产品结构设计 0塑料制品的设计

第三章塑料制品的设计塑料成型工艺及模具设计第3章塑件设计本章基本内容塑件尺寸、精度及表面质量塑件的形状结构设计第3章塑件设计学习目的与要求掌握塑件成型工艺性与模具结构关系掌握塑件形状结构与模具结构的关系第３章塑件设计本章重点对塑件的尺寸、精度及表面质量的理解。塑件形状结构的设计。螺纹塑件及带嵌件塑件的设计。第３章塑件设计本章难点对塑件成型工艺性、塑件的形状结构与模具结构的关系的理解。第３章塑件设计3.2尺寸精度与表面质量3.3形状和结构设计3.4壁厚与脱模斜度3.5嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计3.6思考题3.1塑件设计原则3.1塑件设计塑件设计原则:⑴满足使用要求和外观要求⑵针对不同物理性能扬长避短⑶便于成型加工⑷尽量简化模具结构3.2.1尺寸精度3.2.2尺寸精度的确定3.2.3表面质量3.2尺寸精度与表面质量3.2.1尺寸精度1、塑件尺寸概念塑件尺寸——塑件的总体尺寸。2、塑料制品总体尺寸受限制的主要因素：*塑料的流动性*成型设备的能力3.2尺寸精度与表面质量3.2尺寸精度与表面质量影响塑件尺寸精度的因素：1、模具制造的精度，约为1/3。2、成型时工艺条件的变化，约为1/3。3、模具磨损及收缩率的波动。具体来说，对于小尺寸制品，模具制造误差对尺寸精度影响最大；而大尺寸制品则收缩波动为主要。3.2.2尺寸精度的确定表3—1是模塑件尺寸公差国家标准（GB/T14486－1993），表3—2是常用塑料材料的公差等级选用。将表3—1和表3—2结合起来使用，先查表3—2，根据模塑件的材料品种及用要求选定塑件的尺寸精度等级，再从表3—1中查取塑件尺寸公差。然后根据需要进行上、下偏差分配。如基孔制的孔可取表中数值冠以(+)号，如基轴制的轴可取表中数值冠以(-)号，其余情况则根据材料特性和配合性质进行分配。3.2尺寸精度与表面质量3.2.3表面质量1、塑件制品的表面质量要求:①表面粗糙度要求。②表面光泽性、色彩均匀性要求。③云纹、冷疤、表面缩陷程度要求。④熔结痕、毛刺、拼接缝及推杆痕迹等缺陷的要求。3.2尺寸精度与表面质量3.2尺寸精度与表面质量3.2.3表面质量2、型腔表面粗糙度要求①一般，型腔表面粗糙度要求达0.2-0.4mm。②透明制品型腔和型芯粗糙度一致。③非透明制品的隐蔽面可取较大粗糙度，即型芯表面相对型腔表面略为粗糙。``3.3形状和结构设计3.3.1形状3.3.2结构设计设计塑件的内外表面形状要尽量避免侧凹结构，以避免模具采用侧向分型和侧向抽芯机构，否则因设置这些机构而使模具结构复杂.不但模具的制造成本提高，而且还会在塑件上留下分型面线痕，增加了去除飞边的后加工的困难。以成型侧孔和凸凹结构为例。比较两种方案，从而选择优良的设计方案。3.3形状和结构设计3.3.1形状3.3形状和结构设计图3-1a所示塑件在取出模具前，必须先由抽芯机构抽出侧型芯，然后才能，取出模具结构复杂。图3-1b侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单。图3-2a所示塑件的内侧有凸起，需采用由侧向抽芯机构驱动的组合式型芯，模具制造困难。图3-2b避免了组合式型芯，模具结构简单。图3-1具有侧孔的塑件图3-2塑件内侧表面形状改进aabb3.3.1形状3.3形状和结构设计图3-3、3-4的图a形式需要侧抽芯，图b形式不需侧型芯。3.3.1形状aabb图3-3取消塑件上不必要的侧凹结构图3-4无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构3.3形状和结构设计当塑件的内外侧凹陷较浅，同时成型塑件的塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛这类仍带有足够弹性的塑料时，模具可采取强制脱模。3.3.1形状为使强制脱模时的脱模阻力不要过大引起塑件损坏和变形，塑件侧凹深度必须在要求的合理范围内，见图3—6下面的说明(公式)，同时还要重视将凹凸起伏处设计为圆角或斜面过渡结构。3.3形状和结构设计3.3.2结构设计3.3形状和结构设计3.3.2结构设计图3—6可强制脱模的浅侧凹结构a)(A-B)×100%/B≤5%b)(A-B)×100%/C≤5%3.4壁厚与脱模斜度3.4.1脱模斜度设计3.4.2塑件壁厚设计3.4.3加强筋及其它增强结构3.4.5增加刚性减少变形的其他措施3.4.6塑件支承面的设计3.4.7塑件圆角的设计3.4.8塑件孔的设计3.4.9采用型芯拼合复杂型孔3.4.1脱模斜度设计当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。如图3-7一般来说，塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。⑴热塑性塑料件脱模斜度取0.5°-3.0°。热固性酚醛压塑件取0.5°-1.0°。⑵塑件内孔的脱模斜度以小端为准，符合图样要求，斜度由扩大方向得到；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向得到。⑶塑料收缩率大，塑件壁厚大则脱模斜度取大些。⑷对塑件高度或深度较大的尺寸，应取较小的脱模斜度。3.4.1脱模斜度设计脱模斜度的选择原则：在压塑成型深度较大的塑件时，不但要求阴阳模均有脱模斜度，而且还希望阳模的斜度大于阴模的斜度。在压模闭合时，由于尖劈作用使塑件上部密度得以保证。3.4.1脱模斜度设计3.4.2塑件壁厚设计塑件的最小壁厚应满足的条件：*保证塑件的使用时的强度和刚度。*使塑料熔体充满整个型腔。塑件壁厚过小，则塑料充模流动的阻力很大，对于形状复杂或大型塑件成型较困难。塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了塑件的生产率，还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。就设计原则来说要求同一塑件各处的壁厚均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。如图3-9，3-10，3-11.当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,如图，使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。3.4.2塑件壁厚设计3.4.3加强筋及其它增强结构为了提高塑件的强度和防止塑件翘曲变形,常设计加强筋,如图筋的设置位置应沿塑料充模流向，降低充模流动阻力．见图3-12加强筋的正确形状和尺寸比例如图3-15所示。3.4.4加强筋的主要形式加强筋的设计原则：⑴沿塑料流向设置，从而降低塑料的充模流动阻力。如图3-13⑵应避免或减少塑料的局部集中，以防止产生凹陷和气泡。如图3-14⑶加强筋以设计矮一些多一些为好。⑷筋与筋的间隔距离应大于塑件的壁厚。3.4.5增加刚性减少变形的其他措施将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处赐于开裂变形损坏，故应按照下图所示方法来给予加强。当塑件较大、较高时，可在其内壁及外壁设计纵向圆柱、沟槽或波纹状形式的增强结构。3.4.6塑件支承面的设计当塑件上有一面作为支承面来使用时，将该面设计为一个整面是不合理的，如图3-19所示。因为平板状在成型收缩后很容易翘曲变形，稍许不平都会影响良好的支承作用，故以边框式或点式(三点或四点)结构设计塑件支承面。如下图塑料盘所示。当塑件底部有加强筋时，应使加强筋高度低于支承面至少0.5mm。如图3-20固用的凸耳或台阶应有足够的强度，以承受紧固时的作用力。应避免台阶突然过渡和支承面过小，凸耳应用加强筋加强,如图3-21.3.4.6塑件支承面的设计3.4.7塑件圆角的设计塑件除了必须要保留的尖角外，凡转角处应采用圆弧过渡。一般即使取0.5也可以增加塑件的强度。设计塑件内外表面转角圆角时，应象图3-22所示确定内外圆角半径。塑件设计成圆角的作用：⑴避免产生应力集中。⑵提高了塑件强度。⑶利于塑料的充模流动。⑷塑件对应模具型腔部位设计成圆角，可以使模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂，提高模具的坚固性。3.4.8塑件上孔的设计孔与孔的距离，孔边至塑件边缘距离应不小于孔径。固定用孔因承受较大负荷，可设计周边增厚来加强。如图3-23所示。塑件上的孔分通孔和盲孔两大类，下面分别介绍它的成型方法。成型通孔时型芯的这三种结构形式，是根据通孔大小和深度的具体情况从而满足型芯足够的抗弯能力的需要出发而设计。如图3-243.4.8塑件上孔的设计盲孔：盲孔只能用一端固定的型芯来成型。为避免型芯弯曲，对于注射和压注成型，孔深不得大于孔径的４倍；对于压缩成型，平行与施压方向的孔深度为孔径的２倍．对于细长型芯,为防止其弯曲变形，在不影响塑件的条件下，可在塑件的下方设支承柱来支撑。如图３-２５所示。斜孔或形状复杂的孔可采用拼合的型芯来成型。如图３-２６所示3.5嵌件的安放与塑料螺纹、齿轮设计3.5.1塑料铰链设计3.5.2模塑螺纹的特点3.5.3模塑螺纹的结构设计3.5.4塑料齿轮的设计3.5.5带嵌件塑件的设计3.5.6嵌件的主要结构形式3.5.7嵌件的设计要点3.5.1塑料铰链设计对于聚乙烯、聚丙烯等软性带盖容器，可以将盖子和容器注射成型为一个整体，其间用铰链结构连接。图3-30是铰链的截面形式。由图可知，铰链部位塑件壁厚减薄，且减薄处以圆弧过渡，盖子与容器合拢打开时这段薄片弯曲转动。1、塑件上螺纹成型可用以下三种成型方法①模具成型②机械加工制作③在塑件内部镶嵌金属螺纹构件。2、模塑螺纹的性能特点：①模塑螺纹强度较差，一般宜设计为粗牙螺纹。②模塑螺纹的精度不高，一般低于GB3级。3.5.2模塑螺纹的特点3.5.3模塑螺纹的结构设计由模具的螺纹成型机构对应获得三种结构型式的模塑螺纹。它们是整圆型螺纹、对拼型螺纹和间断型螺纹。整圆螺纹是由完整的螺纹型腔或螺纹型腔或螺纹型芯成型出来，螺纹表面光滑无痕，塑件脱离模具时，模具螺纹成型零件需做旋转脱离动作；对拼螺纹是由两瓣螺纹型成型的，塑件表面在两瓣型腔拼合初呈现出一道线痕（分型线），两瓣型腔分离塑件即可脱出模具；间断螺纹为螺纹在周向上断离为几截，有断为两截、三截、四截等。内螺纹断为两截时，用内侧抽芯机构可快速完成塑件脱模动作。将外螺纹断为若干截的目的主要是为了减少螺纹副间的结合面，提高旋合性。模塑螺纹起止端不能设计退刀槽，也不宜用过渡锥面结构。这一点与金属螺纹件的要求不同。模塑螺纹起止端应设计为圆台即圆柱结构，以提高该处螺纹强度并使得模具结构简单。abc3.5.3模塑螺纹的结构设计3.5.4塑料齿轮的设计设计时应避免模塑、装配和使用塑料齿轮时产生内应力或应力集中；避免收缩不均而变形。为此，塑料轮要尽量避免截面突变，应以较大圆弧进行转角过渡，宜采用过渡配合和用非圆孔（见图3—40b）连接，不应采用过盈配合和键连接。图3-403.5.5带嵌件塑件的设计1、塑件中镶入嵌件的目的：增加局部强度、硬度、耐磨、导磁、导电性能，加强塑件尺寸精度和形状的稳定性，起装饰作用等。2、嵌件结构有柱状、针杆状、片状和框架等如图3-34所示。3.5.5带嵌件塑件的设计3、嵌件设计的要点：⑴防止嵌件在塑件中转动或被抽离。柱状嵌件可在外形滚直纹并切出沟槽，或在外表面滚菱形花纹。针杆状嵌件可切口或冲孔。如图3-34所示。3.5.6嵌件的主要结构形式⑵防止成型时嵌件周围产生严重的应力集中和熔接痕。嵌件转折处应以斜面或圆角过渡，在机加工后应进行去毛刺和去油污处理。⑶保证嵌件安装准确并具有良好的稳定性。模具的定位孔、定位杆或定位槽与嵌件之间采用间隙配合，配合长度应足够使嵌件抵抗物料的冲击。图3-35、3-36分别所示螺杆嵌件和螺母嵌件的定位安装方法。⑷防止细长或薄板类嵌件受塑料压力作用而弯曲变形。如图３-３７所示。⑸为了提高安放嵌件的效率，可采取将嵌件成组安放。塑件成型之后再将嵌件两端连接部分切断。如图３-３９所示。3.5.7嵌件的设计要点思考题1.影响塑件尺寸精度的原则？（答案）2.塑件设计的原则?（答案）3.脱模斜度的选择规则？（答案）4.壁厚对塑件的影响？（答案）5.加强筋的选择？（答案）6.为什么塑件要设计成圆角的形式？（答案）7.塑料螺纹的性能特点？（答案）１、影响塑件尺寸精度的原则：a.模具制造的精度，约为1/3b.成型时工艺条件的变