模具设计~~非机械类

第二章塑料制件设计,2.1塑件的工艺性2.2塑料结构件的力学设计2.3模塑工艺规程的编制,内容简介：,1.表面形状2.脱模斜度3.塑件的壁厚4.塑件的加强筋5.圆角6.塑件的支承面7.塑件的凸台与角撑8.塑件上的孔（槽）9.塑件上的螺纹10.塑件上的花纹、文字及符号11.嵌件,重点内容：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）。3.会用应力-应变-等时蠕变曲线、在规定使用年限内的应力-表观模量曲线、应力-时间-等应变蠕变曲线、应力-时间对数-等应变蠕变曲线、表观模量-时间蠕变曲线4.具备编制模塑工艺规程的能力。,2.1塑件的工艺性,是塑件对成型加工的适应性,塑件工艺性设计包括:塑料材料选择、尺寸精度和表面粗糙度、塑件结构,塑件的工艺性,塑件工艺性设计的特点：应当满足使用性能和成形工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、便于制造。,2.1塑件的工艺性,一、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）,塑件的尺寸,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,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）,塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。,2.塑件的精度,影响塑件尺寸精度的因素:,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,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.塑件的精度,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,尺寸精度的确定：,会根据教材表25（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MT（附录E）MT1级精度最高（一般不采用）MT7级精度最低,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,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,2.塑件的精度,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,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。,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。,3.塑件的表面质量,一般模具表面粗糙度要比塑件的要求高12级,二、塑件的尺寸、精度和表面粗糙度,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,1.表面形状,2.1塑件的工艺性,塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型,三、塑件的几何形状,2.脱模斜度,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。,2.1塑件的工艺性,2.脱模斜度,脱模斜度方向,内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得,脱模斜度表示方法：,2.脱模斜度,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,脱模斜度设计要点：,2.脱模斜度,塑件精度高，采用较小脱模斜度,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,2.脱模斜度,脱模斜度设计要点：,3.塑件的壁厚,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,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,3.塑件的壁厚,塑件壁厚设计原则：,厚薄适中均匀壁厚,满足成型时熔体充模所需的壁厚,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,3.塑件的壁厚,改善壁厚典型实例：,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,3.塑件的壁厚,改善壁厚练习：,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,平板类零件加强筋方向与料流方向平行,4.塑件的加强筋,加强筋的作用：,加强筋设计要点：,它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。,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。,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,加强筋厚度小于壁厚,加强筋与支承面间留有间隙,4.塑件的加强筋,加强筋设计要点：,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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：,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,圆角可避免应力集中，提高制件强度,圆角可有利于充模和脱模,圆角有利于模具制造，提高模具强度,5.圆角,圆角的确定：,内壁圆角半径应为壁厚的一半,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上,5.圆角,6.塑件的支承面,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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。,6.塑件的支承面,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,支承面结构形式,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,7.塑件的凸台与角撑,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,7.塑件的凸台与角撑,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,凸台设计实例,7.塑件的凸台与角撑,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,角撑,塑件上边角或凸台的支撑部分,T制品壁厚DTC2TA0.8TB2A,8.塑件上的孔（槽）,塑件的孔三种成型加工方法：,常见孔的设计要求：,直接模塑出来,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,8.塑件上的孔（槽）,常见孔的设计要求：,h（35）dd1.5mm时，h3d,肓孔的深度：,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,紧固用的孔和其它受力的孔，应设凸台予以加强。,当通孔孔径1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。,8.塑件上的孔（槽）,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,异形孔设计实例,9.塑件上的螺纹,塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来，或切削方法获得。,经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件来成型。,10.塑件上的花纹、文字及符号,凹坑凸字,凸字,凹字,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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。,11.嵌件,嵌件的作用：,提高塑件力学性能和磨损寿命,2.1塑件的工艺性,三、塑件的几何形状,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,塑料成型模具图2-3-1聚丙烯应力与应变等时蠕变曲线（20）1：沿横坐标方向画直线，和图中曲线的交点，表示在相同外力作用下，不同时间，被拉伸物体的蠕变情况。可以表示出：随着时间的增加，表观模量减小。2：横坐标最大值是3.0，这是聚丙烯的允许应变值。,塑料成型模具表2-3-1几种塑料的允许应变值,2.2塑料结构件的力学设计,刚度判别：此表所列材料的允许变形值可以作为一般设计时参考，但是实际上制品的允许变形量常常根据使用状况及零件的重要程度来决定，可以在一定范围内变更强度判断：最大许用应力以不产生蠕变断裂或者蠕变开裂为极限。,塑件受到长期负载时，按照允许变形值设计的断面尺寸比受瞬间载荷时大很多,例题：一根受纯拉伸负荷的杆件其载荷为800N，采用聚丙烯（PP）或者聚碳酸酯（PC）成型，杆件宽25cm，试求其最小厚度。,一、瞬间载荷：1按照表2-3-2选取拉伸强度，PP：25MPa，PC：60MPa，玻纤增强聚丙烯：70MPa2计算公式：3结果：PP杆件厚1.28mm，PC杆件厚0.53mm，玻纤增强聚丙烯：0.48mm,2.2塑料结构件的力学设计,二、长期负载：1、按照等时蠕变曲线确定厚度。2、条件:假设使用期限为4年（折1.26108s）、PP的允许应变为3%、该条件下的许用应力=7.5MPa(查图2-3-1),3、总结1）在长期负载杆件的截面厚度4.3mm(PP)1.28mm(瞬间负载)2）瞬加负载的截面厚度：GF-PPPCPP,2.2塑料结构件的力学设计,例题：有一聚碳酸酯PC方形截面立柱，截面为12mm，高130mm，承受拉伸负载1200N连续5年，如果平均温度为23，问承载是否安全，5年内蠕变伸长了多少？1、拉伸应力：8.3MPa（计算得知）2、载荷持续5年（折合4.38104h），查表2-3-5，裂纹其实应力为27.6MPa，取安全系数为1.2，许用应力为27.6/1.2=23MPa8.3MPa3、查表2-3-5，应变0.5%，故伸长变形值为0.65mm,4、结论*塑件受拉时（破损前）出现：银纹或者应力发白等微裂纹现象。*抗蠕变性能差的高分子材料：PA、POM、ABS*抗蠕变性能好的高分子材料：聚苯醚、改性聚苯醚、聚砜、聚碳酸酯*抗蠕变性能更好高分子材料：碳纤维或玻璃纤维增强的塑料,安全系数（常取2）,失效线处应力,，压缩许用应力,安全系数（常取1.2）,裂纹线处应力,拉伸许用应力,2,=,=,2.2塑料结构件的力学设计,对于长期受静载荷作用的梁按照蠕变进行设计梁表层的最大应力和使用时间查出表观蠕变模量来设计梁截面厚度。严格来说塑料材料的拉伸和压缩模量不完全相等，通常压缩模量大于拉伸模量。但是拉压模量的差值相对于模量值是不大的，可视为近似相等。,承受弯曲应力制件的蠕变设计,2.2塑料结构件的力学设计,强度计算危险截面上最大弯曲应力：例题：现有一平板简支梁，设计使用期为4年，受均布载荷，总载荷为F=1000N，梁的跨度=800mm，宽度=200mm，梁的中点允许下垂为f=15mm，采用塑料成型模具课本图2-3-7所示的“在规定使用年限内的应力-表观模量曲线”为计算依据，选用PP材料。,2.2塑料结构件的力学设计,2.3模塑工艺规程的编制,技术管理方面包括:塑件的分析塑件的成型方法及工艺流程的确定塑料模具类型和结构形式的确定成型工艺条件的确定设备和工具的选择工序质量标准和检验项目及方法的确定技术安全措施的制定工艺文件的制定,工艺规程的内容:技术管理和经济管理,模塑工艺规程是塑件生产的纲领性文件、它指导着塑件的生产准备及生产全过程。,2.3模塑工艺规程的编制,生产规模的确定生产方式的确定工艺路线的确定成本的核算,一、产品设计时的质量控制,1.产品的结构、尺寸及公差和技术标准必须符合模塑工艺性要求，正确的塑件结构、合理的公差和技术标准能使塑件成型容易、质量高、成本低。,经济管理方面包括:,2.3模塑工艺规程的编制,一、产品设计时的质量控制,3.产品设计要考虑尽量简化模具结构，降低模具制造难度。,2.在满足塑件使用要求的前提下尽量不要对塑件的尺寸精度和表面质量提出过高要求。,二、材料选定时的质量控制,1.材料的使用性能要达到制品性能的要求,2.材料的工艺性能要满足成型工艺的要求,3.原材料纯度要高,4.原材料的物料形态要满足成型需要保证产品质量,1生产工序顺序的确定(预处理、成型、制品后处理、加工、机加、修饰和装配),2.3模塑工艺规程的编制,三、成型工艺编制时的质量控制,2工艺条件的选定及控制对产品质量的影响,闭模锁模时间注射时间充模速度剪切速率保压时间冷却时间螺杆转速开模速度顶出速度,例如:工艺参数三要素对产品质量的影响,温度：,料筒温度喷嘴温度模具温度,压力：,注射压力保压压力背压锁模力,速度或时间,2.3模塑工艺规程的编制,四、工艺规程编制中的几个主要技术问题,1.塑件的工艺性分析,2.塑件的成型方法及工艺流程的确定,3.成型工艺条件的确定,4.设备型号和主要参数的确定,5.质量标准和检验项目与测试手段的确定,6.模塑工艺规程文件的编制,注塑工艺卡片压制工艺卡片,2.3模塑工艺规程的编制,五、实例分析,零件名称：灯罩设计要求：生产批量：大批量材料：聚碳酸酯未注公差取MT5级精度,2.3模塑工艺规程的编制,五、实例分析,（一）塑件的工艺性分析,1塑件的原材料分析，如下表：,2.3模塑工艺规程的编制,1）熔融温度高且熔体粘度大，对于大于200g的塑件应用螺杆式注射机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴，并加热，严格控制模具温度，一般在70120为宜，模具应用耐磨钢，并淬火；2）水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝、气泡及强度显著下降现象；3）易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理，消除内应力；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造成应力集中，脱模斜度宜取2。,结论,2.3模塑工艺规程的编制,塑件外形尺寸：690-0.86、700-0.86、1270-1.28、1290-1.28、1700-1.6、R50-0.24、1370-1.2830-0.2、80-0.281330-1.28内形尺寸：630+0.74、640+0.74、1140+1.14、1210+1.28、R20+0.2、600+0.74、320+0.56、300+0.50、80+0.28、1230+1.28、1310+1.28、1640+1.6孔尺寸：100+0.32120+0.32、1370+1.281640+1.64.50+0.242.0+0.2、50+0.24孔心距尺寸：34