，她拿起了我的每一次我进入一个车，我看所有的塑料和批判它的时间。
沃克:这是你工作的副作用。
JC：完全正确。
德国之声：那么公差，乔恩？应该设计师考虑注塑零件公差什么？而做材料这里发挥作用的一个因素？
JC：因此，容忍问题可能会使我被问到的一个问题。
DW:有趣。
JC：当我第一次看图纸并开始看公差时，如果我说，“这个功能看起来有点紧”，接下来的问题总是:“你能拿什么?”或者是:“我们能走多紧?”好在有很多相关的文档。在过去的50年里，已经出版了白皮书、书籍和行业指南——可能从最早的塑料之一——酚醛塑料发明以来就有了。所以，我喜欢帮助指导设计师使用这些工具来开发公差。
每个成绩或物质家庭都有基本准则，但要知道的一件事是这些指导方针通常来自通用几何形状。这是一个平板或它是圆形部分和一致的墙壁库存，但我们打破了所有这些规则，因为我知道塑料。那里没有完美的设计。我的意思是我们设计或我们注塑模具的一切，这些都是复杂的形状。我们很少得到一个漂亮的平板或漂亮的平狗骨，从中开发了大部分规格或标准。所以再次，我们回到基线建议，然后我们可以从那里工作。
DW：听起来很像你在设计中获得更多自由，也许是塑料，也许是？
JC：你知道，有什么......有时候。我们始终从标准的建议开始，就像我们在谈论那样，然后我们可以从那里玩耍。
DW:前面您提到了连接点。你能说更多关于这些和塑料是如何连接在一起的吗?
JC：我会开始并说加入不是我的专业，但我确实知道足够危险。我和很多我的同事们会说的是，我们建议远离粘合剂，如胶水或环氧树脂。其他人可能对此有其他想法。但是，在我的职业生涯中，他们似乎往往是凌乱和不一致的。并且，如果不正确使用，我们可以对塑料产生化学撞击，其中粘合剂可以降解塑料，并且它损失。这返回到未正确审核应用和粘合剂。然而，在过去的几年里，在粘合剂世界，我已经看到了越来越多的改进。在PTI，我们最近投入了六轴机器人，该机器人正在使用两部分环氧树脂加入几个部分 - 但并非没有一些预订。
除了这些粘合剂，还有一长串的贴合和压合设计概念可以使用。我们的设计团队提供了一个大型图书馆的建议snap和press fits。它的第一个问题是:什么应用程序?这个部件用在哪里?它是如何被使用的?这就决定了我们会推荐什么样的压合度。我们也看到螺纹成型螺钉的大量使用，通常称为PT螺钉。如果两个组件连接在一起，而不需要进行维护或拆卸或重新组装，则使用它们。
我们还看到了使用热插入件和封盖螺钉，而且通常用于服务的组件。因此，如果您必须拍摄电池以更换电池或进入电路面板，或类似的东西。再次，另一个例子是如果您有新电池玩具的孩子。之前，当我们不得不更换电池时，它通常是一个小门或面板，带有卡扣的设计。想想你的电视遥控器。进出电池箱很容易。
但现在，一些带电池的玩具有一个小螺丝，你需要解开。而且，为了保持便宜，它通常是一个自攻螺丝，在一两次更换电池后，我们去掉那个螺丝孔或螺丝座。在我看来，这个应用程序使用错误。他们用的东西只能用一次，不能用很多次。在更高端的产品中，你会看到螺丝是插入到有螺纹的热嵌件或模压嵌件中，这样就可以在没有损坏的情况下进行维修。这又回到了产品将如何使用，谁将使用它，以及多久使用一次?提出正确的问题。
我们使用的最后一种连接技术，绝不是唯一的一种，就是超声波焊接。如果你不熟悉这个术语，它基本上是使用一种设备，将大量的能量注入塑料部件的表面，刺激分子，并在与其他塑料接触的地方重新熔化它们。这不仅仅是一个机械键，而是一个化学键将这两部分连接在一起。这提供了一个伟大的封印，它可以密封。它的强度相当高，通常用于零件，可能有或没有伟大的几何形状，或有一个螺丝钉。所以，连接技术是设计需要的功能以及设计允许它拥有的功能。
DW：我在紧固行业编辑了一点，所以我知道其中一个关键要点是在设计阶段之前考虑紧固。你在这里做一些好点！出于好奇，项目是否与环氧树脂进行了解决问题？
JC：当然,它是。我们可以说，它仍然处于发射前的阶段但从功能的角度来看，它是有效的。
德国之声：那太好了。是否有任何其他最近的技术进步专用注塑一个设计师应该在关系认识的制造？
JC：这对我来说是个棘手的问题，因为当我们看到注塑模具或设备的技术进步时，总会有下一个产品，更新更好的，或最新的设备。然而，设计零件的基本原理是不变的。当我们看到技术相对于设计的进步时，我建议我们先了解这部分的最初概念，然后遵循良好的设计原则。然后，我们可以开始查看系统设计，其中包括新技术，以及它可能会如何影响部件设计。
回到我们之前讨论闸门的时候，有一些新的技术和闸门的新方法，这些会影响到这个部分的设计。第一个是什么?先有鸡还是先有蛋?我们是否围绕流程进行设计?我们是围绕它的使用来设计的吗?需要明确我们要达到的目标，然后考虑从哪里或如何开始。这些年来，我参与了很多新技术的引进，我们从一部分开始，确保这一部分是声音设计，然后我们提出了这样的问题:我们如何用这种新技术实现它?或者我们要引进什么新技术?然后，我们需要在设计上做出什么调整，以使新技术发挥最佳效果?
DW:那么，首先从基础开始。
JC：你说对了。我猜我对零部件设计师的整体建议是从一般原则开始，了解制造过程所在的良好理解，以及从设计角度来看的需求，然后与制造商接合。在那里有很多知识，要么在材料供应商级别，在成型水平，或在工具构建世界内。在那里使用资源。当然，没有一个人知道这一切，但是有一个集体的知识，有助于让良好的产品更快地推出。
DW:您在这里提到了很多，但是当涉及到设计或注塑成型时，我们的听众可能想要考虑其他的良好实践吗?
JC：我想我最大的事情是:做一点家庭作业会有很大的帮助。多年来，我看到很多人设计出了他们认为很好的产品，却没有做研究，为他们提供更好的信息。所以，这就回到了，做一些作业，和模具师谈谈。你会很快学到很多知识。大多数模具工都会和你一起工作。
对于PTI的我们来说，我们喜欢从一开始就参与设计。我们的设计团队在这里是精通和设计制造实践。我们有一个很好的格式，我们遵循特定的问题，其中很多都与我们今天讨论的内容有关。
DW:太好了!非常感谢你告诉我这些，乔恩。我们的时间快到了。在我们结束今天的讨论之前，你还有什么想谈的吗?
JC：您可以联系到我们....我们有很多设计文档可用。您可以在Teampti.com找到我们。此外，即使在我们的网站内，也有关于我们的DFM过程的文档。随着门户网站，随向我们联系，看看我们必须提供什么。
DW：优秀！再次感谢加入我们，乔恩，并提供如此伟大的洞察力。谢谢听众的时间和注意。要了解有关我们的更多信息，请访问DesignWorldonline.com的设计世界网站，并务必在您侦听播客的任何地方订阅和分享。谢谢大家！祝你有美好的一天。
PTI.
Teampti.com.
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