三塑料制件的设计.ppt

,第三章塑料制件设计,2008年8月20日,问题,基本内容,重点难点,选材,思考问题,1.塑件设计的原则；2.塑件尺寸精度及表面粗糙度的确定；3.塑件各结构单元的设计.,尺寸精度,表面质量,结构设计,基本内容：,重点难点：,1.重点：塑件成型时常见表面缺陷及其产生原因;塑件结构设计的方法.2.难点：脱模斜度作用及设计原则;壁厚对塑件成型质量的影响及设计原则。,第三章塑料制件设计,2008年8月20日,保证使用要求前提下，选用价格低廉和成型性能较好的塑料。力求结构简单、壁厚均匀、成型方便，利于模具分型、排气、补缩和冷却。模具总体结构尽可能简化，避免模具侧抽芯和简化脱模机构。塑件成型以后尽量不再进行机械加工。,塑件设计原则：,第一节塑件的选材,塑料的力学性能。,塑料的物理性能。,塑料的化学性能。,必要的精度。如：收缩率的大小和各向收缩率的差异。,成型工艺性。塑件形状应有利于冲模、排气、补缩，同时使塑料制品达到高效、均匀冷却，使热固性塑料快速均匀固化。,一、塑料制件的选材,第一节塑件的选材,PP比HDPE优越的方面：,HDPE比PP优越的方面：,收缩率小。透明性好。尺寸稳定性优。热变形温度高。,例如：PP和HDPE的使用特性和选择原则,耐冲击性能强。适应气候的能力优。,一塑件的尺寸,1、塑件尺寸的限制因素,第二节塑料制件的尺寸和精度,（1）总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件；（2）外形尺寸还受成型设备的限制。（3）能满足使用要求，应尽量紧凑、尺寸小巧一些。,2、塑件尺寸的不稳定因素,第二节塑料制件的尺寸和精度,（1）注射机的电气、液压系统不稳定；（2）加料量不稳定；（3）塑料颗粒不均，收缩率不稳定；（4）成型条件（温度、压力、时间）变化，成型周期不一致；（5）浇口太小，多腔进料口大小不一致，进料不平衡；（6）模具精度不良，活动零件动作不稳定，定位不准确。塑件的体积：0.2V注V制0.8V注,二塑件的尺寸精度（尽可能选用低精度等级）,2、影响尺寸精度的因素：模具的加工精度；模具的磨损；塑料的收缩率波动；成型零件的安装误差；活动成型零件的配合间隙变化引起的误差。小尺寸制品，影响制品尺寸精度的主要因素是模具的制造精度；大尺寸制品，影响制品尺寸精度的主要因素是塑料的成型收缩率。,1、塑件尺寸精度指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。,1)物料；2)制品尺寸：壁厚、表面形状、筋的形状等。3)模具设计：冷却方案、流道和浇口的几何形状和尺寸、浇口的数量和位置等。4)成型条件：温度、压力、成型时间等。5)注射机类型：注射速度、可达到的注射压力、时间、温度和压力的控制精度等。6)注射机和模具的状况。,3、影响塑料收缩率波动的因素,1)物料温度Tm：Vm同Tm熔G制塑件的尺寸2)模具的温度TM：G制同TM结晶度固塑件的尺寸3)成型压力p：pG制塑件的尺寸4)时间：模腔中的注射压力保持时间越长，收缩越小。,4、成型工艺条件对塑料收缩率的影响,5、尺寸精度的选用原则,6、结论注射机的选择和所成型的塑件的体积、成型面积和高度等尺寸有关；对塑料制品，慎提尺寸公差；通常不能通过提高模具的制造精度来达到严格的制品的尺寸精度；生产过程中，可通过多因素改变制品的实际尺寸，以达到设计要求。,为了降低模具的加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。,一、塑件的表观质量,塑件成型后的表观缺陷状态，如常见的缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、翘曲与收缩，尺寸不稳定等。,第三节塑料制件的表面质量,塑件成型工艺条件；塑件成型原材料的选择；模具总体设计等。,1、造成缺陷的因素,二、塑件的粗糙度,（1）主要与模具型腔表面的粗糙度有关；（2）塑件材料中增强剂类型及含量影响塑件粗糙度；对制品的表面粗糙度有要求的（如通常的型腔），模具的粗糙度要比制品高一级；对制品的表面粗糙度没有要求的（如通常的型芯），制品的粗糙度与模具的表面粗糙度一致。（3）透明制品要求型芯和型腔表面粗糙度相同。表面粗糙度要求高的，模具的粗糙度可能要达到Ra=0.1um。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常为0.02-1.25um，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra为0.01-0.63um。,第三节塑料制件的表面质量,三、塑件的形状,满足制品使用要求的情况下，尽可能使制品的形状简单。塑件上要尽量减少侧孔、侧凸和侧凹；塑件必须有一个有利于保证其外观质量的结构；,第三节塑料制件的表面质量,为了防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。,第四节塑件结构设计,一、脱模斜度,动模侧的A100mmA=1/60有装配公差要求的塑件，斜度值必须在公差带范围内。,第四章塑件结构设计,1、塑件的脱模斜度A：,脱模斜度的大小取决于塑件的性能、收缩率、几何形状如高度或深度、塑件壁厚及型腔表面状态如粗糙度、加工纹路等。硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；形状较复杂或成型孔较多的取较大的脱模斜度；高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，有意将该边斜度减小。要求开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面。,2、影响脱模斜度大小的因素：,3、说明,脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则在图样上应予说明。在塑件图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。对制品直表面，模具的脱模斜度一般在0.51.5之间。对于相互配合的制品，斜度要在许可的范围内，并考虑相关件的配合。,二、壁厚,1、设计原则：制品的壁厚均匀。2、满足条件：有足够的强度和刚度，能承受顶出时的冲击力，装配时的紧固力。在满足条件下，壁厚尽量小。3、塑件壁厚的最小尺寸要求（1）热塑性塑料的最小壁厚取决于塑料的流动性：流动性好的尼龙、PE等，最小壁厚为0.20.4mm；流动性差的PVC、聚碳酸酯等，最小壁厚为1mm。（2）塑件相邻两壁厚尽量相等，两壁厚需有差别，要满足如下条件：热塑性塑料：S1/S21.52；热固性塑料：S1/S23.,2、壁厚,设计原则：制品的壁厚均匀。太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；太厚塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致。尺寸：一般壁厚为l4mm，热塑性塑料大型塑件的壁可达8mm。热固性塑料壁厚为l6mm，一般不超过13mm，最薄可达1mm一下。,三加强筋,1、加强筋的作用：,主要是在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲。合理布置加强筋还可以改善充模流动性，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。对注射和压注成型，加强筋氦气辅助六道作用，改善熔体流动与冲模。,t壁厚；L加强筋的高度；A筋条宽；R筋根过渡圆角；收缩角；r筋端部圆角。,2、加强筋的形状、尺寸,厚度小于塑件壁厚，与壁用圆弧过渡。壁厚为t，加强筋高度L=(13)t；筋条宽A=(141)t；筋根过渡圆角R=(1814)t；收缩角=20一50；筋端部圆角r=t8；当t2mm，取A=t。,加强筋端部不与塑件支承面平齐，缩进0.5mm以上，如图。,若一个制件上需设置许多加强筋，加强筋之间的中心距必须大于制件壁厚的两倍以上，各条加强筋的排列互相错开，以防收缩不均匀引起制品破裂。,各条加强筋的厚度应尽量相同或相近，可防止因熔体流动局部集中而引起缩孔和气泡。,图34(a)中的加强筋因排列不合理，在加厚集中的地方容易出现缩孔和气泡，可改用图34(b)所示的排列形式。,4支承面,由于塑料制品容易变形，一个平面做支撑面的话，容易产生接触不稳，因此，在制品中往往以凸出来的便来作为支撑面，以增加接触。（1）设计塑件的支撑面原则应充分保证其稳定性。不宜以塑件的整个底面作支承面，因塑件稍有翘曲或变形就会使底面不平。通常采用凸缘或凸台作为支承面，如图36。,5圆角,塑件除使用要求需要采用尖角外，其余所有内外表面转弯处应尽可能用圆角过度。（1）圆角的作用制品成尖角。尖角处容易产生应力集中，在开模顶出过程中，制品容易开裂。而使制品无法使用，致使模具报废。制品设计成圆角，可大大改善塑料的充模特性。减少应力集中。圆角使制品美观。,（2）圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚，图38可供设计时参考。R为内圆角半径；t为壁厚。将R/r控制在1/43/4的范围内较为合理。,6孔的设计,（1）孔的类型通孔、盲孔和异性孔。（2）孔与孔之间、孔与孔壁之间的关系,塑料制件上的固定用孔和其他受力孔周围可设计凸边来加强。,(1)通孔,孔的成型方法一般有三种方法：,(a)为一端固定的型芯成型，用于较浅的孔成型。(b)为对接型芯，用于较深的通孔成型，这种方法容易使上下孔出现偏心。(c)为一端固定，一端导向支撑，这种方法使型芯有较好的强度和刚度，又能保证同轴度，常用，但导向部分周围由于磨损易产生圆周纵向溢料B。不论用何种方法固定的型芯成型，孔深均不能太大，否则型芯会弯曲。压缩成型时尤其注意通孔深度不得超过孔径的4倍。,（2）盲孔,只能用一端固定的型芯来成型。如果孔径较小深度又很大时，成型时型芯易于弯曲或折断。根据经验：注射成型或压注成型时，孔深度应不超过孔径的4倍。压缩成型时，孔深应不超过孔径的25倍。当孔径较小深度太大时，孔只能用成型后再机械加工的方法获得。,通孔：L/d10盲孔：L/d4,(3)异形孔,当塑件带有侧孔或侧凹时，成型模具就必须采用瓣合式结构或设置侧向分型与抽芯机构，使模具结构复杂化，因此，在不影响使用要求的情况下，塑件应尽量避免侧孔或侧凹结构。对于较浅的侧凹槽并带有圆角的制件，若制件在脱模温度下具有足够的弹性，可采用强制脱模的方法将制件脱出，而不必采用组合型芯的方法。塑件材料：聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯。,4、设计原则,（1）孔间距应为孔径的2倍以上。（2）孔的周边应增加厚度。（3）孔与制品边缘的距离应大于孔径。（4）孔径过小时，孔不宜过深。（5）孔的设计尽量使模具结构简单。,7螺纹设计,既可直接用模具成型，也可在成型后用机械加工获得，需经常装拆和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。一般直径要求不小于2mm，精度不超过IT7级，螺距较大。细牙螺纹尽量不直接成型，而采用金属螺纹嵌件。为增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹崩裂或变形，其始端和末端均不应突然开始和结束，应有一过渡段。如图315所示，过渡段长度为L，其数值按表38选取。,塑料螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的15倍(一般配合长度为810牙)。在同一螺纹型芯或螺纹型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向和螺距相同，图316(a)，否则无法使塑件从型芯或型环上拧下来。当螺距不等或旋向不同时，就要采用两段型芯或型环组合在一起的成型方法，成型后分别拧下来，图(b)所示。,8、嵌件设计,在塑件成型过程中，直接将金属或非金属令箭嵌入塑件中，构成不可拆卸的整体，这些被嵌入的零件称为嵌件。,（1）使用嵌件的目的：,提高塑件的强度，满足塑件某些特殊要求，如导电、导磁、耐磨和装配连接等。,（2）使用嵌件的缺点：,嵌件的设置往往使模具结构复杂化，成型周期延长，制造成本增加，难于实现自动化生产等问题。塑件中尽量避免使用螺纹嵌件。,（3）金属嵌件设计注意的问题,先设计嵌件，后设计塑件。应选用与塑料收缩率相近的金属作嵌件，或使嵌件周围的塑料层厚度大于许用值。嵌件的顶部也应有足够的塑料层厚度，防止冷却过程中收缩破裂，否则会出现鼓泡或裂纹。嵌件不应带有尖角或锐角，利于均匀收缩，以减少应力集中。对于大嵌件进行预热，使其温度达到接近塑料温度。嵌件上尽量不要有穿通的孔(如螺纹孔)，以免塑料挤入孔内。嵌件材料：选择膨胀系数与塑料材料的膨胀系数尽可能相近的材料。,（4）嵌件的形状,(a)为圆形嵌件；(b)为带台阶圆柱形嵌件；(c)为片状嵌件；(d)为细杆状贯穿嵌件。,板片形嵌件与塑件的连接.,小型圆柱嵌件与塑件的连接,将嵌件先放在模具中固定，然后注入塑料熔体加以成型；把嵌件在塑料预压时先放在塑料中，然后模塑成型；某些特制嵌件(如电气元件)可在塑件成型以后再压人预制的孔槽中。,嵌件镶嵌在塑件中的方法,嵌件过长或细长杆状时，在模具内设支柱以免嵌件弯曲，但在塑件上留下工艺孔。,成型时为了使嵌件在塑料内牢固地固定而不被脱出，其嵌件表面可加工成沟槽、滚花，或制成各种特殊形状。,（5）嵌件定位,9、标记符号,10、表面彩饰,（1）作用：,掩盖塑件表面在成型过程中产生的疵点、银纹等缺陷，增加产品外观的美感，如收音机外壳采用皮革纹装饰。（2）常用形式凹槽纹、皮革纹、菱形纹、芦饰纹、木纹、水果皮纹等彩饰。（3）彩饰方法彩印、胶印、丝印、喷镀漆等。,（4）图案花纹设计原则,花纹不得影响脱模：应顺着脱模方向，且沿脱模方向有斜度，花纹条纹高度0.30.5mm，高度不超过宽度。平面花纹，可是平行直线花纹也可是网状花纹，网状条线交角为6090，如果太小，影响塑件强度。,习题与思考,1、设计塑件时，为什么既要满足塑件的使用要求，又要满足塑件的结构工艺性?,2、塑件的壁厚过薄过厚会使制件产生哪些缺陷?,3、为何要采用加强筋?设计时遵守哪些原则?,4塑件的表面质量受哪些因素影响?,5塑件上为何要设计拔模斜