第三章塑件结构工艺性机尺寸精度

精密模具设计精密模具设计大连理工大学机械工程学院模具研究所大连理工大学机械工程学院模具研究所InstituteofDie&Mould,SchoolofMechanicalEngineeringInstituteofDie&Mould,SchoolofMechanicalEngineeringDalianUniversityofTechnologyDalianUniversityofTechnologyPrecisionMouldDesignPrecisionMouldDesign第三章第三章塑件结构工艺性及尺寸精度3.1塑件结构工艺性1避免侧孔与侧向凹、凸结构2脱模斜度3壁厚4圆角5加强筋6支承面7孔8凸台与角支撑9螺纹10嵌件11花纹、标记、图案等3.2塑件尺寸精度1塑件尺寸与公差等级2塑件外观与表面粗糙度★塑件结构工艺性，直接关系到其成型模具的结构复杂程度、设计与制造成本及塑件的成型性能。§3.1塑件结构工艺性★只有合理的塑件结构设计，成型时才能确保塑件的内在与外观质量要求。★塑件结构形状简单，可使模具设计与制造容易，降低成本。★塑件结构形状应在不影响使用功能要求的前提下，力求简单，尽量避免塑件表面带有侧孔或凹、凸结构，使模具结构复杂化。功能上必须的侧孔或凹、凸结构，可通过合理设计，避免模具采用侧向抽芯机构。（1）避免侧孔与侧向凹、凸结构★侧向抽芯结构将使模具结构设计复杂，制造成本增加。侧抽设计塑件改进后带侧孔塑件的改进带侧孔塑件的改进带侧孔塑件的改进改进前改进前改进后改进后杯子把手避免侧凹的设计滚花表面的改进有些塑件，其内外表面所带的侧向凹凸深度不大时，采用富有韧性和弹性软材料成型，可以采用强制脱模而不用侧向抽芯机构。塑件内外表面的侧凹凸结构内侧凹凸外侧凹凸（a）（b）A－BB×100%≦5%A－BC×100%≦5%AA塑件的脱模斜度目的：便于塑件脱模，减小脱模阻力或塑件的损伤。要求：内外表面均应有足够的脱模斜度，只有当塑件高度小于5mm，且所用材料的收缩率较小时，才可不考虑脱模斜度。（2）脱模斜度α斜度α：非结晶材料：1.5°～3°半结晶材料：0.5°～3°纹理表面：每0.02mm粗糙度1.5°线性角度比例斜度标注1）斜度方向与标注★脱模斜度方向：●塑件外表面以大端为基准，斜度向缩小方向取得。●塑件内表面以小端为基准，斜度向扩大方向取得。●塑件上未注斜度，模具设计时也应考虑，斜度大小应在塑件尺寸公差范围内选取。★脱模斜度标注：●线性尺寸（包括两端尺寸）、角度和比例等。斜度方向2）脱模斜度取值★斜度大小与塑件结构、尺寸大小、精度要求和材料特性等有关。★常用塑料的斜度值一般在0.5°～1.5°之间，最小可为15′～２０′，最大可取５°～７°。当塑件上带有文字、符号或皮纹等特殊结构时，需大的脱模斜度，一般不小于8°～10°。（每0.025mm花纹深度要取1°以上的脱模斜度。）★对热塑性塑料制品，型芯的脱模斜度最小可为30´，型腔可取20´或更小。★热固性塑料制件，型芯的脱模斜度最小可取20´。★玻纤维增强塑料，型芯脱模斜度应在1°30´以上。脱模斜度塑件外表面塑件内表面尼龙（通用）尼龙（增强）聚乙烯氯化聚醚有机玻璃聚碳酸酯聚苯乙烯ABS20'～40‘20'～50'20'～45'25'～45'30'～50'35'～1°35'～1°30'40'～1°20'25'～40'20'～40'25'～45'30'～45'35'～1°30'～50'30'～1°35'～1°塑料名称热塑性塑件的脱模斜度长度L/mm直径/mm脱模斜度α/（´）4～102～1010以上15～1818～3020～405～1015以上10～1515～18热固性塑件上孔的脱模斜度热固性塑件外表面的脱模斜度长度/mm10以下10～3030以上斜角α/（´）25～3030～3535～403）脱模斜度的选用原则分析：斜度大有利于脱模；但会影响塑件尺寸精度；斜度小，会增大塑件脱模阻力或划伤塑件表面及产生顶出应力变形与破裂等缺陷。原则：•满足塑件尺寸公差要求前提下，斜度尽量取大值；•精度要求高的塑件，斜度取小值。•塑件高度或深度尺寸较大时，应选用较小的斜度。•塑件形状复杂，不宜脱模的，应选用较大的斜度。（包紧力大）•塑件材料收缩率较大的（收缩应力大），应取较大的斜度。•塑件壁厚较大时，应取较大脱模斜度值（因收缩包紧力大）。•塑件材料较硬脆的，易取较大的斜度。•塑件外表面的斜度应小于内表面的斜度（便于脱模）；开模时想要塑件留在动模型芯时，塑件内表面斜度小于外表面。•增强塑料宜取较大斜度值，含有润滑剂等的塑件可取小值。壁厚设计的基本要求：★满足使用时的强度、刚度要求；★满足熔体充模流动。设计分析：1）壁厚尽量小减小壁厚可节约材料和能源，缩短成型周期。由于塑料的导热系数差，壁厚大会增加塑件在模内的冷却时间。★壁厚过大，塑件内易产生气泡、缩孔和表面凹陷等缺陷，同时收缩大，对型芯产生的包紧力大，脱模困难。★壁厚过小，塑件强度不足，刚性差，熔体流动阻力大，充模困难，易产生欠注等缺陷。（3）壁厚壁厚过大的塑件缺陷改进前改进后内部缩孔、表面凹陷改进前改进后凹陷缩孔改进后改进前缩孔凹陷改进后改进前2）壁厚尽量均匀分析：壁厚不均，塑件各部位热量不同，需要的冷却时间不同，因收缩不一致，易造成塑件内应力而产生翘曲变形或开裂。同一塑件各部位壁厚差应小于30%。不均匀壁厚设计的改进缩痕不良设计改善的设计改进设计不均匀壁厚设计的改进当塑件壁厚差异不可避免时，在相邻壁厚连接处应逐渐平滑过渡，避免壁厚突变。尖角尖角不良设计33tt可以接受的设计,但有可能仍有问题tt1.51.5tt最好是采用相同壁厚的设计最好是采用相同壁厚的设计逐渐过渡—理想设计大约3：1的比率材料流动方向3）壁厚与流程流程是指熔融塑料由浇口流向型腔各处的距离。流程大小与塑件壁厚成正比，塑料品种t—L计算公式流动性好的（如PE、PA等）流动性中等（如PMMA、POM等）流动性差（如PC、PSU等）6.05.0100×⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=Lt7.08.0100×⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=Lt9.02.1100×⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=Lt不同类型塑料的壁厚与流程的关系壁厚与流程的关系曲线热塑性塑料的壁厚在1～4mm；热固性塑料的壁厚在1～6mm，最厚不超过13mm。™塑件的最小壁厚取决于塑料材料的流动性。★流动性好的如PA、PE、PP等最小壁厚可为0.2～0.4mm。★流动性差的如PVC、PC等最小壁厚为1mm。™塑件常用壁厚4）塑件常用壁厚和最小壁厚2.4～3.22.4～3.23.2～5.43.2～5.44.0～6.53.2～5.82.4～3.22.5～3.43.0～4.53.5～6.43.2～4.82.4～3.23.0～6.03.2～5.43.0～4.51.301.601.601.602.201.801.751.802.302.501.901.602.401.602.300.761.251.251.251.501.601.451.351.801.751.251.250.901.401.800.450.600.750.750.801.200.850.900.951.200.700.900.700.800.95尼龙（PA）聚乙烯（PE）聚苯乙烯（PS）改性聚苯乙烯有机玻璃（372）硬聚氯乙稀（HPVC）聚丙烯（PP）氯化聚醚聚碳酸脂（PC）聚苯醚（PPO）醋酸纤维素（CA）乙基纤维素（EC）丙烯酸类聚甲醛（POM）聚砜（PSU）大型塑件壁厚中等塑件壁厚小型塑件壁厚最小壁厚塑件材料#常用热塑性塑件壁厚的推件值（mm）3.2～4.83.2～4.84.8～102.503.204.801.603.202.400.901.251.00纤维素填料碎布填料无机填料氨基塑料4.8～104.803.201.00无机填料4.8～12.53.202.401.00玻璃纤维填料聚酯塑料4.8～254.8～105.0～253.204.804.801.603.203.201.251.603.20一般的棉纤维填料碎布填料无机填料酚醛塑料大型塑件壁厚中等塑件壁厚小型塑件壁厚最小壁厚塑料材料常用热固性塑件壁厚的推荐值（mm）塑件不同表面连接处均应采用圆角过渡。◎圆角的作用：★避免应力集中，引起塑件开裂；★可使塑件外形流畅美观；★改善熔体充模流动★减少磨损，延长模具寿命。塑件圆角半径最小不应小于R0.5，圆角的半径应为壁厚的25%至75%，一般建议在50%左右。对于脆性材料如PS、PMMA等，圆角半径不应小于1～1.5mm。◎圆角半径的取值不合理较好圆角尺寸（4）圆角◆圆角设计时要保持壁厚均匀。圆角的设计a）c）b）◎圆角设计分析a）外圆角太大，使圆角处壁厚减小，影响强度。b）圆角处壁厚太大，成形时易产生缩孔。c）圆角设计合理。◆圆角对应力集中的影响壁厚一定时，圆角半径值R越大，应力集中系数就越小。当圆角半径尺寸超过0.6～0.7倍的塑件壁厚时，应力集中系数基本不再减小，即再增大圆角半径对减小应力集中已不起作用。圆角与应力集中◆不合理拐角设计的改进加强筋——塑件重要的局部结构要素。加强筋的作用：★在不增加塑件壁厚的情况下，提高塑件的强度与刚性，避免塑件翘曲变形；★有利于改善塑件成形时的熔体充模流动性。加强筋可设置在塑件内表面，也可在外表面。（5）加强筋不合理加强筋设计产生的缺陷t筋的背面产生缩痕★加强筋设计的要点：1）加强筋应矮、多、薄一些为好。筋的根部厚度不宜太大。加强筋的结构加强筋之间的中心距应大于壁厚。加强筋与塑件表面连接处也应设置圆角，以免应力集中而产生裂纹。0.5tt2t连接处应圆角过渡筋之间距离可为2倍的壁厚2）加强筋的设置方向应与塑件受力和熔体充模流动方向一致，否则会使料流受到扰动，降低制品性能。筋的方向与熔体流动方向一致不良设计良好设计3）加强筋的高度常取塑件壁厚的3倍左右，并有2°～5°的脱模斜度。筋的根部厚度不应超过塑件壁厚的0.75倍，一般为壁厚的1/2。加强筋的尺寸筋的尺寸参数：L=3δA=（0.75～0.5）δα=2°～5°R=(1/8～1/4)δr=δ/8,为了保证制品基面平整，筋的端面应低于塑件支承面0.5～1mm。支承面加强筋4）同一塑件上设置多条筋时，可相互连结成格栅，能显著提高塑件强度与刚度。加强筋的布置，应尽量避免塑件产生局部应力集中，防止产生缩孔或气泡等缺陷。加强筋的布置a）不合理布置b）合理布置缩孔两壁间的加强筋布置★局部加强筋的布置改进改进各类容器、罩、壳、杯子等塑件，不宜整个底面支撑，而应设计成环形周边或数个脚点支撑。环形周边支撑面或支撑底脚的高度不应小于0.5mm。支承面、底脚与凸边支撑支承面、底脚与凸边支撑（6）支承面（（aa））底面支承，不宜采用底面支承，不宜采用（（bb））用凸边作支承面用凸边作支承面（（cc））以底脚作支承面以底脚作支承面孔的结构形式：通孔、盲孔、直孔、斜孔、方孔、圆孔、异形孔、阶梯孔、螺纹孔、简单孔和复杂孔等。不同结构形状的孔（7）孔◆保证塑件有足够的强度。不产生开裂。◆孔与塑件边缘或各孔间的距离不应小于孔的直径d。塑件上孔之间的距离及孔与塑件边缘的距离和孔径的之间的关系如下表所示。bbbd孔径d孔间距、孔边距b1.51.5～21～1.51.5～3备注：1热塑性塑料按热固性塑料的75％取值；2增强塑料宜取上限；3两孔径不一致时，则以小孔径查表。孔间距、孔边距与孔径的关系2～33～64～510～185～718～303～46～10孔的设计要求：孔的形式成形方式压缩横孔竖孔孔的深度通孔不通孔2.5d5d1.5d2.5d孔的形式成形方式孔的深度通孔不通孔10d4～5d挤塑或注塑不同工艺方法成型的孔径与孔深的关系注：1d为孔的直径；2采用纤维状塑料时，表中数值乘系数0.75。不同塑料允许成型的最小孔径和最大孔深各不相同。如：PA：孔径dmin=0.2mm，孔深h通=10dmin，h盲=4dmin；PC：孔径dmin=0.35mm，孔深h通=6dmin，h盲=2dmin；塑件孔深与孔径关系及推荐的塑件孔极限尺寸如下表。1）