2-塑料制品设计

第2章塑料制品设计2.1塑料制品的工艺性2.2塑料结构设计2.1塑料制品的工艺性塑件的设计原则：满足使用要求和外观要求在保证塑件各种性能的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料，并力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时应考虑其模具的总体结构，使模具型腔易于设计制造，模具抽芯和推出机构简单，尽量简化模具结构。在设计塑件时，应考虑原料的成形工艺性，如流动性、收缩性等，塑件形状便于成型加工。一、塑件的选材选材中需要注意的几个方面：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5.成型的工艺性6.经济性原则二、塑料制件的尺寸和精度塑件的总体尺寸取决于塑料的流动性。对于流动性差的塑料，在注射成型和压注成型时，塑件尺寸不宜过大，薄壁塑件尺寸也不宜过大。此外，塑件尺寸还受到成型设备的限制。1.塑件的尺寸玻璃纤维增强塑料模具成型零件的制造误差、装配误差及其使用中的磨损，成型工艺条件的变化、塑件的形状、脱模斜度及成型后塑件的尺寸变化等。一般来讲，满足要求下，尽量把精度定的低一些。2.塑件的尺寸精度1)影响塑件尺寸精度的因素2)塑件尺寸公差的标准塑件尺寸公差根据GB/T14486《工程塑料模塑塑料件尺寸公差标准》确定塑件尺寸公差的代号为MT，公差等级分7级对于基本尺寸的上下偏差可根据塑件的性质来分配。对于孔类尺寸取表中数值冠以(+)号；对于轴类尺寸可取表中数值冠以(-)号；对于中心距尺寸可取表中数值冠以(±)号。三、塑料制件的表面质量塑件的表面质量是指塑件的表面缺陷（如缺料、溢料、飞边、熔接痕、斑点、银纹、凹痕、起泡、变色、翘曲与收缩、尺寸不稳定等），表面光泽性和表面粗糙度。表面缺陷与模塑工艺和工艺条件有关，必须避免。塑件的表面粗糙度主要由模具型腔内成型表面的粗糙度决定。一般模具的成型表面粗糙度比塑件的表面粗糙度低1~2级。对于透明的塑料制品，要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，对于不透明的塑料制品，在不影响使用的前提下，型芯的粗糙度级别可比型腔的表面粗糙度高1~2级。塑料制品的形状2.2塑件的结构设计及典型实例一、塑件的几何形状及结构设计普通使用形状艺术形状工程（功能）形状塑料制品的结构设计壁厚脱模斜度加强肋支撑面圆角、孔塑件的表面形状1.壁厚1）塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱模时还需要承受脱模推力。2）壁厚应设计合理，壁太薄熔料充满型腔时的流动阻力太大，出现缺料；太厚内部容易出现气泡，外部容易产生凹陷等缺陷，同时增加成本。2)壁厚应尽量均匀，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。受力大的部件可设加强筋。壁厚应尽量均匀3)当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。压制深度最小壁厚胶木粉电玉粉玻璃纤维压塑粉～4040～80800.7～1.52～2.55～6.50.91.3～1.53～3.51.52.5～3.56～8热固性塑件的最小壁厚参考值/mm塑料名称最小壁厚小型塑件推荐壁厚一般塑件推荐壁厚大型塑件推荐壁厚聚苯乙烯改性聚苯乙烯聚乙烯聚氯乙烯（硬）聚氯乙烯（软）聚丙烯聚甲醛聚碳酸酯聚酰胺聚苯醚0.750.750.601.150.850.850.800.950.451.201.251.251.251.601.251.451.401.800.751.751.61.61.61.81.51.81.62.31.62.53.2～5.43.2～5.42.4～3.23.2～5.82.4～3.22.4～3.23.2～5.44.0～4.52.4～3.23.5～6.4热塑性塑件的最小壁厚参考值/mm2.壁厚大小4)应根据塑件外形尺寸及塑料品种合理选择塑件的壁厚。塑件的壁厚一般为1～6mm，最大可达到8mm。最常用为1.8~3mm。改善措施：由于塑料冷却后产生收缩，会紧紧地包在凸模上，或由于粘附作用，塑件紧贴在型腔内，为了便于塑件脱模，并防止脱模时擦伤塑件表面，设计塑件时必须考虑塑件内外表面沿脱模方向具有合理的斜度，称为脱模斜度。2.脱模斜度脱模斜度大小影响因素：塑料的性质、收缩率、摩擦系数、塑件的几何形状和壁厚以及塑件的部位等脱模斜度选取原则：1）塑件精度要求高；较高、较大的塑件尺寸，应选用较小的脱模斜度。2）塑件形状复杂、不易脱模；塑件收缩率大；塑件壁较厚，应选用较大的脱模斜度.3）斜度取向原则：内孔以小端为准，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，斜度由缩小方向得到。脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸的公差范围内，但对塑件精度要求高的，脱模斜度应包括在公差范围内。4)热塑性塑料件脱模斜度取20’-3.0°。热固性塑料取20’-1.0°。另外，塑件外观表面不同，其脱模斜度也不同。塑料名称脱模斜度型腔（a）型芯（b）聚酰胺通用级20´~40´25´~40´聚酰胺增强级20´~50´20´~40´聚乙烯20´~45´25´~45´聚甲基丙烯甲脂35´~1°30´30´~1°聚苯乙烯35´~1°30´30´~1°ABS塑料40´~1°20´30´~1°聚碳酸脂30´~1°30´~1°聚甲醛35´~1°30´30´~1°热固性塑料20´~1°20´~1°5）如果要求脱模后塑件保持在型芯一边，则塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小；反之，要求脱模后塑件留在型腔内，则塑件的外表面的脱模斜度应小于内表面，但当内、外表面要求脱模斜度不一致时，往往不能保证壁厚的均匀。3.加强肋（1）加强肋的作用在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件的变形翘曲。改善充模流动性，减小内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。肋的各边一般应有1°的脱模斜度，最小不得低于0.5°，且肋两侧的模面应精密抛光。肋根部的最大厚度一般为塑件厚度的0.8倍，通常取0.5~0.8倍，与壁间圆弧过渡。加强肋不应该与塑件支撑面平齐，而应该缩进0.5mm以上。（2）加强肋的形状尺寸（3）加强肋的布置①尽量采用数个高度较矮的肋代替孤立的高肋，肋与肋之间的距离应大于壁厚的两倍。②加强肋的设置方向应与受力方向一致，并尽可能与熔体流动方向一致。同一面上，如果设置多根加强筋，其分布排列应互相错开，以减少收缩不均引起的变形。不合理合理③在布置加强肋时，应避免或减少塑料的局部集中。④一些加强肋会引起塑件局部凹陷，可采用以下措施来修饰和隐藏。4.支承面塑件的支撑面应充分保证其稳定性，不宜以塑件的整个平面作底面作支撑面，因为塑件稍有翘曲就会使底面不同，通常采用凸缘或凸台作为支撑面。将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。薄壁容器的边缘是强度、刚性薄弱处易于开裂变形损坏，可按照下图所示方法给予加强。容器边缘的增强容器侧壁的增强固定用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力。应避免台阶突然过渡和支承面过小，凸耳应用加强筋加强。5.圆角塑件设计成圆角的作用：⑴使模具在淬火和使用时避免产生应力集中而开裂，提高模具的坚固性。⑵提高了塑件强度及美观。⑶利于塑料的充模流动和脱模。对于塑件来说，除使用要求需要采用尖角以外，其余所有内外表面转弯出都应该采用圆角过渡。(1)设计原则：a.孔设在不易削弱塑件强度的地方b.孔的极限尺寸：孔的最小直径和最大深度应加以限制（表2-15）b.孔与孔之间，孔与边壁之间应留有足够的距离（表2-16）。c.塑料制件的固定用孔和其他受力孔周围可设计凸台来加强。对于较深的小孔，可以设置加强肋。6.孔的设计1)通孔孔深不宜太大，否则型芯会弯曲，压缩成型时孔深不超过孔径的4倍。成型方法可采用一端固定的型芯成型，也可以两端分别固定的对接型芯成型.（2）孔的类型2)不通孔（盲孔）不通孔只能用一端固定的型芯来成型。为避免型芯弯曲，对于注射和压注成型，孔深不得大于孔径的４倍；对于压缩成型，平行与施压方向的孔深度为孔径的２倍．3)对穿孔（互相垂直或斜交的孔），两个孔的型芯不能互相嵌合（图左），应注意设计成能设置型芯的结构（右图）4)异形孔斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的方法来成形，避免侧向抽芯。7.塑件的表面形状为了在开模时容易取出塑件，应尽可能避免侧向凹凸或与塑件脱模方向垂直的孔而减少或消除不必要的侧向抽芯等复杂的模具结构，以简化模具结构。侧面有孔时，通过改变孔的位置或形状来避免侧抽芯。侧孔件成型模具开模示意侧凹件成型模具开模示意侧孔改侧凹改变侧孔免抽芯改变外形免抽芯左图塑件的内侧有凸起，需采用由侧向抽芯机构驱动的组合式型芯，模具制造困难。右图避免了组合式型芯，模具结构简单。内侧凹的改进不合理合理带有整体内侧凹槽的塑件，利用塑料在脱模温度下具有足够弹性的特性，以强行脱模的方式脱模。如聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯塑件即允许模具型芯有5％的内凹（或外凸），强行脱模时不会引起变形。%5%100CBBA强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足(A-B)x100C%≦5%强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足(A-B)x100C%≦5%强制脱出的浅侧凸,尺寸应满足强制脱出的浅侧凸,尺寸应满足(A-B)x100B%≦5%强制脱出的浅侧凹,尺寸应满足(A-B)x100B%≦5%二、塑件螺纹的设计2.设计原则①设计塑件上直接注射成型的螺纹时应注意选用螺纹的牙形尺寸较大者，细牙螺纹尽量采用金属螺纹嵌件。②模塑的螺纹其直径不宜太小，外螺纹直径不宜小于3mm，内螺纹直径不宜小于2mm。螺距一般不小于0.7mm。1、塑件上螺纹成型可用以下三种成型方法①注射成型②机械加工制作③在塑件内部镶嵌金属螺纹构件（对于经常拆装或要求强度较高的螺纹）③螺纹精度一般不超过GB/T197-1981的公差等级5~6级。④塑料螺纹长度与金属螺纹的配合长度应小于螺纹直径的1.5倍。一般配合长度为8～10牙。⑤为了防止塑件上的螺纹始端和末端在使用中不致崩裂或变形，其始、末端应按图所示的结构参数进行设计。螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，而应有过渡部分l。螺纹直径螺距P~11~22始末部分尺寸l≤1010~2020~3030~402346346845810（mm）螺纹端部有大于0.5mm的无螺纹区，以提高该处螺纹强度并使得模具结构简单。⑥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相同，螺距相等。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，成型后分段拧下。两段同轴螺纹a)旋向相同、螺距相等；b)旋向不同或螺距不同三、齿轮的设计1.相同结构的齿轮应使用相同的塑料。2.齿轮内孔与轴采用过渡配合的方式，避免用键槽连接方式，而用扁轴连接方式。四、嵌件的设计嵌件：在塑料成型中将金属或其他材料的结构件直接嵌入塑件，使它们与塑件成为一个不可拆卸的整体目的：增加塑件局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性等或延长塑件的使用寿命注：嵌件的设置往往会使模具结构复杂化，成型周期延长，制造成本增加，难于实现自动化。对带有嵌件的塑件，一般是先设计嵌件，然后设计塑件。3)大嵌件应进行预热，使温度达到或接近塑料温度。1.嵌件的设计要点1)尽量选用与塑料线膨胀系数相近的材料作嵌件。2)使嵌件周围和顶部的塑料层厚度大于许用值（表2-23）。4)嵌件边缘应加工成圆角，同时嵌件形状要对称，以避免应力集中。2.嵌件的形状应尽量满足成型要求，保证嵌件与塑料之间具有牢固的连接以防受力脱出。成型时为了使嵌件在塑料内牢固的固定而不被脱出，嵌件表面可以加工成沟槽、滚花，或制成各种特殊形状。当嵌件过长或细长杆状时，应在模具内设支柱以免嵌件弯曲，但会在塑件上留下工艺孔内螺纹嵌件在模内的固定3.嵌件的固定(1)将嵌件先放在模具中固定，然后注入塑料熔体成型(2)把嵌件在塑料预压时先放在塑料中，然后模塑成型。(3)对于某种特制嵌件，可以在塑件成型以后再压入预制的孔槽中。五、铰链的设计铰链是利用塑料的高度取向特性而制成的塑料制品。铰链在使用中开合次数较多，可用聚丙烯PP；开合次数多同时还有较高的强度要求，可用PA和POM；开合次数少，用ABS。1.曲率半径部分尽可能采用薄壁。2.剖面形状应对称。3.熔体