塑料产品结构设计-----第四章-制品壁厚

第四章制品壁厚确定合适的制品壁厚是制品设计的主要内容之一。基本设计守则壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接柱位的数量、伸出部份的多少以及选用的塑胶材料而定。一般的热塑性塑料壁厚设计应以4mm为限。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产周期、冷却时间，增加生产成本。从产品设计角度来看，过厚的产品增加引致产生空穴、气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。太突然的壁厚过渡转变会导致因冷却速度不同和产生乱流而造成尺寸不稳定和表面问题。此外，采用固化成型的生产方法时，流道、浇口和部件的设计应使塑料由厚胶料的地方流向薄胶料的地方。这样使模腔内有适当的压力以减少在厚胶料的地方出现缩水及避免模腔不能完全充填的现象。若塑料的流动方向是从薄胶料的地方流向厚胶料的地方，则应采用结构性发泡的生产方法来减低模腔压力。4.1制品壁厚的作用(1)使制品具有确定的结构和一定的强度、刚度，以满足制品的使用要求。(2)成型时具有良好的流动状态（如壁不能过薄）以及充填和冷却效果（如壁不能太厚)(3)合理的壁厚使制品能顺利地从模具中顶出。(4)满足嵌件固定及零件装配等强度的要求。(5)防止制品翘曲变形。4.2制品壁厚的设计确定壁厚的主要因素﹕1.結構強度是否足夠2.能否抵脫模力3.能否均勻分散所受的沖擊力4.有埋入件時﹐能否防止破裂﹐如產生熔合線是否會影響強度5.成形孔部位的熔合線是否會影響強度6.盡可能肉厚均勻﹐以防止產生縮水7.棱角及肉厚較薄部分是否會阻礙材料流動﹐從而引起充填不足基本原则——均匀壁厚，一般的原则就是能够利用最少的壁厚，完成最终产品所须具备的功能。即：充模、冷却收缩均匀、形状性好、尺寸精度高、生产率高。(1)在满足制品结构和使用要求的条件下，尽可能采用较小的壁厚。(2)制品壁厚的设计，要能承受顶出装置等的冲击和振动。(3)在制品的连接固紧处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的汇合（熔接痕）处，要具有足够的厚度。(4)保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚。(5)满足成型时熔体充模所需壁厚，既要避免充料不足或易烧焦的薄壁，又要避免熔体破裂或易产生凹陷的厚壁。制品上相邻壁厚差的关系(薄壁：厚壁)为：热固性塑料：压制1：3，挤塑1：5热塑性塑料：注塑1：1.5(2)均一的壁厚是非常的重要的。厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固後出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或不同透明度。若厚胶的地方渐变成薄胶的是无可避免的话，应尽量设计成渐次的改变，并且在不超过壁厚3:1的比例下，制品壁厚设计可采用逐步过渡的形式（图2-6，图2-7），或者改制成两个制品然后再装配为一个制品（图2-8）等方法。制品壁厚的设计可参照表2-7~表2-11。不同材料的设计要点ABSa)壁厚壁厚是产品设计最先被考虑，一般用於注塑成型的会在1.5mm(0.06in)至4.5mm(0.18in)。壁厚比这范围小的用於塑料流程短和细小部件。典型的壁厚约在2.5mm(0.1in)左右。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可增强部件强度和塑料充填。壁厚在3.8mm(0.15in)至6.4mm(0.25in)范围是可使用结构性发泡。b)圆角建议的最小圆角半径是胶料厚度的25%，最适当的半径、胶料厚比例在60%。轻微的增加半径就能明显的减低应力。PCa)壁厚壁厚大部份是由负载要求、内应力、几何形状、外型、塑料流量、可注塑性和经济性来决定。PC的建议最大壁厚为9.5mm(0.375in)。若要效果好，则壁厚应不过3.1mm(0.125in)。在一些需要将壁厚增加使强度加强时，筋和一些补强结构可提供相同结果。PC大部份应用的最小壁厚在0.75mm(0.03in)左右，再薄一些的地方是要取决於部件的几何和大小。短的塑料流程是可以达到0.3mm(0.012in)壁厚。壁厚由厚的过渡到薄的地方是要尽量使其畅顺。所有情况塑料是从最厚的地方进入模腔内，以避免缩水和内应力。均一的壁厚是要很重要的。不论在平面转角位也是要达到这种要求，可减少成型後的变型问题。LCPa)壁厚由於液晶共聚物在高剪切情况下有高流动性，所以壁厚会比其它的塑料薄。最薄可达0.4mm，一般厚度在1.5mm左右。PSa)壁厚一般的设计胶料的厚度应不超过4mm，太厚的话会导致延长了生产周期。因需要更长的冷却时间，且塑料收缩时有中空的现象，并减低部件的物理性质。均一的壁厚在设计上是最理想的，但有需要将厚度转变时，就要将过渡区内的应力集中除去。如收缩率在0.01以下则壁厚的转变可有的变化。若收缩率在0.01以上则应只有的改变。b)圆角在设计上直角是要避免。直角的地方有如一个节点，会引致应力集中使抗撞击强度降低。圆角的半径应为壁厚的25%至75%，一般建议在50%左右。PAa)壁厚尼龙的塑胶零件设计应采用结构所需要的最小厚度。这种厚度可使材料得到最经济的使用。壁厚尽量能一致以消除成型後变型。若壁厚由厚过渡至薄胶料则需要采用渐次变薄的方式。b)圆角建议圆角R值最少0.5mm(0.02in)，此一圆角一般可接受，在有可能的范围，尽量使用较大的R值。因应力集中因素数值因为R/T之比例由0.1增至0.6而减少了50%，即由3减至1.5。而最佳的圆角是为R/T在0.6左右。PSUa)壁厚常用於大型和长流距的壁厚最小要在2.3mm(0.09in)。细小的部件可以最小要有0.8mm(0.03in)而流距应不可超过76.2mm(3in)PBTa)壁厚壁厚是产品成本的一个因素。薄的壁厚要视乎每种塑料特性而定。设计之前宜先了解所使用塑料的流动长度限制来决定壁厚。负载要求时常是决定壁厚的，而其它的如内应力，部件几何形状，不均性和外形等。典型的壁厚介乎在0.76mm至3.2mm(0.03至0.125in)。壁厚要求均匀，若有厚薄胶料的地方，以比例3:1的锥巴渐次由厚的地方过渡至薄的地方。b)圆角转角出现尖角所导致部件的破坏最常见的现象，增加圆角是加强塑胶部件结构的方法之一。若将应力减少5%(由3减至1.5)则圆角与壁厚的比例由0.1增加至0.6。而0.6是建议的最理想值。