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塑胶件设计准则

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塑胶件设计准则_第1页
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塑胶件设计准则壁厚(Wall Thickness)基本设计守则壁厚的大小取决于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对一般热塑性塑料来说,当收缩率(Shrinkage Factor)低于0.01mm/mm时,产品可容许厚度的改变达;但当 收缩率高于0.01mm/mm时,产品壁厚的改变则不应超过对一般热固性塑料来说,太薄的产品厚度往往引致 操作时产品过热,形成废件此外,纤维填充的热固性塑料于过薄的位置往往形成不够填充物的情况发生不过,一些容易流动的热固性塑料如环氧树脂(Epoxies)等,如厚薄均匀,最低的厚度可达0.25mm。

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平面准则 在大部份热融过程操作,包括挤压和固化成型,均一的壁厚是非常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 不好! < 菱面在浇口凝固后出现收缩痕更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲 金 1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 好—I 下图可供叁考 对’i—'转角准则壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要,以免冷却时间不一致冷却 7时间长的地方就会有收缩现象,因而发生部件变形和挠曲此外,尖锐 良 、 L的圆角位通常会导致部件有缺陷及应力集中,尖角的位置亦常在电镀过 1 曲解决方法,不但减低应力集中的因素,且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱模时更容易下图可供叁考之用转角位置的设计应力集中系数与圆弧/壁厚之关系程后引起不希望的物料聚积。

集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂较大的圆角提供了这种缺点的鹰力集中系媵 (Stress Concentration转角位的设计准则亦适用于悬梁式扣位因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲嵌入,转角位置的设计图说明 如果转角弓瓜位R太小时会引致其应力集中系数(Stress Concentration Factor)过大,因此,产品弯曲时容易 折断,孤位日太大的话则容易出现收缩纹和空洞因此,圆弧位和壁厚是有一定的比例一般介乎0.2至0.6 之间,理想数值是在0.5左右壁厚限制不同的塑胶物料有不同的流动性胶位过厚的地方会有收缩现象,胶位过薄的地方塑料不易流过以下是一 些建议的胶料厚度可供叁考热塑性塑料的胶厚设计叁考表最薄 mm (in ch es)平均 mm (in ch es)^J^nun(inclies)余了可减省物料以致减省生产成本外,取 金属齿轮如改成使用塑胶物料,更改后的 材料,消取因厚薄不均引致的内应力增加Ac.etal POM0.4(0.015)1.6(0.06^.3:3(9.125)ABS:国侦城■S3(Q. feo) '.3:掘.1函Actyli c - PMMA枣&2奇W岬 93g弟.4但一•的再•Cellulcrsics - CE0:6.(0.025)1.9(0.07^)4.3(0.187).FEPQ.须仰10)0.9(0.035)12:7(0; 500)Nylon - PA0.4^01.6牌一派W)■■3;2:^.125)Polycarbonate - PC0.1(0.040^:.;2.4(0.093)9.5(0.375)Poiyethylene(L.D.)-LDPE0;5(0.-020)1.泡。

瀚6.4的.湖P oly ethyl en e (K. D.. j —HDPEq如Q顽.&知.场Ethylene vinyl 捋state-:EVA0.5(00 我1.6(0.06^.'3:3(9.125)Polypropylene 一 PPQ..^.O25)■^:0(Q.Q80> '艺叩河Poly sulfone 一 PStJl.p.(0.04Q>:' '务5愈1初? 79 5您科Modified-PPO' 热固性塑料的胶厚-0.S(0.030>- 设计会考 ■2.0^080.)噂敦》热固,性塑料的胶厚 熟固性塑料Al ky d-gl as s fi 11 e d Alkyd-mineral filled Di allyl phthalate Epo^ty/gl 有够 Melamme-cellulose fillt Urea-cellulose filled PhenUi^general purpos Phen oil c-flock filled Phenolicrglass filled PhenQlii;>fabnc filled Phenoilc-mineral filled 其实大部份厚胶的] 缔后的设计更可保| 设计理应如图一般< 及齿冠部份收缩引:最薄 mm(hiche 1.0.(.0.040) i.o(o:04oy 1.0(0.040). 0;8(0..Q3O)?d o.9(a'fe)0.9(0.033).;e 1 一契..网1.3^0.050) 0,®..030>:: 1.^0.. 062) 3郭的 设计可从使用如弓. 留和原来设计相只 ,此塑胶齿轮设计 致整体齿轮变形白1s)平均 mm (inches:)'3.2(0.125)”4.8(0.187)'4.8(0.187)3.2(0.125)"■:莪5.1的)2:奂.1叫;' 3.2(0.125)'3.2(0.125)2:4.(0.093>:-4.8(0.187)'4.8(0.187)鼠筋及改变横切面W的刚性、强度及 「相对原来金属的 勺情况发生。

最厚 mm (inches)1Z.7(0;500)9: 3筋顽 .9.5(0:37^ ^:4:(1.000)4.8(0.18?)-4.^0:-187^ 踱我i.ooo) ^5.4(1. O)19(0.750):,9.瓠Q 寒 5).25.4(1.000) i形状取缔之下图日的 设计不但减省,不同材料的设计要点ABS丙烯月青-丁二烯-苯乙烯共聚物a)壁厚 壁厚是产品设计最先被考虑,一般用于注塑成型的会在1.5mm(0.06in)至4.5mm(0.18in)壁厚比这 范围小的用于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PC聚碳酸酯a)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(0.375 in)若要效果好,则壁厚应不过3.1mm(0.125 in)在一些需要将壁厚增加使 强度加强时,肋骨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于部件的几何和大小短的塑料流程是可以达到0.3mm(0.012 in)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,可减少成型后的变型问题LCP液晶聚合物a)壁厚由于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PS聚苯乙烯a)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PA聚酰胺(尼龙)a) 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后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),此一圆角一般均可接受,在有可能的范围,尽量使用较大觥值 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 之间PSU聚飒a)壁厚 常用于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)PBT聚对苯二酸丁二酯a) 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,不均一化和外 形等典型的壁厚介乎在0.76mm至3.2mm(0.03至0.125in)壁厚要求均一,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是建议的最理想表现加强筋(Ribs)基本设计守则加强筋在塑胶部件上是不可或缺的功能部份加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大 幅增加产品切面面积,但没有如『工』字铁般出现倒扣难于成型的形状问题,对一些经常受到压力、扭力、 弯曲的塑胶产品尤其适用此外,加强筋更可充当内部流道,有助模腔充填,对帮助塑料流入部件的支节部 份很大的作用加强筋一般被放在塑胶产品的非接触面,其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向,选择加强筋 的位置亦受制于一些生产上的考虑,如模腔充填、缩水及脱模等加强筋的长度可与产品的长度一致,两端相接产品的外壁,或只占据产品部份的长度,用以局部增加产品某部份的刚性要是加强筋没有接上产品外 壁的话,末端部份亦不应突然终止,应该渐次地将高度减低,直至完结,从而减少出现困气、填充不满及烧 焦痕等问题,这些问题经常发生在排气不足或封闭的位置上加强筋最简单的形状是一条长方形的柱体附在产品的表面上,不过为了满足一些生产上或结构上的考虑,加 强筋的形状及尺寸须。

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