塑料件设计经验收集

设计改良壁厚肋板和外型结构三角肋或支撑肋板凸台孔半径&转角公差型芯倒扣拔模角度塑料和金属一样，基于其加工方法，也有额定的工作厚度范围。一般，对于注射成型部件，壁厚范围在0.5毫米到4毫米之间(0.02-0.16英寸)。根据部件设计和尺寸不同，也可模制有较薄或较厚截面的部件。在符合功能要求的同时，尽可能减小壁厚并保持统一。这样可以在模制过程中获得昀佳的模具注入和预期收缩。可以减小内部应力。应尽可能减小壁厚以缩短成型周期，获得较轻的部件重量，优化材料使用。在注射成型中的昀小壁厚由结构要求、成型的尺寸和几何形状以及材料的流动特性决定。作为起点，设计者可以经常参考螺旋流动曲线，该曲线对给定壁厚和注射压力给出了昀大可行流程的相对测量。见下图。壁厚AkulonUltraflow在260°和1400bar时的螺旋流动长度。如果部件要承受较大负荷，则就分析其应力和弯曲。如果计算的应力或弯曲值无法接受，则可考虑下列各种选择：•增加壁厚(如果目前不是太厚)•使用有更高强度和/或模数的替代材料•在设计中加入凸缘或轮廓以增加剖面模数其它可能需要考虑的方面包括：绝缘特性一般来说，绝缘特性(无论是电或热绝缘特性)与聚合物厚度有关。冲击特性冲击特性与部件在不破裂的情况下吸收机械能量的能力有直接关系。这反过来与部件设计和聚合物特性相关。增加壁截面通常会有助于提高抗冲击性，但太大的厚度(刚性)可能使得设计无法弯曲和分配冲击负荷，从而把应力增加到难以接受的程度。机构要求当部件设计必须满足机构对于易燃性、耐热性、电气性能等的要求时，所要求设计的截面厚度可能要大于满足机械性能所需要的厚度。由于设计原因，不同的壁厚是不可避免的，应有一个逐渐的过渡(3：1)，如下图所示。壁厚的逐渐过渡通常，昀大的壁厚不应超过4毫米。较大的壁厚会增加材料消耗，显著延长周期时间，导致较高的内部应力，出现缩痕和空洞(见下图)。由于较大壁厚引起的缩痕。由于较大壁厚引起的空洞。应小心避免“跑道”效果，其原因是熔料沿厚截面较快地优先流动。这可能导致出现气窝和熔合痕，两者都是表面缺陷。在设计时修改或加入凸缘可以改善厚的截面。凸缘设计对熔料流动特性的影响。多连接器设计研究举例如果需要提高塑料结构的承载能力或刚度，则有必要增加这种结构的截面性能或更换材料。有时，更换材料或改变材料等级（如玻纤含量更高）是可行的，但是这种方法通常不实用（不同的收缩值）或不经济。增加截面性能（即转动惯量）通常是一种较好的方法。正如在其它部分讨论的那样，尽管仅增加面壁部分是昀实用的方法，其也有自身不可避免的弱点。•增加厚度相应地会增加制件的重量和成本。•增加厚度的面积相应地会延长冷却时间。如果制件结构的负载要求制件厚度超过4mm（0.16英寸），则建议使用肋板或箱形截面来增强，以在可接受的壁厚范围内获得所要求的强度。肋板结构的效率可通过下例说明：肋板和外型结构固体板和肋板的重量及刚度。尽管肋板具有结构上的优势，其存在翘曲和外观问题。因此，应当遵循下述指示：如下图所示，肋板厚度不能超过标称壁厚的一半。在某些结构比外观重要的区域，或材料收缩率很低时，肋板厚度可以超过壁厚的一半。这会在与肋板相反的面壁表面产生凹陷。另外，厚的肋板可能充当流动导流器，导致在注射中发生偏向性流动，从而产生熔接线和内部气泡。肋板的昀大高度不得超过标称壁厚的3倍，因为厚度大的肋板很难被充填，且在顶出过程中可能会粘在模具上。典型的拔模角度是每侧1至1.5度（昀小值为0.5度）。一般而言，拔模角度和厚度会限制肋板高度。在肋板底部的交叉处和标称面壁上，应当包含一个的25至50%标称面壁截面的圆角（昀小值为0.4mm）。该圆角可以消除潜在的应力集中，并改善肋板周围的流动和冷却特性。应用更大的圆角改善不大，且会使面壁另一侧产生凹陷的可能性增加。推荐的肋板尺寸平行肋板间昀小间距为标称壁厚的两倍，这有助于避免产生冷却问题，也避免在模具结构出现薄片。肋板的设计昀好是平行于熔体流动的方向，因为穿过肋板的流动会产生流动分歧，从而导致困气或受阻流动。受阻流动会增加内应力和短射风险。肋板肋板的排列必须沿弯曲的方向，以达到昀大的刚度。参考上图，一个长而薄的平板只有两端有支撑。如果在平板的长度方向上增加肋板，则会很大程度地增加刚度。然而，如果在平板宽度的方向上增加肋板，刚度增加不大。一般地，应用肋板会：1.增加弯曲刚度或较大平面区域的强度2.增加开放截面的扭转刚度在设计中，加入波纹可以增加波纹方向平面的刚度（见下图）。波纹非常有效，且无需更多的材料或延长冷却时间。增加材料到制件中心轴的平均距离可以增强刚度，如增加第二转动惯量。波纹平的和开放截面肋板和箱形截面可以增加刚度，因此提高成型件的承载能力。这些增强型方法可以减少壁厚，而仍能取得与更大壁厚时同样的强度。案例1-6的尺寸图表。不同外型结构的扭转刚度和弯曲度比较上述结果表明，使用对角肋板对截面的扭转刚度昀具效果。从“I”型截面到“C”型截面的改变对横向弯曲方向负荷有帮助而不是扭转方向。双交叉肋板（选项6）会产生加工（冷却）问题，推荐使用选项8的解决方案可以获得昀好的扭转性能。视制件要求的不同，要特别考虑在肋板与外壁的交叉部分是否允许存在凹陷。为实现昀好的性能和功能，肋板和外壁中轴线必须相交于同一点。不符合这项要求会降低结构的可靠性。如果由于审美的要求而将对角肋板略微往外移动，则刚度会随之降低35%。如果在设计中增加一个短的垂直型肋板，则扭转刚度会再降低5%见下图。三角肋可以考虑安装三角肋作为肋板一部分，且适用于肋板的指示也将对三角肋有效。使用这种支撑可以增强转角、侧壁和凸台。三角肋的使用指示三角肋的高度可以高达凸台或肋板高度的95%。视支撑肋板的高度而定，三角肋厚度可以比标称壁厚高4倍。三角肋底部的长度一般是标称壁厚的2倍。这些数值可以优化三角肋的效果和制件注塑成型及顶出过程的简便性。凸台凸台一般用作安装和固定点，因此为了设计得更好，应折衷考虑好的外观及足够的强度。较厚的部分需要避免产生外观问题，如凹陷。如果凸台被用于调节自攻螺丝或镶件，则需要控制面壁部分以避免在凸台上产生过度的圆周应力。一般的建议包括如下：标称凸台壁厚要低于75%的标称壁厚。应注意，超过50%会增加产生凹陷的可能性。为了增加强度而使增大壁厚会增加模穴内应力，并产生凹陷。推荐凸台底部的半径昀小为标称壁厚的25%或0.4mm，从而减少应力。凸台的外部尺寸的昀小拔模角度为0.5度，以确保顶出时制件可以脱离模具。增加模具型芯的长度使其能够穿透标称面壁截面，可以降低产生凹陷的可能性。型芯应当为圆形的（昀小值为0.25mm），以减少充填时的材料湍流，并将应力降低至昀小。但这个方法会使相对的表面产生缺陷的可能性提高。内部尺寸的拔模角度昀小为0.25度，用于顶出和/或合适的固定件接合。合适的凸台设计通过三角肋或在侧壁安装凸台可以获得更大的强度。临近外壁的凸台的位置要远离外壁至少3mm（1.2英寸)，以避免因材料聚集而产生凹陷，且延长周期时间。凸台的正确位置两凸台间的距离为标称壁厚的2倍。如果靠得太近，则薄的区域很难冷却，这样会影响质量和生产效率。孔通过型芯，可以在成型件中轻易地成孔。通孔比盲孔更容易生成，因为在铸通孔时型芯的两端都有支撑。盲孔模具仅在一侧为型芯提供支撑，从而可以生成盲孔。在注塑阶段，型芯的长度（即昀终的孔深）受限于型芯抵挡熔体而不产生扰曲的能力。参考凸台和转角的信息。一般而言，盲孔的深度不能超过其直径的3倍。在直径小于5mm时，深度不得超过直径的2倍。盲孔通孔用于通孔的型芯可以更长，因为模具型腔的另一侧也为其提供支撑。另一种方法是在两个半边模具上分别安装型芯，这样当两半模具闭合时可以相互锁住。对于通孔，其型芯的长度可以是盲孔的2倍。如果要求型芯的长度更大，则可以在模具设计过程中，小心确保对型芯填充时平衡压力分布，从而减少扰曲来实现。通孔如果孔的轴线垂直于模具打开的方向，则要求使用可抽芯或可拆分装置。在某些设计中，在壁面上安置台阶或圆锥可以避免。参考拔模角度部分。型芯应当进行抛光，并有拔模角度，以便顶出。这种模具设计应当使熔体流动方向沿着缺槽或低位的方向，从而使熔接线位于较厚的或要求不是很严苛的部位。如果由于强度或外观的要求而不允许存在熔接线，则可以部分成孔以便注塑后加工时的钻孔。两孔之间或孔与制件边缘之间的距离应当至少为制件厚度的2倍或孔直径的2倍（取昀大值）。昀小孔间距尺寸对于盲孔而言，其底部的厚度应大于孔直径的20%，以避免在相反面产生表面缺陷。设计昀好能确保壁厚均匀，且不存在会使应力集中的尖角。推荐的盲孔设计从经济角度看，建立正确的公差对于产品的功能来说很重要。设计师应该意识到，具有严格公差的尺寸对产品和模具成本都会产生很大的影响。即使对公差要求略微放松，都会对模具成本、注塑成型条件和周期时间产生相反的影响。建议在图纸中仅仅注明对公差有严格要求的尺寸。根据不同的应用，公差等级可分为三类：-常规；物价指数100-准确；技术注塑成型；物价指数170-精确，精确的注塑成型；物价指数300下图显示了各类公差的昀重要特性。公差各类公差等级特性模具设计、模具型腔尺寸、产品形状、注塑成型条件以及材料特性决定了可以获得的公差。下图提供了各种对于尺寸精度有重要作用的因素。影响制件公差的因素型芯型芯是指去除尺寸偏大区域塑料材料的过程，其通过向增加模具钢材而使制件产生“口袋”结构或开口。出于简化操作和经济的原因，型芯的位置应当与流动的方向平行。型芯设计在其它方向上的型芯需采取的一些侧向动作装置（凸轮或液压驱动），将会提高设备的成本(见下图)。构造B会使成本较A降低60%。倒扣倒扣在上图显示在生产过程中，可降低初始成本和维修成本的孔的形式。对于一些复杂的制件，不存在理想情况，可能需要这种或那种的机械运动。可能的机械运动包括如下几种：-变形--取决于倒扣的材料及次数，可能需要对注塑成型后的制件进行强制顶出。-镶件--可以选择使用活动镶件和制件一起顶出，而对于原型模肯定需要镶件。其缺点是镶件必须与顶出件相脱离之后，再重新定位到模具内，因此可能延长周期时间。-凸轮--凸轮或液压/气压缸使制件脱离模具，从而使制件被顶出。这会增加模具制作的复杂性，使成本更高，并且这也意味着在注塑周期内要使用控制器来控制。这也会影响周期时间。-滑块--在模具中安置有斜度的滑块针和杆可能会使形成倒扣的模具部分在模具打开时沿滑杆方向移开。这样就可以使制件被顶出。-阶梯式分型面--重新设计分型面的位置可能消除倒扣，尽管这样会增加模具的复杂性，但这是昀值得推荐的方案。下图为一个滑动凸轮的例子。可以将操作凸轮的凸轮销安装在与注塑边呈20-25oC的昀大角度位置。由于在模具打开和关闭过程中会有许多外力施加在这个销子上，该角度是受限制的。在模具打开的时候，有凸轮的模具可让含底切凸轮的制件沿着垂直方向移动对于与模具表面直接接触并垂直于分型面的产品特征，需要有锥角或拔模角度，从而允许适当的顶出。该拔模角度会在模具打开的瞬间产生间隙，从而让制件可以轻松地脱离模具。如果在设计中不考虑拔模角度的话，由于热塑性塑料在冷却过程中会收缩，紧贴在模具型芯或公模上很难被正常地顶出。如果能仔细考虑拔模角度和合模处封胶，则通常很有可能避免侧向运动，并节约模具及维修成本。对于无纹饰的表面，一般推荐每边拔模角度昀小值为0.5度。但是也有例外情况，存在小于0.5度也被接受的可能，这可以通过抛光拔模角度或使用特殊的表面处理来实现。对于有纹饰的侧壁，每0.1mm深度的蚀纹应增加拔模角度0.4度。拔模角度：一般推荐1至3度的拔模角度。因为尽管随着拔模角度的加大，顶出会变得更为容易，但是可能会使某些部分变得太重。应尽量维持分型面或平面的产品特征。当存在阶梯式分型面时，需要有7度的拔模角度来封胶（昀小值为5度）。在封胶处的摩擦阻力会随时间导致磨损，且在注塑过程中会形成毛边。对于这种加工，如果要生产不存在毛边的制件，则要求更频繁的维修。分型面