塑料制品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、第1章塑料制品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識要點(diǎn)塑料制品設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 塑料制品設(shè)計(jì)要點(diǎn) 塑料制品設(shè)汁基本過程 學(xué)習(xí)回顧練習(xí)題要設(shè)計(jì)一副先進(jìn)的塑料模具首先需要有高水平的設(shè)計(jì)思路，而且還必須有對制品工藝性、 塑料材料的特性及用途、模具鋼材的選用、加工方法、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型方案和注射機(jī)的型 號等眾多方面的硏究。其中從模具設(shè)計(jì)和注射成型的角度硏究模具設(shè)計(jì)的工藝性是非常必要 的，具目的是為了減少因模具工藝性不好而給模具制造及成型帶來的麻煩。1.1塑料制品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)塑料在性能上具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制品可加工成任意形狀, 且生產(chǎn)效率髙、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用日益廣泛，本章將簡略介紹塑料的一些基礎(chǔ)知識。

2、1.1.1塑料性質(zhì)塑料制品應(yīng)用的廣泛性離不開它自身的性質(zhì)特點(diǎn)，下而介紹塑料的成分特點(diǎn)。1. 塑料的分子結(jié)構(gòu)塑料的主要成分是樹脂，樹脂有天然樹脂和合成樹脂兩種。2. 塑料的成分 樹脂：主要作用是將塑料的其他成分加以粘合，并決走了塑料的主要性能，如機(jī)械、 物理、電、化學(xué)性能等。樹月旨在塑料中的比例一般為40%65%。 填充劑：又稱添料。正確地選擇填充列,可以改善塑料的性能并擴(kuò)大它的使用范圍。 增塑卿：有些樹脂的可塑性很小，柔軟性也很差,為了降彳氐樹脂的熔融黏度和熔融溫 度,改善其成型加工性能,改進(jìn)塑料的柔韌性、彈性以及其他各種必要的性能,通常 加入能與樹脂相溶的不易揮發(fā)且高沸點(diǎn)的有機(jī)化合物,即增塑

3、列。看色劑：又稱色料，主要是起美觀裝飾作用，包含涂料。 穩(wěn)走割：凡能延緩塑料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)走列,分光穩(wěn)走列、熱穩(wěn)定列和抗氧列。 潤滑?。焊纳扑芰先垠w的流動(dòng)性，減少或避免對設(shè)備或模具的摩擦和粘附，以及改逬 塑件的表面光潔度。1.1.2常用塑料材料介紹不同成分的塑料具有不同的使用價(jià)值，表1-1所示是常用塑料的性質(zhì)和用途。表1-1常用塑料的性質(zhì)和用途名稱性質(zhì)向'll設(shè)計(jì)注意問題聚氮乙烯(PVC)換質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度差化 學(xué)性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，阻 燃性軟質(zhì)一一耐磨性好，價(jià)格低 廉.微韓不宜用于食具及 包裝食品換質(zhì)一宜干制造板.管、 門窗.線槽.電開關(guān).插 座等軟質(zhì)一一宜于制造塑料涼 鞋、薄膜、雨衣.

4、地板膠、 增紙.人造革.軟管等流動(dòng)性差流道短而粗. 分流道要少拐彎 氯氣腐蝕模具型腔、型 芯等成型零件要電鍍聚乙烯(PE)無毒.柔軟.價(jià)廉.質(zhì)輕、 軟于水高圧LDPE宜于制造 薄膜低(中)壓HDPE一制 造日用品(米桶.面盆.水壺.保鮮盒等)收縮率大設(shè)訃計(jì)算與制 造要充分考慮收縮率 變形大一一塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要 采取防變形措施續(xù)表名稱性質(zhì)應(yīng)用設(shè)計(jì)注意問題聚苯乙烯(PS)適用度高,質(zhì)碩而脆，著色 性最好.顏色鮮艷，無訝. 價(jià)格低電絕緣性好糖果盆.三角尺、錄音帶、 CD盒、玩具.文具等 電湍元件及外殼透明型腔、型芯要用鍛 打鋼，以便表面光潔 質(zhì)換而脆脫模斜度a要 大，一般心丁ABS表面啖度高,尺寸穩(wěn)定

5、,若 色性好，可以鍍倂.耐熱. 耐沖壓.無毒家電產(chǎn)品的外殼、食具.廚具等要有足夠的脫模斜度aN5° 防止“頂角” 要注意澆口位迓一一防止和 減少熔接痕聚丙烯(PP)綜合性能好，優(yōu)界突出的韌 性、不透明.無毒.密度(0.9g/cnV)小.能浮于水較鏈性產(chǎn)品(眼鏡盒八 塑料袋.繩、編織袋.薄 膜.水上救生器材.飛機(jī) 用具.家電產(chǎn)品.外殼收縮變形較大設(shè)訃計(jì)算 要考慮收縮對產(chǎn)品配合的影 響.要有防變形的結(jié)構(gòu) 餃鏈性產(chǎn)品要注總澆口的 位宜流動(dòng)性好模具的配合面 要求高.以防溢料聚酰胺(尼龍)(PA)耐磨性好，耐酸、耐堿、耐 壓、耐水，自潤滑性好.不 透明尼龍絲、齒輪.軸承、水 龍頭.密封圈等流動(dòng)

6、性最好一一要求模具分 型面.配合面的精度高.以 免溢料收縮大.尺寸不穩(wěn)定一一尺 寸計(jì)算和制造模具均要考慮 收縮的影響脫模阻力大一一脫模斜度宜 取大一些聚甲醛(賽鋼)(POM)是一種較理想的代替鋼.鋁 的塑料優(yōu)異的綜合性能.自潤滑性 好.顏色鮮艷機(jī)械性能可與鋼相比，價(jià)格 較貴齒輪.軸承.輪.彈簧、 游戲機(jī)按鈕、風(fēng)扇葉片等 家電產(chǎn)品流動(dòng)性差成型困難一一模 具要有加熱設(shè)備主流道“短 而粗”,分流道要少轉(zhuǎn)彎 甲醛有毒型腔、型芯要 電鍍防腐蝕聚碳酸脂(PC)透明.無毒，有優(yōu)異的抗沖 壓性防彈玻璃.透鏡、汽午燈 罩、咖啡壺.家庭攪拌機(jī)、 齒輪.冷凍設(shè)備的零件.沖擊鉆外殼流動(dòng)性差模具要有加熱 裝迓.主流道短

7、而粗.分流 道轉(zhuǎn)彎少透明一一脫模斜度ar 型芯.型腔要用鍛打鋼，以 便拋光1.1.3制品工藝要求塑料制品的質(zhì)量不僅與模具結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)有很大的關(guān)系，而且還取決于塑料制品本 身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合工藝要求。設(shè)計(jì)塑料制品的基本原則如下： 在保證使用和性能（如機(jī)械強(qiáng)度、電性能、耐化學(xué)腐蝕、形狀穩(wěn)定、耐溫、吸水性等） 的前提下,塑料制品結(jié)構(gòu)力求簡單、壁厚均勻、使用方便。 設(shè)計(jì)制品時(shí)應(yīng)盡呈考慮結(jié)構(gòu)合理，便于模具制造和成型工藝的實(shí)施，用最簡單的工序 和設(shè)備來完成制品的成型過程。 日用生活制品和兒童玩具等要求外表美觀者，應(yīng)與美工人員共同研究,設(shè)計(jì)出兩全其 美的制品。 高效率、低消耗,盡臺減少制品成型前后的

8、輔助工作呈，并避免成型后的機(jī)械加工。 進(jìn)行塑料制品設(shè)計(jì)開發(fā)，需要注意的一些設(shè)計(jì)問題如下：1 .尺寸、精度及表面粗糙度 尺寸：制品的尺寸要滿足使用要求及安裝要求，同時(shí)要考慮模具的加工制造、設(shè)備的 性能,還要考慮塑料的流動(dòng)性。 精度:影響因素很多。塑料的收縮、注塑成型條件（時(shí)間、壓力、溫度塑件形狀、 模具結(jié)構(gòu)（澆口和分型面的選擇、飛邊、斜度X模具的磨損等都直接影響制品的 精度。 表面粗糙度：制品的表面粗糙度由模具表面的粗糙度決走，故模具表面要進(jìn)行研磨拋 光,透明制品要求模具型腔與型芯的表面光潔度一致,般選擇Ra< 0.2|.imo產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)在滿足塑件使用條件的前提下，尺寸不能太大，產(chǎn)品精度應(yīng)

9、盡可能低,表面粗糙度 也盡可能低,從而降低模具制造成本及要求。如果塑件尺寸無公差要求，一般采用標(biāo)準(zhǔn)中的IT8級，對孔類尺寸可以標(biāo)注正公差，而軸 類各件尺寸可以標(biāo)注負(fù)公差。中心距尺寸可以標(biāo)注正負(fù)公差，配合部分尺寸的公差要求髙于非 配合部分尺寸。在模具的設(shè)計(jì)與制造過程中,模具尺寸精度應(yīng)比塑件尺寸精度高兩級，若制品精度是IT4級, 模具精度應(yīng)當(dāng)是IT6級。一殷模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度高一個(gè)等級。2.脫模斜度由于塑件在模腔內(nèi)產(chǎn)生冷卻收縮現(xiàn)象，使塑件緊包模具中的型芯和型腔中的凸出部分，使 塑件取出困難，強(qiáng)行取岀會(huì)導(dǎo)致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設(shè)汁時(shí)必須考慮與脫模(及軸芯)方向平行的內(nèi)

10、、外表而，設(shè)汁足夠的脫模斜度，如圖11所示。一般產(chǎn)品的脫模斜度取1。1°30 0 一般型芯的脫模斜度要比型腔大，型芯長度及型腔深度越 大,在不影響外觀的情況下,脫膜斜度a應(yīng)盡量大一點(diǎn)，以便月剋莫。表1-2列有若干塑料單邊脫模 斜度的推薦值。表12塑件脫模斜度推薦值塑料名稱斜度型腔型芯聚酰胺(尼龍)25 -40*2(r -40r聚乙烯(PE)25 452(r -45r聚朱乙烯(PS)35" 1。3030*聚丙烯(PP)25 4520* -45rABS40 -l°20r35, 1。聚碳酸脂(PC)35 -1°30 -50r聚甲醛(POM)35" -

11、1°30*30 -1°3 壁厚壁厚根據(jù)塑件使用要求(強(qiáng)度、剛度)和制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及模具成型工藝的要求而立。壁厚 太小，強(qiáng)度及剛度不足，塑料填充困難：壁厚太大，增加冷卻時(shí)間，降低生產(chǎn)率，產(chǎn)生氣泡、 縮孔等不良現(xiàn)象。要求壁厚盡可能均勻一致，否則由于冷卻和固化速度不一樣易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力, 引起塑件的變形及開裂。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要求壁厚完全均勻一致是不可能的，只能要求 在厚壁與薄壁交界處避免有銳角，過渡要緩和，厚度應(yīng)沿著塑料流動(dòng)的方向逐漸減小。塑件壁 厚一般在m范用內(nèi)，常用值為2mm3mm,通常隨塑料種類及塑件大小而泄。表1-3 所示為常用塑件最小壁厚及推薦壁厚。表1-3常用塑件最小

12、及推薦壁厚(mm)塑料最小壁厚小型塑件中型塑件大型塑件聚酰胺(尼龍)0.450.751.62432聚乙烯(PE)0.61.251.62432聚苯乙烯(PS)0.751.251.63.254聚丙烯(PP)0.851.451.752432ABS0.751.251.6243.2聚碳酸脂（PC）0.951.82.33-4.5聚甲醛（PO1VI）1.41.63.2-544 .加強(qiáng)筋為了確保塑料制品的強(qiáng)度和剛性，又不導(dǎo)致塑件的壁增厚，可在塑件的適當(dāng)部位設(shè)苣加 強(qiáng)筋，它還可以避免塑件的變形。在某些情況下，加強(qiáng)筋還可以改善塑件成型中的塑料流道 情況。為了増加塑件的強(qiáng)度和剛性,寧可增加加強(qiáng)筋的數(shù)星，也不要増加冥

13、厚度，但應(yīng)注意加強(qiáng)筋之間的間距應(yīng)取壁厚的2倍以上,如不得已時(shí),加強(qiáng)筋的厚度也不能大于壁厚的50%80%。對于空心塑件,中間加強(qiáng)筋要低于外壁0.5mm以上，使支撐面易于平直。應(yīng)盡呈避免加強(qiáng)筋 局部集中f筋的排列要順著在型腔內(nèi)的流動(dòng)方向。5 支撐面塑件一般不以整個(gè)平而作為支撐而，取而代之的是以邊框、底腳作為支撐面，如圖1-2 所示。6 圓角塑件轉(zhuǎn)角處都要以圓角過渡，除非有特殊要求。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成制品轉(zhuǎn)角處 破裂；圓角有利于塑料的流動(dòng)，填充模腔及塑件的頂出，有利于提高塑件強(qiáng)度及使用壽命。滿足使用和不影響外觀尺寸的情況下,圓角半徑R可盡星取大一些。一殷內(nèi)圓R> 0.5T r外圍 R&

14、gt; 1.5Tr如圖13所示。7孑d異形孑L （槽）設(shè)計(jì)塑件的孔有3種成型加工方法：模具直接注塑成型。先注塑成型淺孔，再用機(jī)械鉆通。機(jī)械鉆通。塑件如有側(cè)孔或側(cè)凹槽，貝懦要利用活動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)“平行抽出原則”確定塑件側(cè)孔（槽） 是否適合于脫模。熱塑性塑料中軟而有彈性的，如聚乙烯、聚丙烯等軟性制品，內(nèi)外邊緣有淺 的側(cè)凹或側(cè)凸可利用強(qiáng)制脫模。在制品的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量少產(chǎn)生側(cè)孔或側(cè)凹槽,避免増加模具的復(fù)雜程度和制造成本。8 .螺紋塑件中的螺紋可用注塑成型或機(jī)械切削獲得。經(jīng)常拆裝或受力大的螺紋，建議采用金屬螺 紋嵌件成型。塑件牙型一股采用圜弧形、矩形。夕卜螺紋的夕卜徑d>4mn_避免塑件螺紋強(qiáng)度較

15、差；內(nèi)螺紋的 內(nèi)徑g 2mm ,使螺紋型芯能夠承受強(qiáng)大的注塑壓力。9嵌件為了增加塑料制品整體或某一部位的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和裝飾性等, 滿足使用的要求，常在塑件體內(nèi)設(shè)程金屬嵌件。由于裝潢或某些特殊需要，塑料制品的表而常 有文字圖案。便于插入并固走在模具中,罟或罟的間隙配合,使嵌件鱗宇固地固走在塑件中,所以通 常要在嵌件上穿孔、缺口、折彎、軋屆和滾花。1.2塑料制品設(shè)計(jì)要點(diǎn)利用注塑工藝生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，由于塑料在模腔中的不均勻冷卻和不均勻收縮以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)的不合理，容易引起產(chǎn)品的各種缺陷，如縮印、熔接痕、氣孔、變形、拉毛、頂傷和飛 邊等。為得到高質(zhì)量的注塑產(chǎn)品，必須在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)充分

16、考慮英結(jié)構(gòu)工藝性。下而結(jié)合注塑產(chǎn)品 的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析避免注塑缺陷的方法。1 .開模方向和分型線在開始設(shè)計(jì)注塑產(chǎn)品時(shí)首先要確泄英開模方向和分型線，以保證盡可能減少抽芯機(jī)構(gòu)和消 除分型線對外觀的影響。開模方向確泄后，產(chǎn)品的加強(qiáng)筋、卡扣、凸起等結(jié)構(gòu)盡可能設(shè)汁成與開模方向一致，以避 免抽芯，減少拼縫線，延長模具壽命。例如，保險(xiǎn)杠的開模方向一般為車身坐標(biāo)X方向，如 果開模方向設(shè)計(jì)成與X軸不一致，則必須在產(chǎn)品圖中注明其夾角。2脫模斜度適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍瓤杀苊猱a(chǎn)品拉毛、頂傷。光滑表而的脫模斜度應(yīng)大于0.5。，細(xì)皮紋表而 大于1° ,粗皮紋表面大于1.5。深腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)外表面斜度要求小于內(nèi)表而斜度

17、，以保證注塑時(shí)模具型芯不偏位，和 得到均勻的產(chǎn)品壁厚，并保證產(chǎn)品開口部位的材料密度、強(qiáng)度。3 產(chǎn)品壁厚各種塑料均有一左的壁厚范圍，一般為0.5mm4mm。當(dāng)壁厚超過4mm時(shí)，將引起冷卻 時(shí)間過長，產(chǎn)生縮印等問題，應(yīng)考慮改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。壁厚不均會(huì)引起表而縮印、氣孔和熔 接痕。4.加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋的合理應(yīng)用，可增加產(chǎn)品剛性，減少變形。加強(qiáng)筋的厚度必須小于產(chǎn)品壁厚的1/3, 否則就會(huì)引起表而縮印。加強(qiáng)筋的單面斜度應(yīng)大于1.5° ,以避免頂傷。5 圓角圓角太小可能引起產(chǎn)品應(yīng)力集中，導(dǎo)致產(chǎn)品開裂。設(shè)置合理的圓角，可以改善模具的加工 工藝，如型腔可直接用R刀銃加工，而避免低效率的電加工。不同的圓角可能

18、會(huì)引起分型線 的移動(dòng)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇不同的圓角或淸角。6.孔孔的形狀應(yīng)盡量簡單，一般取圓形：孔的軸向和開模方向一致，可以避免抽芯。當(dāng)孔的長 徑比大于2時(shí)，應(yīng)設(shè)置脫模斜度，此時(shí)孔的直徑應(yīng)按小徑尺寸(最大實(shí)體尺寸)計(jì)算；盲孔的 長徑比一般不超過4?？着c產(chǎn)品邊緣的距離一般大于孔徑尺寸。7注塑模的抽芯機(jī)構(gòu)及避免當(dāng)塑件按開模方向不能順利脫模時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)，抽芯機(jī)構(gòu)能成型復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但 易引起產(chǎn)品拼縫線、縮印等缺陷，并增加模具成本，縮短模具壽命。設(shè)計(jì)注塑產(chǎn)品時(shí)，如無特 殊要求，應(yīng)盡量避免抽芯機(jī)構(gòu)，可采用的方法有將孔軸向和筋的方向改為開模方向，利用型 腔、型芯碰穿等。8. 體狡鏈利用PP料的韌性，

19、可將錢鏈設(shè)計(jì)成和產(chǎn)品一體。作為狡鏈的薄膜尺寸應(yīng)小于0.5mm,且 保持均勻。注塑一體餃鏈時(shí)，澆口只能設(shè)計(jì)在絞鏈的某一側(cè)。9. 注塑件精度由于注塑時(shí)收縮率的不均勻性和不確左性，注塑件精度明顯低于金屬件，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選擇適 當(dāng)?shù)墓钜?OSJ1372-1978)。10 .注塑件的變形提高注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剛性，減少變形：盡量避免平板結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置翻邊、凹凸結(jié)構(gòu)：設(shè) 苣合理的加強(qiáng)筋。11.氣輔注塑采用氣輔注塑，可提髙產(chǎn)品剛性、減少變形、避免縮印、石省原材料和縮短冷卻時(shí)間。12 .焊接（熱板焊、超聲波焊、振動(dòng)焊）采用焊接，可提高連接強(qiáng)度和簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。13 .合理考慮工藝和產(chǎn)品性能之間的矛盾設(shè)計(jì)注塑產(chǎn)品時(shí)必

20、須綜合考慮產(chǎn)品外觀、性能和工藝之間的矛盾。有時(shí)犧牲部分工藝性, 可得到很好的外觀或性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在無法避免注塑缺陷時(shí)，應(yīng)盡可能讓缺陷發(fā)生在產(chǎn)品的隱 蔽部位。表1-4所示是幾種常見的合理與不合理的設(shè)汁要點(diǎn)。最新資料推薦表14幾種常見的合理與不合理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)不合理加強(qiáng)筋分模面壁厚說 明加強(qiáng)筋表而形成收縮下陷時(shí)，應(yīng) 將加強(qiáng)筋盡雖減薄。加強(qiáng)筋的厚 度不能大于壁厚的0.5幾0.8T盡可能地使分模變得容易.可使 模具加匸容易及毛邊、澆口切除 容易壁厚均勻，可防止收縮不均、凹 陷、翹曲、氣泡等現(xiàn)象2直角位宜設(shè)訃成圓角.可改善強(qiáng) 度.防止應(yīng)力集中、變形破裂等孔與孔之間的距離，一般應(yīng)取孔 徑的2倍以上?？着c塑件邊緣之 間的距離，一般應(yīng)取孔徑的3倍 以上1.3塑料制品