汽車內(nèi)外飾(塑料)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則及精度_圖文

1、汽車內(nèi)外飾(塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則及精度一形狀和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化制品的形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜顯然增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,加大了模具制造的難度,最終將影響產(chǎn)品性能的不穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)成本。而從工藝角度考慮,形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得越簡(jiǎn)單,熔體充模也就越容易,質(zhì)量就越有保證。理想的產(chǎn)品簡(jiǎn)潔化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是:有利于成型加工;有利于降低成本,節(jié)約原材料;有利于體現(xiàn)簡(jiǎn)潔、美觀的審美價(jià)值;符合綠色設(shè)計(jì)的原則。以下是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的一些建議和提示。(1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形狀對(duì)稱,避免不規(guī)則的幾何圖形; (2 避免制件側(cè)孔和側(cè)壁內(nèi)表面的凹凸形狀設(shè)計(jì),制件側(cè)壁孔洞和側(cè)壁內(nèi)表面的凹凸形狀對(duì)某些成型工藝來(lái)說(shuō)是困難的,需要在制品成型后進(jìn)行二次加工。例如

2、對(duì)于注塑件 來(lái)說(shuō),模具結(jié)構(gòu)上就要采用比較復(fù)雜的脫模機(jī)構(gòu)才能對(duì)制件進(jìn)行脫模。通常,側(cè)向孔要用側(cè)向的分型和 抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),這無(wú)疑會(huì)使模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。為了避免在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加復(fù)雜性,可以對(duì)這類制品進(jìn)行設(shè)計(jì) 上的改進(jìn),圖5-16所示是避免側(cè)向抽芯的設(shè)計(jì)。(3 尺寸設(shè)計(jì)要考慮成型的可能性,不同的成型工藝對(duì)制件的尺寸設(shè)計(jì),包括尺寸大小,尺寸變化會(huì)有一定的限制。二、壁厚均一的設(shè)計(jì)原則在確定壁厚尺寸時(shí),壁厚均一是一個(gè)重要原則。該原則主要是從工藝角度以及由工藝導(dǎo)致的質(zhì)量方面的問(wèn)題而提出來(lái)的。均勻的壁厚可使制件在成型過(guò)程中,熔體流動(dòng)性均衡,冷卻均衡。壁薄部位在冷卻收縮上的差異,會(huì)產(chǎn)生一定的收縮應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力

3、會(huì)導(dǎo)致制件在短期之內(nèi)或經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期之后發(fā)生翹曲變形。圖5-17是由壁厚不均勻造成制件翹曲變形的一個(gè)例子,圖5-18是在不均勻壁厚部位設(shè)置圓孔,由于收縮不均勻,難以稱為正圓。以下是壁后不均勻時(shí)常用的三種處置辦法:(1厚薄交接處的平穩(wěn)過(guò)渡,當(dāng)制件厚度不可避免需設(shè)計(jì)成不一致時(shí),在厚薄交接處應(yīng)逐漸過(guò)渡,避免突變,厚度比例變化在一合適的范圍(一般不超過(guò)3:1。某些成型工藝可以是例外,例如結(jié)構(gòu)發(fā)泡注射成型和氣輔注射成型。 壁厚過(guò)渡形式如圖5-19所示,圖中(a為階梯式過(guò)渡,應(yīng)盡力避免;(b為錐形過(guò)渡,比較好;(c是圓弧過(guò)渡,應(yīng)是最好的。(2將尖角改為圓角處理,兩個(gè)壁厚相同的壁面成直角的連接,破壞了壁厚

4、均一的原則。如圖5-20所示,轉(zhuǎn)角處的最大厚度是壁厚的1.4倍,如果將內(nèi)角處理成圓角而外角仍是直角,則在轉(zhuǎn)角處的最大厚度(W可增加到壁 厚的1.6-1.7倍。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)是內(nèi)外角均進(jìn)行圓角處理,以確保壁厚均勻。圓角處理還可避免應(yīng)力集中,以及改善塑料成型時(shí)熔體的流動(dòng)性和成型性。 (3厚壁部位減薄,使厚壁趨于一致,壁厚差異大的制件可通過(guò)增設(shè)工藝孔、開(kāi)槽或設(shè)置加強(qiáng)筋的方式,使厚壁部位減薄,厚薄趨于一致。圖5-21是通過(guò)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)使塑料件厚薄趨于一致的幾個(gè)例子。三、避免應(yīng)力集中對(duì)制件上有孔洞、切口、拐角等幾何不連續(xù)部位施加一定的力,在這個(gè)部位的斷面上將產(chǎn)生遠(yuǎn)比給予的表觀應(yīng)力大得多的應(yīng)力,這個(gè)現(xiàn)象角應(yīng)

5、力集中。局部產(chǎn)生的很大應(yīng)力對(duì)于表現(xiàn)應(yīng)力之比稱作應(yīng)力集中系數(shù)。塑料是對(duì)缺口和尖角之類比較敏感的材料,在應(yīng)力作用下,這些部位會(huì)逐漸產(chǎn)生微細(xì)裂紋,隨后逐步擴(kuò)展到大的裂紋,而裂紋的不斷延伸終將導(dǎo)致制件的損壞。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,避免應(yīng)力集中應(yīng)是一條基本的準(zhǔn)則。避免應(yīng)力集中最直接最有效的方法就是在拐角、棱邊、凹槽燈輪廓過(guò)渡與厚薄交接處采用圓弧過(guò)渡。由于對(duì)數(shù)的壁近似于經(jīng)典的懸臂梁結(jié)構(gòu),因此可對(duì)不同的壁厚和圓 角半徑計(jì)算出應(yīng)力集中系數(shù),計(jì)算的結(jié)構(gòu)如圖5-22所示。圖中曲線表明,半徑R與壁厚T之比,即R/T在0.6以后,曲線趨于平緩,由此可知,內(nèi)圓角之半徑應(yīng)至少為壁厚的一半,最好為壁厚的0.6-0.75。四、加強(qiáng)

6、剛度的設(shè)計(jì)對(duì)于可能因外載和自重引起變形、翹曲、蠕變的產(chǎn)品來(lái)說(shuō),加強(qiáng)產(chǎn)品的剛性是必須考慮到的。有剛性要求的產(chǎn)品,首先從材料方面要有所選擇,在材料確認(rèn)之后,我們可以通過(guò)產(chǎn)品的外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使產(chǎn)品的剛性得到加強(qiáng)。通?？梢钥紤]采用以下幾種方式。(1幾何形狀的改變,薄殼狀的平板制件,將其表面設(shè)計(jì)成波紋形、瓦楞形、拱形、球形、拋物面,其剛性比同樣重量的平板要高得多,圖5-25是通常采用的幾種設(shè)計(jì)方案。 上述的結(jié)構(gòu)理論在容器底部的增強(qiáng)設(shè)計(jì)中也常有巧妙的運(yùn)用,如圖5-26。 圖5-27是塑料瓶底部的設(shè)計(jì),是比較常見(jiàn)的加強(qiáng)底部剛度的設(shè)計(jì)方法。其中(b是球形瓶 底附加了一個(gè)瓶托,為以前可樂(lè)瓶采用的設(shè)計(jì),現(xiàn)在很少

7、采用而改用(c。(2加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)和運(yùn)用,圖5-30所示的容器沿口部位的設(shè)計(jì)起到了邊緣增強(qiáng)的作 用,實(shí)質(zhì)上這種突變的邊緣可以看作是加強(qiáng)筋的變異。 用來(lái)支撐直立壁的加強(qiáng)筋也被稱之為角撐。角撐設(shè)計(jì)在軸套的側(cè)表面(圖5-32,是提高軸套扭轉(zhuǎn)剛性和彎曲剛性的一種有效方法。(3嵌件的加強(qiáng)作用,在制件中設(shè)置金屬嵌件,可以提高塑料制件局部或整體的強(qiáng)度。這方面的典型例子有汽車方向盤、活動(dòng)手柄、塑料門窗框、帶有金屬嵌件的塑料齒輪等。(4結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì),在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,有幾種結(jié)構(gòu)具有比較高的剛性/質(zhì)量比。蜂窩夾層結(jié)構(gòu),如圖5-36所示,汽車?yán)?叭罩后面通常就是這種結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)剛性的設(shè)計(jì)效果好,其缺點(diǎn)是工藝上比較復(fù)雜,

8、成本和價(jià)格較高。結(jié)構(gòu)泡沫制件,采用結(jié)構(gòu)泡沫成型工藝成型的制件具有致密表皮層和呈微孔結(jié)構(gòu)的芯部,這種結(jié)構(gòu)具有高的比強(qiáng)度,可應(yīng)用在受力結(jié)構(gòu)中?？谧中谓Y(jié)構(gòu)、T形結(jié)構(gòu)以及工字梁結(jié)構(gòu),與矩形截面的實(shí)心結(jié)構(gòu)比較,這種結(jié)構(gòu)即能節(jié)省材料,又不降低剛性。圓錐體結(jié)構(gòu),相對(duì)圓柱體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能承受很大的壓縮載荷,彎曲穩(wěn)定性好。雙壁結(jié)構(gòu),有不少工藝可成 型具有雙壁結(jié)構(gòu)的制件,這種結(jié)構(gòu)的制件有較高的剛性、沖擊韌性和抗彎能力。一種采用吹塑工藝成型的雙壁結(jié)構(gòu)的制件如圖5-37所示。五、抗變形設(shè)計(jì)有兩種能引起制件變形的情況需要有針對(duì)性的預(yù)防設(shè)計(jì):一是由制件的內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲變形,二是由熱效應(yīng)引起的熱變形。(一由內(nèi)應(yīng)力引起的

9、制件變形,這種變形由制件內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力所導(dǎo)致。通常不均勻的內(nèi)應(yīng)力分布是翹曲變形的主要原因,而內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布則可能是加工條件(如溫度、壓力的不均勻分布,收縮率的各向異性等、材料組成(結(jié)晶型材料的百年形傾向較大、模具結(jié)構(gòu)(特別是澆口設(shè)計(jì)和制品形狀共同作用的結(jié)果。前述的避免應(yīng)力集中以及剛性設(shè)計(jì)的一些措施,也都有助于防止或者降低制件的變形。矩形的薄壁容器的 側(cè)壁容易發(fā)生內(nèi)凹變形,為此可將側(cè)壁設(shè)計(jì)得稍微外凸一些,如圖5-38中(c所示。深度較淺的盒類制 品,為避免翹曲變形,可將其底邊設(shè)計(jì)成倒角形狀,如圖5-39(b。注塑制件中有如圖5-40所示的凹槽時(shí),由于壁厚與壁薄部位固化速度不同,會(huì)使凹槽頂部出現(xiàn)拱

10、起現(xiàn)象,為避免出現(xiàn)這種情況,正確的設(shè)計(jì)應(yīng)如圖5-41所示。 圖5-42所示的構(gòu)件,因壁厚不同,壁厚處的塑料完全固化后,會(huì)對(duì)先行固化的薄壁部位施以拉力,導(dǎo)致制件出現(xiàn)變形。圖5-43所示的兩種措施,可以避免出現(xiàn)這種情況,其中(a采用均勻壁厚 的辦法;(b采用增加筋的高度的辦法。 框形結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生變形,圖5-44所示的設(shè)計(jì)是采用加強(qiáng)筋來(lái)防止變形的設(shè)計(jì)措施。 U形注塑件由于熔體流動(dòng)過(guò)程中熱擴(kuò)散不均,引起直角方向上的收縮,因而會(huì)產(chǎn)生如圖5-51(a 所示的翹曲變形。解決這種現(xiàn)象的辦法除設(shè)加強(qiáng)筋之外也可如(b所示,在直角部位開(kāi)一小槽。(2抗熱變形設(shè)計(jì),溫度對(duì)制件的影響與材料的耐熱性直接有關(guān)。當(dāng)材料確定之

11、后,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采取各種有效措施,來(lái)減少和避免溫度對(duì)制品使用性能的影響,延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。避免受熱部位過(guò)熱導(dǎo)致變形的幾種設(shè)計(jì)方案如下:使產(chǎn)品中的零部件與熱源保持有一段距離。在塑料部件與發(fā)熱體之間,設(shè)置像鋁箔之類反射性能好的反射體,可以減少熱量的吸收?？刹捎脤?duì)流的設(shè)計(jì)。在適當(dāng)部位設(shè)計(jì)格柵或開(kāi)設(shè)不同形狀的散熱窗口,也有利于熱量的散發(fā)。在用于溫度過(guò)高的部位時(shí),應(yīng)采用熱導(dǎo)率低的隔熱材料進(jìn)行隔熱。六、注塑件的精度1、影響因素材料注塑模塑的塑料在高溫高壓的熔融狀態(tài)下充模流動(dòng)。常見(jiàn)的各種熔體溫度為170-300°C。然后被冷卻固化,通常脫模溫度在20-100°C。塑料材料有比金屬約

12、大2-10倍的線膨脹系數(shù)。表5.3列出了常用的注射塑料的成型收縮率。用無(wú)機(jī)填料填充、用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料有較低的成型收縮率。 模具對(duì)于小尺寸的塑料件,模具的制造誤差占塑料公差的1/3。與模具上運(yùn)動(dòng)的零件有關(guān)的塑件尺寸,其精度較低。模具上澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)使成型塑件的收縮不均勻。脫模系統(tǒng)的作用力不當(dāng),會(huì)使被頂出塑件變形。這些都會(huì)影響塑料件的精度。塑件結(jié)構(gòu)塑料件壁厚均勻一致,形體又對(duì)稱,可使塑件收縮均衡。提高塑料件的剛性,如加強(qiáng)筋的合理設(shè)置或采用金屬嵌件,能減小塑件翹曲變形,都有利于提高塑件精度。工藝注射周期各階段的溫度、壓力和時(shí)間會(huì)影響塑件的收縮、取向和殘余應(yīng)力,存在對(duì)于塑件精度要求

13、的最佳工藝。保證注塑件精度更重要的使工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。成型條件波動(dòng)所造成的誤差占塑件公差的1/3。使用塑料材料對(duì)時(shí)間、溫度、濕度和環(huán)境條件的敏感性,在注射成型制品長(zhǎng)期使用后,會(huì)有顯現(xiàn)。注塑件的尺寸和形位精度的穩(wěn)定性差。2、模塑塑料件尺寸公差注塑件的尺寸公差,我國(guó)仍在使用的是SJ1372-78原四機(jī)部和WJ1266-81原五機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容相同,塑料件尺寸精度分為八級(jí)。工程塑料模塑塑料件尺寸公差GB/T14486-93現(xiàn)已實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱固性和熱塑性工程塑料模塑塑料件的尺寸公差。它適用于注塑、壓塑、傳遞和澆鑄成型的工程塑料模塑的塑料件,不適用于擠塑成型、吹塑成型、燒結(jié)和泡沫制品。模塑尺寸公差代號(hào)為MT。公差等級(jí)分為七級(jí)。各級(jí)公差數(shù)值表列于表5.4。常用材料模塑件的公差等級(jí)選用見(jiàn)表5.5此標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定公差,基本尺寸的上、下偏差可根據(jù)工程的實(shí)際需要分配。未注公差尺寸等級(jí)見(jiàn)表5.5。 此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了模塑收縮率VS,在常溫下模塑件與所用模具相應(yīng)尺寸的差,通模具相應(yīng)尺寸之比,以百分?jǐn)?shù)表示。%1001(×=WF L L VS (5.7 式中 F L 模塑成型后標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下放置24h 后的塑料件尺寸,mm;W