塑料件结构设计工艺性

1、塑料件结构设计工艺性 1 塑料制品设计一般步骤 塑料件是在工业造型的基础上进行的结构设计， 首先看有无相似的产品借 鉴，再对产品及零件进行详尽的功能分解，确定零件的折分、壁厚、脱模斜度、 零件间的过渡处理、连接处理、零件的强度处理等主要工艺问题。 1）相似借鉴 在设计前，首先应查找公司和同行类似的产品，原有的产品发生过那些问 题，有那些不足，参考现有的成熟结构，避免有问题的结构形式。 2）确定零件折分、零件间的过渡、连接、间隙处理 从造型图和效果图理解造型风格，配合产品的功能分解，确定零件折分的 数目（不同的表面状态要么分为不同的零件，要么在不同的表面之间须有过度 处理），确定零件表面间的过度

2、处理， 决定零件之间的连接方式， 零件之间的配 合间隙。 3）零件强度与连接强度的确定 根据产品大小，确定零件主体壁厚。零件本身的强度，由塑料件壁厚、结 构形式（平板形状的的塑料件强度最差） 、加强筋等共同决定。 在决定零件的单 个强度的同时，须确定零件之间的连接强度，改变连接强度的方法有，加螺钉 柱，加止口，加扣位等。 4）脱模斜度的确定 脱模斜度要根据材料（PP, PE硅胶，橡胶能强行脱模）、表面状态（饰纹 的斜度要比光面的大，蚀纹面的斜度尽可能比样板要求的大 0.5 度，保证蚀纹 表面不被损伤，提高产品的良品率） 、透明与否（透明的斜度要大）等因素综合 确定零件应有的脱模斜度。 2 塑料

3、制品设计的一般原则 1、在选料方面需考虑： （1）塑料的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应 力的敏感性等； （2）塑料的成型工艺性，如流动性、结晶速率，对成型温度、压力的敏感 性等； （3）塑料制品在成型后的收缩情况，及各向收缩率的差异。 2、在制品形状方面：能满足使用要求，有利于充模、排气、补缩，同时 能适应高效冷却硬化（热塑性塑料制品）或快速受热固化（热固性塑料制品） 等。 3、在模具方面：应考虑它的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程 度。同时应充分考虑模具零件的形状及其制造工艺，以便使制品具有较好的经 济性。 4、在成本方面：要考虑注射制品的利润率、年产量、原料价

4、格、使用寿 命和更换期限，尽可能降低成本 3 塑料制品设计的工艺技术要求 . 利用注塑工艺生产产品时， 由于塑料在模腔中的不均匀冷却和不均匀收缩 以及产品结构设计的不合理，容易引起产品的各种缺陷：缩印、熔接痕、气孔、 变形、拉毛、顶伤、飞边。为得到高质量的注塑产品，我们必须在设计产品时 充分考虑其结构工艺性。 3.1塑料制品的收缩 塑料制品在成型过程中存在尺寸变小的收缩现象，收缩的大小用收缩率表 示。 5 = V-xl00% 式中s收缩率； Lo室温时的模具尺寸； L室温时的塑料制品尺寸。 影响收缩率的主要因素有： (1) 成型压力。型腔内的压力越大，成型后的收缩越小。非结晶型塑料和 结晶型塑

5、料的收缩率随内压的增大分别呈直线和曲线形状下降。 (2) 注射温度。温度升高，塑料的膨胀系数增大，塑料制品的收缩率增大。 但温度升高熔料的密度增大，收缩率反又减小。两者同时作用的结果一般是， 收缩率随温度的升高而减小。 (3) 模具温度。通常情况是，模具温度越高，收缩率增大的趋势越明显。 (4) 成型时间。成型时保压时间一长，补料充分，收缩率便小。与此同时， 塑料的冻结取向要加大，制品的内应力亦大，收缩率也就增大。成型的冷却时 间一长，塑料的固化便充分，收缩率亦小。 (5) 制品壁厚。结晶型塑料(聚甲醛除外)的收缩率随壁厚的增加而增加， 而非结晶型塑料中，收缩率的变化又分下面几种情况：ABS和

6、聚碳酸酯等的收 缩率不受壁厚的影响；聚乙烯、丙烯腈苯乙烯、丙烯酸类等塑料的收缩率随 壁厚的增加而增加；硬质聚氯乙烯的收缩率随壁厚的增加而减小。 (6) 进料口尺寸。进料口尺寸大，塑料制品致密，收缩便小。 (7) 玻璃纤维等的填充量。收缩率随填充量的增加而减小。 3.2 塑料制品零件的产品外形及壁厚 产品外形尽量采用流线外形，避免突然的变化，以免在成形时因塑料在此 处流动不顺引起气泡等缺陷。 确定合适的制品壁厚是制品设计的主要内容之一。 塑料件壁厚设计与零件尺寸大小、几何形状和塑料性质有关。 塑料件的壁厚决定于塑料件的使用要求，即强度、结构、尺寸稳定性以及 装配等各项要求，壁厚应尽可能均匀，避免

7、太薄，否则会引起零件变形，产品 壁厚一般24mm小制品可取偏小值，大制品应取偏大值。 3.2.1 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。 3.2.1 制品壁厚的设计 基本原则均匀壁厚。即：充模、冷却收缩均匀、形状性好、尺寸精度 高、生产率高。 (1) 在满足制品结构和使用要求的条件下，尽可能采用较小的壁厚。 (2) 制品壁厚的设计，要

8、能承受顶出装置等的冲击和振动。 (3) 在制品的连接固紧处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的汇合(熔接痕) 处，要具有足够的厚度。如下图 制品上的熔接痕承受紧固力 (4) 保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚。 (5) 满足成型时熔体充模所需壁厚，既要避免充料不足或易烧焦的薄壁, 又要避免熔体破裂或易产生凹陷的厚壁。 当无法避免不均匀的壁厚时，制品壁厚设计可采用逐步过渡的形式(下 图)，或者改制成两个制品然后再装配为一个制品(见下图)等方法。 壁厚设计 I 壁厚逐步过渡改制成两个制品 部分材料制品壁厚的设计可参照下表 W H *( 小. 1 ! 屮if制品甲 X Vt r 一 晶审 rwi 1品*

9、J _n _壷一 Q .45 卜 二 , 076 r i J I -_k2 乙践 0上 kM 1 血1 1 “ -Jfc2 (1.T5 L2J 1 1.2 -r4 AMH*乙* 0 T5 L25 I ,Qi |rJ* -5.4 乙 J.2 1用 J j “ .* Q.S 1.9 * .2 4LQ -氛芍 1* 1*1 4 0 R5 1 4J 1 E 3_4 Jk M 世哺 (1理 | 1 | J J.4 Q_#S 1 m 予 J n 4.5 1.2 m ) S 3.5 6.4 料！t * (1,7 ）却 1 .9 fl-Z 4-B 乙星存1*款 (1.9 2 6 -J.J 醐特靈 (K7 n.

10、v .4 3.0 6.D 甲 1,40 t _A Sei 0”鱒 1 M) - 3 4.5 产品壁厚常见的不良设计 R 武.盘用甲帚9鬥】童先t连峭 -H力.产舊7軽 4Mr 歸昵M便只寧订台Y* e 用札均金乳Kif4. 匀* -ttAanvMiiifftM 比 %f KSilVI 九只性 Mi 11 5 12 iTIh 4Alt丈金豈EC 1 fiTPfl A 4-4 iA!i 1丛.Kff&fflftWe 弭陶貝參.輯矗为静内并4 ik. vBHiKSAarBrtnttiG* 酬 BL &nvv不耳勾.&忍G绚 匀.产主丼r弭不 BE Mi HtrtKtiM. him口邊wre 决定壁厚

11、的主要因素： 1. 结构强度是否足够可靠 2. 能否抵抗脱模力 3. 成形孔部位的熔合线是否会影响强度 4. 尽可能壁厚均匀，以防止产生缩水痕迹 5. 棱角及壁厚较薄部分是否会影响材料流动，从而引起充填不足 壁厚不均匀对成形性的影响： 1. 成形产品之冷却时间取决于肉厚较厚的部分，使成形周期延长，生产 性能降低 2. 壁厚不均匀则产品冷卻后收縮不均，造成縮水，产生内应力，变形， 破裂等 3.3 脱模斜度 脱模斜度：为便于脱模，避免产品拉毛 , 避免产品顶伤 , 塑料制品壁在出模 方向上应具有倾斜角度。 3.3.1 脱模斜度确定要点 (1) 制品精度要求越高，脱模斜度应越小。 (2) 尺寸大的制

12、品，应采用较小的脱模斜度。 (3) 制品形状复杂不易脱模的，应选用较大的斜度。 (4) 制品收缩率大，斜度也应加大。 (5) 增强塑料宜选大斜度，含有自润滑剂的塑料可用小斜度。 (6) 制品壁厚大，斜度也应大。 (7) 斜度的方向。内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向 取得；外形则以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。一般情况下 脱模斜度可不受制品公差带的限制，咼精度塑料制品的脱模斜度则应当在公差 带内。 脱模斜度a值可按表选取。 PE.,PVC 4*) m - r Alfi, PA. HIM. PR 4o- rji P5F,电 AS. PMMA -r 由表中可以看出，塑料

13、硬脆、刚性大的，脱模斜度要求大。 具备以下条件的型芯，可采用较小的脱模斜度： (1) 顶出时制品刚度足够。 (2) 制品与模具钢材表面的摩擦系数较低。 (3) 型芯表面的粗糙度值小，抛光方向又与制品的脱模方向一致。 (4) 制品收缩量小，滑动摩擦力小 在立体图的构建中，凡影响外观，影响装配的地方需要画出斜度，加强筋 一般不画斜度。 塑胶零件的脱模斜度由材料，表面饰纹状态，零件透明与否决定。硬质塑 料比软质塑料的脱模斜度大，零件越高，孔越深，斜度越小。 表脱模斜度的选择 骨口 序号 影响脱模斜度的主要方面 1 塑胶材料的影响 PE PP可强制脱模，强制脱模量一般不超过型芯 的取大截面积5% 2

14、饰纹的影响 一般情况下，脱模角比蚀纹板许可得大0.5度 3 工件透明预防的影响 :透明的工件一般取3度 4 一般情况取值 一般情况下取0.51.5度 3.4加强筋(含凸台、角撑) 341加强筋的作用 (1) 加强筋的合理应用，在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和 刚性，减少变形，以节约塑料用量，减轻重量，降低成本。 (2) 可克服制品壁厚差带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。 (3) 便于塑料熔体的流动，在塑料制品本体某些壁部过薄处为熔体的充满 提供通道。 3.4.2凸台和角撑位于制品边缘，支撑制品壁面，以增加强度及刚度，尺 寸参数如下图所示 343加强筋的设计要点 (1) 用高度较低、

15、数量稍多的筋代替高度较高的单一加强筋。塑胶件，对 壁厚均匀性有要求，壁厚不均匀工件将有缩水痕迹。加强筋的厚度最好小于产 品壁厚的1/3，最大比值不超过0.6，避免厚筋底冷却收缩时产生表面凹陷。 图塑料件加强筋设计 当筋的背面出现凹陷影响美观时，可采用装饰结构予以遮掩 Ji (2) 筋的布置方向最好与熔料的充填方向一致。 (3) 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。 (4) 一般不在筋上安置任何零件。 (5) 位于制品内壁的凸台不要太靠近内壁，以避免凸台局部熔体充填不足 a)良b)不良 (6) 加强筋要有拔模斜度，以避免顶伤 (7) 螺钉柱子

16、的筋取至少低于柱子端面 1.0mm筋至少需要低于零件表面, 或分型面1.0mm (8) 多条筋相交，要注意相交带来的壁厚不均匀性问题。 (9) 在提高零件强度的方法中，一般加筋，不增加壁厚，加强筋在防止 制品变形、增加制品刚性方面的应用如图 ADO 圈了N O止制赢規惟 站加得割的埼和应竹 bk t, d rl 进站 fh k) i)b p. 人 m r K1U* ft* H rj 札 3.5支承面 制品的支承面不能是整个底面，而应采用凸边或凸起支脚类结构，如三点 支承、边框支承等，如图 * 如 ph 罔2 23庇曲症凸边Ezft 打乔會n小勺理，:合舟 节、内僅艾曙曲 3.6圆角 制品的两相

17、交平面之间尽可能以圆弧过渡，避免因锐角而造成应力集中等 弊病。 3.6.1制品圆角的作用： (1) 分散载荷，增强及充分发挥制品的机械强度。圆角太小可能引起产品 应力集中，导致产品开裂。 (2) 改善塑料熔体的流动性，便于充满与脱模，消除壁部转折处的凹陷等 缺陷。 (3) 圆角太小可能引起模具型腔应力集中，导致型腔开裂。圆角便于模具 的机械加工和热处理，从而提高模具的使用寿命。 362制品圆角的设计要点 (1) 注塑圆角值由相邻的壁厚决定，一般取壁厚的0.51.5倍，但不小于 0.5mm (2) 不同的圆角可能会引起分型线的移动，应结合实际情况选择不同的圆 角或清角。分型面的位置要慎重选择圆角

18、，在分型面有圆角，圆角部分需出在 模具另外一边，制作有一定难度，在圆角处有细微的痕迹线。但需要防割手时 需要圆角。 3.6.2制品圆角与应力集中的关系及常见不良设计 001 _04_0_DI nr_ 2 I RfT 图2-力呻厚与團角半腔的关抚 FftTm* 合煙的惆痢半窖：1心 R/T )/3 A R，,-0.4mm 牯圭吾tfr谱 e A &2Jt4d 不H 市72 中肝也 sBi-W U I I XV M M 會環设请 3.7孔 3.7.1制品孔的形式及成型方法 孔的形式很多，主要可分为圆形孔和非圆形孔 根据孔径与孔深度的不同，孔可用下述方法成型： (1) 一般孔、浅孔，模塑成型。 (2

19、) 深孔，先模塑出孔的一部分深度，其余孔深用机械加工(如钻孔)获 得。 (3) 小径深孔(如孔径dv 1.5mm),机械加工。 (4) 小角度倾斜孔、复杂型孔，采用拼合型芯成型，避免用侧抽芯。 3.7.2孔的模塑成型 1、简单孔成型(型芯一端固定，参见图) 2、复杂型孔的成型 3.8侧面凸凹和侧孔 381制品的侧凸凹 制品侧壁上局部的凸出或凹缺部分称为侧凸凹。 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 (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，制品的飞边大。 3.8

20、.2侧凸凹的设计与成型方法 (1)制品形状成型准则：各部分都能顺利地、简单地从塑模中取出来，力 求避免带有侧抽芯机构成型的侧凸凹形状。下图为制品侧凸凹设计示例。 车 n11 yj-zi 3.9嵌件 1在注塑产品中镶入嵌件可增加局部强度、硬度、尺寸精度和设置小螺纹 孔（轴），满足各种特殊需求。同时会增加产品成本。 2嵌件一般为铜，也可以是其它金属或塑料件。 3嵌件在嵌入塑料中的部分应设计止转和防拔出结构。如：滚花、孑L、折 弯、压扁、轴肩等。 4嵌件周围塑料应适当加厚，以防止塑件应力开裂。 5设计嵌件时，应充分考虑其在模具中的定位方式（孔、销、磁性） 3.10标识 产品标识一般设置在产品内表面较

21、平坦处，并采用凸起形式，选择法向与 开模方向尺可能一致的面处设置标识，可以避免拉伤。 3.11气辅注塑 1采用气辅注塑，可提高产品刚性，减少变形。 2采用气辅注塑，可以避免缩印。 3采用气辅注塑，可以节省原材料，缩短冷却时间 3.12焊接（热板焊、超声波焊、振动焊） 1采用焊接，可提高联接强度。 2采用焊接，可简化产品设计。 3.13塑胶零件的尺寸精度 塑胶零件一般精度不高，在实际使用中，我们主要检验装配尺寸，在平面 图上主要标注总体尺寸，装配尺寸，及其它需要控制的尺寸。我们在实际中主 要考虑尺寸的一致性，如上下盖的边需对齐， 不同精度在不同尺寸范围的数值 序 号 基本尺寸 （mm） 精度等级

22、 1 2 3 4 5 6 7 8 公差数值（mr）i 1 36 0.04 0.07 0.10 0.16 0.24 0.40 0.50 0.64 3 6 10 0.05 0.08 0.11 0.18 0.26 0.44 0.54 0.70 4 10 14 0.05 0.09 0.12 0.20 0.30 0.48 0.60 0.76 5 14 18 0.06 0.10 0.13 0.22 0.34 0.54 0.66 0.84 6 : 18 24 0.06 0.11 0.15 ： 0.24 0.38 0.60 :0.74 0.94 7 24 30 0.07 0.12 0.16 0.26 0.42

23、 0.66 0.82 1.04 8 二 30 40 0.08 0.14 0.18 : 0.30 0.46 0.74 r 0.92 1.18 1 9 40 50 0.09 0.16 0.22 0.34 0.54 0.86 1.06 1.36 10 1 50 65 0.11 0.18 0.26 1 0.40 0.62 0.98 P 1.22 1.58 1 11 65 80 0.13 0.20 0.30 0.46 0.72 1.14 1.44 1.84 12 : 80100 0.15 0.22 0.34 0.54 0.84 1.34 P 1.66 2.10 ： 13 100 120 0.17 0.2

24、6 0.38 0.62 0.96 1.54 1.94 2.40 14 120 140 0.19 0.30 0.44 0.70 1.08 1.76 2.20 2.80 15 140 160 0.22 0.34 0.50 0.78 1.22 1.98 2.40 3.10 16 160 180 0.38 0.55 0.86 1.36 2.20 2.70 3.50 17 180 200 0.42 0.60 0.96 1.50 2.40 3.00 3.80 18 200 225 0.46 0.66 1.06 1.66 2.60 3.30 4.20 19 225 250 0.50 0.72 1.16 1.82 2.90 3.60 4.60 20 250 0.56 0.80 1.28 2.00 3.20 4.00 5.10 280 21 280 315 0.62 0.88 1.40 2.20 3.50 4.40 5.60 22 315 355 0.68 0.98 1.56 2.40 3.90 4.90 6.30 23 355 400 0.76 1.10 1.74 2.70 4.40 5.50 7.00 24 400 450 0.85 1.22 1.94 3.00 4.90 6.10 7.80 25 450 500 0.94 1.34 2.20