模具设计十大技巧

十大设计窍门:共十章ByJürgenHasenauer,DieterKüper,JostE.LaumeyerandIanWelsh节约成本设计低成本设计价格是一个设计要素设计者对塑料零部件最终的成本负有大部分的责任。他的决策预先决定了生产、模具制作和组装的成本。后期的修正和优化通常是昂贵和不可行的。原材料性能影响成本充分发挥塑料原材料特性的优势，在许多方面可以节约成本。§多功能一体化设计将几种功能汇集在一个零部件上，可减少零件数量。§运用低成本组装技术卡扣，焊接装置，固定装置，双料注塑技术等。§利用自润滑特性减少对额外和持续润滑油的需要§免却表面处理程序塑料能着色、耐化学品和耐腐蚀、电器及热绝缘等性质。§结核作用同系列的原材料有不同的结晶周期，这是因为结核剂在熔融冷却阶段产生加速结晶效果。成品设计影响成本除了以上提到的，注意以下各点能够进一步节约成本。§壁厚优化壁厚分配可以影响原料成本，节省生产时间。§模具双面模具可以减少对开数量。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建§公差要求过高的公差会增大产品的不合格率和质量管理成本。§原料采用低变形聚合物来减少翘曲变形问题（如在玻纤材料中加入适量矿物），选择快定型或快固化原料可以减少成型周期和冷却时间，见图1按生产各步骤成本比较当注塑零件从注射机中脱出时，应立即准备装配，不需要任何额外的处理。如果需要进行后处理，总体塑料成本则经常可会相等于金属成本。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建设计决定生产成本壁厚的增加并不总能增大强度，却意味着生产和原料成本的增加。半结晶性热塑性塑料在固化时容积会有很大收缩。在保压阶段，这种收缩必须由连续的熔融进料来补偿。每毫米壁厚的保压时间大约为：§聚甲醛树脂：8秒§非增强聚酰胺66：4－5秒§增强聚酰胺66：2－3秒（用于高达3毫米壁厚）典型应用举例金属设计必须进行机械加工，并经常通过许多装配环节，才能完成单一部件，与之相反，塑料加工科技则能提供可观的成本节约机会。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建中，牵引棒、弹簧、锯齿、卡扣和轴承都为一次注射成型。而同样的金属设计则需要不少于5个独立元件来组装，并且当轴杆与活塞连接时，还需要润滑。实际上，在这一环节使用聚甲醛树脂便可以不用另加润滑剂。见图4图4中所示的电线缆扣设计中是将卡扣配合活接铰的设计，将生产成本降低及令装配更容易，若使用比较脆性材料，则可用另一卡扣来取替活接铰设计便可。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建在设计过程中，设计者有必要规定模腔的设计。他要决定顶出装置和所需模具活动块的数量。通过巧妙的排列，可以用模芯来代替活动块。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建大设计窍门:共十章ByJürgenHasenauer,DieterKüper,JostE.LaumeyerandIanWelsh浇口的位置正确的浇口位置错误地选择浇口体系的类型和，除了会引起加工问题，还会对塑料制品的质量产生一定的影响。因而，设计部门决不能低估浇口位置的重要性。设计者不但要进行塑料制品的设计计算，还必须特别注意模具的浇口设计。他们必须选择正确的浇口体系以及浇点的数目和位置。浇口的类型和位置不同都将对制品的质量产生较大的影响。浇口位置的选择将决定塑料制品以下性质：§填充行为§制品的最终尺寸（公差）§收缩行为，翘曲§机械性能水平§表面质量（外观）如果设计者选择了错误的浇口，成型加工时几乎不可能从优化加工参数来矫正由此产生的后果。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建制品在不同方向上的性能测定在注射成型过程中，长链的塑料分子、纤维填料和增强材料的取向主要由熔融塑料的流动方向决定，这导致了部件性能对方向的相关性（各向异性）。例如，流动方向上的伸展性能比垂直方向上的伸展性能要好得多（见图1）。含有纤维增强材料的部件所受到的影响比不含纤维增强材料的部件要大得多。纤维的取向也引起部件在水平和垂直方向上的收缩差异，这将异致部件发生翘曲。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建条或更多的熔流会聚到一起时，就会产生熔合线。例如，在熔体需要流经嵌件，或制品同时在几点进行浇注时，就会出现熔合线（见图2a和2b）。而且，同一制品中不同的壁厚可能导致熔体前方分离，从而产生熔合线。当应从模具中排除的空气被熔体封闭在模具中无法溢出时，就会产生空气存集（出现气泡）。熔合线和空气存集通常被作为表面缺陷的表现。除了会使表面难看外，它们还会明显降低受影响区域的机械性能，特别是冲击强度（见图3和图4）。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建浇口位置选择不当引起的不利后果因为浇口常留下明显痕迹，因而不能设置在对外观表面要求高的区域。在任何一浇口区域都会产生高压力（剪切），将明显降低塑料树脂的性能（图5）。不含增强材料的塑料的熔合线质量明显高于含增强材料塑料的熔合线质量。熔合线区域的质量衰减因子与填料和增强材料的类型和含量有很大关系，加工助剂、阻燃剂等添加剂都对熔合线质量有不利的影响。因而，很难评估这些因子对部件的最终强度的影响有多大。而且，熔合线区域在张力下有高的承载能力并不意味着它的耐冲击能力或耐疲劳能力好。图5由于含有纤维增强材料，熔合线区域的纤维的排列方向与流动方向垂直。这将明显降低部件在这一点的机械性能（见图6）。图6PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建正确的浇口位置复杂的模具不可能没有熔合线。如果不能减少熔合线的数目，就应根据表面质量和机械强度考虑将它们设置在模具不重要的位置。这可以通过改变浇口位置或增大/降低部件的壁厚来实现。基本设计原则：§不要将浇口置于高压力区域§尽量避免或减少熔合线§尽量使熔合线远离高压力区域§对于增强型塑料，浇口位置决定零件的翘曲性能§提供足够的排气口以避免空气存集PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建十大设计窍门:共十章ByJürgenHasenauer,DieterKüper,JostE.LaumeyerandIanWelsh加强肋理想的设计为了克服壁厚大可能引起的问题，使用是一种可减少壁厚并能增加刚性的有效方法。一般来说，部件的刚性可用以下方法增强§增加壁厚；§增大弹性模量（如加大增强纤维的含量）；§设计中考虑。如果设计用的材料不能满足所需刚性，则应选择具有更大弹性模量的材料。简单的方法是增加塑料中增强纤维的含量。但是，在特定壁厚下，这种方法仅能使刚性呈线性增长。更有效的方法是使用经过优化设计的。由于惯性力矩增大，部件的刚性便会增大。在优化的尺寸时，不但要考虑工程设计应当考虑的问题，还应考虑与生产和外观有关的技术问题。优化的尺寸大的惯性力矩可很容易地通过设置又厚又高的来实现。但是对热塑性工程塑料，这种方法常会产生制品表面凹痕、内部空洞和翘曲等问题。而且，如果的高度过高，在负荷下结构将有可能膨胀。出于这种考虑，必须在合理比例内保持的尺寸（见图1）。图1PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建为确保带的制品容易顶出，必须设计一个适当的脱模锥度（见图2）。图2防止材料堆积对于表面要求非常高的组件，如汽车轮盖，的尺寸是非常重要的。正确的设计可以减少组件形成表面凹痕的可能，以提高组件的质量。的底部的材料积聚在图1所示的圆中。这个圆的大小与的尺寸相关，应该越小越好，这样才能减小或避免凹痕。如果圆太大，可能会形成内部空洞，制品的机械性能将会非常差。减少底部的应力如果给一个有的组件以负载，则的底部可能会产生应力。在这一部位如果没有圆弧，可能会产生非常高的应力集中（见图3），通常会导致组件的断裂和报废。补救措施是建立一个半径足够大的圆弧（图1），使肋底部建立更好的应力分布。图3但如果圆弧半径太大，也会增大上文提及的圆的直径，而导致上文已经提及的问题。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建在塑料设计中，十字结构是最好的，因为它能应付许多不同的负荷排列变化（图4）。正确设计的可承受预期应力的十字结构，可以确保在整个制品上的应力均匀分布。在的十字交叉处形成的节点（图5）代表材料的积聚，但可以将节点中心挖空,以防止产生问题。还必须注意，不要在交叉处和组件的边相交的地方形成材料积聚（图6）。图5PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建大设计窍门:共十章ByJürgenHasenauer,DieterKüper,JostE.LaumeyerandIanWelsh基本装配技术最佳装配技术－第一部分一些被所有设计师认可的简单装配技术如卡扣装配、压机装配和螺纹装配等，以其简便、快速地装配组件可大大地节约生产成本。装配技术分为“分离”和“集成”两种类型。以下各项归入集成装配工艺。§焊接§固定§粘接§嵌入技术§90度角卡扣分离装配包括：§小于90度角卡扣§螺扣装配§中心装配§压机装配卡扣装配设计卡扣装配的最大优势是不需要增加额外装配部件。塑料加工中最通用的卡扣类型有：§倒钩型卡扣§圆柱形卡扣§球座型卡扣在所有这些卡扣设计中，设计者必须确保配件的几何尺寸，避免应力松弛引起装配部件松动。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建基本设计原理卡扣装配的设计取决于使用的材料容许的变形。举个例子，由于聚酰胺在干燥状态下比常规状态下能容许的变形更低，有必要加倍注意这种材料的应用，玻璃纤维含量对材料的所允许变形也有很大的影响，因此对倒钩允许的倾斜度也有影响。（见图1）见图2在倒钩型卡扣装配中，尖的倒钩尖端可以减小倒钩变形时的应力（见图2），这种设计能够使应力在整个倒钩弯杆部分均匀分散。倒钩基部的应力集中相对减小。装配压力也有相当程度的减少。忽略了倒钩底部与构件主体之间连接处的曲率半径应该足够大的问题，通常导致出现脆弱点。原则上说，应该提供足够大的曲率半径来避免压力集中。经常将圆柱或球孔型卡扣装配系统开槽，使其装配起来更加方便，因此，槽尾不得设计成尖状的边缘。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建压件装配压件装配可以使塑料组件在最低的成本下进行高强度装配。例如对卡扣装配来说，由于应力松弛，高压装配的拉力强度随着时间的流逝而减少（见图3）。设计计算必须把它考虑进去。另外，必须作使用温度周期变化的试验，以保证设计的可行性。螺纹装配螺纹装配由分离型、组合型螺杆或整体螺杆嵌件的运用组成。材料的挠曲模量给螺件的合理装配提供了指导。例如，带螺纹的螺丝的弯曲模量可以达到2800Mpa。如果需要使用公制的螺丝，或者螺纹装配需要多次来完成，这就需要采用金属的细纹嵌件。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建为了避免不合格组件的产生，确保正确的轴套尺寸是关键的一环（见图4）。螺件制造商可在这方面提出不少建议。见图5PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建由于产生的压力会使螺母口张开，