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本文由m i r a g e 10贡献 p d f 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 一 壁厚 尽需要多 尽可能少 在工程塑料零件的设计中 经验表明 有一些设计要点要经常考虑 因此可将这 些要点提炼为简 单的设计指南 这些要点之一就是的设计 对零件质量有重要影响 对特殊零件标准的影响 改变一个零件的 对以下主要性能将有显著影响 零件 重量 在模塑中可得到的流动长度 零件的生产周期 模塑零件的刚性 公差 零件质量 如表面光洁度 翘曲和空隙 流程与的比率 在设计的最初阶段 有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要 求 流程与的比率对注塑工艺中 模腔填充有很大影响 如果在注塑工艺中 要得到 流程长 而薄 则聚合物应具有相当的低熔融 粘度 易于流动熔解 是非常必要的 为了深入了解聚合物熔化时的流动性能 可以使用一种特 殊的模具来测定流程 图 1 图 2 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图1 图2 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 挠曲模量与的函数关系 一块平板的抗挠刚度由材料特有的弹性模数和该块版的 横截面的转动惯量所决定 如果未经任何 考证就自动增加以改进塑料制品的刚性 通常会导致出现严重问题 对结晶材料尤为如此 对玻 璃纤维增强材料 改变也会影 响玻璃纤维的取向 靠近模具壁面 纤维按照流体流动方向取向 而在模具壁面横截 面的中央部位 纤维取向混乱 从而导致出现湍流 图3 对于玻纤增强塑料 有一个可精确区分出制品刚度的边界区 这个边界区将 随而减少 这就解释 了为什么当增加则挠曲模量将减低 图 4 根据标准测试条 3 2 m m 所确定的强度值不能直 接用来确定 否则将产生偏差 为估计出制品的性能 有必要使用安全系数 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图4 所以说 如果不考虑后果就增加 将使材料和生产成本增加 而刚性并未有 增加 图5 是否要增加 增加不仅决定了机械性能 还将决定成品的质量 在塑料零 件的设计中 很重要的一点是尽量使 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 均匀 同一种零件的不同可引起零件的不同收缩性 根据零件刚性不同 这将导 致严重的翘曲和 尺寸精度问题 图 6 为取得均匀的 模制品的厚壁部分应设置模 心 图 5 此举可防止形 成空隙 并减少内部压力 从而使扭曲变形减至最小 零 件中形成的空隙和微孔 将使横截面变 窄 内应力升高 有时还存在切口效应 从而 大大降低其机械性能 图6 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 二 材料选择 正确的选择 一般来说 并没有不好的材料 只有在特定的领域使用了错误的材料 因此 设 计者必须要彻底 了解各种可供选择的材料的性能 并仔细测试这些材料 研究其与 p a g e 1 各种因素对成型加工制品性能 的影响 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图1 传统的热塑性材料 在注射成型中最常用的是热塑性塑料 它又可分为无定 型塑料和半结晶性塑料 见图 1 这两 类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上 有明显不同 见图 2 图2 一般来说 半结晶性热塑性塑料主要用于机械强度高的部件 而无定型热 塑性塑料由于不易弯曲 则常被应用于外壳 填料和增强材料 热塑性塑料备有未增强 玻璃纤维增强 矿物及玻璃体填充等 种类产品 玻璃纤维主要用于增加 强度 坚固度和提高应用温度 矿物和玻纤则具较 低的增强效果 主要用于减少翘曲 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 玻璃纤维会影响到成型加工 尤其会对部件产生收缩和翘曲性 所以 玻璃纤维 增强材料不能被 未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代 而不会有尺寸改变 见 图 3 玻璃纤维的取向由 流动方向决定 这将引起部件机械强度的变化 图4 为了论证这些影响 从注射成型片的横向和纵向截取了 10 个测试条 并在 同一个拉力测试仪上 对它们的机械性能进行了比较 见图 4 对添加了 30 玻璃 纤维增强的热塑性聚酯树脂 其横向的拉伸强度比纵向 流动方向 低了 32 挠 曲模量和冲击强度分别减少了 43 和 53 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 在综合考虑安全因素的强度计算中 应注意到这些损失 在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料 填料和改性剂来改变它们的性质 在中 由这些添 加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库 如 Ca m p u s 中查阅 更好的是听取原材料制 造厂家的专家的技术建议 见图 5 图6 湿度的影响 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 一些热塑性材料 特别是 PA6 和 PA66 吸湿性很强 这可能会对它们 的机械 性能和尺寸稳定 性产生较大的影响 在进行时 应特别注意这种性能 见图 6 和图 7 其他挑选准则 一些要求与加工注意事项和装配有关 研究将几种不同功能集中 于一个部件也很重要 这可以节 约昂贵的装配费用 这个准则对计算生产成本非常 有益 在价格计算中可以看出 不但应考虑原材料的价格 还应注 意 有高性能 刚 性 韧性 的材料可以使壁厚更薄 从而缩短生产周期 因此 列出所有的标准 并 对它们进行系统性评估是很重要的 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 一个韧性材料的选择流程见图 8 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 三 公差 隐含的成本要素 注射成型制品不可能具有机械加工制品一样的 虽然大多数人都意识到这一点 但还是常常被指 定到无法达到的 或使具成本效益的生产变得不可能 和它们的成本含意 A 注射成型一般分为 3 种质量等级 即一般用途的注射成型 技术注射成型和高精度注射成型 DIN16901 标准指出 它们是根据在容许范围内 范围 1 和 2 注射成型制品的和尺寸来划分 的 一般用途的注射成型要求低水 平的质量控制 其特点是低的退货率和快的生产周期 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m p a g e 2 技术注射成型会比较昂贵 因为它对模具和生产过程有更高的要求 要求频繁的 质量检 查 因而增加了退货率 第三种 即高精度的注射成型 要求精确的模具 最佳的生产条件和 100 连续的生产 监控 这将影响生产周期 增加单位生产成本和 质量控制成本 设计者在决定注射模具制品的成本方面起了关键作用 他们必须确 定商业上可行的 选定的虽然 不必尽可能的严格 但必须足够严格 商业上可接受 的产品一般是 产品与标准尺寸的偏差不高于 0 25 0 3 但这还需要与应用时 的具 体要求相结合来判断 图 1 图1 热塑性塑料一般具有高的延展性和弹性 不需要象具有高刚性 低延展性 和低弹性的金属一样指 定严格的范围 影响的因素 为了不对塑料部件制定过分严格的范围 必须要注意一些影响注射 成型制品尺寸准确性的因素 图 2 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图2 模具制造的必须相对严格地遵守 设计者应切记 脱模斜度的重要性在于 它能使脱模容易及防翘 曲 见图 3 图3 一个与相关的问题是 当成型品是由不同材料或不同壁厚制成 模后收缩值 与方向和厚度相关 玻璃增强材料的这一性质更明显 玻璃纤维的取向性可在水平 方向和垂直方向产生具有显著性差 异的收缩 从而导致尺寸不准确 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 塑料制品的几何形状对收缩也有影响 进而影响到 图 4 如果复杂的成型加工对的要求非常严格 必须要获得模具原型有关收缩值和翘曲 行为的准确数 据 生产和使用 因为热塑性塑料受使用条件的影响 因而决定它只需要生产还是同 时需要使用非常重要 例如 热塑性塑料的热膨胀性可能比金属的高 10 倍 图 5 一些塑料 如尼龙 的吸水性对制品使 用的可靠性产生非常重要的影响 图5 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 使用半结晶性塑料时 必须考虑模后收缩 这种现象主要受注射成型的加工条件 影响 可导致制 品在脱模后发生尺寸变化 脱模后不必马上进行质量控制 DIN169 01 标准指出 需要在标准气候条件 23 50 相对 湿度 下储存 16h 后或在适当 的预处理后才可进行质量控制 建议 DIN16901 中指定的可作为塑料制品成本有效生产的下限 现代化的注射成 型机器的技术使我 们可以获得比该标准中指定的数值更精确的 对高精度的注射成 型 因为 DIN16901 已不再适用 各个工业部门已经制定出了各自的表 在任何时 候 如果需要确定精确的 一定要与注塑厂或材料供应商协商 以确定所需是否在技 术 上可行 商业上适用 图 6 图6 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 四 焊接技术 最佳装配技术第二部分 除了在本系列第 7 部分中所描述的装配技术外 塑料零件连接中还可以使用许 多其他不同的焊 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 接方法 为确保低成本 有效功能设计 在设计的早期阶段 十分有必要选择一 种适宜的焊接方 法 并对所需连接几何形状给予充分考虑 对不用其他装配零件而 永久性联结的塑料零件的装配可采用焊接方法 焊接方法的选择依据以下 几种标准 根据模塑零件的几何形状 所使用的原料 成本 总生产周期的综合因素 装配部 位 所要求的机械性能和外观质量 p a g e 3 不同焊接方法 大规模生产中 有许多不同的廉价的焊接方法 最常用的塑料工 程零件的焊接方法有 图 1 高温工具焊接 旋转焊接 振动焊接 超声焊接 其他方 法有 高频焊接 感应焊接 热气焊接 还有一些新的方法正在开发中 例如激光焊接 但尚未在工业中获得广泛使用 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 在所有方法中 都要使用加热 使塑料表面融化再粘接 和加压 通常通过接触 或辐射发热 内 部或外部摩擦发热 或用电加热等方式提供热量 选择合适方法 为得到高质量 重复性好的焊接质量 需要选择一种合适的焊接 方法 以使焊接参数最优化 并 确保需要焊接的零件设计正确 与所选用的焊接方法 相匹配 焊机制造商不仅要提供标准设备 还要提供适合各种各样焊接任务的特殊焊 接设备 在决定选用某种焊接方法前 与设备制造商或 树脂供应商进行商议探讨是 十分明智的选择 不同的焊接特点 从理论上讲 所有热塑性塑料都是可以焊接的 但是有时塑料 的焊接性能相当不同 非晶态聚合 物和半结晶聚合物不能焊接在一起 由于水气会 影响焊接质量 所以尼龙等吸水性塑料焊接前需 要预先干燥 为使焊接质量最好 尼龙零件最好注塑后立即焊接 或焊接前将之放在干燥环境中 玻璃纤维和稳定剂 等树脂添加剂同样会影响焊接质量 选择适宜的工艺参数和零件设计 未增强 塑料 的焊接装配件的强度可以和其原料相媲美 对于玻璃纤维增强塑料而言 在焊接区域 上 由 于纤维分离和再取向使得强度减弱 这一点在设计中必须予以考虑 图2 正确的焊接设计 高质量焊接的基本保证在于焊接剖面的正确设计 在图 2 和图 3 中所示剖面图中显示了正确的 基本设计 如果对焊接区域外观有特殊审美要 求 则需要考虑特殊几何形状 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图3 此图给出通过凹槽以吸收多余材料 从而避免飞边 图 4 薄壁零件设计 时需要在零件双方之 间加入一个导槽 这样 当使用一定的焊接压力时 零件壁不会 移动而偏离预定位置 图4 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图5 超声焊接的特点 半结晶聚合物熔点变化剧烈 当加热时 聚合物瞬间从固 相转变成液相 因此 对半结晶塑料的 超声焊接中 最好使用剪切焊接 图 5 由 于非晶态塑料有一个软化范围 所以非晶态塑料的 焊接设计相对次要些 图 6 给出 近声场和远声场焊接方法的示意图 靠着接触点之间距离的不 同 超声波将摆动传至 工件内 并使接触面间粘合连接起来 总的说来 近声场焊接对所有塑料 都会有很好 的效果 对于低弹模数塑料的焊接最好采用近声场焊接方法 图 6 大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 五 基本装配技术 最佳装配技术 第一部分 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 一些被所有设计师认可的简单装配技术如卡扣装配 压机装配和螺纹装配等 以 其简便 快速地 装配组件可大大地节约生产成本 装配技术分为 分离 和 集成 两种类型 以下各项归入集成装配工艺 焊接 固定 粘接 嵌入技术 90 度角卡扣 分离装配包括 小于 90 度角卡扣 螺扣装配 中心装配 压机装配 卡扣装配设计 卡扣装配的最大优势是不需要增加额外装配部件 塑料加工中最 通用的卡扣类型有 倒钩型卡扣 圆柱形卡扣 球座型卡扣 在所有这些卡扣设计中 设计者必须确保配件的几何尺寸 避免应力松弛引起装配部件松动 郭伟杰收藏资料 p a g e 4 m i r a g e 10 163 c o m 见图 1 基本设计原理 卡扣装配的设计取决于使用的材料容许的变形 举个例 子 由于聚酰胺在干燥状态下比常规状态 下能容许的变形更低 有必要加倍注意这 种材料的应用 玻璃纤维含量对材料的所允许变形也有 很大的影响 因此对倒钩允 许的倾斜度也有影响 见图 1 见图 2 在倒钩型卡扣装配中 尖的倒钩尖端可以减小倒钩变形时的应力 见图 2 这种设计能够使应 力在整个倒钩弯杆部分均匀分散 倒钩基部的应力集中相 对减小 装配压力也有相当程度的减少 忽略了倒钩底部与构件主体之间连接处的 曲率半径应该足够大的问题 通常导致出现脆弱点 原 则上说 应该提供足够大的 曲率半径来避免压力集中 经常将圆柱或球孔型卡扣装配系统开槽 使其装配起来更 加方便 因此 槽尾不得设计成尖状的边缘 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 见图 3 压件装配 压件装配可以使塑料组件在最低的成本下进行高强度装配 例如对卡扣装配来说 由于应力松弛 高压装配的拉力强度随着时间的流逝而减少 见图 3 设计计算必须把它考虑进去 另外 必 须作使用温度周期变化的试验 以保证设计的可行性 螺纹装配 螺纹装配由分离型 组合型螺杆或整体螺杆嵌件的运用组成 材料的 挠曲模量给螺件的合理装 配提供了指导 例如 带螺纹的螺丝的弯曲模量可以达到 2800Mp a 如果需要使用公制的螺 丝 或者螺纹装配需要多次来完成 这就需要采用 金属的细纹嵌件 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 为了避免不合格组件的产生 确保正确的轴套尺寸是关键的一环 见图 4 螺 件制造商可在这 方面提出不少建议 见图 5 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 由于产生的压力会使螺母口张开 原则上应避免塑料装配中使用带有锥形埋头钉 的螺丝 见图 5 这种额外的压力带来一种可能的后果 就是螺母的熔接痕处容易 开裂 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 六 加强肋 理想的设计 为了克服壁厚大可能引起的问题 使用是一种可减少壁厚并能增加刚性的有效方 法 一般来说 部件的刚性可用以下方法增强 增加壁厚 增大弹性模量 如加大增 强纤维的含量 设计中考虑 如果设计用的材料不能满足所需刚性 则应选择具 有更大弹性模量的材料 简单的方法是增加塑 料中增强纤维的含量 但是 在特定 壁厚下 这种方法仅能使刚性呈线性增长 更有效的方法是 使用经过优化设计的 由 于惯性力矩增大 部件的刚性便会增大 在优化的尺寸时 不但要考虑 工程设计应当 考虑的问题 还应考虑与生产和外观有关的技术问题 优化的尺寸 大的惯性力矩可很容易地通过设置又厚又高的来实现 但是对热塑 性工程塑料 这种方法常会产 生制品表面凹痕 内部空洞和翘曲等问题 而且 如果的高度过高 在负荷下结构将有可能膨胀 出于这种考虑 必须在合理比例内 保持的尺寸 见图 1 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图1 为确保带的制品容易顶出 必须设计一个适当的脱模锥度 见图 2 图2 防止材料堆积 对于表面要求非常高的组件 如汽车轮盖 的尺寸是非常重 要的 正确的设计可以减少组件形成 表面凹痕的可能 以提高组件的质量 的底部的 材料积聚在图 1 所示的圆中 这个圆的大小与 的尺寸相关 应该越小越好 这样才 p a g e 5 能减小或避免凹痕 如果圆太大 可能会形成内部空洞 制 品的机械性能将会非常差 减少底部的应力 如果给一个有的组件以负载 则的底部可能会产生应力 在这 一部位如果没有圆弧 可能会产生 非常高的应力集中 见图 3 通常会导致组件的 断裂和报废 补救措施是建立一个半径足够大 的圆弧 图 1 使肋底部建立更好的 应力分布 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图3 但如果圆弧半径太大 也会增大上文提及的圆的直径 而导致上文已经提及 的问题 图4 在塑料设计中 十字结构是最好的 因为它能应付许多不同的负荷排列变化 图 4 正确设计 的可承受预期应力的十字结构 可以确保在整个制品上的应力 均匀分布 在的十字交叉处形成的 节点 图 5 代表材料的积聚 但可以将节点中 心挖空 以防止产生问题 还必须注意 不要在 交叉处和组件的边相交的地方形成材 料积聚 图 6 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图5 大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 七 浇口的位置 正确的浇口位置 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 错误地选择浇口体系的类型和 除了会引起加工问题 还会对塑料制品的质量产 生一定的影响 因而 设计部门决不能低估浇口位置的重要性 设计者不但要进行 塑料制品的设计计算 还必须特别注意模具的浇口设计 他们必须选择正确的 浇口 体系以及浇点的数目和位置 浇口的类型和位置不同都将对制品的质量产生较大的影 响 浇口位置的选择将决定塑料制品以下性质 填充行为 制品的最终尺寸 公差 收缩行为 翘曲 机械性能水平 表面质量 外观 如果设计者选择了错误的浇口 成型加工时几乎不可能从优化加工参数来矫正由此产生的后果 图1 制品在不同方向上的性能测定 在注射成型过程中 长链的塑料分子 纤 维填料和增强材料的取向主要由熔融塑料的流动方向决 定 这导致了部件性能对方向 的相关性 各向异性 例如 流动方向上的伸展性能比垂直方向 上的伸展性能要好 得多 见图 1 含有纤维增强材料的部件所受到的影响比不含纤维增强材料 的部件 要大得多 纤维的取向也引起部件在水平和垂直方向上的收缩差异 这将异致部件 发生翘 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 曲 图 2a 图 2b 由于熔合线和空气存集引起部件质量下降 当模具中 2 条或更多的熔流会 聚到一起时 就会产生熔合线 例如 在熔体需要流经嵌件 或 制品同时在几点进行 浇注时 就会出现熔合线 见图 2a 和 2b 而且 同一制品中不同的壁 厚可能导 致熔体前方分离 从而产生熔合线 当应从模具中排除的空气被熔体封闭在模具中 无法 溢出时 就会产生空气存集 出现气泡 熔合线和空气存集通常被作为表面缺 陷的表现 除了 会使表面难看外 它们还会明显降低受影响区域的机械性能 特别 是冲击强度 见图 3 和图 4 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 图3 熔合线引起的强度降低 图4 p a g e 6 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 浇口位置选择不当引起的不利后果 因为浇口常留下明显痕迹 因而不能设置在 对外观表面要求高的区域 在任何一浇口区域都会产 生高压力 剪切 将明显降 低塑料树脂的性能 图 5 不含增强材料的塑料的熔合线质量明 显高于含增强材料 塑料的熔合线质量 熔合线区域的质量衰减因子与填料和增强材料的类型和含 量有 很大关系 加工助剂 阻燃剂等添加剂都对熔合线质量有不利的影响 因而 很难评 估这些 因子对部件的最终强度的影响有多大 而且 熔合线区域在张力下有高的承 载能力并不意味着它 的耐冲击能力或耐疲劳能力好 图5 由于含有纤维增强材料 熔合线区域的纤维的排列方向与流动方向垂直 这将明显降低部件在这 一点的机械性能 见图 6 图6 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 正确的浇口位置 复杂的模具不可能没有熔合线 如果不能减少熔合线的数目 就应根据表面质量和机械强度考虑 将它们设置在模具不重要的位置 这可以通过改 变浇口位置或增大 降低部件的壁厚来实现 基本设计原则 不要将浇口置于高压力区域 尽量避免或减少熔合线 尽量使熔 合线远离高压力区域 对于增强型塑料 浇口位置决定零件的翘曲性能 提供足够的排 气口以避免空气存集 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 八 节约成本设计 低成本设计 价格是一个设计要素 设计者对塑料零部件最终的成本负有大部分的责任 他的 决策预先决定了生产 模具制作和组装 的成本 后期的修正和优化通常是昂贵和不 可行的 原材料性能影响成本 充分发挥塑料原材料特性的优势 在许多方面可以节约成 本 多功能一体化设计 将几种功能汇集在一个零部件上 可减少零件数量 运用低 成本组装技术 卡扣 焊接装置 固定装置 双料注塑技术等 利用自润滑特性 减少 对额外和持续润滑油的需要 免却表面处理程序 塑料能着色 耐化学品和耐腐蚀 电 器及热绝缘等性质 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 结核作用 同系列的原材料有不同的结晶周期 这是因为结核剂在熔融冷却阶段 产生加速结晶效 果 成品设计影响成本 除了以上提到的 注意以下各点能够进一步节约成本 壁厚 优化壁厚分配可以影响原料成本 节省生产时间 模具 双面模具可以减少对开数量 公差 要求过高的公差会增大产品的不合格率和质量管理成本 原料 采用低变形 聚合物来减少翘曲变形问题 如在玻纤材料中加入适量矿物 选择快定型 或快固化 原料可以减少成型周期和冷却时间 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 见图 1 按生产各步骤成本比较 当注塑零件从注射机中脱出时 应立即准备装 配 不需要任何额外的处理 如果需要进行后处理 总体塑料成本则经常可会相等 于金属成本 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 见图 2 设计决定生产成本 壁厚的增加并不总能增大强度 却意味着生产和原料 成本的增加 半结晶性热塑性塑料在 固化时容积会有很大收缩 在保压阶段 这种 收缩必须由连续的熔融进 料来补偿 每毫米壁厚的保压时间大约为 聚甲醛树脂 8 秒 非增强聚酰胺 66 4 5 秒 增强聚酰胺 66 2 3 秒 用于高达 3 毫米壁厚 p a g e 7 典型应用举例 金属设计必须进行机械加工 并经常通过许多装配环节 才能完 成单一部件 与之相反 塑料加 工科技则能提供可观的成本节约机会 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 见图 3 图 3 中 牵引棒 弹簧 锯齿 卡扣和轴承都为一次注射成型 而同样 的金属设计则需要不少 于 5 个独立元件来组装 并且当轴杆与活塞连接时 还需要 润滑 实际上 在这一环节使用聚 甲醛树脂便可以不用另加润滑剂 见图 4 图 4 中所示的电线缆扣设计中是将卡扣配合活接铰的设计 将生产成本 降低及令装配更容易 若使用比较脆性材料 则可用另一卡扣来取替活接铰设计便可 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 见图 5 在设计过程中 设计者有必要规定模腔的设计 他要决定顶出装置和所 需模具活动块的数量 通 过巧妙的排列 可以用模芯来代替活动块 十大设计窍门 共十章 By J r g e n Ha s e n a u e r Di e t e r K p e r Jo s t E La u m e y e r a n d Ia n We l s h 九 指导方针 设计核对表 新产品开发或产品改善的目标是使产品有优良的表现 而同时获得 低的生产成本 这里 设计任 务主要是指原料的选择 适合加工过程的选择 强度计 算和模具设计 只有全盘考虑这些步骤 并有系统化的跟进 才能生产出高质量的 具商业效益的模具 设计部 门经常只是探求实用性的解决方案 然而 必须强调的 是 塑料的实用性和成本效率不是必然的 设计者必须非常注重开发原料和加工过 程的正确解决方案 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 塑料性质并非永恒不变的 塑料的性质受使用环境 加工过程 模具设计和操作 条件的影响 如图 1 所示 塑料性质由 实验室环境下的测试得到 测试图由具有 优化参数的高光度模具 在规定压力的标准条件下检测 产生的 然而 实际上 塑 料不可能恰好在这样的条件下生产 在使用中也不可能正好在同样的 压力下 因此 在推出任何塑料设计方案的时候 其精确的要求和界定条件必须仔细地分析和罗 列出 来 设计核对表在这方面可以提供有用的帮助 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 样品的生产 开发一种产品 从设计阶段到市场准备阶段 有必要准备样品来进 行试验和修正 要确保样品的 生产方法广泛适用于量产方案 部分注塑成型的样品 也要由注塑模具来制造 如果没有模具可以 适用 就有必要使用近似的材料或片材 切割加工成为测试样品 但是 总是存在这样那样的问 题 原因如下 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 无法考察注塑成型部件的焊接线的影响 与注塑成型部分相比 有时候 机械 加工中产生的凹槽会降低构件的强度性质 由于结晶度高 挤塑棒材和片材的强度和 硬度高于注塑部件 无法考察纤维取向作用的影响 由挤出材料制成的用于电灯开 关的样品 可以承受 180000 次周期性应力 而同样情况下 注 塑部件在 80000 次 之后就出现了疲劳破坏 这种差异是由于在注塑过程中晶体结构的不同所造 成的 见图 3 样品模具 目前生产样品的模具 都是通过简单的机械加工或运用低成本材料 如铝或铜为原料 制作而成 然而 需要注意的是 对生产来说非常重要的参数 如温度 压力等 不能以这样的模具作代表 另外 它们不同的冷却性质又导致了 不同的收缩和热变表现 现在推荐的是使用高硬度钢材制造 模具 而模具以单模穴 排列设计便可 检测设计 随着现代计算机模拟技术的发展 有时候 在早期工艺阶段 就会将 p a g e 8 设计和加工过程中的潜在弊 端鉴别出来 如强度分析和流程分析所进行的那样 然而 这些模拟分析并不可能完全确保最终 产品在实际操作下的性能和质量 只有对实 际操作条件下的样品检测 才可能提供最可靠的信息 这种检测是获得更高质量和 功能的产品不可忽视的必要条件 如果现实的样品检测存在困难 也可以进行模拟条 件的检测 然而 这种测试的价值依赖于对操 作条件模拟的代表性 郭伟杰收藏资料 m i r a g e 10 163 c o m 以耗时的测试来推断塑料成品在机械应力和热量的影响下的长期性能是不可行 也不经济的 另 一方面 在苛刻条件下进行加快老化测试作为长期性能预测也不一 定确实可信 应该更为注意 塑料在长期压力测试下 和在短期的快速测试下 其性 能也会完全不同 创新意念 许多不同的工业应用表明 塑料工业的未来是光明的 如果能巧妙的 利用聚合物的原料性能 就 会