三塑料制件的设计

第三章塑料制件设计2008年8月20日问题基本内容重点难点选材思考问题1.塑件设计的原则；2.塑件尺寸精度及表面粗糙度的确定；3.塑件各结构单元的设计.尺寸精度表面质量结构设计基本内容：重点难点：1.重点：塑件成型时常见表面缺陷及其产生原因;塑件结构设计的方法.2.难点：脱模斜度作用及设计原则;壁厚对塑件成型质量的影响及设计原则。第三章塑料制件设计2008年8月20日①保证使用要求前提下，选用价格低廉和成型性能较好的塑料。②力求结构简单、壁厚均匀、成型方便，利于模具分型、排气、补缩和冷却。③模具总体结构尽可能简化，避免模具侧抽芯和简化脱模机构。④塑件成型以后尽量不再进行机械加工。塑件设计原则：第一节塑件的选材①塑料的力学性能。②塑料的物理性能。③塑料的化学性能。④必要的精度。如：收缩率的大小和各向收缩率的差异。⑤成型工艺性。塑件形状应有利于冲模、排气、补缩，同时使塑料制品达到高效、均匀冷却，使热固性塑料快速均匀固化。一、塑料制件的选材第一节塑件的选材PP比HDPE优越的方面：HDPE比PP优越的方面：①收缩率小。②透明性好。③尺寸稳定性优。④热变形温度高。例如：PP和HDPE的使用特性和选择原则①耐冲击性能强。②适应气候的能力优。一．塑件的尺寸1、塑件尺寸的限制因素第二节塑料制件的尺寸和精度（1）总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件；（2）外形尺寸还受成型设备的限制。（3）能满足使用要求，应尽量紧凑、尺寸小巧一些。2、塑件尺寸的不稳定因素第二节塑料制件的尺寸和精度（1）注射机的电气、液压系统不稳定；（2）加料量不稳定；（3）塑料颗粒不均，收缩率不稳定；（4）成型条件（温度、压力、时间）变化，成型周期不一致；（5）浇口太小，多腔进料口大小不一致，进料不平衡；（6）模具精度不良，活动零件动作不稳定，定位不准确。塑件的体积：0.2V注≦V制≦0.8V注二．塑件的尺寸精度（尽可能选用低精度等级）2、影响尺寸精度的因素：①模具的加工精度；②模具的磨损；③塑料的收缩率波动；④成型零件的安装误差；⑤活动成型零件的配合间隙变化引起的误差。小尺寸制品，影响制品尺寸精度的主要因素是模具的制造精度；大尺寸制品，影响制品尺寸精度的主要因素是塑料的成型收缩率。1、塑件尺寸精度——指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获得塑件尺寸的准确度。1)物料；2)制品尺寸：壁厚、表面形状、筋的形状等。3)模具设计：冷却方案、流道和浇口的几何形状和尺寸、浇口的数量和位置等。4)成型条件：温度、压力、成型时间等。5)注射机类型：注射速度、可达到的注射压力、时间、温度和压力的控制精度等。6)注射机和模具的状况。3、影响塑料收缩率波动的因素1)物料温度Tm：Vm同Tm↑—→ρ熔↓———→G制↓—→塑件的尺寸↓2)模具的温度TM：G制同TM↑—→结晶度↑—→ρ固↑———→塑件的尺寸↓3)成型压力p：p↑—→G制↑—→塑件的尺寸↑4)时间：模腔中的注射压力保持时间越长，收缩越小。4、成型工艺条件对塑料收缩率的影响5、尺寸精度的选用原则6、结论①注射机的选择和所成型的塑件的体积、成型面积和高度等尺寸有关；②对塑料制品，慎提尺寸公差；③通常不能通过提高模具的制造精度来达到严格的制品的尺寸精度；④生产过程中，可通过多因素改变制品的实际尺寸，以达到设计要求。为了降低模具的加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。一、塑件的表观质量——塑件成型后的表观缺陷状态，如常见的缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、翘曲与收缩，尺寸不稳定等。第三节塑料制件的表面质量①塑件成型工艺条件；②塑件成型原材料的选择；③模具总体设计等。1、造成缺陷的因素二、塑件的粗糙度（1）主要与模具型腔表面的粗糙度有关；（2）塑件材料中增强剂类型及含量影响塑件粗糙度；①对制品的表面粗糙度有要求的（如通常的型腔），模具的粗糙度要比制品高一级；②对制品的表面粗糙度没有要求的（如通常的型芯），制品的粗糙度与模具的表面粗糙度一致。（3）透明制品要求型芯和型腔表面粗糙度相同。表面粗糙度要求高的，模具的粗糙度可能要达到Ra=0.1um。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常为0.02-1.25um，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra为0.01-0.63um。第三节塑料制件的表面质量三、塑件的形状满足制品使用要求的情况下，尽可能使制品的形状简单。①塑件上要尽量减少侧孔、侧凸和侧凹；②塑件必须有一个有利于保证其外观质量的结构；第三节塑料制件的表面质量为了防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。第四节塑件结构设计一、脱模斜度①动模侧的A定模侧的A；②A和塑件的高度选取；h=(0,50)mmA=1/30～1/35h=[50,100]mmA=1/35～1/60h100mmA=1/60③有装配公差要求的塑件，斜度值必须在公差带范围内。第四章塑件结构设计1、塑件的脱模斜度A：脱模斜度的大小取决于塑件的性能、、收缩率、几何形状如高度或深度、塑件壁厚及型腔表面状态如粗糙度、加工纹路等。①硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；②形状较复杂或成型孔较多的取较大的脱模斜度；③高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；④壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。⑤为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，有意将该边斜度减小。⑥要求开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面。2、影响脱模斜度大小的因素：3、说明①脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则在图样上应予说明。②在塑件图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。③对制品直表面，模具的脱模斜度一般在0.5°~1.5°之间。④对于相互配合的制品，斜度要在许可的范围内，并考虑相关件的配合。二、壁厚1、设计原则：制品的壁厚均匀。2、满足条件：①有足够的强度和刚度，能承受顶出时的冲击力，装配时的紧固力。②在满足①条件下，壁厚尽量小。3、塑件壁厚的最小尺寸要求（1）热塑性塑料的最小壁厚取决于塑料的流动性：①流动性好的尼龙、PE等，最小壁厚为0.2~0.4mm；②流动性差的PVC、聚碳酸酯等，最小壁厚为1mm。（2）塑件相邻两壁厚尽量相等，两壁厚需有差别，要满足如下条件：①热塑性塑料：S1/S2≦1.5~2；②热固性塑料：S1/S2≦3.2、壁厚设计原则：制品的壁厚均匀。①太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；②太厚塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；③壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致。④尺寸：一般壁厚为l～4mm，热塑性塑料大型塑件的壁可达8mm。热固性塑料壁厚为l～6mm，一般不超过13mm，最薄可达1mm一下。三．加强筋1、加强筋的作用：①主要是在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲。②合理布置加强筋还可以改善充模流动性，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。③对注射和压注成型，加强筋氦气辅助六道作用，改善熔体流动与冲模。t——壁厚；L——加强筋的高度；A——筋条宽；R——筋根过渡圆角；Α——收缩角；r——筋端部圆角。2、加强筋的形状、尺寸①厚度小于塑件壁厚，与壁用圆弧过渡。②壁厚为t，加强筋高度L=(1—3)t；筋条宽A=(1／4～1)t；筋根过渡圆角R=(1／8～1／4)t；收缩角α=20一50；筋端部圆角r=t／8；当t≤2mm，取A=t。③加强筋端部不与塑件支承面平齐，缩进0.5mm以上，如图。④若一个制件上需设置许多加强筋，加强筋之间的中心距必须大于制件壁厚的两倍以上，各条加强筋的排列互相错开，以防收缩不均匀引起制品破裂。⑤各条加强筋的厚度应尽量相同或相近，可防止因熔体流动局部集中而引起缩孔和气泡。图3—4(a)中的加强筋因排列不合理，在加厚集中的地方容易出现缩孔和气泡，可改用图3—4(b)所示的排列形式。4．支承面由于塑料制品容易变形，一个平面做支撑面的话，容易产生接触不稳，因此，在制品中往往以凸出来的便来作为支撑面，以增加接触。（1）设计塑件的支撑面原则①应充分保证其稳定性。②不宜以塑件的整个底面作支承面，因塑件稍有翘曲或变形就会使底面不平。通常采用凸缘或凸台作为支承面，如图3—6。5．圆角塑件除使用要求需要采用尖角外，其余所有内外表面转弯处应尽可能用圆角过度。（1）圆角的作用①制品成尖角。尖角处容易产生应力集中，在开模顶出过程中，制品容易开裂。而使制品无法使用，致使模具报废。②制品设计成圆角，可大大改善塑料的充模特性。减少应力集中。③圆角使制品美观。（2）圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚，图3—8可供设计时参考。①R为内圆角半径；②t为壁厚。将R/r控制在1/4~3/4的范围内较为合理。6．孔的设计（1）孔的类型通孔、盲孔和异性孔。（2）孔与孔之间、孔与孔壁之间的关系塑料制件上的固定用孔和其他受力孔周围可设计凸边来加强。(1)通孔孔的成型方法一般有三种方法：(a)为一端固定的型芯成型，用于较浅的孔成型。(b)为对接型芯，用于较深的通孔成型，这种方法容易使上下孔出现偏心。(c)为一端固定，一端导向支撑，这种方法使型芯有较好的强度和刚度，又能保证同轴度，常用，但导向部分周围由于磨损易产生圆周纵向溢料B。不论用何种方法固定的型芯成型，孔深均不能太大，否则型芯会弯曲。压缩成型时尤其注意通孔深度不得超过孔径的4倍。（2）盲孔只能用一端固定的型芯来成型。如果孔径较小深度又很大时，成型时型芯易于弯曲或折断。根据经验：①注射成型或压注成型时，孔深度应不超过孔径的4倍。②压缩成型时，孔深应不超过孔径的2．5倍。③当孔径较小深度太大时，孔只能用成型后再机械加工的方法获得。通孔：L/d≤10盲孔：L/d≤4Dd(3)异形孔①当塑件带有侧孔或侧凹时，成型模具就必须采用瓣合式结构或设置侧向分型与抽芯机构，使模具结构复杂化，因此，在不影响使用要求的情况下，塑件应尽量避免侧孔或侧凹结构。②对于较浅的侧凹槽并带有圆角的制件，若制件在脱模温度下具有足够的弹性，可采用强制脱模的方法将制件脱出，而不必采用组合型芯的方法。③塑件材料：聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯。4、设计原则（1）孔间距应为孔径的2倍以上。（2）孔的周边应增加厚度。（3）孔与制品边缘的距离应大于孔径。（4）孔径过小时，孔不宜过深。（5）孔的设计尽量使模具结构简单。7．螺纹设计①既可直接用模具成型，也可在成型后用机械加工获得，需经常装拆和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。②一般直径要求不小于2mm，精度不超过IT7级，螺距较大。细牙螺纹尽量不直接成型，而采用金属螺纹嵌件。③为增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹崩裂或变形，其始端和末端均不应突然开始和结束，应有一过渡段。如图3—15所示，过渡段长度为L，其数值按表3—8选取。④塑料螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的1．5倍(一般配合长度为8～10牙)。⑤在同一螺纹型芯或螺纹型环上有前后两段螺纹时，应使两段螺纹的旋向和螺距相同，图3—16(a)，否则无法使塑件从型芯或型环上拧下来。当螺距不等或旋向不同时，就要采用两段型芯或型环组合在一起的成型方法，成型后分别拧下来，图(b)所示。8、嵌件设计——在塑件成型过程中，直接将金属或非金属令箭嵌入塑件中，构成不可拆卸的整体，这些被嵌入的零件称为嵌件。（1）使用嵌件的目的：提高塑件的强度，满足塑件某些特殊要求，如导电、导磁、耐磨和装配连接等。（2）使用嵌件的缺点：嵌件的设置往往使模具结构复杂化，成型周期延长，制造成本增加，难于实现自动化生产等问题。塑件中尽量避免使用螺纹嵌件。（3）金属嵌件设计注意的问题①先设计嵌件，后设计塑件。②应选用与塑料收缩率相近的金属作嵌件，或使嵌件周围的塑料层厚度大于许用值。③嵌件的顶部也应有足够的塑料层厚度，防止冷却过程中收缩破裂，否则会出现鼓泡或裂纹。④嵌件不应带有尖角或锐角，利于均匀收缩，以减少应力集中。