塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述課件

塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2010年5月塑料件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2010年5月壁厚

●基本設(shè)計(jì)原則一般塑料件的厚度為2～3mm，如我們油煙機(jī)大面板壁厚就是2～3mm，熱塑性塑料最大設(shè)計(jì)壁厚為4mm。壁厚的大小取決于：a產(chǎn)品需要承受的外力；b是否作為其他零件的支撐；c承接柱位的數(shù)量；d加強(qiáng)筯的多少；e選用的塑料材料。產(chǎn)品過(guò)厚從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，不但增加物料成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期冷卻時(shí)間，增加生產(chǎn)成本。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來(lái)看，增加導(dǎo)致產(chǎn)生空穴氣孔的可能性，大大削弱產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度，增加產(chǎn)品的縮痕。壁厚●基本設(shè)計(jì)原則壁厚對(duì)一般熱固性塑料來(lái)說(shuō)，太薄的產(chǎn)品厚度往往導(dǎo)致操作時(shí)產(chǎn)品過(guò)熱，形成廢件。此外，纖維填充的熱固性塑料于過(guò)薄的位置往往形成不夠填充物的情況發(fā)生。塑料的流動(dòng)性越好，產(chǎn)品的壁厚就能做得越薄。如聚丙烯、尼龍、ABS等料的流動(dòng)性較好，聚碳酸酯的流動(dòng)性較差。我們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品壁厚時(shí)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值或參考相類似的產(chǎn)品，如不能確定時(shí)，可先按較薄的壁厚設(shè)計(jì)，等產(chǎn)品做出來(lái)后如強(qiáng)度不夠，修改模具加厚產(chǎn)品壁厚比較方便，也可以添加或增加加強(qiáng)筯或?qū)Σ牧线M(jìn)行增強(qiáng)改性來(lái)達(dá)到使用要求。壁厚對(duì)一般熱固性塑料來(lái)說(shuō)，太薄的產(chǎn)品厚度往往導(dǎo)致操作時(shí)產(chǎn)品過(guò)平面原則最理想的壁厚分布無(wú)疑是切面在任何一個(gè)地方都是均一的厚度，但為滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無(wú)可避免的。壁厚的地方比旁邊壁薄的地方冷卻得比較慢，并且在相接的地方表面在澆口凝固后出現(xiàn)收縮痕。更甚者導(dǎo)致產(chǎn)生收縮印、熱內(nèi)應(yīng)力、撓曲部份歪曲、顏色不同或不同透明度。若壁厚的地方漸變成壁薄的是無(wú)可避免的話，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成塑料由壁厚的地方流向壁薄的地方，不同平面過(guò)度要漸次的改變，并且在不小于壁厚3:1的比例下。下圖可供參考。平面原則最理想的壁厚分布無(wú)疑是切面在任何一個(gè)地方都是均一的平面原則平面原則轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則壁厚均一的要訣在轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要，以免冷卻時(shí)間不一致。冷卻時(shí)間長(zhǎng)的地方就會(huì)有收縮現(xiàn)象，因而發(fā)生部件變形和撓曲。此外，尖銳的圓角位通常會(huì)導(dǎo)致部件有缺陷及應(yīng)力集中，尖角的位置也常在電鍍過(guò)程后引起不希望的物料聚積。集中應(yīng)力的地方會(huì)在受負(fù)載或撞擊的時(shí)候破裂。較大的圓角提供了這種缺點(diǎn)的解決方法，不但減低應(yīng)力集中的因素，且令流動(dòng)的塑料流得更暢順和成品脫模時(shí)更容易。下圖可供參考之用。轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則壁厚均一的要訣在轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要，以免冷卻時(shí)間轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則轉(zhuǎn)角位的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也適用于懸梁式扣位。因這種扣緊方式是需要將懸梁臂彎曲嵌入，轉(zhuǎn)角位置的設(shè)計(jì)圖說(shuō)明如果轉(zhuǎn)角弧位R太小時(shí)會(huì)導(dǎo)致其應(yīng)力集中系數(shù)(StressConcentrationFactor)過(guò)大，因此，產(chǎn)品彎曲時(shí)容易折斷，弧度R太大的話則容易出現(xiàn)收縮紋和空洞。因此，圓弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎0.2至0.6之間，理想數(shù)值是在0.5左右。轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則轉(zhuǎn)角位的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也適用于懸梁式扣位。因這種扣緊方式是轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則轉(zhuǎn)角準(zhǔn)則壁厚設(shè)計(jì)不同的塑料有不同的流動(dòng)性。壁厚過(guò)厚的地方會(huì)有收縮現(xiàn)象，壁厚過(guò)薄的地方塑料不易流過(guò)。以下是一些建議的塑料厚度可供參考。熱塑性塑料的壁厚設(shè)計(jì)參考表：壁厚設(shè)計(jì)不同的塑料有不同的流動(dòng)性。壁厚過(guò)厚的地方會(huì)有收縮現(xiàn)壁厚設(shè)計(jì)熱塑性塑料簡(jiǎn)稱最薄(mm)平均(mm)最厚(mm)聚甲醛POM0.41.63.2ABSABS0.82.33.2聚甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃)PMMA0.62.46.4尼龍PA0.41.63.2聚碳酸酯PC0.12.49.5低密聚乙烯LDPE0.51.66.4高密聚乙烯HDPE0.91.66.4乙烯/乙酸乙烯酯EVA0.51.63.2聚丙烯PP0.62.07.6聚苯醚PPO0.82.09.5聚苯PS0.81.66.4硬聚氯乙烯硬PVC1.02.49.5聚氨酯PU0.612.738壁厚設(shè)計(jì)熱塑性塑料簡(jiǎn)稱最薄(mm)平均(mm)最厚(mm)壁厚設(shè)計(jì)其實(shí)大部份壁厚的設(shè)計(jì)可使用加強(qiáng)筋及改變橫切面形狀取消它。除了可減省物料以致減省生產(chǎn)成本外，取消后的設(shè)計(jì)更可保留和原來(lái)設(shè)計(jì)相近的剛性、強(qiáng)度及功用。下圖的金屬齒輪如改成使用塑料物料，更改后的設(shè)計(jì)如下圖。此塑料齒輪設(shè)計(jì)相對(duì)原來(lái)金屬的設(shè)計(jì)不但減省材料，消除因厚薄不均引起的內(nèi)應(yīng)力增加及齒冠部份收縮導(dǎo)致整體齒輪變形的情況發(fā)生。壁厚設(shè)計(jì)其實(shí)大部份壁厚的設(shè)計(jì)可使用加強(qiáng)筋及改變橫切面形狀取壁厚設(shè)計(jì)壁厚設(shè)計(jì)壁厚設(shè)計(jì)壁厚設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋

基本設(shè)計(jì)原則

加強(qiáng)筋在塑料部件上是不可或缺的功能部份，它能增加產(chǎn)品的剛性和強(qiáng)度而無(wú)需大幅增加產(chǎn)品切面面積。加強(qiáng)筋最有效的形狀如『工』字鐵般，對(duì)一些經(jīng)常受到壓力、扭力、彎曲的塑料產(chǎn)品尤其適用，但如『工』字鐵般形狀有倒扣，難于脫模，一般設(shè)計(jì)成『⊥』字形。此外，加強(qiáng)筋更可充當(dāng)內(nèi)部流道，有助模腔充填，對(duì)幫助塑料流入部件的支節(jié)部份很大的作用。加強(qiáng)筋基本設(shè)計(jì)原則加強(qiáng)筋

加強(qiáng)筯的布置

加強(qiáng)筋一般被放在塑料產(chǎn)品的非接觸面，其伸展方向應(yīng)跟隨產(chǎn)品最大應(yīng)力和最大偏移量的方向，選擇加強(qiáng)筋的位置也受制于一些生產(chǎn)上的考慮，如塑料流動(dòng)方向、收縮方向及脫模方向等。加強(qiáng)筯的形狀

加強(qiáng)筋的長(zhǎng)度可與產(chǎn)品的長(zhǎng)度一致，兩端相接產(chǎn)品的外壁，或只占據(jù)產(chǎn)品部份的長(zhǎng)度，用以局部增加產(chǎn)品某部份的剛性。要是加強(qiáng)筋沒(méi)有接上產(chǎn)品外壁的話，末端部份也不應(yīng)突然終止，應(yīng)該漸次地將高度減低，直至完結(jié)，從而減少出現(xiàn)困氣、填充不滿及燒焦痕等問(wèn)題，這些問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生在排氣不足或封閉的位置上。加強(qiáng)筋加強(qiáng)筯的布置加強(qiáng)筋

加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋最常用的形狀及尺寸如下圖一般。加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋最常用的形狀加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋底部的寬度須比相連外壁的厚度為小，一般底部的寬度為壁厚的0.6～0.75倍，過(guò)厚的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)容易產(chǎn)生收縮紋、空穴、變形撓曲及夾水紋等問(wèn)題，也會(huì)加長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本。加強(qiáng)筋高度一般為產(chǎn)品壁厚的3們以內(nèi)，加強(qiáng)筋的高度是受制于熔膠的流動(dòng)速度及脫模頂出的特性(收縮率、摩擦系數(shù)及穩(wěn)定性)，較高的加強(qiáng)筋要求塑料有較低的熔膠黏度、較低的摩擦系數(shù)、較高的收縮率。加強(qiáng)筋的兩邊必須加上出模角以減低脫模頂出時(shí)的摩擦力，出模角最少為0.5°，增加加強(qiáng)筋的出模角一般有助產(chǎn)品頂出，不過(guò)，當(dāng)出模角不斷增加而底部的闊度維持不變時(shí)，產(chǎn)品的剛性、強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在頂出的方向打磨光潔也有助產(chǎn)品容易頂出；加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋底部的寬度須比相連外壁的厚度為小，一般底部的寬度加強(qiáng)筋底部連接產(chǎn)品的位置必須加上圓角以消除應(yīng)力集過(guò)分中的現(xiàn)象，圓角的設(shè)計(jì)也給與流道漸變的形狀使模腔充填更為流暢，底部圓角為壁厚的1/4；當(dāng)使用多條加強(qiáng)筋時(shí)，加強(qiáng)筋之間的距離必須較相接外壁的厚度大，一般兩條加強(qiáng)筯之間的間距大于壁厚的3倍。加強(qiáng)筯的數(shù)量

使用大量短而窄的加強(qiáng)筋比使用數(shù)個(gè)深而闊的加強(qiáng)筋好。模具生產(chǎn)時(shí)加強(qiáng)筋的闊度(也有可能深度)和數(shù)量應(yīng)盡量留有余地，當(dāng)試模時(shí)發(fā)覺(jué)產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度有所不足時(shí)可適當(dāng)?shù)卦黾樱驗(yàn)樵谀＞呱先コ摿媳仁褂脽富蚣由喜迩都仍黾愉摿系姆椒▉?lái)得簡(jiǎn)單及便宜。加強(qiáng)筋底部連接產(chǎn)品的位置必須加上圓角以消除應(yīng)力集過(guò)分中的現(xiàn)象出模角

基本設(shè)計(jì)原則塑料產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上通常會(huì)為了能夠輕易的使產(chǎn)品由模具脫離出來(lái)而需要在邊緣的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各設(shè)有一個(gè)傾斜的出模角。否則如果產(chǎn)品垂直外壁并且與開(kāi)模方向相同的話，模具在塑料成型后需要很大的開(kāi)模力才能打開(kāi)，而且，在模具開(kāi)啟后，產(chǎn)品脫離模具的過(guò)程也相信十分困難。另外如果強(qiáng)行脫模的話，會(huì)在產(chǎn)品上留下頂拔痕。如果該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的過(guò)程中已預(yù)留出模角及所有接觸產(chǎn)品的模具零件在加工過(guò)程當(dāng)中經(jīng)過(guò)高度拋光的話，脫模就變成輕而易舉的事情。因此，出模角的考慮在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程是不可或缺的。出模角基本設(shè)計(jì)原則出模角

因注塑件冷卻收縮后多附在凸模上，為了使產(chǎn)品壁厚平均及防止產(chǎn)品在開(kāi)模后附在較熱的凹模上，出模角對(duì)應(yīng)于凹模及凸模是應(yīng)該相等的。不過(guò)，在特殊情況下若然要求產(chǎn)品于開(kāi)模后附在凹模的話，可將相接凹模部份的出模角盡量減少，或刻意在凹模加上適量的倒扣位。出模角因注塑件冷卻收縮后多附在凸模上，為了使產(chǎn)品壁厚平均及出模角

出模角的大小出模角的大小是沒(méi)有一定的準(zhǔn)則，多數(shù)是憑經(jīng)驗(yàn)和依照產(chǎn)品的深度來(lái)決定。此外，成型的方式，壁厚和塑料的選擇也在考慮之列。一般來(lái)說(shuō)，高度拋光的外壁可使用1/8度或1/4度的出模角。深入或附有織紋的產(chǎn)品要求出模角作相應(yīng)的增加，習(xí)慣上每0.025mm深的織紋，便需要額外1度的出模角。出模角度與單邊間隙和邊位深度之關(guān)系表，列出出模角度與單邊間隙的關(guān)系，可作為參考之用。此外，當(dāng)產(chǎn)品需要長(zhǎng)而深的肋骨及較小的出模角時(shí)，頂針的設(shè)計(jì)須有特別的處理，見(jiàn)對(duì)深而長(zhǎng)加強(qiáng)筋的頂針設(shè)計(jì)圖。出模角出模角的大小出模角出模角度與單邊間隙和邊位深度之關(guān)系表出模角出模角度與單邊間隙和邊位深度之關(guān)系表出模角對(duì)深而長(zhǎng)加強(qiáng)筋的頂針設(shè)計(jì)出模角對(duì)深而長(zhǎng)加強(qiáng)筋的頂針設(shè)計(jì)支柱

基本設(shè)計(jì)原則支柱是用以裝配產(chǎn)品、隔開(kāi)物件及支撐承托其他零件之用?？招牡闹е梢杂脕?lái)嵌入件、收緊螺絲等。這些應(yīng)用均要有足夠強(qiáng)度支持壓力而不至于破裂。支柱盡量不要單獨(dú)使用，應(yīng)盡量連接至外壁或與加強(qiáng)筋一同使用，目的是加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度及使塑料流動(dòng)更順暢。支柱基本設(shè)計(jì)原則支柱

支柱支柱

支柱形狀

支柱的高度：過(guò)高的支柱會(huì)導(dǎo)致塑料部件成型困難，所以支柱高度一般是不會(huì)超過(guò)壁厚的3倍。加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度的方法尤其是遠(yuǎn)離外壁的支柱，除了可使用加強(qiáng)筋外，三角加強(qiáng)塊的使用也十分常見(jiàn)。支柱的直徑：一般支柱的壁厚小于產(chǎn)品的壁厚，支柱的外徑是內(nèi)徑的2倍以上。從裝配的考慮來(lái)看，局部增加支柱厚度是有需要的。但是，這會(huì)導(dǎo)致不良的影響，如形成收縮痕、空穴、或增加內(nèi)應(yīng)力。因此，利用支柱壁支撐支柱使與產(chǎn)品