塑胶件结构设计培训教材1

1塑胶件结构设计拟制：审核：红丽公司研发课培训教材之2/60目录培训对象及培训目的………...2-4第一节塑件几何形状……….5-56第二节螺纹、齿轮设计……57-67第三节嵌件设计……………..68-79第四节塑件的尺寸精度…...80-1003/60一、培训对象和目的一、培训对象：结构设计人员二、培训目的：塑件结构的工艺性，直接关系到其成型模具结构、类型、生产周期与成本。只有符合模塑工艺要求的塑件设计，才能顺利成形；达到高生产效率和降低成本的目的。通过此课程培训提高设计员的塑件设计能力，避免因塑件设计缺陷造成失败成本产生；此课程学习需掌握：1、塑件壁厚、加强筋及孔位尺寸的设计；2、会设计嵌件、螺纹及铰链结构；3、了解不同塑料的公差要求。4/60塑件设计的工艺要求第一节塑件几何形状一、塑件的壁厚塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求，即强度、结构、重量、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求。另外还应尽量使其各部壁厚均匀，避免太薄，会引起收缩不均匀使塑件变形或产生气泡、凹陷等成形工艺问题。5/60塑件壁厚一般在1～6mm范围内。而通常取值为2～3mm。大型塑件的壁厚也有至6mm或更大的，这都随塑料类型及塑件大小而定。表1-1列出热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值。6/60表1-1热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值塑件材料最小壁厚小型塑件推荐壁厚中型塑件推荐壁厚大型塑件推荐壁厚尼龙聚乙烯聚苯乙烯改性聚苯乙烯有机玻璃（372#）硬聚氯乙烯聚丙烯0.450.60.750.750.81.20.850.761.251.251.251.501.601.451.51.61.61.62.21.81.752.4～3.22.4～3.23.2～5.43.2～5.44.0～6.53.2～5.82.4～3.27/60另外还必须指出，壁厚与流程有密切关系。所谓流程是指熔料从浇口起流向型腔各处的距离。经试验证明各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小与塑件壁厚成比例关系。塑件壁厚越大，则允许最大流程越长。可利用图1-1或表1-2进行校核塑件成形的可行性。如果不能满足图线或公式关系者，则需增大壁厚或增设浇口数量及改变浇口位置，以缩短流程来满足成形要求。8/60图2-2壁厚与流程关系注：因为塑件厚2.5mm时，在常规成形条件下的t-L比例关系图1-19/60表1-2壁厚t与流程L关系式塑料品种t-L计算公式流动性好（如聚乙烯、尼龙等）t=(L/100+0.5)X0.6流动性中等（如有机玻璃、聚甲醛等）t=(L/100+0.8)X0.7流动性差（如聚碳酸酯、聚砜等）t=(L/100+1.2)X0.910/60表1-3为塑件壁厚的不合理设计及其造成的塑件缺陷，同时推荐了合理的改进设计。表1-3塑件壁厚的设计比较良不良说明局部不可过厚，否则会产生缩陷或缩孔，热固性塑料则交联不完全，强度降低。11/60良不良说明局部不可过厚，否则会产生缩陷或缩孔，热固性塑料则交联不完全，强度降低。12/60若因制件要求，需要不同壁厚时，应逐渐过度，不同突然加厚，而且厚度变化比不应大于1：2良不良说明13/60如球类手柄，不应做成实体，应改为相对的两件薄壳结构，最后组成成为一体。良不良说明14/60如将金属制件改用塑料时,须注意将原来实体的结构孜为薄壳结构,以保证成形后的外观质量。良不良说明15/60三、加强筋塑料的强度并不依其壁厚之增大而增大。反之，由于壁厚增大而际致收缩时产生内应力，反而降低其强度。塑料制件的强度以刚度为主。应采取薄壁的网格组合结构。在薄壁的基础上，于相应的部位设置加强筋，以提其截面的惯性矩，是较好的方法。由于加强筋与本体作垂直相贯，其衔接处的厚度增大，以致于该处收缩凹陷，影响强度及外观。16/60加强筋的厚度，应小于与其相邻的本体的壁厚。图1-2为推荐的加强筋截面尺寸。表1-4为加强筋设计实例。17/60表1-4加强筋的设计实例1A1良不良说明加强筋的厚度必须小于与相连接的塑件壁厚.一般情况下,如塑件壁厚为t,加强筋之厚度应为(2/3～4/5)t18/60当以加强筋构成网格结构,并作为支承时,加强筋的高度应略低于四周的高度,以保证支承面平齐。良不良说明19/60当塑件内有突出部分时,如旋入螺钉的预孔类,必须用加强筋与本体连接,以增加强度良不良说明20/60四、支承面当塑件需由一个面作为支承面(或基准面)时,如由整个面来作为支承面,在制造过程中是不易满足要求的。在这样的情况下,应在设计塑件时采用凸边或几个凸起的支脚做为支承。表1-5为在设计塑件时如何考虑支承面的几种情况。21/60表1-5支承面的代表性结构支承面不可以较大的面积支承,以防成形后凹凸不平良不良说明22/60当以螺钉安装塑件时,应以穿螺钉的孔部位做为支承面,以合格证安装牢固,强度好S0.2～0.5良不良说明23/60五、圆角在塑件设计过程中,为了避免应力集中,提高塑件强度,改善塑件的流动情况及便于脱模,所以在塑件的各面间的转角处或内部连接处,应采用圆角过渡。尤其对增强塑料更有利于填充型腔。另外,塑件上的圆角对于模具无特殊要求时,塑件的各连接外应有半径不小于0.5～1mm的圆角。对于内外表面的拐角处,可采用如图1-3所示的圆角半径,以减少内应力,并能保证壁厚一致。24/60五、圆角在塑件设计过程中,为了避免应力集中,提高塑件强度,改善塑件的流动情况及便于脱模,所以在塑件的各面间的转角处或内部连接处,应采用圆角过渡。实验表明，当圆弧半径大于1/4时，其应力集中系数小于2：当这个比值在于1/2时，其应力集中系数可减至1.5对于内外表面的拐角处,可采用如图1-3所示的圆角半径,以减少内应力,并能保证壁厚一致。25/60图1-3圆弧过渡半径26/60六、孔在设计塑件上的各种孔的位置时,应不致影响塑件的强度,并应尽量不增加模具制造的复杂性。孔与孔之间,孔与边缘之间的距离不应太小,否则在装配其他零件时孔的周围易破裂。1、一般常见孔表2-8为孔间距、孔边距b与孔径d的关系表2-9为一般塑件上直接成形孔的直径与深度的关系。27/60表2-8孔径与孔边距关系dbb孔径d孔间距孔边距b1.51～1.51.5～31.5～23～62～36～103～410～184～518～305～728/60注:1、热塑性塑料为热固性塑料的75%。2、增强塑料宜取大。3、两孔不一致时,则按小孔查表和取值。表2-10例举了在设计一般常见孔时应注意一事项29/60２、形状比较复杂的孔表2-11为几种较复杂的成形方法。３、侧面与侧面凸凹当塑件有侧面孔及侧陷槽时，往往使模具设计、制造、使用复杂化。因此，在设计有侧面孔时及侧陷槽的塑件时，应考虑尽可能使模具结构简化，适天模具自动化，便于塑件从模具中取出，并能保证塑件的质量。表２-12列出塑舍掉有侧面孔或侧陷槽时的设计示例。30/60表2-9孔径与孔深的关系孔的深度通孔不通孔压塑横孔竖孔2.5d5d1.5d2.5d挤塑或注射10d4～5d注:1、d为孔的直径。2、采用纤维状塑料时,表中数值乘系数0.73。孔的形式成形方式31/60表2-10常见孔的设计请注意事项当相邻两孔接近时,应设计成长孔如该孔为固定用孔,孔周应设凸台良不良说明32/60固定用螺帽钉孔,如不需要露出螺帽钉头时,应使用螺帽钉、孔做成沉头孔而不用锥孔良不良说明33/60对穿孔应注意设计成能设置型芯的结构良不良说明34/60表2-11复杂孔的成形方法与设计关系塑件上孔的形状成形方法35/60塑件上孔的形状成形方法36/60塑件上孔的形状成形方法37/60塑件上孔的形状成形方法38/60塑件上孔的形状成形方法39/60七、文字、符号及花纹在塑件上常需直接塑出文字、符号或装饰塑件表面的花纹。如图2-5所示,塑件上的文字或花纹为凹形,则模具上则为凸形,这样就使模具制造复杂化。如果塑件表面不允许有凸起,或在文字符号中需涂色时,可采用将凸起的文字或符号设在凹坑内(见图2-6),即可便于制造,又能避免碰坏凸起的文字或符号。40/60尽可能不采用侧抽芯方式,由开模方向上形成孔良不良说明41/60良不良说明当孔的周围需要加厚时,应考虑脱模的难易,尽量不出现铡陷槽42/60良不良说明当孔与铡槽同时存在且邻近时,应考虑其抽芯及脱模的可能性,不使之发生矛盾43/60塑件上成形的文字符号、凸起的高度不小于0.2mm线条宽度不小于0.3mm,而一般以0.8mm最适宜。两条线间距离不小于0.4mm,边框可比字体高出0.3mm以上,字体或符号的脱模斜度大于10°(见图2-7)。如塑件侧壁有花纹或文字时,在图2-7所示之范围内可直接脱模。44/60图2-5塑件上的文字或花纹凸字图2-6塑件上凸起的文字做法凹字45/60图2-7塑件侧壁花纹a=5°~10°46/60八、铰链的设计利用某些塑料的特性,可以直接成形为铰链形结构。常用的塑料如聚丙烯、乙丙烯共聚物,某些品种ABS等,均可直接制成铰链。常用的铰链截面形式如图2-8.铰链部分厚度应减薄,一般为0.25～0.4mm,而且熔体流向必须是通过铰链部分,使线性分子能沿其主链方向折弯。如果流向不对,则铰链部位容易折断。47/600.40.250.25图2-8铰链的截面形式48/60铰链部分的截面长度不可过长,否则弯折线非止在一起,闭合效果不佳。壁厚的减薄过渡处,应以圆弧过渡,在制模时应使之均匀,而且此处的模具温度也必须保持始终一致,否则会减少其弯折寿命。49/60九、旋转阻滑纹瓶盖、旋钮类塑件,为了防止在手旋时滑脱,需要在其外周做出阻滑纹。除外轮廓采用多边形之外,通常做成如表2-13的两种形式。50/60表2-13阻滑纹的典型尺寸(mm)棘齿纹圆柱纹塑件直径D1818～50508080～1201818～5050～8080～120齿距P1.2～1.51.5～2.52.5～3.53.5～4.54R半径R0.2～0.30.3～0.50.5～0.70.7～10.3～10.5～41～52～6齿高h≈0.86p0.8RphDDp=90°H51/60十、其它注意事项1)塑件设计时要考虑成形时分型面的位置,应尽量使分型面为简单平面。2)防止塑件变形为了提高生产率,应将冷却时间缩短,塑件出模时的温度在可能情况下取允许的最高温度,但是,这样就会使塑件脱模后变形很大。在自动化模压中,用冷模来整形是非常困难的。所以塑件设计人员对塑件的形状应很好的考虑,使塑件的几何形状在出模后不易变形,见表2-14。52/60表2-14为防止变形而采取的措施简图说明大形壳体的顶部及底部,由于塑料收缩的异向性,很容易变形,在设计时,使之有伸缩的余地,则可以避免53/60简图说明大形壳体的顶部及底部,由于塑料收缩的异向性,很容易变形,在设计时,使之有伸缩的余地,则可以避免54/60简图说明筒形件及桶形件的开口缘部应设计成有折曲的形状,以防止变形55/60第二节螺纹与齿轮一、螺纹当塑件上直接成形螺纹时,其精度不能超过3级,否则不能满足要求。表2-15为塑料螺纹设计的请注意事项。56/60表2-15螺纹设计请注意事项简图说明螺纹直径不应小太小,外螺纹直径不宜小于4mm,内螺纹直径不宜小于2mm,螺距一般选用公制标准螺纹,M6以上才可选用1级细牙螺纹,M10以上可选2级细牙螺纹,M18以上可选3级细牙螺纹,M30以上可选用4级细牙螺纹M4M257/60简图说明螺纹配合长度小于2倍的螺纹直径时,可不考虑收缩率(螺纹收缩率见第三章)d2d58/60简图说明在同一个塑件上有前后两段螺纹时,螺距应相等,螺纹方向应一致,这样易脱模,否则两端螺纹不能用同一型芯,使模具结构复杂59/60简图说明外螺纹顶部应有一凸台,凸台a的高度应大于0.5mm60/60简图说明为保证内螺纹口处的强度,就留有一凹台,在螺纹的末端应有一段直面,高度尺寸应大于外螺纹顶部a的尺寸a61/60二、齿轮工业产品及日用品,有时采用精度和强度要求不太高的塑料传动齿轮。为了使塑件适应注射模塑工艺,齿轮的各部尺寸(见图2