塑料螺丝柱设计与制造课件

塑料螺丝柱设计与制造课程的应用与延伸塑料螺丝柱设计与制造112345结构设计材料熔接痕的影响残余应力的影响化学溶剂(环境应力)的影响6应力检查和退火处理7注塑常见问题导图12345结构设计材料熔接痕的影响残余应力的影响化学溶剂(环2一、结构设计一、结构设计3合理的塑料螺丝柱结构设计，需要能承受螺钉锁入时的螺纹成型或切削的驱动扭矩，而螺孔大小对于防止螺纹剥离和螺旋脱出是至关重要的，螺柱的直径必须足够大以承受在螺纹成型或切削过程中的环向应力。如图为合理的塑料螺丝柱尺寸。配合下一页表格计算使用。合理的塑料螺丝柱结构设计，需要能承受螺钉锁入时的螺纹成型或切4由右表系数，可以根据材料种类以及螺纹直径，计算出合理的螺丝柱尺寸。同个模具换材料也容易导致螺柱开裂，之前用的PC/ABS，切换成PC。从图上看，PC的内径系数要比PC/ABS大0.5，需要的螺孔内径增大，原来的内径显得偏小，因此攻螺丝的时候容易产生开裂。由右表系数，可以根据材料种类以及螺纹直径，计算出合理的螺丝柱5如果螺钉尺寸太大，依照上表换算后螺柱壁厚过大，可能导致缩水，不利于外观时，使用右图确定螺柱壁厚。如果螺柱的应用场合重要，没有更好的方法可以代替进行试验。如果螺钉尺寸太大，依照上表换算后螺柱壁厚过大，可能导致缩水，6螺钉旋入螺柱时，螺柱开口端产生的应力是最大的，加入一个导入凹槽，可以减小开口端的应力，一定程度防止开裂，同时方便装配时候螺丝导向。螺钉旋入螺柱时，螺柱开口端产生的应力是最大的，加入一个导入凹7没有导入凹槽时，螺钉旋入时候螺柱开口端产生的应力，容易引起开裂。没有导入凹槽时，螺钉旋入时候螺柱开口端产生的应力，容易引起开8增加一个倒角后，可以缓解开口端应力，并为螺钉提供一定的导向。增加一个倒角后，可以缓解开口端应力，并为螺钉提供一定的导向。9增加一个凹槽后，可以更好地缓解开口端应力。增加一个凹槽后，可以更好地缓解开口端应力。10二、材料二、材料11塑料分为两大类，热塑性和热固性。其中我们更常用的是热塑性塑料。热塑性塑料又分为非结晶塑料(无定型塑料)、结晶塑料(半结晶塑料)以及液晶塑料，而非结晶塑料是我们最常用的塑料。塑料分为两大类，热塑性和热固性。其中我们更常用的是热塑性塑料12右图为搜集整理出来的常用塑料归类。结晶度80%是一个界限，小于这个值，属于非结晶塑料，大于则为结晶塑料。结晶度越高，机械性能越好，但是弹性会下降。区别结晶塑料和非结晶塑料最简单的方法，就是这种塑料能不能做成透明的，可以则为非结晶塑料。右图为搜集整理出来的常用塑料归类。13右图依次为结晶塑料、非结晶塑料、液晶塑料的性能对比。包括力学性能、热性能、光学性能、耐化学溶剂性能等对比。右图依次为结晶塑料、非结晶塑料、液晶塑料的性能对比。包括力学14聚合物分子量越大，大分子链间作用力和缠结程度增加，其制品抗应力开裂能力较强；聚合物分子量分布越宽，其中低分子量成分越大，容易首先形成微观撕裂，造成应力集中，便制品开裂。选取分子量大、分子量分布窄的树脂聚合物分子量越大，大分子链间作用力和缠结程度增加，其制品抗应15对于塑料制品，各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。几种常见聚合物的内应力大小顺序:PPO>PSF>PC>ABS>PA6>PP>HDPE尤其是回收的PC，相对分子质量下降，相对分子质量分布变宽，少量存在的水分、颜料、杂质、溶剂等极易引发开裂现象。对于塑料制品，各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。16分子链刚性越大，熔体粘度越高，聚合物分子链活动性差，因而对于发生的可逆高弹形变恢复性差，易产生残余内应力。例如一些分子链中含有苯环的聚合物，如PC、PPO、PPS设计塑料螺丝柱时候，要根据材料应用场景和使用情况，合理选择材料。材料太脆，材料发生降解，韧性不够。材料中掺入过多比例的水口，可能会导致材料过脆；材料的断裂伸长率过低，也容易导致螺丝柱开裂。成型温度过高时，或者烘干不够材料中含有水分，引起材料发生降解，也会使得其强度变差，导致螺丝柱的开裂。某些色母料会加剧内应力问题。塑料螺丝柱设计与制造ppt课件17三、熔接痕的影响三、熔接痕的影响18塑料件上的熔接痕在多数情况下代表其光学和力学的薄弱点,常出现凹槽或颜色变化。凹槽多见于高度抛光的深色或透明的表面。而颜色改变则多见于具金属光泽色料的表面.塑料件上的熔接痕在多数情况下代表其光学和力学的薄弱点,常出现19右图为两种典型的熔接痕，透明件和非透明件。右图为两种典型的熔接痕，透明件和非透明件。20除了专业的Moldflow等模流分析软件，PROE自带的PlasticAdvisor，可以为结构工程师在开模前做一些简单的模流分析。图中红线为分析出来的熔接痕位置。除了专业的Moldflow等模流分析软件，PROE自带的Pl21塑料螺丝柱尽可能不要出现径向的熔接痕，如右图，否则螺柱的强度等级会有较大降低，容易开裂。可以通过调整注塑来改善，但不能完全解决。塑料螺丝柱尽可能不要出现径向的熔接痕，如右图，否则螺柱的强度22熔接痕可以通过调整注塑来改善。熔接痕可以通过调整注塑来改善。23四、残余应力的影响四、残余应力的影响24残余应力是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力之和，通常认为残余应力包括流动残余应力和热残余应力。残余应力是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力之和，通25注塑中，温度升高使得塑料外层受压应力，压力升高使得塑料外层受到拉应力，而外层的拉应力更容易使塑料表层失效，故注塑时候保压压力太大，容易应力开裂，保压压力只要能保证防止缩水的最小值。注塑中，温度升高使得塑料外层受压应力，压力升高使得塑料外层受26流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降。流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力。如果这种剪27残余热应力是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品的力学、光学性能，而且在很大程度上决定制品的最终几何形状。残余热应力是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品的力学28右图为两种典型的应力痕，透明件和非透明件。另外残余应力的表现形式还可以为开裂、强度不足，皮层脱落（电镀、涂装产品），光学产品双折射。右图为两种典型的应力痕，透明件和非透明件。29使用模流分析软件Moldflow，可以对残余应力进行分析和预测。如右图塑料螺丝柱。分析到达顶出温度的时间，螺丝柱先冻结，底面后冻结，在结合处产生应力，当应力足够大时，将产生应力痕。使用模流分析软件Moldflow，可以对残余应力进行分析和预30左图为原始方案的应力分布，右图为均匀冷却条件下应力分布，均匀冷却使螺丝柱根部应力集中减弱左图为原始方案的应力分布，右图为均匀冷却条件下应力分布，均匀31左图为原始方案，右图为加厚螺丝柱，加厚螺丝柱的方案产品应力分布更均匀，且受力位置强度增强，有利于改善开裂问题。左图为原始方案，右图为加厚螺丝柱，加厚螺丝柱的方案产品应力分32改善应力的方法1、降低流动应力值常用方法：减小注射速度、适当增加加工温度、升高模具温度改善制品结构、增加浇口尺寸及数量等2、减小热应力值常用方法：改善制品结构、调整制品壁厚、优化设计模具冷却系统、保持模具温度均匀等改善应力的方法33五、化学溶剂(环境应力)的影响五、化学溶剂(环境应力)的影响34螺丝柱接触酸、油等有机溶剂时，如果材料本身不能耐这类有机溶剂，有可能引起环境应力开裂。这种接触可能来自模具表面，也可能来自搬运和装配过程。如图电磁炉螺丝柱在打螺丝1~2周后开裂，开裂的螺丝柱是随机的，裂纹方向不固定，即不全是熔接线位置，观察已经裂开的断面，内表面光滑而没有纹路，外表面有放射性纹路，推断开裂是由内部开始的，可能是来自经过防锈、去污、润滑等处理螺钉表面的化学溶剂导致螺丝柱环境应力开裂。螺丝柱接触酸、油等有机溶剂时，如果材料本身不能耐这类有机溶剂35六、应力检查和退火处理六、应力检查和退火处理36诊断方法：1、溶剂法：PS在室温下用煤油处理。对PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶剂处理，20秒内若制品开裂，说明内应力大。POM30%盐酸溶液中浸30min。ABS浸入冰醋酸溶液中。PP在80℃下，用63%（重量百分比）的三氧化铬与水的混合物处理。HDPE在80℃下，用2%的洗涤剂水溶液处理。2、仪器法：用偏振光方法可以检测制品的内应力。诊断方法：37退火处理：有开裂倾向的塑料制品，可以用退火热处理方法来消除制品内应力，从而减小裂纹的生成。将制件放入水、甘油、矿物油、乙二醇和液体石蜡等液体介质中，或放入空气轮回烘箱中加热到指定温度，并在该温度下停留一定时间，而后缓慢冷却到室温。注意有嵌件的制品不