塑料螺纹等结构设计

2.5嵌件、塑料螺纹等结构设计2.1塑件设计原则第2章塑料制件的设计2.2尺寸精度与表面质量2.3塑件形状设计2.4塑件结构设计内容简介：本章主要讲述塑件形状设计要求和设计实例；脱模斜度的确定；塑件壁厚的设计及壁厚均匀性；塑件的支承面、塑件上的孔、嵌件、文字、凸凹纹的设计；塑件结构设计示例；塑件的尺寸精度和表面粗糙度的确定。第2章塑料制件的设计塑件设计原则: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2.2.1尺寸精度2.2.2尺寸精度的确定2.2.3表面质量2.2尺寸精度与表面质量2.2.1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2.2尺寸精度与表面质量2.2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。2.2.2尺寸精度的确定表3—2是模塑件尺寸公差国家标准（GB/T14486－1993），表3—3是常用塑料材料的公差等级选用。将表3—2和表3—3结合起来使用，先查表3—3，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—2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。2.2尺寸精度与表面质量2.2.3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。2.2尺寸精度与表面质量2.2尺寸精度与表面质量2.2.3表面质量2、模具表面粗糙度要求①一般，型腔表面粗糙度要求达0.2-0.4mm，模具表面粗糙度要比塑件的要求低1～2级。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。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。2.3.1侧凹与侧凸2.3塑件形状设计图2-1a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2-1b侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单。图2-2a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2-2b避免了组合式型芯，模具结构简单。图2-1具有侧孔的塑件图2-2塑件内侧表面形状改进aabb2.3塑件形状设计图2-3、2-4的图a形式需要侧抽芯，图b形式不需侧型芯。aabb图2-3取消塑件上不必要的侧凹结构图2-4无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构2.3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。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2—5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。2.3形状和结构设计2.3.2强制脱模图2—5可强制脱模的浅侧凹结构a)(A-B)×100%/B≤5%b)(A-B)×100%/C≤5%2.3塑件形状设计2.4塑件结构设计2.4.1脱模斜度设计2.4.2塑件壁厚设计2.4.3设置加强筋2.4.4增加刚性减少变形的其他措施2.4.5塑件支承面的设计2.4.6塑件圆角的设计2.4.7塑件孔的设计2.4.8采用型芯拼合复杂型孔2.4.1脱模斜度为便于塑件从模腔中脱出，在平行于脱模方向的塑件表面上，必须设有一定的斜度，此斜度称为脱模斜度。斜度留取方向，对于塑件内表面是以小端为基准(即保证径向基本尺寸)，斜度向扩大方向取，塑件外表面则应以大端为基准(保证径向基本尺寸)，斜度向缩小方向取，如图2-6所示。图2—6塑件上斜度留取方向设计塑件时如果未注明斜度，模具设计时必须考虑脱模斜度。模具上脱模斜度留取方向是：型芯是以小端为基准，向扩大方向取。型腔是以大端为基准，向缩小方向取。这样规定斜度方向有利于型芯和型腔径向尺寸修整。斜度大小应在塑件径向尺寸公差范围内选取。当塑件尺寸精度与脱模斜度无关时，应尽量地选取较大的脱模斜度。当塑件尺寸精度要求严格时，可以在其尺寸公差范围内确定较为适当的脱模斜度。塑件内表面的脱模斜度应大于其外表面的脱模斜度。开模脱出塑件时，希望塑件留在有脱模装置的模具一侧。要求塑件留在型芯上，则该塑件内表面脱模斜度应比其外表面小。反之，若要求塑件留在型腔内，则其外表面的脱模斜度应小于其内表面的脱模斜度。塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等三种方式来标注,如图2-7所示。脱模斜度的推荐值可供设计塑件时参考。图2—7脱模斜度的标注返回2.4.2壁厚及壁厚均匀性在满足工作要求和工艺要求的前提下，塑件壁厚设计应遵循如下两项基本原则：尽量减小壁厚；减小壁厚不仅可以节约材料，节约能源，也可以缩短成型周期，也有利于获得质量较优的塑件。塑件允许的最小壁厚与塑料品种和塑件尺寸有关。尽可能保持壁厚均匀。塑件壁厚不均匀时，成型中各部分所需冷却时间不同，收缩率也不同，容易造成塑件的内应力和翘曲变形，因此设计塑件时应尽可能减小各部分的壁厚差别，一般情况下应使壁厚差别保持在30％以内。对于由于塑件结构所造成的壁厚差别过大情况，可采取如下两种方法减小壁厚差：(1)可将塑件过厚部分挖空，如图2-8所示。(2)可将塑件分解，即将一个塑件设计为两个塑件，在不得已时采用这种方法。•返回图2—8挖空塑件过厚部分使壁厚均匀此外，必须指出壁厚与流程有着密切关系。所谓流程是指熔体从浇口流向型腔各部分的距离。实验证明，在一定条件下，流程与制品壁厚成直线关系。制品壁厚愈厚，所容许的流程愈长；反之，制品壁厚愈薄，所容许的流程愈短。如果不能满足要求，则需增大壁厚或增设浇口及改变浇口位置，以满足模塑要求。7.0)8.0100(×+=LS制件最小壁厚与流程之间关系：6.0)5.0100(LS9.0)1.2100(LS返回2.4.3设置加强筋塑件上增设加强筋是为了在不增加塑件壁厚的情况下增加塑件的刚性，防止塑件变形。对加强筋设计的基本要求是1)筋条方向应不妨碍脱模，筋本身应带有大于塑件主体部分的脱模斜度，筋的设置不应使塑件壁厚不均匀性明显增加。图2-92)塑件上筋条方向也不应妨碍塑料充模时的流动和塑料收缩。图2-10图中2-9(a)的设计方案较好，而2-9(b)所示方案会使筋底与塑件主体连接部位壁厚增加过多，因而不可取。返回图2—9加强筋尺寸图2-10是对同一塑件端部筋条设计的两种方案比较，方案(a)较好，方案(b)不可取，因为方案(b)中的筋条妨碍了塑料收缩，会造成塑件内应力并引起塑件翘曲，固中箭头所示方向为塑料收缩方向。返回图2—10筋的方向应不妨碍塑料收缩除加强筋外，针对塑件结构特点，还可采取其它增加塑件刚度的方法，如盒盖、罩壳、容器等塑件，可采用拱形增加刚度，如图2-11所示。对于表面较大的塑件，可采用拱形、弯折形或波纹形壁面增加刚度，如图2-12所示。薄壁容器上口边缘可采用各种弯边，不仅使边缘刚度增加，也增加了塑件的美感，如图2-13所示。2.4.4增加刚性减少变形的其他措施图2—11盒盖、容器等塑件采用拱形设计返回图2—12大表面容器、罩壳增加刚度的设计返回图2—13容器边缘采用弯边增加刚度返回2.4.5塑件的支承面当采用塑件的整个底平面作为支承面时，应将塑件底面设计成凹形或设置加强筋，这样不仅可提高塑件的基面效果，而且还可以延长塑件的使用寿命，如图2-14（b）、（c）所示，支承面设置加强筋的，筋的端部应低于支承面约0.5毫米左右，如图2-15。图2—14塑件的支承面返回0.512图2—15支承面上加强筋的设计2.4.6塑件圆角的设计为了使熔料易于流动和避免应力集中，应在转角处加设圆角R。图2-16表示R/A与应力集中之间的关系。在给塑件内外表面的拐角处设计圆角时，应象图2-17所示那样确定内外圆角半径，以保证塑件壁厚均匀一致。图2—16RT与应力集中的关系返回图2—17圆角R返回2.4.7塑件上的孔1.相邻两孔之间和孔与边缘之间的距离，通常应等于或大于孔的直径，如图2-17所示。2.通孔可用一端固定的单一成型杆图2-18(a)或各端分别固定的对头成型杆图2-18(b)来成型；固定用孔因承受较大负荷，可设计周边增厚来加强，如图2-19所示。3.盲孔则用一端支承的成型杆来成型，但在成型过程中，由于物料流动产生的不平衡压力，容易使成型芯折断或弯曲，所以，盲孔的深度(即成型杆的成型长度)取决于孔的直径。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。图2—17塑件上的孔距设计返回返回返回图2—18通孔的成型图2-19孔边增厚加强a)b)返回图2—20细长型芯的支撑对于细长型芯,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2-20所示。返回图2-21用拼合型芯成型复杂孔2.4.8采用型芯拼合复杂型孔返回2.5.1带嵌件塑件设计2.5.3塑料齿轮的设计2.5嵌件、螺纹等结构设计2.5.2模塑螺纹的结构设计2.5.4塑料铰链的设计2.5.5标记、符号、图案、文字2.5.1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、金属嵌件的种类和形式：为了在塑件内牢固嵌定而不致被拔脱，其表面必须加工成沟槽或滚花，或制成多种特殊形状。图2-22中所示就是几种金属嵌件的例子。3、嵌件结构有柱状、针杆状、片状和框架等如图2-23所示。返回图2-22嵌件示例图2-23嵌件的结构形式返回金属嵌件设计的基本原则如下：1．金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角，以减少周围塑料冷却时产生的应力集中；2．嵌件设在塑件上的凸起部位时，嵌入深度应大于凸起部位的高度，以保证塑件的机械强度；3．内、外螺纹嵌件的高度应低于型腔的成型高度0.05毫米，以免压坏嵌件和模腔；4．外螺纹嵌件应在无螺纹部分与模具配合，否则熔融物料渗入螺纹部分．５.嵌件在模内的固定部分应采用三级精度间隙配合，以保证定位准确，防止溢料；6．嵌件高度不应超过其直径的两倍，高度应有公差，如图2-24。返回图2-24嵌件的高度h=2d1、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。2.5.2模塑螺纹的特点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。abc2.5.3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