第三章_塑料制件的设计原则-2010.ppt

weld line,mold filling,gate,solidified part,第三章 塑料制件的设计原则,本章包含： 1.塑料制件的选材 2.塑料制件的尺寸和精度 3.塑料制件的表面质量 4.塑料制件的结构尺寸,塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。塑件结构工艺性设计要遵循以下几个原则： 在设计塑件时，应考虑原料的成型工艺性，如流动性、收缩率等。 在保证使用性能、物理与力学性能、电性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等的前提下，力求结构简单，壁厚均匀，使用方便。 在设计塑件时应同时考虑其成型模具的总体结构，使模具型腔易于制造、抽芯和推出机构简单。 塑件形状有利于模具分型，排气，补缩和冷却。 塑件成型后尽量不再进行机械加工。,一.塑料制件的选材,塑料的力学性能：如强度，刚性，韧性，弹性，弯曲性能，冲击性能以及对应力的敏感性 塑料的物理性能：绝热，电气绝缘等 塑料的化学性能：对接触物（水，溶剂等）的耐性，卫生程度等 必要的精度：收缩率的大小以及各向收缩率的差异 成型工艺性：流动性，结晶性，热敏性,二.尺寸以及精度,塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。注射成型的塑件尺寸要受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制；压缩和压注成型的塑件尺寸要受到压机最大压力和压机工作台面最大尺寸的限制。 只要满足要求，塑件设计得尽量紧凑，尺寸小巧一些,塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。首先上模具的制造精度和模具磨损程度，其次是塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构形状等。因此，应在保证使用要求的情况下尽可能选用低精度等级。 对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差。一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。小尺寸易达到高精度。,尺寸和精度 1.塑件尺寸 塑件尺寸：指塑件的总体尺寸。 影响因素： (1)塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难） (2)设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面） 注意事项： (1) 对流动性差的塑料和薄壁制件，尺寸不能设计过大，否则容易造成充填不足或形成冷接缝。 (2) 塑件尺寸设计要进行流动距离比校核，还需对注射机的相关参数进行校核(如注射量、锁模力、工作台面尺寸)。,2.塑件精度 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。 影响塑件尺寸精度的因素: (1) 模具的制造精度、磨损程度和安装误差 (2) 塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化 (3) 塑件成型后的时效变化 尺寸精度的确定： 我国颁布了工程塑料尺寸公差的国家标准gb/t14486-1993，模塑件尺寸公差代号为mt，mt1级精度最高（一般不采用），mt7级精度最低。每一级可分为a、b两部分。,图3-1 尺寸公差示意图 a项：不受模具活动部分影响的尺寸公差值 b项：受模具活动部分影响的尺寸公差值,(1) 对于塑件上孔的公差可采用基准孔，可取表中数值冠以（）号。 (2) 对于塑件上轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（）号。 (3) 一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。 (4) 模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。,3 表面质量 表面粗糙度 ：塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。一般模具表面粗糙度要比塑件的要求低1-2级(塑件的1/2左右）。注塑成型塑料制件的表面粗糙度一般为 ra0.02-1.25 um 之间。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给予抛光复原。,四.塑料制件的结构设计-1.形状 塑件的形状在满足使用要求的前提下，应使其有利于成型，特别是尽量不采用侧向抽芯机构，因此塑件设计时尽可能避免凹凸形状或侧孔。,图3-2 改变塑件形状图,侧向分型与抽芯机构的模具结构不仅提高了模具设计与制造成本，而且会在塑件分型面上留下飞边，增加后续工作量。下面就这一案例做具体分析，塑件如图3-3所示。,图3-3 侧孔变侧凹,(a) 侧孔件成型凹模,(b) 侧凹件成型凹模,图3-4 成型凹模,图3-5 模具开模示意图,图3-6 侧孔形状的变化,图3-7 变化后的模具,塑件的内外侧凸凹形状较浅并允许带有园角，可以采用强制脱模方式脱出塑件，塑件在脱模温度下应具有足够的弹性(pe、pp、pom)。 多数情况下，塑件的侧凹凸不能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯机构。 为使强制脱模时的脱模阻力不要过大引起塑件损坏和变形，塑件侧凹深度必须在要求的合理范围内，同时还要重视将凹凸起伏处设计为圆角或斜面过渡结构。以下内容为强制脱模的条件。,强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足：,%5%,图3-8 带浅侧凹的塑件,图3-9 模具及强制脱模,强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足：,%5%,图3-10 外部浅凸台塑件,图3-11 内部浅凸台塑件,强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足：,%5%,图3-12 内部浅侧凹塑件,强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足：,%5%,2 脱模斜度 塑件在模具型腔中的冷却收缩会使其紧紧包裹在型芯或其他凸起部分，如图3-13所示。,图3-13 塑件成型,为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度。,脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30 130。,图3-14 脱模斜度,外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得,图3-15 脱模斜度示意图,内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得,脱模斜度表示方法：,图3-16 脱模斜度表示方法,脱模斜度设计要点：,塑件精度高，采用较小脱模斜度,尺寸大的塑件，采用较小脱模斜度,塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度,热固性塑料的收缩率一般小于热塑性塑料，脱模斜度小些。,塑件外表面的斜度可比内表面小些,收缩率大，壁厚，斜度加大,含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度,从留模方位考虑: 留在型芯，内表面脱模斜度外表面 留在型腔，外表面脱模斜度内表面,图3-16 具有脱模斜度的塑件,表1 各种塑料的脱模斜度,3 壁厚 塑件应有一定的厚度才能具有足够的强度和刚度，即使产品设计时对塑件的强度要求不高，为了承受脱模推出力，也要考虑塑件应有一定的壁厚, 应合理设计壁厚。 塑件壁厚的设计与塑料原料的性能、塑件结构、成型条件及其使用要求有密切的联系。 1)壁厚太厚，收缩率加大，塑件变形大，冷却时间长，易产生内部气孔、外部凹陷、生产效率低。 2)壁厚太薄，强度和刚度下降，影响使用性能，成型时流动阻力大,成型困难，成型后脱模困难。 壁厚最小尺寸应满足以下要求:具有足够的的强度和刚度，脱模时能经受脱模机构的冲击，装配时能承受紧固力。,改变壁厚典型实例：,图3-17 改变壁厚实例图(a),图3-17 改变壁厚实例图(b),表1 各种塑料的的壁厚选择,4 加强筋及其他增强防变形结构,1.加强筋的作用 其能在不增加壁厚的前提下，提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。沿着料流方向的加强筋还可以改善成型时塑料熔体的流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等缺陷。,2.加强筋设计要点,加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。,(b) 图3-18 加强筋布置图,尽量采用数个高度较矮的筋代替孤立的高筋，筋与筋之间的距离应大于壁厚的两倍。 加强筋的设置方向应与受力方向一致，并尽可能与熔体流动方向一致。同一面上，如果设置多根加强筋，其分布排列应互相错开，以减少收缩不均引起的变形。,图3-19 加强筋错排,除采用加强筋外，对于薄壁容器或壳类件，可以通过适当改变其结构或形状达到提高其刚度、强度和防止变形的目的。 （1) 将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。 (2) 薄壁容器的边缘是强度、刚性薄弱处易于开裂变形损坏，可按照图3-20(b)所示方法给予加强。,图3-20 改变形状提高强度(a),图3-20 改变形状提高强度(b),容器边缘的增强 容器侧壁的增强,高度l=(13)t 筋条宽a=(1/41)t 收缩角=25 根部圆角r=(1/81/4)t 顶部圆角r=t/8,图3-21 加强筋示意图,加强筋尺寸设计：,5 支承面 支承面：用于放置物体的平面，要求物体放置后平稳。,通常塑件一般不以整个平面作为支承面，而是以底脚或边框为支承面。,图3-22 支承面,支承面结构形式,图3-23 支承面结构形式图,图3-23 塑件支承面应用实例,6 园角 在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。,圆角的作用：,圆角可避免应力集中，提高制件强度,圆角可有利于充模和脱模,圆角有利于模具制造，提高模具强度,图3-24 园角改善塑件质量,圆角的确定：,图3-25 圆角示意图,7 孔的设计 孔类型：通孔(1, 2, 3)、盲孔，复杂孔（1，2，3，4） 断面形状：园孔、矩形孔、螺纹孔及异形孔 孔成型加工方法： 孔设计要求： (1) 孔位置设置在不易削弱塑件强度的地方； (2) 孔之间和孔与边缘之间应留有足够的距离，一般孔与孔的边缘或孔边缘与制件外壁的距离应不小于孔径。 (3) 塑件上固定用孔和其他受力孔的周围壳设计凸台来加强，如图3-26所示。,图3-26 孔加强,(4) 模塑通孔要求孔径比（长度与孔径的比值）要小些，防止型芯受熔体冲击发生弯曲变形或折断。 (5) 当通孔孔径1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。 (6)盲孔的深度：,h （35）d d1.5mm时， h 3d,图3-27 异形孔设计实例,8 螺纹设计,塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来，或切削方法获得。,经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件来成型。,图3-28 螺纹示意图,螺纹设计要求： (1) 塑料螺纹强度较差，因此选用螺牙尺寸大者，螺纹直径小不宜采用细牙螺纹。 (2) 成型过程中螺距易变化，因此螺距不应小于0.7mm，注射成型螺纹直径不小于2mm，压缩成型不小于3mm。,(3) 当不考虑收缩率时，塑件螺纹与金属螺纹的配合长度不能太长，一般不大于螺纹直径的1.5倍，否则会降低可旋入性，还会产生附加应力。 (4) 为防止最外圈螺纹可能产生的崩裂或变形，应使其末端留出一定距离，同时始末端须留有一定的过渡段。 (5) 在同一螺纹型芯或型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向相同，螺距相等，简化脱模。,9 齿轮设计 塑料齿轮特点：重量轻，弹性模量小，传动噪声小。 应用：精度和强度要求不高的传动机构中。 塑料：尼龙、pc、pom和psu等。 设计要求： (1) 注射时，保证轮辐、辐板和轮毂的厚度，各部分尺寸有一定的要求。,(2) 为减小塑料齿轮尖角出的应力集中和成型时应力的影响，应尽量避免截面尺寸的突变或出现尖角，尽可能加大各表面相接或转折处的园角及过渡圆弧的半径。 (3) 为避免装配时产生应力，轴与孔应尽可能不采用过盈配合，而采用销钉或半月形孔配合的形式。 (4) 对于薄壁齿轮，壁厚不均会引起齿型歪斜，采用无轮毂或无轮缘的结构可以改善。,图3-29 塑料齿轮设计,10 嵌件设计 1.嵌件的用途和形式,在塑件内压入其它的零件形成不可拆卸的连接，此压入零件称为嵌件。 嵌件可以是金属、玻璃、木材或已成形的塑件。,嵌件的作用：,注意：采用嵌件增加塑件成本，使模具结构复杂化，难于实现生产自动化，需慎重选择嵌件，尽可能避免使用嵌件。,嵌件形式：圆筒形嵌件、带螺纹孔嵌件、圆柱形嵌件、片状嵌件、细杆状贯穿嵌件。 2.嵌件的设计 (1) 嵌件与塑件应牢固连接，为防止嵌件受力时在塑件中转动或轴向移动，嵌件表面必须设计成适当的起伏形状，如菱形滚花、环状沟槽等。 (2) 嵌件应在模具内可靠的定位，防止嵌件在成型过程中受高压高速的塑料熔体冲击而发生移位。 (3) 嵌件或片状嵌件的防变形措施，无论杆形或环形嵌件，其高度不宜超过其定位部分直径的两倍。 (4) 嵌件的周围有足够的塑料层厚度，嵌件不应带尖角。 金属嵌件冷却时尺寸变化值与塑料的收缩率相差很大，致使嵌件周围产生较大的应力而开裂。 改善方法：选用与塑料线膨胀系数相近的金属嵌件， 另一方面使嵌件