塑料制品设计.doc

塑料制品FJUT第1讲1、塑料制品的新成型方法与新材料改善普通成型的缺陷。答：气体辅助注射成型、水辅成型技术、注射压制成型技术、热流道技术、低压注射成型、可熔芯技术的注射成型。 常规塑料制品成型方法容易出现精度低、内应力大、翘曲变形、表面凹陷、内部缩孔、外观档次低、光泽差等各种缺陷。2、设计塑料产品要求既要考虑使用者（在功能上、在使用操作上、在外型上、材料应用与加工方法上），又要考虑企业（将来性、技术性、领先性、销售可能性、经济性）；新制品产生的方式有（再设计、组合、创新）。3、塑料制品设计的特点是：必须材料考虑物性， 尤其是环境变化对物性影响及在长时间负载下对产品影响。第2讲1、塑料制品开发包括：答：市场需求分析，产品造型设计，模具方案设计和模具结构设计，模具工程分析，模具制造装配，制品生产，产品检验2、串行工程与并行工程优缺点答：优点：（1）、制品开发的各个环节可及时接受其他环节的分析和反馈，并立即进行修改，提高了设计质量和可靠性。（2）、充分利用了各个环节的时域交叉性，几个环节同时进行，大大缩短了模具产品的开发周期性。（3）、不构成修改的大循环，降低了总的开发成本。缺点：（1）整个开发过程信息单向流动，下游结果不能及时反馈给上游进行评价和修改；（2）制品设计和模具设计脱节，制品设计的质量靠最终生产来检验，往往要多次修模，不易控制各环节质量；（3）、各阶段按顺序进行导致产品开发周期长。3、逆向工程答：现在采用三坐标测量机，将模拟信息转化为数字化的模型，这种通过样件开发产品的过程称为逆向工程4、快速原型（不考）5、设计塑料制品应考虑塑料材料的如下性能：材料的使用性能、材料的成型性能、材料的经济性6、塑料材料的加工性1）评定塑料可模性的目的： 确定加工条件； 评定物料成型各种制品可能性；试制新的塑料品种和改性。2）评定方法：一般用能生产合格制品的速率和难易度来评价。测定成型速率最好的办法是测定最短注射周期；测定成型难易程度是确立完成充模的温度和压力的综合工艺窗口，最直观的办法是绘制成型图。第3讲掌握分析塑料制品力学状态，简支梁与柱体的力学计算第4讲1、塑料制品的尺寸为满足装配和使用，必须确定恰当的尺寸精度和形位精度，使制品具有互换性，既满足要求又能尽量降低成本。2、塑件精度取决于原料、模具、设备、工艺和环境条件。 3、国内外塑料件尺寸标准的特点俄罗斯：公差表包含了尺寸分段、精度等级、配合座别和上下偏差；也有基孔制、基轴制。德国：只有公差值，没有配合，也没有上下偏差。美国：每种塑料分为精密、标准和粗糙三个精度等级，三个尺寸段06英寸、612及大于12。我国标准的尺寸范围从01000，分28个尺寸段，其中0500分25段。该标准参照了德国标准DIN16901-1982，但有差异4、塑件表面粗糙度跟哪些有关。答：由模具型腔表面粗糙度和所成型塑料的品种和成型加工方法决定第5讲1、设计塑料制品必须考虑模具的限制，以保证制品的成型、防止产生缺陷，并简化模具结构，降低成本，提高生产效率。 2、模具工程师对塑件结构分析（工艺性）应考虑：(1)注塑工艺对胶件结构的要求；(2)模具对胶件结构的要求；(3)产品装配对胶件结构的要求；(4)表面要求。 3、侧凸凹制品成型中的不利点： (1) 模具结构复杂，需采用对开式型腔、伸缩式型芯、侧向抽芯等结构。(2) 模具制造费用加大，制造周期加长。(3) 制品模塑周期加长，生产成本增加。(4) 模具分型面缝隙溢料机会增多，制品的飞边多因此塑件应尽量避免侧面凸凹；若结构要求一定要抽芯，应尽量使抽芯机构简单。4、制品成型后冷却收缩而包紧型芯，为便于脱模，以避免出现顶白、顶伤和拖白现象，在制品内外壁面平行于脱模方向应设有一定的脱模斜度。脱模斜度与胶料性能、胶件形状、表面要求有关。5、理解掌握选取脱模斜度的原则答：热固性塑料制品，脱模斜度小收缩率大，脱模斜度大刚性大，脱模斜度小壁愈厚，脱模斜度大制品的几何形状复杂而且很不规则，脱模斜度大制品较大、长度较长、高度较高的尺寸，脱模斜度小 ，以保证制品的尺寸精度若考虑留模，制品的内表面的脱模斜度可比外表面小；反之，外表面的脱模斜度应小于其内表面的脱模斜度。成型增强塑料制品，脱模斜度大。成型含有润滑剂、增塑剂等的塑料制品，脱模斜度比不含有的可小一些。斜度的方向：当塑件为轴，应保证大端尺寸，塑件为孔，应保证小端尺寸；一般制品脱模斜度不包括在制品公差范围内。6、脱模斜度表示方法：线性、比例、角度P1127、制品壁厚的作用(1) 使制品具有确定的结构和一定的强度、刚度，以满足制品的使用要求。(2) 成型时具有良好的流动状态（如壁不能过薄）以及充填和冷却效果（如壁不能太厚) (3) 合理的壁厚使制品能顺利地从模具中顶出。(4) 满足嵌件固定及零件装配等强度的要求。(5) 防止制品翘曲变形。8、壁厚设计的原则壁厚尽可能均匀一致，以便消除或减小制品内应力，防止模塑制品翘曲变形和开裂；满足要求前提下尽量减小壁厚，节省原料和缩短成型时间。壁厚若不均匀，不能相差太多，应采用逐步过渡的形式或将制品设计成两个。9、加强筋的作用1）在不增加整个制品厚度的条件下，增加制品的刚度和强度；2）适当地使用加强筋，能有效地克服制品扭曲、变形现象；3）起辅助流道作用，改善熔料的充模流动，有利于制品成型；4）减小制品厚度，能避免壁厚过大而产生缩孔、气泡、凹陷等现象，且能减轻制品质量。10、加强筋设计原则（理解）1）方向：加强筋的走向应与熔料充模方向一致，与模具成型零件的运动方向一致，还应与制品的收缩方向一致。2）高度：加强筋的高度不宜过大，宜设计得低一些、多一些，加强筋之间的中心距应大于2倍制品壁厚。3）尽量避免在加强筋上装置任何零部件。4）筋的根部用圆弧过渡，以避免外力作用时产生应力集中而破坏。但根部圆角半径过大则会出现凹陷。11、塑料制品上圆角的作用1）成型时，料流阻力小，改善了充模流动状态，利于充模与成型；2）可以减少因塑料收缩而导致的制品变形；3）避免因锐角而引起的应力集中，提高制品的强度；4）有时圆弧过渡改善制品外观；5）圆角可降低模具零件内应力、防止变形开裂，提高强度，延长模具寿命。12、当塑件需要支撑面时，应采用凸起的边框或几个凸起的支脚作为支承，一整个面作支承面很难得到平直的表面。第6讲1、塑料制品上得到孔的方法有：模塑成型，机械加工，模塑成型与机械加工相结合，冲压2、凸台作用：（作用）增强孔或供装配零件连接固定，承受应力和减少应变，（位置）一般设置在制品边缘及加强筋部位。3、制品边缘、大面积部位为增加制品的刚度、强度，防止变形，应设计成特殊结构。3、塑料制品上获得螺纹的方法：机械加工、模塑成型、螺纹嵌件。4、塑料制品上使用的螺纹结构形状的选择P1345、塑料制品螺纹设计时始端与末端应有过渡段；塑料螺纹与金属螺纹的配合长度不能太长小于螺纹大径1.5倍；同一制品多段螺纹，螺纹旋向应相同；螺纹制品应设计有止转部分；应尽量采用公制标准螺纹。6、塑料制品表面的花纹，可遮掩成型过程中的缺陷，增加美观，增大摩擦力，防止滑动；增加粘接表面积及粘接可靠性，粘结表面上作出细麻纹。第7讲1、塑料制品上直接成型的三种形式文字：凸出制品表面：塑件文字为凸形，则模具为凹形，可用机械或手工雕刻，制造容易，但文字在使用中容易损坏；凹入制品表面：制品文字为凹形，相应模具为凸，用雕刻，则加工面积大，加工量大，粗糙度难保证，应尽量避免；凹坑凸字：制品上做出凹坑凸字，成型部分作成镶块，这样既能保证制品使用时不易被 损坏又能使模具制造容易，且易更换。2、异色标志：双色注射成型3、嵌件：定义、作用（功能性作用）、材料 作用：功能性作用，如抗蚀性、抗磨性、导磁性、导电性、尺寸稳定性、表面装饰、提高制造精度以及便于拆卸。 定义：镶入塑料制品中的零件，使之成为模塑制品不可拆卸的组成部分，这些嵌入制品中的零件称为嵌件。 材料：铜、铝、钢、陶瓷、玻璃、塑料、木材、橡胶等。4、结构设计：要求必须牢固固定在制品中，防止旋转和拔出，5、嵌件的安放、定位要求(1) 不能因设备的运动或振动而松动甚至脱落。(2) 在高压塑料熔体的冲击下不产生位移和变形。(3) 嵌件与模具的配合部分应能防止溢料，避免出现毛刺，影响使用性能。第8讲1、异型材设计：截面形状应尽量简单、对称，断面壁厚应均匀，尽可能避免或减少设筋和凸台。2、共挤异型材两种塑料相容性越好，粘接强度越高；若相容性不好，则截面间可采用机械连接。3、中空容器几何形状有圆形、椭圆形、方形、异型。4、中空吹塑制品结构设计应考虑强度与刚度，底部、身部、口部螺纹结构设计中空容器主要承受垂直方向的压力。它主要来自三方面：（1）容器包装物料的自重；（2）容器堆叠时压力；（3）物料灌装时压力和瓶盖压配时压力。吹塑成型用螺纹，设计为梯形或半圆形的截面，不采用三角形细牙或粗牙螺纹5、注塑吹塑制品的结构 剪边或铰孔加工后不需精加工； 有利于缩短时间和节约原料； 壁厚容易控制； 螺纹精度高； 底部不用截坯口； 不受场合的限制，生产速度快； 可制得高强度的制品。6、热成型工艺过程7、制品设计 制品不能有侧孔、侧凹，否则难以脱模； 侧壁有凸凹，要考虑采用活动型芯或抽芯机构； 孔或开口不能直接成型，可采用二次加工。 设计制品应考虑加强筋、脊或凹凸图案等； 对于薄壁、面积大的热成型制品，一般需要对表面增加凸凹，成拱形，进行增强，以提高制品刚度； 避免制品上的大凸凹，易造成壁厚不均，若壁太薄，强度不足，易出现皱折。8、旋转模塑制品特点：大型、封闭、形状复杂，小型中空制品，也可制造特大型塑料制品；壁厚均匀，内应力极小，壁厚可以自由调整（假如原料重量不同）；形状可以非常复杂，设计自由度大；9、中空成型有吹塑、滚塑、热成型和气体辅助注塑成型法等多种方法。大型中空制品成型工艺有吹塑、滚塑和热成型法。滚塑适宜设计和加工复杂形状和侧面有孔的制品，多种内表面可同时成型为主要特点，制品壁厚均匀性优于吹塑成型法。吹塑成型法原料贵，制品尺寸稳定性好，翘曲小，成型时间短，产量高，人力和能源成本低。热成型(片材)法加工设备贵，而制品强度是3种方法中最高的。10、旋转成型只为增加其强度，可在大面积平坦制品上布置筋或凹凸图案，起增强作用，但凹凸不能太窄而深。或做成双层壁结构，成型后中空部分填入泡沫塑料，起增强作用。第9讲1、塑料制品的装配分为可拆卸式的装配和固定而不可拆卸的装配两种2、可拆卸式装配有螺纹连接和弹性联接3、塑料制品的不可拆卸联接有粘接与焊接第10讲1、塑料作为支承材料的优点： 优良的摩擦和磨损性能； 不用或少用润滑剂，可减少冲击和噪声； 制造成本低； 化学稳定性好。2、轴承材料PF、PA、氟塑料、POM、UHMWPE、聚酰亚胺3、轴承类型全塑料轴承：PA、POM应用最多，UHMWPE最有前途；金属轴瓦内衬氟塑料：金属轴瓦一般为钢，轴衬为多孔青铜用PTFE用浓缩分散液浸渍或涂覆；增强塑料轴瓦与编织的薄层轴衬：4、模塑齿轮的要求： 型芯与型腔都设于动模边； 多联齿轮型腔应设分型面同一侧； 将互相啮合的两齿轮放同一副模具； 考虑浇口类型和位置，避免偏心。5、齿轮型腔制造方法： 电火花加工 线切割 冷挤压 电铸6、齿轮材料摩擦系数小、磨耗低、模量高、刚性大、弯曲疲劳强度大、滞后热效应小。常用齿轮材料：PA、POM、聚酯、聚氨酯、PC、PSF、聚苯硫醚、UHMWPE7、两轮材料配对 没有内润滑剂的纯聚合物与钢配对啮合时，有较高的磨耗，尤其是PC或PPO。 聚合物与钢、聚合物与聚合物配对的材料中加入适量内润滑剂，轻载下运行其磨损系数K显著降低。 同一塑料材料配对，会呈现高的磨损系数，以PC和改性PPO最严重。 选择不同聚合物进行恰当配对，可获得低的磨耗，甚至无需加润滑剂，如POM和PA66配对，磨损低。第11讲1、塑料管材与金属相比： 质量轻，仅为金属1/8；耐腐蚀，耐磨损，寿命长，是钢管5-6倍；流体阻力小，内壁光滑，； 生产能耗低。易安装，施工简单，维修方便；导热系数低，热量损失小（热水管）； 可任意弯曲，不脆裂，电绝缘性能好；缺点：抗冲击性能较差 拉伸强度及韧性较差 管材线性膨胀系数较大 维卡软化温度较低2、塑料管材的公称外径已经标准化，管材承压的安全性考虑，壁厚只允许正偏差，不允许负偏差。3、塑料管材材料；UPVC、CPVC、PE、PEX、PP-R、PB、ABS管材优点缺点UPVC抗腐蚀力强，易于粘合，价廉，质地坚硬有 UPVC 单体和添加剂渗出，不适用于热水输送，接头粘合技术要求高，固化时间较长HDPE韧性好，较好的疲劳强度，耐低温度性能较好，质轻，可挠性和抗冲性能好熔接需要电力，机械连接，连接件大PEX耐温性能好（ -7095 ），抗蠕变性能好只能用金属件连接，不能回收重复利用PB耐温性能好，良好的抗拉、抗压强度，耐冲击，低蠕变，高柔韧性国内还没有 PB 树脂原料，依赖进口，价高PP-R耐温性好在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚CPVC耐温性最好，抗老化性能好价高，仅适用于热水系统ABS强度大，耐冲击耐紫外线差，粘接固化时间较长4、塑料管材的形式，各种管材特点，应用场合1）芯层发泡管 采用三层共挤出工艺生产的UPVC，内外两层为UPVC，中间为低发泡层。特点：n 抗冲击强度高、环向刚性好，在-3060下使用，温度变化时尺寸稳定性好；n 隔噪声传播，利于高层建筑排水系统；n 隔热好；n 抗压能力提高；n 节省材料。应用：建筑排水系统、工业输送液体、农业排灌、电力通信用电缆导管。2）硬聚氯乙烯消声管 UPVC消音管内壁带有六条三角凸形螺旋线，使下水沿着管内壁自由连续呈螺旋状流动，从而在立管底部起到良好的消能作用，降低噪声。 同时，消音管的独特结构可以使空气在管中央形成气柱直接排出。 使高层建筑排水通气能力提高10倍，排水量增加6倍，噪声比普通UPVC排水管和铸铁管低3040Db。 特点 通水能力、流体输送能力高； 通气能力高； 消音隔声； 经济、节省能源； 施工、维修便易； 能承受温度及建筑物的沉降变形，不用设伸缩节。 要与消声管件配套使用。应用：硬聚氯乙烯消音管主要用于排水管道系统，特别是高层建筑排水管道系统。3）塑料波纹管： 塑料波纹管在结构设计上采用特殊的“环形槽”式异形断面形式。 管材具有足够的抗压和抗冲击强度，又具有良好的柔韧性。 根据成型方法的不同可分为单壁波纹管、双壁波纹管。特点：刚柔兼备，既具有足够的力学性能的同时，兼备优异的柔韧性； 质量轻、省材料、降能耗、价格便宜，与板式管材相比。 内壁光滑的波纹管能减少液体在管内流动阻力，进一步提高输送能力； 耐化学腐蚀性强，可承受土壤中酸碱的影响； 波纹形状能加强管道对土壤的负荷抵抗力，又不增加它的曲挠性，以便于连续覆设在凹凸不平的地面上； 接口方便且密封性能好，搬运容易，安装方便，减轻劳动强度，缩短工期； 使用温度范围宽、阻燃、自熄、使用安全； 电气绝缘性能好，是电线套管的理想材料。应用领域：市政给排水管道系统； 建筑电气电线配管； 农业灌溉； 汽车输油管的配管5、塑料管材的连接各种形式管材连接的特点及应用 第12讲性能特点应用：PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，是光学性能最好的塑料。透光率比无机玻璃还高10%以上，可透过大部分紫外线和部分红外线。 具有很好的耐候性和耐腐蚀性，综合性能好、尺寸稳