塑胶件优化设计(关于结构)

塑胶件结构优化设计内容如下：1．塑胶结构设计概述2．塑胶产品设计原则3．塑胶件制程4．成型不良的原因及调节方法详解5．成型不良要因表6．常用塑料缩水率表7．常用热塑性塑造密度和密度系数表8．塑料的燃烧鉴别＆塑料的燃烧特性试验9．结构优化设计塑胶结构设计概述一.總體結構設計一套完整的模具，它函蓋有多個相關系統，它們之間相輔相成．只有當各系統達到一最佳組合，才能保證模具的正常使用和精度．因模具的結構必須符合產品的要求，不同的產品有不同的要求，而產品存在變化性和多樣性，這就決定了模具的多樣性．一般來說，典型之塑膠模具包括：澆注系統，頂出系統，溫控系統，排氣系統，抽芯系統等．為了便於理解，我們將對各系統設計原則進行分述．眾所周知，模具業為一專業性和經驗性極強的行業，模具界也深切體會到模具設計之重要，往往因設計不良，尺寸錯誤造成加工延誤，成本增加等不良效果．但培養一名足夠經驗，能獨立作業且面面具到之模具設計師，須三五年以上磨練才能達成．因他所要掌握的技能和實際經驗，函蓋到相關學科的方方面面，必須要有能力來判斷協調各系統之間的取捨輕重．１．分模面(Partingsurface)為使產品從模具中取出，模具必須分成公母模側兩部分，此分界面稱之為分模面．它有分糢和排氣的作用，但因模具精度和成型之差異，易產生毛邊，結線，有礙產品外觀及精度，選擇分模面時注意：１．不可位於明顯位置而影響產品外觀．２．開模時應使產品留在有脫模機構的一側．３．位於模具加工和產品後加工容易處．４．對於同軸度要求高的產品，盡可能將型腔設計在同一側．５．避免長抽芯，考慮將其放在公模開模方向，如一定要有應將抽芯機構盡量設在公模側．６．－般不采用圓弧部分分模，這樣會影響產品外觀．７．對於流動性好易溢邊之塑料，應采用插破方式分型可防治毛邊產生．８．對於高度高，脫模斜度小之產品，可取中間分模，型腔分兩邊以有利於脫模．一套模具的分模面，可能有一個或多個，在確定分模面時，還應考慮如下因素：１．產品的形狀，尺寸，壁厚詳加研究分析，找最佳方向來分模，俗稱“拆模”．２．了解塑料性能和成型性以及澆注系統的布局．３．注意排氣和脫模，簡化模具結構，操作方便，加工容易．它的形式有多種：水平，階梯，斜面，垂直，曲面等．２．脫模斜度(Draft)為使產品容易從模具中脫出，模具上必須設置脫模斜度．其大小視產品形狀，塑料，模具結構，表面精度和加工方式不同而異．一般為１－３°，目前尚無確切數值和公式，大多是依經驗值，在不影響產品外觀和性能之情形下，脫模斜度愈大愈好．１．箱盒和蓋：類型小於50mm50—100mm大於100mm淺薄件杯狀S/H1/30—1/351/30—1/601/60以下1/5—1/10母模側大於公模側２．柵格：柵格形狀，尺寸及肉厚不同應有不同的脫模斜度，經驗公式如下：0.5(A---B)/H=1/12—1/14A=大端尺寸B=小端尺寸H=高度柵格節距在4mm以下之場合，脫模斜度為1/10左右,柵格肉厚超過８mm，斜度不可過份加大，可在母模側多留膠位處分模，如柵格段膠位加大，可考慮加大斜度．３．加強筋：可改善料流，防止應力變形，並起補強作用．ａ．縱肋：0.5(A-B)/H=1/500—1/200ｂ．底肋：0.5(A-B)/H=1/150—1/100ｃ．凸柱：0.5(大端直徑–小端直徑)/Ｈ＝1/30—1/20(內外孔在模具同一側)母模側：0.5(大端直徑–小端直徑)/Ｈ＝1/50—1/30公模側：0.5(大端直徑–小端直徑)/Ｈ＝1/100—1/50(內外孔在模具兩側)注:母模側脫模斜度可較公模側大些，以利於脫模．３．肉厚（Thickness）產品的肉厚會直接影響到成型周期和生產效率，並會因肉厚不均引起縮收下陷和應力產生，設計模具時，決定肉厚應注意：1.產品機械強度是否充分．2.能否均勻分散衝擊力和脫模力，不發生破裂．3.有埋入件時，須防止破裂，是否會因肉薄產生結合線而影響強度．4.盡可能肉厚一致，以防縮收下陷．5.肉太薄是否會引起充填不足或阻礙料流．以下為常見塑料標準肉厚參考:塑料PEPPPAPOMPSPBTABSPMMAPVCPCAS肉厚0.5—3.00.6—3.00.5—3.01.5—5.01.2—3.50.8—3.01.2—3.51.5—5.02.0—5.01.5—5.01.2—3.5４．凸柱（Boss）一般為產品上凸出之圓柱，它可增強孔的周邊強度，裝配孔及局部增高之用．必須防止因肉厚增加造成縮水和因聚集空氣造成充填不滿或燒焦現象，設計時注意點：1.其高度以不超過本身直徑之兩倍為宜，否則須增設加強筋．2.其位置不宜太接近轉角或側壁，以利於加工．3.優先選擇圓形，以利於加工和料流，如在底部可高出底面0.3—0.5mm．５．孔(Hole)在多數產品上都有孔的存在，其主要有三種方法來取得:1.在產品上直接成型2.在產品上先成型預留孔，再機加工完成．3.成型后完全由機加工鑽孔．設計時須注意以下幾點：1.孔與孔之間距離須孔徑2倍以上．2.孔與產品邊緣之距離應為孔徑之3倍以上．3.孔之周邊宜增加肉厚．4.孔與產品側壁之距離應為孔徑0.75倍以上．5.孔之直徑在1.5mm以下時，很容易產生彎曲變形，須注意孔深不宜超過孔徑2倍以上．6.分模面在中間之通孔，為防止偏心，可將不重要一側之孔徑加大．６．螺紋(scrow)為裝配之用，產品上有時會有螺紋設計，它可以直接成型，也可以在成型後再機械加工．對於經常拆卸或受力大之螺紋，則采用金屬螺紋鑲件，設計時注意如下原則：1.螺距小於0.75mm之螺紋避免使用，最大可使用螺距5mm之螺紋．2.因塑料收縮原因，避免直接成型長螺紋，以防螺距失真．3.螺紋公差小於塑料收縮量時，避免使用．4.如內外螺紋配合，須留0.1—0.4mm之間隙．5.螺紋部分應有1--3°脫模斜度．6.螺牙不可延長至產品末端，須設0.8mm左右之光桿部位．以利於模具加工和螺紋壽命．7.在一些類似瓶蓋產品上，它會設一些豎琨紋，其間距宜大，最小為1.5mm，一般為3.0mm，在分模面設至少0.8mm平坦部位．７．鑲嵌件(Insert)為了防止產品破裂，增加機械強度或作為傳導電流之媒體及裝飾之用，在產品成型時常埋入鑲嵌件，注意要點：1.保證鑲件牢靠性，鑲件周圍膠層不能太薄．2.鑲件和鑲件孔配合時須松緊合適，不影響取放．3.為使鑲件與塑膠結合緊密，埋入部分常設計成粗糙或凹凸之形狀(壓花．鑽孔．沖彎．切槽．倒扣等)．８．其他要點(Other)1.加強筋不可太厚，一般不超過肉厚的一半，以防縮水．2.只要不影響外關和功能，光面盡量改為咬花面，這樣可減少模具加工難度，增加美感，防止縮水產生．3.在凸柱周邊，可除去部分肉厚，以防止收縮下陷．4.肉厚較薄之孔，應將孔邊及高度增加，以便補強．5.心芯梢受收縮力影響，產品頂出時易造成破裂，可設置凸邊，承受頂出力．6.轉角設Ｒ，可改善強度，防止應力集中有利於料流．7.避免銳角，薄肉部份易使材料充填不足．8.外邊有波紋之產品，為方便後加工，可改為加強邊緣．9.分模面有階段形時，模具加工不易，考慮改為斜線或曲線分模．10.貫穿之抽芯易發生故障，改為兩側抽芯為佳．11.因圓形比其他形狀加工更易，可降低成本，優先選用．12.在產品上加蝕文字或圖案時，如無特殊要求，盡量設計凹字，便於模具加工．二.澆注系統設計澆注系統是塑模設計中一重要環節，常分為普通和無流道澆注系統．它跟所用塑料產品形狀，尺寸，機台，分模面有密切關係．設計時注意以下原則：1.流道盡量直，盡量短，減少彎曲，光潔度在Ra=1.6—0.8um之間．2.考慮模具穴數，按模具型腔布局設計，盡量與模具中心線對稱．3.當產品投影面積較大時，避免單面開設澆口，以防注射受力不均．4.澆口位置應去除方便，在產品上不留明顯痕跡，不影響產品外觀．5.主流道設計時，避免塑料直接沖擊小型芯或小鑲件，以免產生彎曲或折斷．6.主流道先預留加工或修正餘量，以便保證產品精度．1.主流道設計主流道是連接機台噴嘴至分流道入口處之間的一段通道，是塑料進入模具型腔時最先經過的地方．其尺寸，大小與塑料流速和充模時間長短有密切關係．太大造成回收冷料過多，冷卻時間增長，包藏空氣增多．易造成氣泡和組織松散，極易產生渦流和冷卻不足；如流徑太小，熱量損失增大，流動性降低，注射壓力增大，造成成型困難．一般情況下，主流道會制造成單獨的澆口套，鑲在母模板上．但一些小型模具會直接在母模板上開設主流道，而不使用澆口套．主流道設計要點：1.澆口套內孔為圓錐形(2--6°)，光潔度在Ra=1.6—0.8um．錐度須適當，太大造成壓力減少，產生濣流，易混進空氣產生氣孔，錐度過小會使流速增大，造成注射困難．2.澆口套口徑應比機台噴嘴孔徑大1—2mm，以免積存殘料，造成壓力下降，澆道易斷．3.一般在澆口套大端設置倒圓角(R=1—3mm)，以利於料流．4.主流道與機台噴嘴接觸處，設計成半球形凹坑，深度常取3—5mm．特別注意澆口套半徑比注嘴半徑大1—2mm，一般取R=19—22mm之間，以防溢膠．5.主流道盡量短，以減少冷料回收料，減少壓力和熱量損失．6.主流道盡量避免拼塊結構，以防塑膠進入接縫，造成脫模困難．7.為避免主流道與高溫塑膠和射嘴反復接觸和碰撞造成損壞，一般澆口套選用優質鋼材加工，並熱處理．8.其形式有多種，可視不同模具結構來選擇，一般會將其固定在模板上，以防生產中澆口套轉動或被帶出．2.分流道設計分流道是主流道的連接部分，介於主流道和澆口之間，起分流和轉向作用．分流道必須在壓力損失最小的情況下，將熔融塑膠以較快速度送到澆口處充模，因在截面積相等的條件下，正方形之周長最長，圓形最短．面積如太小，會降低塑料流速，延長充模時間，易造成產品缺料，燒焦，銀線，縮水；如太大易積存過多氣體，增加冷料，延長生產周期，降低生產效率．對於不同塑膠材質，分流道會有所不同，但有一個設計原則：必須保證分流道的表面積與其體積之比值最小．即在分流道長度一定的情況下，要求分流道的表面積或側面積與其截面積之比值最小．分流道型式有多種，它因塑膠和模具結構不同而異，常用型式有圓形，半圓形，矩形，梯形，Ｕ形，正六邊形，如圖：設計時基本原則：１.在條件允許下，分流道截面積盡量小，長度盡量短．２.分流道較長時，應在末端設置冷料穴，以容納冷料和防止空氣進入，而冷料穴上一般會設置拉料桿，以便於膠道脫模．３.在多型腔模具中，各分流道盡量保持一致，長度盡量短，主流道截面積應大於各分流道截面積之和．４.其表面不要求過份光滑(Ra=1.6左右)，有利於保溫．５.如分流道較多時，應考慮加設分流錐，可避免熔融塑膠直接沖擊型腔，也可避免塑料急轉彎使塑膠平穩過渡．６.分流道一般采用平衡式方式分布，特殊情況可采用非平衡方式，要求各型腔同時均衡進膠，排列緊湊，流程短，以減少模具尺寸．７.流道設計時應先取較小尺寸，以便於試模後有修正餘量．一般的流道直径（尺寸）树脂流道径mm)ABS.AS4.8~9.5ACETAL(P.O.M)3.2~9.5压克力8.0~9.5耐冲击用压克力8.0~12.7酢酸塞璐珞4.8~11.1IONOMER2.3~9.5耐龙1.6~9.5PC4.8~9.5PB4.8~9.5PE1.6~9.5PPO6.4~9.5PS3.2~9.5PVC3.2~9.53.澆口設計澆口是指流道末端與型腔之間的連接部分，是澆注系統的最後部分．其作用是使塑料以較快速度進入並充滿型腔．它能很快冷卻，封閉．防止型腔內還未冷卻的熱膠倒流．設計時須考慮產品尺寸，截面積尺寸，模具結構，成型條件及塑膠性能有關．澆口盡量短小，與產品分離容易，不造成明顯痕跡，其類型多種多樣，主要有：浇口的种类及其特微浇口的种类浇口的断面积成形性后精修加工其他特点直接浇口大1.成形性良好，后加工困难2.浇口部易生内部残锱应力。膜浇口扁形浇口良好困难1.成形性良好，后加工困难2.流痕或定向佳，具防止变形之效果环形浇口圆形浇口1．成形性容易，后加工困难。2主要适于圆筒部品，有孔成品，可得无结合线之凸片浇口稍良好稍良好1为侧面浇口之一种，可解决浇口部的残锱应力问题侧面浇口容易1