塑件的结构工艺性（PDF117页）

塑料成型制件的结构工艺性l塑料制件的设计是在满足使用要求的前提下，根据选用塑料的类型及其成型加工特点，确定相应而合理的成型工艺，并根据该成型工艺的特性而设计出相适应的塑料结构件。l由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此设计塑件时必须充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点，在满足使用要求的前提下，塑件形状应尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点。l对于模具设计者来说，在考虑塑件的结构及有关使用要求时，还必须与成型该塑件的成型模具的相应结构结合起来考虑，既要使塑料制件能按使用要求加工出来，保证制件的质量，而又要使模具结构合理、经济。在塑件结构工艺性设计时，应考虑以下几方面的因素：（1）塑料的各项性能特点；（2）在保证各项使用性能的前提下，塑件结构形状力求简单，且有利于充模流动、排气、补缩和高效冷却硬化（热塑性塑料制件）或快速受热固化（热固性塑料制件）；（3）模具的总体结构应使模具零件易于制造，特别是抽芯和脱模机构。一、塑料制件的选材二、塑料制件的尺寸和精度三、塑料制件的表面质量四、塑料制件的结构设计表面粗糙度表观质量形状、壁厚、斜度、加强筋、支撑面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、铰链、标记、符号和文字等一、塑料制件的选材塑料制品的选材应考虑如下几个方面，以判断其是否能够满足使用要求。1）塑料的力学性能，如强度、刚性、韧性、弹性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性。2）塑料的物理性能，如对环境温度变化的适应性、光学特性、绝热或电气绝缘的程度、精加工和外观的完满程度等。3）塑料的化学性能，如对接触物（水、溶剂、油、药品）的耐性、卫生程度以及使用上的安全性等。4）必要的精度，如收缩率的大小以及各向收缩率的差异。5）成型工艺性，如塑料的流动性、结晶性、热敏性等。对于塑料材料的这些要求往往是通过塑料的特性表进行选择和比较的。下表列出常用塑料的特性，以供参考。1.塑件的尺寸–总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性Ø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；反之，成型出的塑件尺寸较小。–还受成型设备的限制–从能源、模具制造成本和成型工艺条件出发，只要能满足塑件的使用要求，应将塑件设计的尽量紧凑、尺寸小巧一些。二、塑料制件的尺寸和精度2.塑件的尺寸精度–是指所获得的塑件尺寸与产品图纸尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。–影响塑件精度的因素较为复杂，塑件尺寸误差的产生是多种因素综合影响的结果，因此，在一般情况下塑件要达到金属制件那样的精度是非常困难的。从模具设计和制造的角度看，影响塑件尺寸精度的因素主要有以下几方面：（1）塑料收缩率的波动（2）模具成型零件的制造误差；（3）模具成型零件的磨损；（4）模具安装配合误差。此外，成型时工艺条件的变化、成型后的时效变化、塑件的飞边等都会影响塑件的精度。因此，要合理地确定塑件精度。一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本，在满足使用条件的前提下尽可能选用低的精度等级。目前，我国已颁布了工程塑料模塑塑件尺寸公差的国家标准。–模塑件尺寸公差的代号为MT，公差等级分为7个等级–每一级又分为A、B两部分ØA表示为不受模具活动部分影响尺寸的公差ØB表示为受模具活动部分影响尺寸的公差（例如，由于受水平分型面溢边厚薄的影响，压缩件高度方向的尺寸）。表中，其具体的上、下偏差可根据制品的配合性质进行选择。通常：Ø孔类尺寸的公差取正(+)值；Ø轴类尺寸的公差取负(-)值；Ø中心距尺寸公差取表中数值之半并冠以±号。塑件尺寸偏差标注形式•尺寸精度与塑料品种有关•根据各种塑料收缩率的不同，公差等级又可分为三种:Ø高精度Ø一般精度Ø未注公差此表反映了在实践总结和讨论分析的基础上，不同塑料在同样工艺难度下所能达到不同精度等级标准。该表将塑料制品的精度分为8个等级，对于每种塑料制品，可选其中三个等级（高精度、一般精度和低精度），目前一般不采用1、2级精度。对于未注公差尺寸者建议采用标准中的8级精度。塑件尺寸精度还与塑料品种有关，根据各种塑料收缩率的不同，塑件的公差等级又可分为高精度、一般精度、低精度三种，如表所示。此表反映了在实践总结和讨论分析的基础上，不同塑料在同样工艺难度下所能达到不同精度等级标准。三、塑料制件的表面质量–包括:表面粗糙度和表观质量–表面粗糙度的高低，主要与模具型腔的表面粗糙度有关–一般模具型腔的表面粗糙度要比塑件低一个等级，即光洁度高一个等级。Ø注塑件：Ra0.2～1.6μmØ模腔表壁：Ra0.1～0.8μm（塑件Ra的1/2）–表观质量是指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、阴纹、斑纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等。–它是由于塑件成型工艺条件、塑件成型原材料的选择、模具总体设计等多种因素造成的–成型时塑件出现的表观缺陷及其产生原因可参考附录4和附录5。l塑件为了获得光滑美观的表面，常常要求粗糙度低，为此模具型腔表面需要研磨抛光和打磨。l因此，粗糙度过低会使得模具的制造工艺复杂、周期长、成本高。省模（油石）l对于透明制品还要求型腔和型芯Ra相同。l对于不透明的塑料制品，模具型芯的成型表面并不影响制品的外观，仅仅影响制品的脱模性能，所以在不影响使用要求的前提下，型芯的Ra的级别可比型腔的Ra高1～2级。l有些制品的表面要求有Ra0.8～0.2μm（镜面），而模具在使用中由于型腔表面磨损而变得粗糙时，应随时给以抛光复原，以保持其原有的镜面。l应该指出的是，光洁如镜的制品表面很易划伤，制品与模具表面还易形成真空吸附面使脱模困难。并且在成型过程中产生的疵点、丝痕和波纹会在制品的光洁表面上暴露无遗。l因此常常利用化学腐蚀的方法在模具型腔表面形成诸如凹槽纹、皮革纹、桔皮纹、木纹等装饰花纹，对塑料制品进行表面装饰。l制品表面经装饰后可以隐蔽制品表面在成型过程中产生的缺陷，使外形美观，并且由于型腔表面细小的凹纹，在制品表面与型腔表面之间能容纳少许的空气，不致形成真空吸附而造成脱模困难。四、塑料制件的结构设计–塑料制件的形状，首先是保证制件的使用结构要求，并结合人们的审美观点而设计出来的几何形状。–因而，随着设计者的构思方案不同，同一用途的制件，其形状也会有不同，对此我们不做深入讨论。–我们所着重论述的是有关制件设计的工艺性与经济性，即我们设计的塑件内外表面形状要设计得易于模塑成型。一）成型工艺对塑件几何形状的要求l有些塑件结构上有侧孔或凹槽，模具设计中就必须设置活动块或复杂的侧向抽芯机构，否则塑件就无法脱模。l而采用侧抽芯或瓣合式模具不但提高了模具制造成本，降低了生产效率，而且还会在分型面上留下毛边，增加后加工的困难。l通常，只要适当改变这种情况，使模具结构大大简化，制造方便也有利于提高生产率。l为此塑件要尽量的避免侧凹陷部分。原设计改进后改进后产品改进后的模具结构擦穿面/碰穿位凹模（型腔）凸模（型芯）分型面模腔模具的工作状态分型面开模方向l热塑性塑料中软而有弹性者，如PE、PP、POM等制品，当塑件的侧凹较浅并允许有圆角时则可以用整体式模具，采用强制脱模脱出塑件，这时塑件在脱模温度下应具有足够的弹性。l使用强制脱出类型的制件在瓶盖生产中应用很广泛，但是多数情况下塑件侧凹不能强制脱出。演示图3.1可强制脱模的侧向凹、凸()100%5%ABC-×≤()100%5%ABB-×≤a）b）1.脱模斜度（拔模角draft）–熔融的塑料在模具型腔中成型以后，便逐渐冷却而产生收缩，从而使塑件紧紧地包住模腔中的型芯或型腔中的凸出部分，甚至粘附住型腔表面，使开模取件时发生困难，致使塑件表面擦伤、拉毛。–为了使塑件脱模方便，设计塑件时必须考虑与脱模（及抽芯）方向平行的内、外表面都应设置一定的脱模斜度。考虑脱模斜度后模具结构未考虑脱模斜度后模具结构组合式模具结构l塑件的脱模斜度的大小，取决于塑件的形状、壁厚以及收缩率。Ø斜度过小，脱模困难，易造成表面划伤或破裂；Ø斜度过大，则影响其尺寸精度。l脱模斜度还没有比较精确的计算公式，目前仍依靠经验数据由表可见，对性质较脆、较硬的塑料，脱模斜度要求大一些。（1）在满足塑件尺寸公差要求的前提下，脱模斜度可取得大一些，这样有利于脱模；（2）在塑料收缩率大的情况下应选用较大的脱模斜度。热塑性塑料的收缩率一般较热固性大，故脱模斜度也相应大一些；（3）当塑件壁厚较厚时，因成型时塑件的收缩量大，故也应选用较大的脱模斜度；选择脱模斜度的原则（4）对于较高、较大的塑件，应选用较小的脱模斜度；（5）对于高精度的塑件，应选用较小的脱模斜度；（6）只是在塑件高度很小（≤2mm）时才允许不设计脱模斜度；（7）如果要求脱模后塑件保持在型芯一边，可有意将塑件内表面的脱模斜度设计得比外表面的小。2.壁厚–主要是根据使用要求（强度、刚度）和制件结构特点（形状、大小）而定–同时由于模塑成型工艺性的要求而使塑件壁厚受到一定限制l壁厚过薄Ø强度、刚性差，可能在脱模机构的冲击力和装配时的紧固力的作用下，产生变形甚至断裂；Ø另外在成型时塑料流动阻力大，尤其是大型复杂件会造成成型困难。壁厚对塑件质量的影响l壁厚过厚Ø浪费原料Ø对热塑性塑料来说，增加了冷却时间，使成型周期长，生产率降低；Ø容易产生气泡、缩孔、翘曲等缺陷；Ø对于热固性塑料，同样会使成型时间增加，并容易造成固化不完全或表面焦化等质量问题。l同一个塑件的壁厚应尽可能均匀一致，否则会因冷却或固化速度不同产生内应力，引起塑件变形或开裂。a）设计不合理壁厚过厚且不均b）改进后设计3.加强筋（加强肋）–塑件是由许多壁面组成的，当它的平面较大时，由于增加它的壁厚在工艺上受到限制，为了满足使用上对强度、刚度的要求，就要设置加强筋。a）不合理b）合理图采用加强筋改善塑件壁厚与刚度典型加强筋的正确形状和尺寸关系Ø设计时，应注意：Øb≤t；Øh≤3t；Øα=2°～5°；ØR≥0.25t；Ø加强筋之间的中心距大于3t。1）应使中间筋低于外壁0.5mm以上，这样能使支承面易于平直。a）不合理b）合理图加强筋与支撑面设计加强筋时应注意的问题2）应避免或减小塑料的局部聚积，否则会产生缩孔、气泡。在设计时可将实心部位改为空心结构。a）不合理b）合理图3.6加强筋的布排应注意避免塑料局部聚积缩孔或气泡3）筋条排列要注意排列互相错开，这样才能防止收缩不均匀，变形较小。a）不合理b）合理图3.6加强筋的排列方向4）空心薄壁容器可通过适当改变其结构或形状达到提高强度、刚度和防止变形的目的。4.支承面–以塑件的整个底面做支承面是不合理的Ø当支承面尺寸比较大时，做到模具型腔表面很平直是很困难的；Ø由于塑件冷却收缩变形仍会使底面不平。–通常用底部边框或者用底角（三点或四点）来代替整个底面做支承面。a）不合理b）凸缘支承c）凸台支承图3.9支承面的改进5.圆角–塑件除了使用上要求采用尖角之外，其余所有转角处都应采用圆弧过渡Ø因制件尖角处易产生应力集中，在受力或受冲击、振动时容易破裂，甚至在脱模顶出过程中由于模塑产生的内应力而开裂，特别是制件的内圆角。–一般，即使采用R=0.5mm的圆角就能使塑件的强度大为增加。a）不合理b）合理图塑件的圆角l当R/t0.3时，应力集中系数急剧增加；lR/t0.8时，增大圆角应力集中系数下降很小，因而没有必要。lR/t=1/4～3/4较为合理l一般R≥0.5mm。塑件的内圆角R和壁厚t与应力集中系数之间的关系l常用，内圆角R=0.5tl这样塑件转角处的壁厚增加了，故最好的办法是将交接处的外角也做成圆角，使应力集中进一步减少，又使壁厚均匀l设置圆角还有利于塑料的流动充模和塑件顶出，并且塑件在外形上也比较美观。l塑件转折处设计成圆角，其对应的模具型腔部位也要设计成圆角Ø这样能使模具结构强度增加，并且有利于加工制造和热处理，减少变形开裂，延长模具寿命。l塑件有些部位，如分型面型腔与型芯接合处就不宜采用圆角，以防止成型时溢料或毛刺过大，甚至卡住型芯妨碍塑件脱模。6.孔的设计–塑件上的孔有通孔和盲孔两种；–其形状有圆孔、异形孔、螺纹孔等；–这些孔应尽可能设置在不易削弱塑件强度的地方，并力求便于成型和避免在制造模具时产生复杂性。在孔之间和