塑料制品厚度设计

塑料制品壁厚设计摘要 塑件的厚度对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度要求，对于大型复杂件难以充满型腔；厚度太大，不但浪费原材料，而且在塑件内部易产生气泡，外部易产生凹陷 等缺陷，同时还会增加冷却时间，所以，从经济的角度出发塑件的薄壁化很重要的关键词 设计 壁厚 塑料 制品设计塑料模具时，应考虑塑料制品的厚度是否符合成型工艺要求。制品壁厚过薄，注射时流动阻力大，成型困难，有时无法充满型腔；制品壁厚过厚，不仅造成原料浪费， 延长成型周期，而且容易产生气泡、凹痕、翘曲等缺陷。 一，壁厚设计的基本原则：要求塑件的壁厚尽可能均匀。以避免造成收缩不一致而导致变形或开裂。如果一个制品厚度相差悬殊，制品在成型冷却过程中必然收缩不均，不仅造成气泡、凹痕和翘曲，同时制品内部存在较大的内应力，影响制品的外观和内在质量。在实际生产中，塑料制品的设计要使厚壁完全均匀是有困难的，一般要求制品厚度不均匀度不超过 50%。二，影响制品壁厚设计的因素 塑料制品的基本结构是根据制品的使用要求规定的。制品厚度的设计是依据所选用的原料来定的。因此在一般情况下，当塑料制品厚壁设计时，应当考虑使用条件和塑料制造条件这两大因素。使用条件包括：结构、重量、强度、绝缘性能；塑料制造条件包括：材料流动性、冷却时间、顶出强度以及装配强度尺寸精度等因素。具体归纳以下三点：1， 结构因素：塑料制品的基本结构主要指形状及大小，它是根据制品的使用要求决定的，由于塑料成型的收缩特性不同于金属，当金属件改用塑料时或新设计塑料零件时，必须将金属零件的结构及壁厚作相应的改变，使其符合塑料制品壁厚的均匀性原则，对厚壁部分要挖空和该形，使其达到壁厚均匀，例如表 1 中几种制品的合理结构设计。表 1 塑料塑件壁厚合理结构设计实例序号不合理 合理 说明1 塑件壁厚不均，往往因冷却或固化速度不同而产生附加内应力，在较厚部位产生缩孔或翘曲变形2 当塑件中壁厚变化不可避免时，为避免局部壁厚的不良影响，壁厚向壁薄部分过渡时必须设有一段过渡区3 平顶塑件，采用侧浇口进料时，必须保证平面进料通畅，t1t24 壁厚不均塑件，可在易产生凹痕表面采用波纹形式或在壁厚处开设工艺孔，以掩盖或消除凹痕5 中间凹位过深，实际产生拱形变形，减小凹位深度，解决变形2,强度因素：塑料制品的强度在一定结构条件下，由原料的物理、机械性能决定。塑料与金属相比具有较低的机械强度、质脆、冲击强度较低、质量轻，所以特别要注意塑料制品壁厚的设计要满足强度要求。虽然有时制品在使用中需要的强度很小，但制品从模具型腔脱模时要经受脱模机构的冲击和震动，必须保证有一定脱模强度，同时还要考虑制品装配式可能承受的锁紧力，设计制品相应的壁厚，使满足脱模和装配强度的要求。3，塑料流动性因素：塑料制品在成型过程中熔融后具有一定流动性，由于塑料的品种和牌号不同，它们所具有的流动性也不同，塑料的流动性一般可用熔融指数和阿基米德螺旋线流动性试验方法作相对比较，熔融指数越高，表示流动性越好。因此对不同材料的制品壁厚应考虑最有利于流动的设计，不仅能使注满型腔，而且能够使塑料各个方向流动速度一致，流动方向上碰到阻力最小，对于流动性好的塑料如尼龙、聚乙烯、聚丙烯等壁厚可薄一些，对于流动性差的塑料如聚碳酸酯、聚砜等壁厚可厚一些。三，各种塑料的常用壁厚建议一般塑料制品壁厚采用 16mm，最大可达 8 毫米。最常用壁厚值为 1.83mm，这都随塑件类型及大小而定。表 2、表 3 为各种塑料成型条件下的常用壁厚参数。表 2 常用热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚 （mm）塑件材料 最小壁厚 小型塑件推荐壁厚 中型塑件推荐壁厚 大型塑件推荐壁厚聚酰胺 0.45 0.75 1.60 2.403.20聚乙烯 0.60 1.25 1.60 2.403.20聚苯乙烯 0.75 1.25 1.60 3.205.40有机玻璃（372） 0.80 1.50 2.20 4.006.50聚甲醛 0.80 1.40 1.60 3.205.40聚丙烯 0.85 1.45 1.75 2.403.20聚碳酸酯 0.95 1.80 2.30 3.004.50聚砜 0.95 1.80 2.30 3,004.50硬聚氯乙烯 1.15 1.60 1.80 3.205.80表 3 热固性塑件壁厚 （mm） 塑件高度塑件材料050 50100 100粉状填料的酚醛树脂 0.72.0 2.03.0 5.06.5纤维状填料的酚醛树脂 1.52.0 2.53.5 6.08.0氨基塑料 1.0 1.32.0 3.04.0聚酯玻璃纤维填料的塑料 1.02.0 2.43.2 4.8聚酯无机物填料的塑料 1.02.0 3.24.8 4.8四，壁厚设计对熔接痕及排气的影响塑料流动总是沿着阻力最小的途径进行，当制品设计有孔、嵌件和个别厚度较小的部位都产生阻力，使塑料形成两股或几股物料流动，在几股料流的汇合处就是熔接痕，熔接痕部位强度较差，示图1。壁厚的设计也应该考虑料流的方向，例如电表表盖，材料选 372有机玻璃，图 2 所选用壁厚处理不当 ab，情况如何采用合理壁厚设计，即可避免熔接痕的出现。有时壁厚设计不当会造成流速不一，如图 4a 所示壁厚 SH 时，可避免缺陷。五，最小壁厚的设计在满足性能及成型的情况下，塑件壁厚尽量薄一些为好，因为对塑件壁薄对于成型周期更为有利，且节省原料。对于不同塑料的不同制品，怎样选择可以成型的最小壁厚是一个急需解决的问题。影响最小壁厚的因素很多，主要是流程长短与物料流动性。厚壁与流程大小的关系：当塑料制品的结构确定以后，壁厚与料流距离有一定的函数关系，从壁厚与流程的关系中，可求出模具设计适合工艺要求的依据，H 为塑料制品的壁厚，L 为流程长度，即为料流走的距离，也就是熔融体在模腔内从浇口到最远点熔接痕出的长度，如图 5 所示。L=L1+L2图 5例如制品结构设计如图 6，壁厚为 0.9 毫米，材料选用尼龙1010，模具采用侧浇口二端进料，由图可知最长流程为 120 毫米，那么从表中查得最小壁厚 1.4 毫米，因此制品设计 0.9 毫米壁厚成型困难，改为大于等于 1.4 毫米较为合适。图 6表 4 壁厚与流程的函数关系六，冷热水用聚丙烯管材壁厚设计的举例1，从影响制品壁厚设计的因素考虑聚丙烯管材壁厚设计：（1） ，结构因素：聚丙烯管材的形状和尺寸。因此考虑管材公称外径 de 、管材系列 S 值。（2） ，强度因素：聚丙烯管材在通冷热水时，所承受的压力 、压强。因此考虑设计应力 s、 设计压力 PD 。（3） ，流动性因素：聚丙烯塑料用挤出机加工成型为管材时，在考虑聚丙烯的流动性时，一般而言，即使在聚丙烯塑料中加入各种添加剂，它的流动性还是比较好的，对制造管材并没有什么影响，因此聚丙烯塑料很适合制造管材。2，实际的壁厚设计材料流动性 材料名称 公式好 聚乙烯、聚丙烯 H=(L/100+0.3)*0.7一般 ABS、尼龙 1010 H=(L/100+0.4)*0.9差 聚碳酸酯、聚砜 H=(L/100+0.5)*1.1根据 ISO/DIS 15874：1999 标准，在冷热水用聚丙烯系列管材中只规定了管材系列 S 值。在执行标准时，根据使用级别和设计应力，查得到 S 值，再用下式计算管材的公称厚度：e n =de /(2S+1) ， S= s /PD 式中：e n公称壁厚（ mm） ；de 管材公称外径（mm ） ；S管系列； s 设计应力（MPa） ；PD 设计压力（ MPa） 。例：有一北方地域的民用商宅区需安装热水管道，该使用哪种规格的塑料管材？解：（1）北方地域天气寒冷，使用级别宜选择 2 级；（2）塑料管材宜选用无规共聚聚丙烯 PP-R；（3）管道常用规格为 63 50 32 20（4）设计压力宜选择 0.6MPa(5)计算根据 ISO/DIS 15874：1999 得出 s =2.13MPa；Smax = s /PD=2.13/0.6=3.55, 径圆整 S=3.2 （S max 管系列最大值） 0 =SPD =3.2*0.6=1.92MPa；e n20 =de /(2S+1)=20/(2*3.2+1)=2.7mm e n32 =de /(2S+1) =32/(2*3.2+1)=4.3mme n50 =de /(2S+1) =50/(2*3.2+1)=6.8mme n63 =de /(2S+1) =63/(2*3.2+1)=8.5mm或：e n20 = de PD/(2 0 + PD)=20*0.6/(2*1.92+0.6)=2.7mm同样方法算得e n32 =4.3mm e n50 =6.8mm e n63 =8.5mm壁厚的偏差按 ISO/D