第3章塑料制品的结构设计

第二章塑料制品的结构设计本章重点:1.塑料制品结构设计的主要原则及主要参数2.影响塑料制品尺寸精度的因素3.塑料制品的结构与模具结构设计的关系第二章塑料制品的结构设计总体原则：在满足使用要求的前提下，制品结构要符合注塑成型工艺、外观要人性化。（模具结构简单，制造方便）塑件的工艺性——是塑件对成型加工的适应性.塑件工艺性设计包括:塑料材料选择、尺寸精度和表面粗糙度、塑件结构.塑件工艺性设计的特点：应当满足使用性能和成形工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、便于制造。一、塑件材料的选择:塑料的选材包括：选定塑料基体聚合物（树脂）种类、塑料具体牌号、添加剂种类与用量等。塑料原料选择方法：①使用环境(不同的温度、湿度及介质条件、不同的受力类型选择不同的塑料);②按用途进行分类（按应用领域、功能）。二、塑料制品的结构设计塑件的形状：1.塑件上要尽量减少侧孔、侧凸和侧凹；1.塑件上要尽量减少侧孔、侧凸和侧凹；图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1b侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单图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2b避免了组合式型芯，模具结构简单。图1.具有侧孔的塑件图2.塑件内侧表面形状改进abab1.塑件上要尽量减少侧孔、侧凸和侧凹；图3、4的图a形式需要侧抽芯，图b形式不需侧型芯。图3.取消塑件上不必要的侧凹结构图4.无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构二、塑料制品的结构设计2.塑件必须有一个有利于保证其外观质量的结构；～～二、塑料制品的结构设计主要：脱模斜度、壁厚、加强筋、圆角、孔、支撑面、装饰标志、嵌件、分型面、强制脱模等。1.脱模斜度：减小开模力和脱模力。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。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。1.脱模斜度：减小开模力和脱模力。•为了便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，必须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度α，在模具上称为脱模斜度。•大小：取决制品壁厚、收缩率、形状和部位。30’-1º30’考虑留模：内外表面斜度应不同。脱模斜度A设计原则：⑴.热塑性塑料件脱模斜度取0.5°-1.5°。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。A和塑件的高度相关；h=(0,50)mmA=1/30～1/35h=[50,100]mmA=1/35～1/60h100mmA=1/60(5).动模侧的A定模侧的A脱模斜度A：脱模斜度方向外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得；内形以小端为基准，斜度由扩大方向取得。脱模斜度A：脱模斜度表示方法：另外:ø100/102脱模斜度A：脱模斜度设计要点：塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度；塑件精度高，采用较小脱模斜度；尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度；收缩率大，斜度加大；从留模方位考虑:留在型芯，内表面脱模斜度﹤外表面留在型腔，外表面脱模斜度﹤内表面2、壁厚：常用：2-4mm（最小：0.25，最大：8-10）原则：1、满足装配使用收力要求要求下,取小壁厚；2、脱模顶出时零件不变形；3、满足成型时熔体充模所需的壁厚；4、厚度应均匀一致。否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。厚薄适中均匀壁厚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。壁厚均匀：壁厚均匀：壁厚不均匀：图.采用加强筋改善壁厚壁厚不均匀的过渡方法：3.加强筋：作用：1、使制品在不增加厚度的情况下，满足强度和刚度增加的要求。（增大壁厚：厚度不均匀，会引起缩坑和内部气孔）2、防止制品翘曲变形。设计原则：1、厚度小于壁厚t（否则：根部内陷）2、高度不宜太高，应低于支撑面0.6-0.8mm3、间距（2-3）t4、方向应该与熔体流动方向一致（减小流动阻力）5、拔模角度0.5-1.5°﹙最小0.5,通常﹙0.5-0.7﹚t﹚加强筋设计要点：1.加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外力作用时，产生应力集中而被破坏。2.平板类零件加强筋方向与料流方向平行加强筋设计要点：3.4.加强筋厚度小于制品壁厚加强筋与支承面间留有间隙间距（2-3）t加强筋设计要点：增加刚性减少变形的其他措施:①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。增加刚性减少变形的其他措施:②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。③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。加强筋与支承:•一般筋的壁厚为主体厚的0.4倍，最大不超过0.6倍。筋之间的间距大于4t，筋的高度低于3t，如图6-1。在提高零件强度的方法中，一般加筋，不增加壁厚，如图6-1所示。•螺钉柱子的筋取至少低于柱子端面1.0mm，筋至少需要低于零件表面，或分型面1.0mm。•多条筋相交，要注意相交带来的壁厚不均匀性问题。1.04t3t0.6t1.01.01.0tt4.圆角：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。圆角可避免应力集中，提高制件强度；圆角可有利于充模和脱模。4.圆角：大小：外圆角：R=1.5t;内圆角：r=0.5t4.圆角：5.孔：⑴塑件的孔三种成型加工方法：直接模塑出来；模塑成盲孔再钻通孔；塑件成型后再钻孔。当通孔孔径﹤1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。肓孔的深度：h﹤（3～5）dd﹤1.5mm时，h﹤3d①通孔: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.图.通孔的成型方法通孔：成型方法：1、通孔：通孔:√×√×通孔:×√②盲孔：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．5.孔：形状：1、简单容易成型（防止侧向抽芯发生P245）2、紧固孔、收力孔应以凸台加强（P243）尺寸：注意孔径与孔间距、孔边距、孔深的关系P242孔：形状：1、简单容易成型（防止侧向抽芯发生）图用拼合型芯成型复杂孔孔：形状：2、紧固孔、收力孔应以凸台加强（P243）3、侧向固定孔形式：a、c正确，b不正确孔：形状：注意孔径与孔间距、孔边距、孔深的关系孔：成型方法：③、异形孔：孔：成型方法：④、强制脱模孔：﹙PE，PP可强制脱模，强制脱模量一般不超过型芯的最大截面积5%。﹚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图6可强制脱模的浅侧凹结构a)(A-B)×100%/B≤5%b)(A-B)×100%/C≤5%ab6.支撑面：不宜采用整个底面做支撑面。（原因：制品稍微变形就不平整）应该采用：边框或底脚（三点、四点支撑）。7.塑件的角撑:角撑——塑件上边角的支撑部分T——制品壁厚D＝TC＝2TA＝0.8TB＝2A8.塑件上的螺纹:1.塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来，或切削方法获得。经常拆装或受力大的螺纹，要采用金属螺纹嵌件来成型。2.不常拆卸的、d=2.5～6mm采用自攻螺纹;3.螺纹始端和末端应有圆台,螺牙始末端应用过渡台阶。（原因:塑料螺纹强的强度差,最外圈容易变形或崩裂.）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。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。自攻螺钉对应的塑料件孔径:自攻螺钉对应的塑料件孔径自攻螺钉规格ST2.9ST3.5ST4.2ST4.8ST5.5ST6.3塑料件孔径2.32.83.64.14.85.8塑件上的螺纹:由模具的注塑成型螺纹时对应两种结构型式的模塑螺纹:它们是整圆型螺纹、对拼型螺纹。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；塑件上的螺纹:abc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.9.装饰标志：凸字；凹字；凹坑凸字。标志、花纹（凸起，方便加工）•塑胶件的表面处理序号种类工艺实质表面效果注意事项1塑胶原生光面模具型腔表面抛光塑胶表面光滑，光亮。模具表面尺寸精度越高，表面光洁度越高，零件的光泽越均匀。2塑胶原生纹面对模具表面抛光的基础上再饰纹塑胶表面呈现微小的纹理，同时表面有不同的光泽状态。蚀纹板分为光纹，半光纹，亚光纹；粗纹一般不与喷油联用；蚀纹板越细越不耐刮花；亚光纹易刮花。3塑胶表面喷油对塑胶表面进行喷涂处理能得到不同的颜色，不同的光泽状态，不同的手感，不同的耐磨程度的表面。喷漆有亮光效果和亚光效果，喷漆能明显提高塑料件表面的外观档次，但是，成本也随之增加很多。4塑胶表面丝印，移印对塑胶零件表面局部印刷能印字、图案，能有不同的颜色状态。其效果主要取决于油墨及颜色；5塑胶表面真空镀真空镀能有不同的颜色，不同的光泽状态，能制作半透的灯镜或灯板。光泽性取决于塑胶的原生状态；颜色取决于真空镀本身；真空镀的产品不耐磨，一般要在真空镀后喷UV提高耐磨性。6塑胶表面电镀塑胶电镀能有不同的颜色，不同的光泽，但不能制作半透的。光泽性取决于塑胶的原生状态；颜色取决于电镀本身；电镀产品本身耐磨性好；有些塑胶原料不能电镀10.嵌件：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、片状和框架等如图所示。图.嵌件的结构形式10.嵌件设计的要点：①、嵌件周围的塑料层厚度不宜太簿，否则易开裂。具体：嵌件：②、嵌件与制品应可靠联接。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。嵌件：②、嵌件与制品应可靠联接。③、嵌件与模具应装配可靠。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。下图分别所示螺杆嵌件和螺母嵌件的定位安装方法。③、嵌件与模具应装配可靠。11.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。R0.750.250.10.40.2R0.75R0.75R0.250.25abcd图常见塑料铰链其它注意事项：1、长宽比大于5：1，且顶出较少的制品：为防止变形，往往注塑压力较大，此时脱模角应大于8⁰2、通孔的“抱紧”力较大，脱模角应该增大。3、分型面“错型”的防止：或者：增加“唇边”特征。4