塑胶零件设计常识

1 塑胶零件设计常识塑胶零件设计常识 出个论讨题大家来谈谈塑胶零件设计常识 在这里希望搞模具 设计的可以来 PP 塑胶零件设计常识 一般塑胶件设计过程中都会有以下几项 1 塑胶件壁厚的厚度设计 说出你的理由 2 塑胶件加强筋的设计 3 塑胶螺丝柱 自攻 的设计 4 塑胶件止口 美观线的设计 5 塑胶件材料选择的原则 1 壁厚太厚容易浪费材料 增加成本 更重要的是延长冷却和 固化时间 容易产生凹陷 缩孔 夹心等质量上的缺陷 所 以应该均匀 壁与壁连接处的薄厚不应该相差太大 并且应尽 量用圆弧连接 否则容易开列 一般是 1 5MM 小件为 1 5 2 5 大件为 3 10 MM 2 加强筋高度通常塑件为壁厚的 3 倍左右 并有 2 5 度的脱 模斜度 与塑件 壁的连接出及端部 应用圆弧连接 防止应力集中 加强筋 的厚度应为塑件 壁厚的 1 2 如果太大 容易产生瘪凹 如果要设置多个加强筋 则分布应错开 防止破 厚度基本上取决于结构强度需要以及跌落实验高度 如果自身的强度不足 又如何能支撑起部品呢 举例说电视机 前框没有足够强度就无法在安装了显像管之后在流水线上移动 但这厚度又多依靠经验值 我先来一个失败的实例 如图 这是一个控制器的面板 最终 的成品是 8 个叠成在一个机箱中 图中的结构部分从略 因 为这是我的第一个产品设计 啥经验也没有 反复校核后开模 首样出来也没有发现问题 但是整机一装配 麻烦就来了 控制器与控制器之间居然有 3mm 左右的间隙存在 难看得要 命 简直就是废品 你们可以想象我当时寒风瑟瑟的样子了 原因其实在简单不过 我的拔模斜度设大了 为 2 度 这样底 部和上部因斜度相差就是 0 7mm 双边 1 4mm 而模具厂缩 水考虑不足 尺寸比图面尺寸又单边少 0 2mm 双边是 0 4mm 这样塑胶件本身就造成了 1 8mm 的间隙 加上机箱 本身设计间距 1mm 2 8mm 的大空隙就这么出来了 教训 设定拔模斜度之前不仅仅要考虑注塑工艺要求 也一定 要考虑到由此而产生的其它不良 后遗症 选择材料的考虑因素 任何一件工业产品在设计的早期过程中 一定牵 涉考虑选择成形物料 因为在产品生产时 装配 时 和完成的时间 物料有着相互影响的关系 除此之外 品质检定水平 市场销售情况和价格 的厘定等也是需要考虑之列 所以这是无法使用 概括全面的考虑因素而定出一种系统性处理方法 来决定所选择的材料和生产过程是为最理想 不同材料的特性 ABS 用途 玩具 机壳 日常用品 特性 坚硬 不易碎 可涂胶水 但损坏时可能有 利边出现 设计上的应用 多数应用于玩具外壳或不用受力的 零件 PP 用途 玩具 日常用品 包装胶袋 瓶子 特性 有弹性 韧度强 延伸性大 但不可涂胶水 设计上的应用 多数应用于一些因要接受 drop test 而拆件的地方 PVC 用途 软喉管 硬喉管 软板 硬板 电线 玩具 2 特性 柔软 坚韧而有弹性 设计上的应用 多数用于玩具 figure 或一些需要 避震或吸震的地方 POM 用途 机械零件 齿轮 摃杆 家电外壳 特性 耐磨 坚硬但脆弱 损坏时容易有利边出现 设计上的应用 多数用于胶齿轮 滑轮 一些需要 传动 承受大扭力或应力的地方 Nylon 用途 齿轮 滑轮 特性 坚韧 吸水 但当水份完全挥发后会变得脆 弱 设计上的应用 因为精准度比较难控制 所以大多 用于一些模数较大的齿轮 Kraton 用途 摩打垫 特性 柔软 有弹性 韧度高 延伸性强 设计上的应用 多数作为摩打垫 吸收摩打震动 减低噪音 壁厚的大小取决于产品需要承受的外力 是否作 为其它零件的支撑 承接柱位的数量 伸出部份 的多少以及选用的塑料材料而定 一般的热塑性 塑料的壁厚设计应以 4mm 为限 从经济角度来看 过厚的产品设计不但增加物料成本 延长生产周 期 冷却时间 增加生产成本 从产品设计角度来 看 过厚的产品增加引至产生空穴 气孔 的可能性 大大削弱产品的刚性及强度 最理的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是 均一的厚度 但为满足功能上的需求以致壁厚有 所改变总是无可避免的 在此情形 由厚胶料的 地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑 太突然 的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和产生乱 流而造成尺寸不稳定和表面问题 不同材料的常用壁厚 ABS 一般最先选择的材料 壁厚通常为 1 1 2 1 5 2 2 5 3mm 视乎产品的大细和功能而定 PP 因为比较软身 而且基于缩水的问题 所以不能 太厚 一般为 1 1 2 1 5mm PVC 因为多用由于 figure 上和多是实心 所以限制不 大 一般为 1 1 2 1 5 2 2 5 3mm 视乎产品大细而 定 Nylon 因为缩水率比较高 所以平均料厚和筋骨的比例 可比较少 Kraton 因为多数用作摩打垫或不外露件 所以限制不大 加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部份 加 强筋有效地如 工 字铁般增加产品的刚性和强 度而无需大幅增加产品切面面积 但没有如 工 字铁般出现倒扣难于成型的形状问题 对一些经 常受到压力 扭力 弯曲的塑料产品尤其适用 此外 加强筋更可充当内部流道 有助模腔充填 对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用 加强筋一般被放在塑料产品的非接触面 其伸展 方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向 选择加强筋的位置亦受制于一些生产上的考虑 如模腔充填 缩水及脱模等 加强筋的长度可与 产品的长度一致 两端相接产品的外壁 或只占 据产品部份的长度 用以局部增加产品某部份的 刚性 要是加强筋没有接上产品外壁的话 未端 部份亦不应突然终止 应该渐次地将高度减低 直至完结 从而减少出现困气 填充不满及烧焦 痕等问题 这些问题经常发生在排气不足或封闭 的位置上 而且因为缩水的问题 筋骨的厚度不 能大过平均壁厚的厚度 一般的设计方法 平均壁厚 0 65 0 7 对于料厚我的总体看法是 能薄不厚 但对不同的产 品应有不同之对待 可一个重要的问题就是要尽量 保持平均料厚 在不能保持平均料厚的时候 也要让 过度保持平滑 因为塑胶流动每通过一个转折带或 料厚变化区都会有压力损失 等同射压就要增加 而且易产生缩水缺陷 应尽量避免 尤其象 PC 这 样流动性较差的材料更应该注意 POM 3 常用热熔性塑胶材料 1 ABS 丙烯晴二丁烯苯乙烯 苯乙烯族系的热熔塑胶 硬质塑胶材料不透明 黄色火焰 黑烟 及流滴燃烧 有一种酸臭并带橡胶燃烧气味 比重 1 04 可溶于丙酮 二氯乙烷及三溴甲烷 慢燃烧 耐酸碱 但暴露于 某些酸及有机溶剂时遭受应力开裂 2 ABS PC 合金 3 ABS PVC 合金 4 PC 聚碳酸酯 polycarbonate 高挺性 高冲击强度及高温时保持机械性能为特征的工程塑料 热熔塑胶材料 燃烧困难 黄色火焰 系自熄性 有淡的酚气味 熔点 430 F 比重 1 2 溶于氯化甲烷及氯化乙烷 光学明澈或 着色配方供用 适用于镜片 护目镜 电器外壳 安全盔及工程 齿轮 5 PE 聚乙烯 天然乳白色 蜡性手感 相当快速率燃烧 并如蜡融化流滴 火 焰蓝色带黄尖 有一种烧石蜡的气味 低密度聚乙烯熔点 221 F 高密度聚乙烯熔点 248 F 引火点 645 F 比重小于 1 浮于水上 可溶于熟苯 熟甲苯 不溶于其他通用溶剂 6 PP 聚丙烯 比 PE 较钢硬 黄尖蓝色火焰缓慢燃烧 气味类似 柴油 毒烟 熔点在 334 F 左右 比重 0 906 浮于水上 可 溶于热苯 7 PS 聚苯乙烯 坠地或用一硬物轻敲时产生一种 金属鸣声 橙黄色火焰 产生浓烟 带碳簇飞舞 嗅味如照明煤 气或万寿菊 熔点 374 F 引火点 680 F 比重 1 09 可溶于丙酮 苯 醚 三氯甲烷 8 PVC 聚氯乙烯 边上带绿色的黄色火焰燃烧 产生一种盐酸 的窒息气味 铜丝实验中发出一种鲜绿色火焰 熔点 302 F 引 4 火点 735 F 比重 1 16 至 1 72 可溶于丙酮及环已酮 迄今为止 已见报道的树脂种类达到上万种 实现工业化生产的也不 下千余种 塑料材料的选用就是在众多的树脂品种中 选择一个合 适的品种 初看起来 可供我们选择的塑料品种太多 有眼花缭乱的 感觉 但实际上并不是所有的树脂品种都获得了具体应用 我们 所指的塑料材料的选用 并不是漫无边际的选择 而是在常用的树脂 品种中选用 塑料材料的选用原则 一 塑胶材料的适应性 1 各种材料的性能比较 2 不宜选用塑料的条件 3 选 用塑料的适宜条件 二 塑料制品的使用性能 1 塑料制品的使用条件 a 塑料制品的受力情况 b 塑料制品的电性能 c 塑料制品的尺寸精度要求 d 塑料制品的渗透性要求 e 塑料制品的透明性要求 f 塑料制品的外观要求 2 塑料制品的使用环境 a 环境温度 b 环境湿度 c 接触介质 d 环境的光 氧及辐射 三 塑料的加工性能 1 塑料的可加工性 2 塑料的加工成本 3 塑料加工的废料 四 塑料制品的成本 1 塑料原料的价格 2 塑料制品的使用寿命 3 塑料制品的维护费用 五 塑料原料的来源 在实际选用过程中 有些树脂在性能上十分接近 难分伯仲 究竟选 择哪一种更为合适 需要多方考虑 反复权衡 才可以确定下来 因此说塑胶材料的选用是一项十分复杂的工作 可遵循的规律并不 十分明显 有一点需提醒大家特别注意 从各种书刊上引用的塑料 材料性能数据 都是在特定条件下测定的 这些条件可能与实际工作 状态差别较大 如不吻合则要将所引数据转换成实际使用条件下 的性能或按实际条件重新测定 面对一个要开发制品的设计图纸 选材应遵循如下步骤 首先要确定这个产品是否可选用塑料材料制造 其次 如果确定可 用塑料材料来制造 究竟选用那种塑料材料是进一步需要考虑的因 素 按上述选用原则考虑 根据产品精度选择塑料材料 不同塑料材料对应的产品精度 精度等级 可用塑料材料品种 1 级 无 2 级 无 3 级 PS ABS PMMA PC PSF PPO PF AF EP UP F4 UHMW PE 30 GF 增强塑料等 其中以 30 GF 增强塑料的精度最高 4 级 PA 类 氯化聚醚 HPVC 等 5 级 POM PP HDPE 等 6 级 SPVC LDPE LLDPE 等 衡量塑料制品耐热性能好坏的指标有热变形温度 马丁耐热温度和 维卡软化点三种 其中以热变形温度最为常用 常用塑料的耐热性能 未经改性的 热变形温度 维卡软化点 马丁耐 热 HDPE 80 120 LDPE 50 95 EVA 64 PP 102 110 PS 85 105 PMMA 100 120 PTFE 260 110 ABS 86 160 75 PSF 185 180 150 POM 98 141 55 PC 134 153 112 PA6 58 180 48 PA66 60 217 50 PA1010 55 159 44 PET 70 80 PBT 66 177 49 PPS 240 102 PPO 172 11 0 PI 360 300 LCP 315 耐热塑料的选用原则 1 考虑耐热性高低 a 满足耐热性即可 不要选择太高 太高会造成成本的提高 b 尽可能选用通用塑料改性 耐热类塑料大都属于特种塑料类 其价格都很高 而通用类塑料的价格都比较低 c 尽可能选用耐热改性幅度大的通用塑料 2 考虑耐热环境因素 a 瞬时耐热性和长期耐热性 b 干式耐热或湿式耐热 c 耐介质腐蚀性 d 有氧耐热或无氧耐热 5 e 有载耐热和无载耐热 大家一定对上面的温度觉得奇怪 怎么 PA PBT 料的热变形温度那 么低呢 其实 PA PBT 如果不进行耐热改性 其耐热性能是很差的 下面具体介绍一些塑料经耐热改性后的耐热性能对比例子 一 塑料的填充耐热改性 在所有填料中 除有机料外 大部分无机矿 物填料 都可明显提高塑料的耐热温度 常用的耐热填料有 碳酸钙 滑石粉 硅灰石 云母 锻烧陶土 铝矾土及石棉等 且填料的粒度 越小 改性效果越好 a 纳米级填料 PA6 填充 5 纳米蒙脱土 其热变形温度可由 70 度提高到 150 度 PA6 填充 10 纳米海泡石 其热变形温度可由 70 度提高到 160 度 PA6 填充 5 合成云母 其热变形温度可由 70 度提高到 145 度 b 常规填料 PBT 填充 30 滑石粉 其热变形温度可由 55 度提高到 150 度 PBT 填充 30 云母 其热变形温度可由 55 度提高到 162 度 二 塑料的增强耐热改性 用增强改性的方法提高塑料的耐热性效果比填充还好 常用的耐热 纤维主要有 石棉纤维 玻璃纤维 碳纤维 晶须 聚 1 结晶型树脂经 30 玻璃纤维增强耐热改性 PBT 的热变形温度由 66 度提高到 210 度 PET 的热变形温度由 98 度提高到 238 度 PP 的热变形温度由 102 度提高到 149 度 HDPE 的热变形温度由 49 度提高到 127 度 PA6 的热变形温度由 70 度提高到 215 度 PA66 的热变形温度由 71 度提高到 255 度 POM 的热变形温度由 110 度提高到 163 度 PEEK 的热变形温度由 230 度提高到 310 度 2 非结晶树脂经 30 玻璃纤维增强耐热改性 PS 的热变形温度由 93 度提高到 104 度 PC 的热变形温度由 132 度提高到 143 度 AS 的热变形温度由 90 度提高到 105 度 ABS 的热变形温度由 83 度提高到 110 度 PSF 的热变形温度由 174 度提高到 182 度 MPPO 的热变形温度由 130 度提高到 155 度 三 塑料共混耐热改性 塑料共混提高耐热性即在低热树脂中混入高耐热性树脂从而提高 其耐热性 这种方法虽然耐热性提高幅度不如添加耐热改性高 但 其优点是在提高耐 热性同时基本不影响其原有其他性能 如 ABS PC 热变形温度可由 93 度提高到 125 度 ABS PSF 20 热变形温度可达 115 度 HDPE PC 20 维卡软化点可由 124 度提高到 146 度 PP CaCo3 EP 热变形温度可由 102 度提高到 150 度 四 塑料交联耐热改性 塑料交联提高耐热性常用于耐热管材和电缆方面 如 1 HDPE 经过硅烷交联处理后 其热变形温度可由原来的 70 度增加 到 90 110 度 2 PVC 经过交联后 其热变形温度可由原来的 65 度增加到 105 度 透明塑料的具体选用 一 日用透明类材料 1 透明膜类 包装用 PE PP PS PVC 及 PET 等 农用 PE PVC 及 PET 等 2 透明片 板类 用 PP PVC PET PMMA 及 PC 等 3 透明管类 用 PVC PA 等 4 透明瓶类 用 PVC PET PP PS 及 PC 等 二 照明器材类材料 主要用作灯罩 常用 PS 改性 PS AS PMMA 及 PC 等 三 光学仪器类材料 1 硬质镜体主要用 CR 39 和 J D 两种 2 隐形眼镜常用 HEMA 四 玻璃类材料 1 交通玻璃常用 PMMA 和 PC 两种 2 建筑玻璃常用 PVF 和 PET 五 太阳能材料 常用 PMMA PC GF UP FEP PVF 及 SI 等 六 光纤材料 芯层用 PMMA 或 PC 包覆层为含氟烯烃聚合物 含氟 甲基丙烯酸甲酯类 七 光盘材料 常用 PC PMMA 八 透明封装材料 表面增硬的 PMMA FEP EVA EMA PVB 等 不同用途的壳体具体选料 1 电视机壳体 小型的选改性 PP 中型的选改性 PP HIPS ABS 及 PVC ABS 合金 大型的选 ABS 2 电冰箱的门胆和内胆 常用 HIPS 板 ABS 板及 HIPS ABS 复合板 目前以 ABS 为主 只有海尔冰箱用改性 HIPS 3 洗衣机 内桶和盖板等常用 PP 少量用 PVC ABS 合金 4 空调器 用增强 ABS AS PP 5 电风扇 用 ABS AS GPPS 6 吸尘器 用 ABS HIPS 改性 PP 7 电熨斗 非耐热型用改性 PP 耐热用 ABS PC PA PBT 等 8 微波炉和电饭煲 非耐热用改性 PP 和 ABS 耐热型用 PES PEEK PPS LCP 等 9 收音机 录音机 录像机 用 ABS HIPS 等 10 电话机 用 ABS HIPS 改性 PP PVC ABS 等 我国以 ABS 为主 美国以 PVC ABS 为主 常用透明塑料的特性及注塑工艺 透明塑料必须有高透明度 一定的强度和耐磨性 能抗冲击 耐 热件要好 耐化学性要优 吸水率要小 只有这样才能在使用中 能满足透明度的要求而长久不变 常用的透明塑料有 1 聚甲基丙烯酸甲酯 即俗称亚加力或有机玻璃 代号 PMMA 2 聚碳酸酯 代号 PC 3 聚对苯二甲酸乙二醇脂 代号 PET 4 透明尼龙 5 AS 丙烯睛一苯 乙烯共聚物 6 6 聚砜 代号 PSF 1 性能比较 材料 性能 透明度 J m2 热形温度 收缩率 PMMA 92 95 0 5 PC 90 137 0 6 PET 86 120 2 般要求的制品仍以选用 PMMA 为主 而 PET 由于要经过拉伸才能 得到好的机械性能 所以多在包装 容器中使用 2 注塑过程中工艺特性 i PMMA 的工艺特性 PMMA 粘度大 流动性稍差 因此必须高料温 高注射压力注塑 才行 其中注射温度的影响大于注射压力 但注射压力提高 有 利于改善产品的收缩率 注射温度范围较宽 熔融温度为 160 而分解温度达 270 因此料温调节范围宽 工艺性较好 故改 善流动性 可从注射温度着手 冲击性差 耐磨性不好 易划花 易脆裂 故应提高模温 改善冷凝过程 去克服这些缺陷 ii PC 的工艺特性 PC 粘度大 融料温度高 流动性差 回此必须 以较高温度注塑 270 320T 之间 相对来说料温调节范围较窄 工艺性不如 PMMA 注射压力对流动性影响较小 但因粘度大 仍要较大注射压力 相应为了防止内应力产生 保压时间要尽量 短 收缩率大 尺寸稳定 但产品内应力大 易开裂 所以宜用 提高温度而不是压力去改善流动性 并且从提高模具温度 改善 模具结构和后处理去减少开裂的可能 当注射速度低时 浇口处 易生波纹等缺陷 放射咀温度要单独控制 模具温度要高 流道 浇口阻力要小 iii PET 的工艺特性 PET 成型温度高 且料温调节范围窄 260 300 但熔化后 流动性好 故工艺性差 且往往在射咀中要加防延流装置 机械 强度及性能注射后不高 必须通过拉伸工序和改性才能改善性能 模具温度准确控制 是防止翘曲 变形的重要回素 回此建议采 用热流道模具 模具温度官高 否则会引起表面光泽差和脱模回 难 3 透明塑料件的缺陷和解决办法 i 银纹 由充模和冷凝过程中 内应力各向异性影响 垂直方向产 生的应力 使树脂发生流动上取向 而和非流动取向产生折光率 不同而生闪光丝纹 当其扩展后 可能使产品出现裂纹 除了在 注塑工艺和模具上注意外 最好产品作退火处理 如 PC 料可加热 到 160 以上保持 3 5 分钟 再自然冷却即可 ii 气泡 由于树脂内的水气和其他气体排不出去 或因充模不足 冷凝表面又过快冷凝而形成 真空泡 iii 表面光泽差 主于模具粗糙度大 另一方面冷凝过早 使树脂 不能复印模具表面的状态 所有这些都使其表面产牛微小凹凸不 平 而使产品失去光泽 iv 震纹 是指从直浇口为中 心形成的密集波纹 其原因因熔体粘 度过大 前端料已在型腔冷凝 后来料又冲破此冷凝面 而使表 面出现震纹 v 泛白 雾晕 主要由于在空气中灰尘落入原料中或原料含水量