塑料成型及模具设计-2-1.ppt

塑料成型及模具设计-,中国矿业大学材料科学与工程学院2008年8月,第二章塑料制件设计,内容简介：,1.掌握塑件的尺寸精度和表面粗糙度；,2.掌握塑件的结构设计（脱模斜度、加强筋、圆角设计、支承面及凸台）。,重点难点：,会分析产品的工艺性能,概述,塑件,塑料的力学性能；美术造型；塑料成型性；塑料模设计；塑料模制造；特殊使用要求；其它等。,第二章塑料制件设计,概述,设计考虑重点：,塑件的物理力学性能,强度、刚度、韧性、弹性，吸水性，应力敏感性,塑料的成型工艺性,流动性，成型收缩率，塑件形状等,模具结构应尽可能简化,避免侧向分型抽芯机构，简化脱模机构,第二章塑料制件设计,举例:塑料材料的选择(分析),塑料的选材包括：选定塑料基体聚合物（树脂）种类、塑料具体牌号、添加剂种类与用量等,塑料原料选择方法：,使用环境(不同的温度、湿度及介质条件、不同的受力类型选择不同的塑料),使用对象（根据国别、地区、民族和具体使用者的不同选材）,按用途进行分类（按应用领域、功能）,概述,第二章塑料制件设计,塑件的尺寸,一、塑件的尺寸、精度,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,1.塑件的尺寸,指塑件的总体尺寸,塑件的尺寸受下面两个因素影响：,塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难）,设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面）,一、塑件的尺寸、精度,2.塑件的尺寸精度,即所获塑件尺寸的准确度。,影响塑件尺寸精度的因素:,塑件成型后的时效变化,塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化,模具的制造精度、磨损程度和安装误差,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.塑件的精度,一、塑件的尺寸、精度,尺寸精度的确定：,会根据教材表211（2、3）（常用材料模塑件公差等级和选用）选择塑件公差等级,模塑件公差代号为MTMT1级精度最高（一般不采用）MT7级精度最低,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.塑件的精度,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,一、塑件的尺寸、精度,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.塑件的精度,一、塑件的尺寸、精度,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,新出现的塑料品种，由收缩率确定公差等级,2.塑件的精度,一、塑件的尺寸、精度,尺寸精度的确定：,对于塑件上孔的公差可采用基准孔，可取表中数值冠以（）号。对于塑件上轴的公差可采用基准轴，可取表中数值冠以（）号。中心距取公差数值之半冠以（）号。,一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。,模具尺寸精度比塑件尺寸精度高2-3级。,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.塑件的精度,一、塑件的尺寸、精度,例如：ABS工程塑料制品，90mm，B(A)系列尺寸,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,二、表面粗糙度和光亮度,一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高12级,1.塑件的表面质量,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,二、表面粗糙度和光亮度,2.表面粗糙度,模具型腔的粗糙度对塑件的表面状态起决定作用；,透明制品要求型腔和型芯的粗糙度相同；,非配合表面和隐蔽的面可取较大的表面粗糙度；,3.光亮度,表面粗糙度,塑料品种,措施,2.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,2.2塑料件的形状和结构设计,塑件的形状沿料流方向应设计成流线型或具有大的曲率半径，避免死角,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,为使模具结构简化，尽量不采用复杂的瓣合模与侧抽芯机构；,2.2塑料件的形状和结构设计,动画,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,为使模具结构简化，尽量不采用复杂的瓣合模与侧抽芯机构；,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,为使模具结构简化，尽量不采用复杂的瓣合模与侧抽芯机构；,2.2塑料件的形状和结构设计,侧孔改侧凹,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,内侧凹，需采用组合式阳模,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,内侧凹，需采用组合式阳模,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,组合式凹模整体式凸凹模成型,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,为使模具结构简化，尽量不采用复杂的瓣合模与侧抽芯机构；,2.2塑料件的形状和结构设计,动画,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,为使模具结构简化，尽量不采用复杂的瓣合模与侧抽芯机构；,2.2塑料件的形状和结构设计,凸出或凹进的条纹的方形应尽量与脱模方向一致,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,侧凹强制拖出；,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,侧凹强制拖出；,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,侧凹强制拖出；,2.2塑料件的形状和结构设计,一、易于模塑，避免侧向分型抽芯,侧凹强制拖出；,2.2塑料件的形状和结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,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30130。,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,最小斜度为0.125，此时要求模具成型面应有极低的粗糙度，且型腔表面的抛光痕迹应与塑件脱模方向一致；表221,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,脱模斜度方向,内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得,外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,脱模斜度表示方法：,2.2塑料件的形状和结构设计,脱模斜度设计要点：,塑件精度高，采用较小脱模斜度,尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度,塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度,收缩率大，斜度加大,增强塑料采用较大的脱模斜度,二、斜度设计,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,脱模斜度设计要点：,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,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,塑件上的文字、符号的单边脱模斜度为1015；注塑件上有数个孔或矩形格子状的宜采用45；侧壁带有皮革花纹时应有46；当塑料质地较软且有自润滑性、塑件高度不大时可不设脱模斜度；,2.2塑料件的形状和结构设计,二、斜度设计,压塑成型深度较大的塑件，不仅阴阳模有足够的斜度，而且阳模斜度阴模斜度；,2.2塑料件的形状和结构设计,三、壁厚,常用热塑性和热固性塑件的最小壁厚见表222/3,壁厚过小,壁厚过大,强度及刚度不足，塑料流动困难,原料浪费，冷却时间长，易产生缺陷,热固性塑料,小型：1.62.5mm;大型：3.28mm;,热塑性塑料：24mm；,2.2塑料件的形状和结构设计,三、壁厚,厚薄适中均匀壁厚,满足成型时熔体充模所需的壁厚,保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚,制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度,能承受推出机构等的冲击和振动,满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚,壁厚设计的原则：,2.2塑料件的形状和结构设计,三、壁厚,改善壁厚典型实例：,同一个零件壁厚应尽可能均匀一致；,2.2塑料件的形状和结构设计,三、壁厚,改善壁厚典型实例：,2.2塑料件的形状和结构设计,壁厚应尽量均匀,三、壁厚,改善壁厚典型实例：,2.2塑料件的形状和结构设计,三、壁厚,2.2塑料件的形状和结构设计,当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。,改善壁厚练习：,三、壁厚,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,机翼蒙皮与加强筋,PVC加强筋管,加强筋的作用：,提高制件强度、刚度、防止和避免塑料的变形和翘曲。,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,加强筋拉手,四、增加刚性减小变形的结构设计,加强筋的形状和尺寸,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,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。,加强筋端面高度不应超过塑件高度，宜低于0.5mm以上。,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,加强筋设计要点：,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。,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,加强筋设计要点：,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。,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,加强筋设计要点：,在布置加强筋时，应避免或减少塑料的局部集中。,加强筋厚度应均匀,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,加强筋设计要点：,一些加强筋会引起塑件局部凹陷，可采用以下措施来修饰和隐藏。,加强筋厚度小于壁厚,加强筋设计要点：,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,薄壳状塑件可制成球面或拱面,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,薄壁容器的边缘设计,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,防止矩形薄壁容器侧壁内凹变形,2.2塑料件的形状和结构设计,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。,四、增加刚性减小变形的结构设计,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,支承面结构形式,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,用底角或凸边作支撑面,加强筋与支撑面关系,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,紧固用的凸耳或台阶的设计,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计(补充内容),是用来增强孔或装配附件或为塑件提供支撑的截锥台或支撑块,塑件的凸台与角撑,凸台,凸台设计要点：,凸台一般应位于边角部位,其高度不应超过直径的两倍,其几何尺寸应小,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计,塑件的凸台与角撑,凸台设计实例,2.2塑料件的形状和结构设计,四、增加刚性减小变形的结构设计(补充内容),塑件的凸台与角撑,角撑,塑件上边角或凸台的支撑部分,T制品壁厚DTC2TA0.8TB2A,2.2塑料件的形状和结构设计,五、圆角设计,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：,可避免应力集中，提高制件强度,有利于充模和脱模,有利于模具制造，提高模具强度,2.2塑料件的形状和结构设计,五、圆角设计,圆角的确定：,理想的内圆角半径应为壁厚的1/4以上,2.2塑料件的形状和结构设计,五、圆角设计,圆角的确定：,内壁圆角半径应为壁厚的一半,外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍,一般圆角半径不应小于0.5mm,壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内、外圆角半径,2.2塑料件的形状和结构设计,五、圆角设计,圆角设计的典型实例,塑件圆角改善充模阻力,2.2塑料件的形状和结构设计,五、圆角设计,圆角设计的典型实例,电镀塑件外形设计,2.2塑料件的形状和结构设计,塑件孔三种成型加工方法：,常见孔的设计要求：,直接模塑出来,模塑成盲孔再钻孔通,塑件成型后再钻孔,模塑通孔要求孔径比（长度与孔径的比值）要小些,六、孔的设计,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,常见孔的设计要求：,h（35）dd1.5mm时，h3d,肓孔的深度：,当通孔孔径1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,常见孔的设计要求：,紧固用的孔和其它受力的孔，应设凸台予以加强。,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,常见孔的设计要求：,孔与孔的边缘，或孔边与制品外边缘之间的距离应不小于孔径；,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,成型通孔用的型芯的安装方法,由一端固定的型芯来完成，易出现飞边，型芯易弯曲,2.2塑料件的形状和结构设计,动画,六、孔的设计,成型通孔用的型芯的安装方法,由两端固定的型芯来完成，有飞边，同时同心度差；但增加型芯的稳定性,动画,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,成型通孔用的型芯的安装方法,由一端固定，另一端由导向孔支撑的型芯来完成,动画,盲孔成型?,2.2塑料件的形状和结构设计,六、孔的设计,拼合型芯成型复杂孔,见图2230,动画二,动画一,动画四,动画三,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,塑件上螺纹成型方法,直接模塑成型；后加工切削；模制的光孔内攻丝；经常拆装或受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,模制螺纹的牙形,标准螺纹,矩形螺纹,圆弧形螺纹,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,模制螺纹的牙形,梯形螺纹,锯齿形螺纹,V形螺纹,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,模制螺纹的要求,标准公制螺纹的选用，见表225；不同牙形的模塑螺纹有不同的适用场合；如：矩形、梯形螺纹用于强度高的塑料管的连接；锯形螺纹适于单方向承受轴向负荷的场合；圆形螺纹则适合于塑料瓶盖上的使用。螺纹的精度一般低于机加工，其外径不能小于2mm，当与金属螺纹配合时，配合长度不大于螺纹外径。,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,螺纹成型方法,采用成型杆或成型环，成型后拧下来；外螺纹采用瓣合模成型，内螺纹采用可收缩的多瓣型芯成型；,2.2塑料件的形状和结构设计,动画,七、螺纹的设计,螺纹成型方法,要求不高的内螺纹用软塑料成型时，可强制脱模；,可强制脱出的圆牙螺纹,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,螺纹成型时注意点,内螺纹,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,螺纹成型时注意点,外螺纹,2.2塑料件的形状和结构设计,七、螺纹的设计,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,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：,提高塑件力学性能和磨损寿命,起导电、导磁作用,提高塑件的尺寸稳定性、尺寸精度,起紧固、连接作用,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,金属嵌件在塑件内的固定方法,外表菱形滚花，受力大时开环状槽,直纹滚花，防旋转，但易拔出，开环形沟槽可避免之,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,六角形嵌件，使用较少，尖角处有应力集中,片状嵌件，可设计成开孔眼、切口、局部折弯,金属嵌件在塑件内的固定方法,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,管状嵌件，边缘全部折弯,针状嵌件，局部砸扁或折弯,金属嵌件在塑件内的固定方法,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,圆柱形嵌件在模内装固方法,利用光杆部分与模具配合,采用凸肩,成型时凸肩受压,形成密封,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,凸出的圆环,它有配合面和压紧面,圆柱形嵌件在模内装固方法,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,圆环形嵌件在模内装固方法,嵌件直接插在模具光杆上,设计凸台与模具孔配合增加定位的稳定性和密封性,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,采用内部台阶与插入杆配合,通孔的螺纹套管可采用外螺纹嵌入件,圆环形嵌件在模内装固方法,2.2塑料件的形状和结构设计,注意螺纹配合画法？,八、嵌件设计和自攻螺纹,细长嵌件在模内支撑方法,在塑料流动方向上打孔,模具上设支柱以免嵌件弯曲,2.2塑料件的形状和结构设计,无论杆或环嵌件，其高度不应超过定位部分直径的2倍。,八、嵌件设计和自攻螺纹,镶嵌件与塑料件收缩不一致性,采取措施：,嵌件周围的塑料层应有足够厚度(表2-2-7)；嵌件不易带尖角；热塑性塑料，应将大型嵌件预热到接近物料温度；成型后再进行退火。,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,镶嵌件装配,在塑件上应尽可能避免嵌件的使用塑件上有金属导体或装饰，可采用装配的方法,导电片,装饰片,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,模制后装入嵌件的方法：,脱模时趁热将嵌件敲入模制的预留孔内；采用膨胀型的嵌件在制品冷却后再装入；,镶嵌件装配,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,镶嵌件装配,模制后装入嵌件的方法：,2.2塑料件的形状和结构设计,八、嵌件设计和自攻螺纹,自攻螺钉,自攻螺钉类型,切割螺纹螺钉,旋压螺纹螺钉,自攻螺钉底孔设计方法：,切割螺纹螺钉：孔径螺钉中径。对旋压螺纹螺钉：孔径80%螺钉中径旋入深度2螺钉外径，以保证连接强度。,表228,2.2塑料件的形状和结构设计,八、塑件上的标记、符号及文字,凹坑凸字,凸字,凹字,分类：,2.2塑料件的形状和结构设计,九、齿轮,注射齿轮的尺寸,轮缘的厚度t3h(齿高)轮辐的宽度b1b(齿宽)轮毂的宽度b2b(齿宽)轮毂的外径d1.53.0D(轴的直径),2.2塑料件的形状和结构设计,九、齿轮,齿轮与轴的配合,一般采用过渡配合，最好不用过盈配合(静配合)，以避免装配时产生内应力。,孔轴过渡配合时的注射齿轮结构1配合轴2止转销,2.2塑料件的形状和结构设计,九、齿轮,齿轮与轴的配合,有幅板齿轮为防止齿轮翘曲变形，不易采用孔形结构；,注射齿轮的幅板结构a不良b良,2.2塑料件的形状和结构设计,十、铰链,铰链实际上是一薄片，通过其弯曲而发生转动。,常见塑料铰链,2.2塑料件的形状和结构设计,十、铰链,铰链厚度与制品厚度有关，一般0.5mm；铰链的厚度应均匀；成型中，熔体必须从制品的一边通过铰链流行另一边；脱模后应立即进行几次折弯；,注意点：,2.2塑料件的形状和结构设计,一、短期负荷下的力学计算,2.3塑料结构件的力学设计,高分子材料由于粘弹性在室温即有蠕变或应力松弛现象发生；,近似理想的弹性体：仿照金属构件的设计方法,二、长期负荷下的力学计算,塑料蠕变性的表征,二、长期负荷下的力学计算,塑料蠕变性的表征:应力应变等时蠕变曲线,2.3塑料结构件的力学设计,二、长期负荷下的力学计算,塑料