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1、 第二章塑料制件的设计 塑料制件设计视塑料成型方法和塑料品种性能不同而有所差异 本章主要讨论塑料制件中产量最大的压制 注射 压注成型塑件的设计 对压缩空气 真空 中定成型制品的设计及挤出制品的设计将在相应的章节中介绍 第二章塑料制件的设计 在设计塑件时必须考虑以下几方面的因素 1 塑料的物理机械性能 2 塑料的成型工艺性 3 塑料形状应有利于充模流动 排气 补缩 同时能适应高效冷却硬化 热塑性塑料制品 或快速受热固化 热固性塑料制品 4 塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异 5 模具的总体结构 特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度 6 模具零件的形状及其制造工艺 塑料性能特点 模具性能特点 第二章塑
2、料制件的设计 塑料制件设计原则 在保证使用要求的前提下尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料 力求结构简单 壁厚均匀 成型方便 利于模具分型 排气 补缩和冷却 塑件结构应能使其模具的总体结构尽可能简化 避免模具侧抽芯和简化脱模机构 塑件成型以后尽量不再进行机械加工 塑料制件的选材方法 通过塑料的特性表进行选择和比较 选出要求的材料后 再判断所选的材料是否满足制品的使用条件 最好是通过试样做试验 然后按试验所形成的设想来制作原形模具 再通过原型模具生产的试验制品来确认目标值 这样会使塑料材料的选择更为准确 第二章塑料制件的设计 塑件设计的主要内容 尺寸和精度表面光洁度形状斜度壁厚加强筋支承面圆角孔
3、螺纹嵌件标志 符号 文字塑件美术造型设计 第二章塑料制件的设计 一 尺寸和精度 塑件的尺寸 指塑件的总体尺寸 塑件的尺寸受下面两个因素影响 塑料的流动性 大而薄的塑件充模困难 设备的工作能力 注射量 锁模力 工作台面 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度 即所获塑件尺寸的准确度 影响塑件尺寸精度的因素 塑件成型后的时效变化 塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化 模具的制造精度 磨损程度和安装误差 对小尺寸制品 影响制品尺寸精度的主要因素是模具的制造精度 对大尺寸制品 影响制品尺寸精度的主要因素是塑料的成型收缩率 第二章塑料制件的设计 几点注意 模塑件公差代号为MT 见
4、表2 0 1 MT1级精度最高 塑件精度的确定应该合理 尽可能选用低精度等级 塑件尺寸的A类和B类 第二章塑料制件的设计 1 2级精度要求较高 目前一般不采用 表2 0 2中只列出公差值 而具体的上下偏差可根据制件的配合性质进行分配 对于受模具活动部分影响较大的尺寸 例如压制件的高度尺寸 受水平分型面溢边厚薄影响 其公差值取表中值再加上附加值 2级精度的附加值为0 05毫米 3 5级精度的附加值为0 1毫米 6 8级精度的附加值为0 2毫米 对孔类尺寸可以表中数值冠以 号 对于轴类尺寸可取表中数值冠以 号 对于小心距尺寸可取表中数值之半冠以 号 一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度 模具
5、尺寸精度比塑件尺寸精度高2 3级 具体做法 将表2 0 1和表2 0 2结合起来使用 先查表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1中查取塑件尺寸公差 然后根据需要进行上 下偏差分配 第二章塑料制件的设计 二 表面光洁度 一般模具表面光洁度要比塑件的要求高1级 对于透明制品型腔和型芯粗糙度一致 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 第二章塑料制件的设计 三 形状塑件的内外表面形状应设计得易于模塑 即在开模取出塑件时 尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽 为此塑件要尽量地避免旁侧凹陷部分 侧抽芯或瓣合 可拆式 阴模与阳模不但提高了模具制造成本 降低
6、了生产效率 而且还会在分型面上留下毛边 增加后加工的困难 通常 只要适当改变塑料制件的结构 即能改变这种情况 使模具结构大大简化 图2 0 1至图2 0 6所示为几个典型例子 第二章塑料制件的设计 图2 0 1带侧孔容器改变侧凹 侧孔 侧凹 第二章塑料制件的设计 第二章塑料制件的设计 图2 0 2喷雾器喷头长孔改变侧凹 图2 0 3内侧凹改进 第二章塑料制件的设计 图2 0 5避免杯把侧向分型或抽芯 图2 0 4采用直纹滚花避免侧凹 第二章塑料制件的设计 图2 0 6改变制件形状避免侧孔抽侧型芯 改成有台阶的侧壁 增加脱模斜度 第二章塑料制件的设计 图2 0 7可强制脱出的浅侧凹 当塑件的内外
7、侧凹陷在合理范围之内 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 同时还要重视将凹凸起伏处设计为圆角或斜面过渡结构 但多数情况下塑件侧凹不能强制脱出 必须采用其它结构的模具 第二章塑料制件的设计 可强制脱出的浅侧凹和浅侧凸 第二章塑料制件的设计 四 斜度为了便于塑件脱模 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 在模具上称为脱模斜度 脱模斜度取决于一般取斜度值为1 1 5 最小0 5 塑件上的凸起或加强筋单边应有4 5 的斜度 有时 为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上 有意将该边斜度减小 影响脱模斜度因素 塑件的形状 壁厚
8、摩擦系数及塑料的收缩率 第二章塑料制件的设计 第二章塑料制件的设计 脱模斜度方向 内形以小端为基准 斜度由扩大方向取得 外形以大端为基准 斜度由缩小方向取得 脱模斜度设计要点 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 塑件形状复杂不易脱模 选用较大斜度 收缩率大 斜度加大 增强塑料采用较大的脱模斜度 含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度 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 第二章塑料制件的设计 五 壁厚 壁厚过小 壁厚过大 强度及刚度不足 塑料流动困难 原料浪费 冷却时间长 内部易产生气泡 外部易产生凹陷等缺陷 塑件壁厚设计原则 厚薄
9、适中均匀壁厚 满足成型时熔体充模所需的壁厚 保证贮存 搬运过程中强度所需的壁厚 制品连接紧固处 嵌件埋入处等具有足够的厚度 能承受推出机构等的冲击和振动 满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚 无法避免壁厚不均时 可做成倾斜状使壁厚逐渐过渡 第二章塑料制件的设计 热固性塑料的小型塑件 壁厚取2 5 1 6毫米 大型塑件3 2 8毫米 布基酚醛等流动性差的塑料应取较大值 但一般不宜大于10毫米 脆性塑件壁厚应不小于3 2毫米 热塑性塑料易于成型薄壁制件 壁厚能达到0 25毫米 但一般不宜小于0 60 0 9毫米 常选取2 4毫米 第二章塑料制件的设计 同一个塑料零件的壁厚应尽可能一致 否则会因冷却
10、或固化速度不同产生附加内应力 热塑性塑料会在壁厚处产生缩孔 热固性塑料发生翘曲变形 图2 0 10手柄壁厚改善 第二章塑料制件的设计 图2 0 11塑料轴承壁厚改善 图2 0 12塑件底厚改善 第二章塑料制件的设计 图2 0 14带嵌件侧壁厚度改善 图2 0 13塑件圆柱部分壁厚改善 第二章塑料制件的设计 六 加强筋与其它防止变形的结构设计 加强筋的作用 不增加壁厚的情况下 增加制品强度 防止和避免制品变形翅曲 降低塑件的充模阻力 a 易产生缩孔和凹痕 且易发生翘曲 b 为采用加强筋改善壁厚 大型平面上纵横布置的加强筋能增加塑件的刚性 沿着塑料流向的加强筋 还能降低塑料的充模阻力 图2 0 1
11、6为采用加强筋防止翘曲 第二章塑料制件的设计 加强筋的典型形状 尺寸 厚度小于塑件壁厚 若加强筋设计得过厚 则在其对应的壁上产生凹陷 壁厚为t 加强筋高度L 1 3 t 筋条宽A 1 4 2 3 t 筋根过渡圆角R 1 8 1 4 t 收缩角 2 5 筋端部圆角r 1 8 1 4 t 当t 2mm 取A t 加强筋必须有足够的斜度 筋的底部应呈圆弧过渡 加强筋以设计得矮一些多一些为好 加强筋之间中心距应大于塑件厚度 第二章塑料制件的设计 加强筋的设计要点 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 平板类零件加强筋方向与料流方向平行 加强筋厚度小于壁厚 筋的方向不能防
12、碍塑料收缩 第二章塑料制件的设计 应避免或减少塑料局部集中 否则会产生缩孔 气泡 薄壳状的制件可制作成球面或拱面 可有效增加刚性和减少变形 图2 0 19容器底和盖的增强 第二章塑料制件的设计 容器边缘的增强 薄壁容器边缘是强度 刚性最薄弱处 容易变形 开裂 第二章塑料制件的设计 矩形薄壁容器若采用软塑料 侧壁容易出现内凹变形 如果事先把制件侧壁设计成稍许外凸 使变形后正好平直 b 这是理想情况 难以实现 也可将制品各边均设计成向外凸出的弧形 使变形不易看出 c 第二章塑料制件的设计 七 支承面 若以塑件的整个底面作主承面 塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平 影响支撑效果 图2 0 22用底脚或
13、凸边作支承面 图2 0 23加强筋与支承面 若加强筋凸出支承面 会影响摆放的稳定性 第二章塑料制件的设计 紧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尺寸过小 a图是错误的 b图塑件利用凸边支承 凸耳用加强筋增强是正确的 图2 0 24塑件紧固用凸耳 第二章塑料制件的设计 八 圆角塑件除了使用上要求采用尖角之处外 其余所有转角处均应尽可能采用圆角或圆弧过渡 圆角的作用 图2 0 25 从图中可以看出理想的内圆角半径应有壁厚的1 4以上 圆角可避免应力集中 提高制件强度 制件尖角处易产生应力集中 在受力或受冲击振动 甚至在脱模时由于内应力发生破裂 特别是制件的内圆角
14、 一般采用R0 5mm的圆角就可使强度大大提高 第二章塑料制件的设计 圆角可有利于充模和脱模 图2 0 26制件圆角改善充模阻力 图中所示的酚醛塑料压制塑件 a图中塑件的尖角妨碍了酚醛塑料的流动 在28 1 56 3MPa模塑压力下成型制品未能全部充满 b图采用了足够的斜度和圆角 在相同模塑条件下 由于正确的轮廓线改善了塑料的流动状态 从而制得完整的塑件 圆角有利于模具制造 提高模具强度 圆角增加了制件的美观 第二章塑料制件的设计 圆角的确定 内壁圆角半径应为壁厚的一半 外壁圆角半径可为壁厚的1 5倍 一般圆角半径不应小于0 5mm 壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内 外圆角半径 理想的内圆
15、角半径应为壁厚的1 4以上 第二章塑料制件的设计 九 孔的设计塑件上常见的孔有通孔 盲孔 形状复杂的孔 螺纹孔等 这些孔均应设置在不易削弱塑件强度的地方 在孔之间和孔与边壁之间均应留有足够的距离 孔的直径和孔与边壁最小厚度之间的关系如表2 0 4所列 孔间距或孔边距过小时的改进 第二章塑料制件的设计 孔与孔的边缘 或孔边与制品外边缘之间距离不小于孔径 常见孔的设计要求 紧固用的孔和其它受力的孔 应设凸台予以加强 图2 0 27孔边缘的加强 第二章塑料制件的设计 通孔的成型 a 为一端固定的型芯成型 用于较浅的孔成型 b 为对接型芯 用于较深的通孔成型 这种方法容易使上下孔出现偏心 c 为一端固
16、定 一端导向支撑 这种方法使型芯有较好的强度和刚度 又能保证同轴度 常用 但导向部分周围由于磨损易产生圆周纵向溢料B 第二章塑料制件的设计 通孔的成型 型芯无论用何种固定方法 孔的深度均不能太大 否则型芯会弯曲 压制成型时尤其应该注意 孔深与孔径关系 一端固定时 压制L 2D 注塑L 4 6D 一端固定另一端支撑时孔深L可翻倍 第二章塑料制件的设计 盲孔的成型 盲孔只能用一端固定的型芯来成型 因此其深度应浅于通孔 根据经验 注射成型或压注成型时 孔深应小4d 压注成型时孔的深度 则应更浅些 平行于压制方向的孔一般不超过2 5d 垂直于压制方向的孔为2d 直径过小 例如小于1 5毫米 或深度太大 大于以上值 的孔最好用成型后再经机械加工的办法来获得 如能在模塑时在钻孔位置压出定位浅孔 则给后加工带来很大方便 对于长孔的成型 为防止细长型芯弯曲变形 在不影响塑件的条件下 可在塑件的下方设支承柱来支撑 第二章塑料制件的设计 复杂孔的成型 斜孔或复杂孔可采用拼合的型芯来成型 以避兔抽侧型芯 第二章塑料制件的设计 复杂孔的成型 第二章塑料制件的设计 十 螺纹设计 塑件中的螺纹可用模塑方法成型出来
