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1、李 敏,塑料制品几何形状的设计,教学目标: 1.了解塑料制品设计原则。 2.掌握塑料制品形状结构与模具结构的关系。 教学重点: 1.塑料制品形状结构的设计。 2.各个结构特征的特点和设计要求。 教学难点: 1.对塑料制品的形状结构与模具结构的关系的理解。 2.孔的设计中，模具插穿与碰穿的区别。,第三章 塑料制品的设计,3.1 塑料制品设计原则 3.2 结构特征的设计 3.3 典型零件实例讲解 3.4 习题,第三章 塑料制品的设计,第三章 塑料制品的设计,3.1 塑料制品设计,塑料制品设计原则: 在保证使用要求的前提下尽量选用价格低廉和成型性能良好的塑料。 力求结构简单、壁厚均匀、成型方便、利于
2、模具分型、排气、补缩和冷却。 塑料制品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。 塑料制品成型以后尽量不再进行机械加工。 考虑塑料制品整体装配性，预留合适的加工余量，“孔要做大,柱子要做小”，做好圆角、脱模斜度等结构特征，减少改模次数，缩短开模周期。,3.1 塑料制品设计原则,3.2.1 脱模斜度设计 3.2.2 壁厚设计 3.2.3 加强筋设计 3.2.4 增加刚性减少变形的其他措施 3.2.5 支承面的设计 3.2.6 圆角的设计 3.2.7 孔的设计 3.2.8 侧孔及侧凹的设计,3.2 结构特征的设计,当塑料制品成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑料制品外形较复杂时，塑料制品的
3、多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑料制品的表面被擦伤和推顶变形，需设脱模斜度。如图3-1 一般来说，塑料制品高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑料制品结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。设计者应养成做脱模斜度的习惯。,3.2.1 脱模斜度设计,图- 1 塑料制品脱模斜度,热塑性塑料件脱模斜度取0.5-3.0。热固性酚醛压塑料制品取0.5-1.0。 塑料制品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。 塑料收缩率大，塑料制品壁厚大则脱模斜度取大些。 对塑料制品高度或深度较大的尺寸，
4、应取较小的脱模斜度。,脱模斜度的选择原则：,3.2.1 脱模斜度设计,塑料制品的最小壁厚应满足的条件： （1）应满足塑件在装配、运输以及使用时的强度要求。 （2）充分考虑在成型过程中塑料的流动性，保证薄壁和棱边部分也能充满。 。 （3）塑件能承受足够的脱模力，不至于在塑件脱模时损坏塑件。 塑料制品壁厚过小，则塑料充模流动的阻力很大，对于形状复杂或大型塑料制品成型较困难。 塑料制品壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了塑料制品的生产率，还给塑料制品带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。 所以正确设计塑料制品的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。,3.2.2 壁厚设计,热塑性塑料制品的
5、厚度一般在2-4mm之间,热固性塑料制品的厚度一般在1-6mm。 就设计原则来说要求同一塑料制品各处的壁厚均匀一致，否则制品成型收缩不均，易产生内应力，导致制品开裂、变形。如图3-2. 当无法避免壁厚不均时，可做成倾斜的形状,如图3-3，使壁厚逐渐过渡。或者使壁厚相差过大的两分别成型然后粘合成为制品。若需要有差别时，相邻的壁厚比应满足以下要求： 副壁厚：主壁厚 1.5 2,3.2.2 壁厚设计,图3-2 塑料制品壁厚结构,图3-3 塑料制品壁厚结构,为了提高塑料制品的强度和防止塑料制品翘曲变形,常设计加强筋。如图，筋的设置位置应沿塑料充模流向，降低充模流动阻力见图3-4,3.2.3 加强筋设计
6、,图3-4 采用加强筋改善壁厚,加强筋的厚度应小于制品壁厚，一般不大于壁厚的一半。 加强筋的正确形状和尺寸比例如图3-5所示。,3.2.3 加强筋设计,图3-5 加强筋,加强筋的设计原则： 沿塑料流向设置，从而降低塑料的充模流动阻力。如图3-6 应避免或减少塑料的局部集中，以防止产生凹陷和气泡。如图3-7 加强筋的高度不宜过高，否则会使筋部受力破坏，降低自身刚性。加强筋的最小厚度应不小于0.6mm，以防止注塑不足。 加强筋的侧壁必须有足够的斜度，筋的根部应呈圆弧过渡。 筋与筋的间隔距离应大于塑料制品的壁厚。,图3-6 支座上的加强筋,图3-7,3.2.3 加强筋设计,将薄壳状的塑料制品设计为球
7、面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。如图3-8 薄壁容器的边缘是强度、刚性薄弱处易于开裂变形损坏，故应按照下图所示方法来给予加强。 当塑料制品较大、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。,3.2.4 增加刚性减少变形的其他措施,图3-7,当塑料制品上有一面作为支承面来使用时，将该面设计为一个整面是不合理的，如图3-9所示。 因为平板状在成型收缩后很容易翘曲变形，稍许不平都会影响良好的支承作用，故以边框式或凸台式(三点或四点)结构设计塑料制品支承面。,图3-9加强筋与支承,3.2.5 支承面的设计,当塑料制品底部有加强筋时，应使加强筋高度低于支承面至少0.5m
8、m 。如图3-10 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支承面过小，凸耳应用加强筋加强 ,如图3-11.,3.2.5 支承面的设计,图3-10加强筋与支承,图3-11塑料制品固定用凸耳,塑料制品除了必须要保留的尖角外，凡转角处应采用圆弧过渡。一般即使取R=0.5mm,也可以增加塑料制品的强度。设计塑料制品内外表面转角圆角时，应象图3-12所示确定内外圆角半径。 塑料制品设计成圆角的作用： 避免产生应力集中。 提高了塑料制品强度。 利于塑料的充模流动。 塑料制品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。,3.
9、2.6 圆角的设计,图3-12 内外圆角半径,3.2.6 圆角的设计,圆角半径与应力集中的关系如图3-13所示。外加负荷下，对于一定的壁厚T，总有一适宜的圆角半径R与之对应。当R/T在0.3以下时，应力集中急剧增大；R/T在0.8以上时，应力集中变小。,图3-13 内外圆角半径,3.2.7 孔的设计,图3-14 孔边增厚加强,孔的设计要求： 孔与孔、孔与边壁之间应保持足够的距离，孔与孔的最小距离应不小于壁厚的2倍，孔与边壁之间最小距离应不小于1.53mm（大孔取大值）。 固定用孔因承受较大负荷，可设计周边增厚来加强。如图3-14所示。 当设计大孔且后方是大平面或受力位置时，胶口不应选在远离此孔
10、的地方，防止出现明显的熔接线而影响强度，导致开裂。,塑料制品上的孔分为盲孔、通孔和复杂孔，下面分别介绍它们的成型方法。 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倍；对于压缩成型，平行与施压方向的孔深度为孔径的倍 对于细长型芯,为防止其弯曲变形，在不影响塑料制品的条件下，可在塑料制品的下方设支承柱来支撑。如图-15所示。,3.2.7 孔的设计,图3-15,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3-16,3.2.7 孔的设计,图3-16 通孔的成型方法,a),b) c),3.
11、2.7 孔的设计,采用拼合型芯成型复杂孔。如图3-17,图3-17 拼合型芯成型复杂孔,3.2.7 孔的设计,图3-18 孔的碰穿和插穿,孔的碰穿和插穿。如图3-18 碰穿:凸、凹模镶件中，没有拔模斜度的局部相互碰在一起。 插穿:凸、凹模镶件中，有拔模斜度的局部相互碰在一起。,设计塑料制品的内外表面形状要尽量避免侧凹结构，以避免模具采用侧抽芯机构，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，而且还会在塑料制品上留下分型面线痕，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。,3.2.8 侧孔及侧凹的设计,图3-19a所示塑料制品在
12、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3-19b侧孔形式，无需侧向型芯，模具结构简单。,图3-20a所示塑料制品的内侧有凸起，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3-20b避免了组合式型芯，模具结构简单。,图3-19具有侧孔的塑料制品,图3-20塑料制品内侧表面形状改进,a,a,b,b,3.2.8 侧孔及侧凹的设计,图3-21、3-22的图a形式需要侧抽芯，图b形式不需侧型芯。,a,a,b,b,图3-21取消塑料制品上不必要的侧凹结构,图3-22无需采用侧向抽芯结构成型的孔结构,3.2.8 侧孔及侧凹的设计,当塑料制品的内外侧凹陷较浅，同时
13、成型塑料制品的塑料为聚乙烯、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。 但是，多数情况下塑料制品侧凹不能强制脱出，而需要采用侧抽芯模具结构。,3.2.8 侧孔及侧凹的设计,为使强制脱模时的脱模阻力不要过大引起塑料制品损坏和变形，塑料制品侧凹深度必须在要求的合理范围内，见图3-23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3-23 可强制脱模的浅侧凹结构,a)(A-B)100%/B5%,b) (A-B)100%/C5%,3.2.8 侧孔及侧凹的设计,3.3 典型零件实例讲解,实例：空调面板结构设计,放大图,正面,背面,中间剖视图,分析：此面板的
14、材料为ABS，壁厚是2.5mm，最小圆角0.5mm，采用3点从后排进风口的底部进浇，进风口为侧抽芯机构（滑块），每个格栅都用长条加强筋提高强度；中间椭圆孔为碰穿结构，内侧卡扣使用斜顶出模，卡扣底部的厚度为1mm，并用圆角过渡。,一、思考题 1.塑料制品设计的原则有哪些? 2.脱模斜度的选择规则是什么？ 3.壁厚对塑料制品的影响有什么？ 4.加强筋的选择有哪些依据？ 5.为什么塑料制品要设计成圆角的形式？ 6.孔的碰穿和插穿有什么不同？ 二、实物分析题 请从我们的日常生活中，挑选一件塑料用品，描述它的形状，在设计上使用了哪些结构特征，以及这些特征有何作用。,3.4 习题,思考题,1.影响塑件尺寸
15、精度的原则？（答案） 2.塑件设计的原则? （答案） 3.脱模斜度的选择规则？ （答案） 4.壁厚对塑件的影响？ （答案） 5.加强筋的选择？ （答案） 6.为什么塑件要设计成圆角的形式？（答案） 7.塑料螺纹的性能特点？ （答案）,、影响塑件尺寸精度的原则： a.模具制造的精度，约为1/3 b.成型时工艺条件的变化，约为1/3 c.模具磨损及收缩率的波动，约为1/3 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率波动为主要因素。,、 塑料制品设计原则: 在保证使用要求的前提下尽量选用价格低廉和成型性能良好的塑料。 力求结构简单、壁厚均匀、成型方便、利于模具分型
16、、排气、补缩和冷却。 塑料制品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。 塑料制品成型以后尽量不再进行机械加工。 考虑塑料制品整体装配性，预留合适的加工余量，“孔要做大,柱子要做小”，做好圆角、脱模斜度等结构特征，减少改模次数，缩短开模周期。,、脱模斜度的设计规则： 设计脱模斜度应不影响塑件的精度要求，一般热塑性塑料件脱模斜度取0.53.0，热固性酚醛压塑件取0.51.0，塑料收缩率大、塑件壁厚大则脱模斜度取得大些，塑件内表面的脱模斜度可大于外表面的脱模斜度，对塑件高度或深度较大的尺寸，应取较小脱模斜度，否则，上下端尺寸差异过大，而非重要部位应取较大脱模斜度。,、壁厚对塑件的影响： 壁厚取得过小，造成塑件充模流动阻力很大，使形状复杂或大型塑件成型困难。壁厚过大，不但浪费塑料原料，而且同样会给成型带来一定困难。,、加强筋的选择： 布置加强筋时，应避免或减少塑料局部集中，否则会产生凹陷和气泡；加强筋不应
