塑件结构工艺性

塑件结构工艺性主讲:叶玉华(高级工程师)2005.4.1塑件结构设计工艺性1、侧面避免凸凹塑件侧面局部有凸起或凹陷部分(包括侧孔)，其成形模具通常须采用侧向分型抽芯，或侧向滑块，甚至顺序脱模等复杂结构，造成生产成本大，制造周期长，为此，在满足塑件要求的条件下，可进行改进设计：对于手轮，手柄或按钮等一类塑件设计，应使其表面的凸凹纹与脱模方向一致，以使模具结构及其脱模过程简化。ααα2、脱模斜度塑件在模塑成形过程中，塑料从熔融状态转变成固体状态，将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧地包在模具型芯或型腔中凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。脱模斜度：指平行于模具启闭模方向，塑件壁面所应具有的倾斜度。3、塑件壁厚塑件壁厚不均匀，导致塑件各部分固体收缩不均匀，易在塑件上产生气孔、裂纹，引起内应力及变形等缺陷，所以，塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一，塑件壁厚首先取决于使用性能，即在强度、结构、质量、电性能，尺寸稳定性及装配等方面满足其功能要求，但壁厚的大小对塑料成型影响很大，壁厚过小则成型时流动阻力大，对大型复杂塑件就难以充满型腔，而且不能保证塑件的强度和刚度，壁厚过大则浪费原料，增加塑件的成本，而且会增加成型时间和冷却时间，降低生产率，还容易产生气泡，缩孔等缺陷，因此塑件壁厚必须合理选择。壁厚大小主要与塑料品种，塑件大小以及成型工艺等因素有关，对于热固性塑件，一般取1.6—2.5，大型取3.2—8，热塑性塑件，一般为2—4，流动性好的尼龙、聚乙烯的最薄壁厚可达0.2—0.4，流动性差的聚氯乙烯，聚碳醇酯的最小壁厚为1mm，因玻璃纤维等增强塑料的流动性差，只能成形壁厚而高度不大的塑件，流动性好的塑料，就成型薄而大的，形状复杂的塑件，塑料的机械强度高，塑件的壁可以薄些，塑料机械强度低，应适当地增强塑件的壁厚。根据成型工艺要求，应尽量使塑件相邻两部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或太薄，为了使塑件壁厚均匀，常常是将厚的部分挖空，使壁厚一致，如果在结构上要求有不同的壁厚，那么不同壁厚的比例不应超过以下范围，压缩模为2：1，注射热固性塑料为1.5：1，最大为2：1。在塑件上设置加强筋，勿须增加壁厚就可使强度与刚性得到改善，并能有效地克服翘曲与变形现象，并能避免因壁厚不均而产生的缩孔、气泡、凹陷等现象，同时塑件的重量也会有所减轻，就传递成形件与注塑件来说，加强筋还可起到辅助浇道的作用，改善了熔体流动与充模状态，有利于塑件成型。一般说来，加强筋可设置在塑件的任何部位，因而又起到了装饰作用，故有装饰筋之称，通常在塑件上互成角度的两壁须用加强筋连接，构成所谓角撑，成为塑件结构设计不可缺少的部分。增设加强肋后，可能在其背面引起凹陷，但只要尺寸设计得当，就可有效地予以避免。tt=kδδRK值δ≤3mmδ＞3mm聚乙烯0.60.5聚丙烯0.5—0.60.3—0.4聚苯乙烯0.7—0.80.5—0.6聚酰胺0.25—0.350.15—0.25PC0.60.4热固性塑料0.80.6塑件加强筋设计示例不良良2tt＞2t＞0.5若塑件中需设置许多加强筋，其分布排列应相互错开，以避免收缩不均引起破裂。边框支承凸边支承加强筋支承支脚支承不正确正确5、塑件支承面和凸台1)塑件支承面支承面1(台)用来作为塑件的支承或在支承台上配置嵌件，成型螺纹孔自攻螺钉及轴承的支承等。在设计时，以塑件的整个底面作为支承面是不合理的，因为塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平，通常采用凸起的边框或底脚(三点)来支承。当底部有加强筋时，筋的端部应低于支承面约0.5mm左右。2)塑件凸台塑件上应尽可能不设计有较大的凸台和凸耳，在薄壁塑件上可设计有用来安置模具推出杆的工艺凸台，强度足够的塑件可不设置，并注意以下几点。(1)当在塑件边缘上安置推出杆时，应适当增大侧壁在推出部位处的厚度。（2）有些塑件的内侧凹和外侧凹，可以利用塑料的弹性变形，使之从模具中强制脱模，允许强制脱模的相对侧凹尺寸δ塑料δ(%)通用聚苯乙烯1.0—1.5耐冲击聚苯乙烯2.0苯乙烯共聚物1.0—2.0聚碳酸酯1.0—2.0ABS塑料3.0聚酰胺3—4低压聚乙烯7—8高压聚乙烯10—12A1A2A2A1A2A1A2A1注：δ=［(A1-A2)/A1×100%(3)不能利用塑料的弹性变形强制脱模的侧面凹结构，则必须配置活动或成型型芯脱模。6、圆角为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，加强筋的顶端及根部都应设计成圆角。一般说来，圆角的半径不应小于0.5mm，凡能设计成圆角的地方均应设计成圆角，有一系列好处，可以防止因塑料收缩而导致的塑件变形，模具使用寿命延长，塑件外形也因圆弧过渡而显得更加美观，同时，与塑件相对应的模具成形零件在热处理时不易裂口，强度大为增加。不良设置锥度良塑件内外边缘处的最小许可圆角半径塑料最小许可圆角半径聚苯乙烯1.0—1.5聚酰胺等0.5—1.0酚醛塑料、氨基塑料0.5筋的高度与圆角半径筋的高度6.56.5—1313—1919以上圆角半径0.8—1.51.5—3.02.5—5.03—6.57、孔的设计基于各种各样的功能要求，塑件上常常需要设置各种各样的孔眼，塑件上的孔有简单孔、复杂孔、通孔、不通孔、斜孔和螺纹孔等，视孔所在位置不同，有竖向的孔与侧向的孔等，设计孔时要满足塑件的使用要求，同时也要保证塑件有足够的强度。塑件上的光孔和螺纹孔，无论是通孔还是不通孔都应当直接成形，尽量不要依靠后加工去完成。要求：1)孔与孔之间，孔与壁之间应保持一定的距离。2)孔的深度与塑件的成型方法，孔的方向、孔的类型(盲孔或通孔)和配置的部位以及浇口部位等都有关系。3)当孔间距过小，安排型芯有困难时，可采用下图形式:5)塑件上紧固用的孔或其它受力的孔，设计成凸边予以加强。D+0.5以上对于与熔体流动方向垂直的孔，当孔径小于1.5mm时，为了防止型芯弯曲，孔深以不超过孔径的2倍为好。D4)孔太长时，用对接型芯时，为了防止上下孔偏心，可将其一侧孔稍为增大6）孔的极限尺寸推荐值成形方法塑料名称孔的最小直径d最大孔深孔边最小厚度不通孔通孔压塑成形与传递成形压塑粉3压塑形成2d传递成形4d压塑形成4d传递成形8d1d纤维塑料3.5碎布塑料4注射成形尼龙0.24d10d2d2.5d聚乙烯软聚氯乙烯有机玻璃0.253d8d2.5d氯化聚醚聚甲醛聚醚0.32d硬聚氯乙烯改性聚、乙烯0.251、0.3聚碳酸酯0.352d2.5d聚砜2d8、文字、符号及花纹1)塑件上成型的文字、符号的凸出高度应不小于0.2mm，线条宽度应不小于0.3mm，一般以0.8mm最为适宜，两条线之间的距离应不小于0.4mm，边框可比字体高出0.3mm以上，字体或符号的脱模斜度应大于10°。2)对于外表面有条形花纹的手轮、手柄、按钮等，必须使其条纹的方向与脱模的方向一致，条纹的间距应尽可能大些，以便于塑件脱模和制造模具。3)塑件标志的字符，一般是平行于模具分型面的表面上，为了预防裂纹，字符和标志成形面应有0°30′--1°的斜度。4)塑件文字的结构型式.9、螺纹成型塑件上的螺纹可以在注塑时直接成型，也可以注塑后进行机械加工，对于经常拆装或受力较大的螺纹则采用金属的螺纹嵌件。要求：1)在塑件上直接成型螺纹不能达到高精度，一般低于IT8，螺纹的牙形尺寸有一定限制，螺纹过细则使用强度不够。d=6-82级细牙螺纹d=10-183级细牙螺纹2)注塑外螺纹直径不宜小于4mm，内螺纹直径不宜小于2mm，如果模具上的螺纹没有考虑塑料的收缩值，则塑件螺纹与金属螺纹的配合长度一般不大于螺纹直径的1.5-2倍。3)当用容易充填的软塑料(聚乙烯，聚苯乙烯)成型螺纹时，可以不用旋拧，即可从螺纹型芯上强制脱模。10、金属嵌件1)嵌件的用途：在塑件内嵌入金属零件形成不可卸的连接，所嵌入零件即称嵌件，各种塑件中嵌件的作用不尽相同，有的是为了增加塑件的局部强度、硬度、耐磨性，有的是为保证电气性能，有的是为了增加塑件形状和尺寸的稳定性，提高精度等等。2)嵌件的种类：圆筒形圆柱形接线柱螺杆板片形轴销3)金属嵌件设计的原则①嵌件应尽可能采用圆形或对称形状，这样可以保证收缩均匀。②嵌件材料与塑件材料的膨胀系数应尽可能接近，嵌件嵌入部件必须保证嵌件受力时不转动或拨出，其结构有以下几种：嵌入部分滚花和开槽，小件只可滚花不开槽。③圆形件或套管嵌件部分的尺寸推荐如下：H=Dh=0.3Hh1=0.3Hd=0.75d特殊情况下H最大不超过2D，嵌件各转角部位应以圆角过渡。④嵌件周围的壁厚应足够大，由于金属嵌件与塑件的收缩量不同，因此会使嵌件四周产生很大的内应力而造成塑件开裂，金属嵌件四周的塑料壁厚越大，则塑件开裂的可能性越小。⑤金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角，以减少周围塑料冷却时产生的应力集中。⑥嵌件自由伸出长度不宜超过其定位部分直径的2倍，否则应在模具上设置支柱，以免嵌件弯曲。Dh1Hhd第二章塑料的性能和选用1、塑料按性能和应用范围分：1)通用塑料：是指生产量大、货源广、价格低，适于大量应用的塑料，通用塑料一般具有良好的成型工艺性，可采用多种工艺成形出各种用途产品，一般说来，通用塑料不具有突出的综合力学性能和耐热性。不宜用于承载要求较高的结构件和在较高温度下工作的耐热件。聚丙烯(PP)、聚乙烯（PE），聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)，酚醛塑料合称五大通用塑料。2)工程塑料：工程塑料是指那些具有突出的力学性能和耐热性或优异耐化学试剂，耐溶剂性或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料。工程塑料一般可以作为承载结构件，高温环境下的耐热件和承载件，高温条件、潮湿条件，大范围变频条件下的介电制品和绝缘制品。工程塑料的生产批量小、价格也较昂贵，用途范围相对狭窄，一般都是按某些特殊用途生产批量的材料，有聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、ABS、PET、PBT、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、氯化聚醚、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、氟塑料、超高分子量聚乙烯(LHMWPE)、环氧塑料、不饱和聚酯(UP)。3)特种塑料具有某种特殊功能，适用于某种特殊用途的塑料，例如用于导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、专用于减磨耐磨用途等塑料。2、常用塑料的性能与选用：1)PA具有良好的电气性能、热性能与机械综合性能，其机械强度随温度而异，坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水性大，在熔化状态时有很高的流动性，所以用这种塑料注射薄壁零件，并且它是一种自润滑性材料，做成轴承和齿轮，可以在无润滑的状态下使用，对化学药物无论是弱碱、醇、酯、铜、碳氢化合物、油脂均不受影响，缺点是吸水性大，成型收缩率不稳定，因此对塑件尺寸控制困难。加入增强材料(玻璃纤维)后，长纤维料2-3mm，短的一般小于0.8mm，用于耐磨传动零件，要求有较高的强度、刚性、韧性、耐磨性、耐疲劳性，并且有较高的热变形温度，耐热120°左右。PA6弹性好，冲击强度高，吸水性较大。PA66强度高，耐磨性好。PA610与PA66相似，但吸水性和刚性都较小。2)PC：冲击韧度高，并且有较高的弹性模量和尺寸稳定性，无色透明、着色性好、耐热性比尼龙，聚甲醛高、抗蠕变和电绝缘性较好、耐蚀性、耐磨性良好，但自润性差，不耐碱、酮、胺、芳香烃，有应力开裂倾向，高温易水解，与其它树脂相溶性差。制造：仪表小零件，绝缘透明件和耐冲击零件3)POM：具有优异的综合性能，机械强度较高，它的抗张强度达700kg/cm2，可在104℃下长期使用，吸水性较小，脆化温度-40℃，缺点热稳定性差，长期在大气中暴晒会老化，所以必须严格控制成型加压温度。制造：减摩零件，传动零件，化工容器及仪器仪表外壳。4)ABS：具有较高的冲击韧性和机械强度，尺寸稳定耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点，此外表面可镀铬，是塑料涂金属的一种常用材料，耐热60°-80℃，另外与372#有机玻璃熔接性良好，可作双色成形塑件。用在一般结构中，强度和耐热性无