塑件设计概述

1、塑件设计一、塑胶材料简介二、塑胶薄壁件设计基础三、塑模对塑件结构设计的要求 一、塑胶材料简介 目 錄n塑膠的機械性能n塑膠的材料特性n塑膠成型的特性n塑膠分类及相关概念n常用熱塑性的性能和用途分類表塑膠的機械性能塑胶材料異与其他金属材料的特性塑胶材料的各种机械性能易于受到周围环境温度,湿度,光线,水,空气,药品的接触的影响而致劣化,容许使用的范围比金属窄 塑胶的机械特表现静力机械性能冲击机械性能长时间受力机械性能反复受力性能塑胶的拉伸特性（塑胶拉伸试验标准:JIS K 7113-1981）粘弹特性使得弹性区应力-应变关系不成比例,弹性区与塑性区不明显受温度,湿度的影响大塑膠的材料特性v塑膠的彎

2、曲特性v塑膠的沖擊特性v塑膠的熱澎脹率v塑膠成型的收縮率塑膠的彎曲特性n塑胶的弯曲强度受温度及湿度的影响较大,如圖所示: 塑膠的沖擊特性 高韧塑胶:PC,NYLON,POM,ABS 脆性塑胶:PS,PMMA 塑胶冲击试验标准: CHARPY冲击试验熱塑性塑料 a. zod冲击试验 b. Dynstat冲击试验，试片取自成型品，用于比较 成型品各部分的冲击强度 c.落球冲击试验，僅通过目视来判断损坏状态， 较为实用 此外,塑胶的冲击强度受温度及湿度的影响较大 塑膠的熱膨脹率 塑膠的成型收縮率 塑膠的成型收縮率指模具尺寸與產品實測尺寸的差異= (常溫下). 塑膠的成型收縮為一范圍,不同級別的同種塑

3、膠,同一塑件的不同結構處,流動方向與垂直於流動的方向,不同的成型工藝均會有不同的收縮率. 窄的收縮率范圍有利於尺寸穩定性,有利於精密塑件的成型,如PC.模具尺寸 成品尺寸 模具尺寸塑膠的成型收縮率成 形 材 料線膨脹系數 (10-5/ ) 成形收縮率 (%)樹 脂 名充填材(強化材)酚樹脂酚樹脂尿素樹脂聚氰胺樹脂diallyl phthalatc樹脂環氧樹脂聚脂木粉. 棉絮玻璃纖維a- 纖維素a- 纖維素 玻 璃玻璃纖維玻璃纖維(預混合)3.0-4.50.8-1.62.2-3.64.01.0-3.61.1-3.52.0-3.30.4-0.90.01-0.10.6-1.40.5-1.50.1-0

4、.50.1-0.50.1-1.2熱可塑性樹脂結晶性聚乙烯 (低密度)聚乙烯 (中密度)聚乙烯 (高密度)聚丙烯聚丙烯耐隆 (6)耐隆 (66)耐隆 (66)聚縮醛聚縮醛-玻璃纖維-20-40%玻璃纖維-20%玻璃纖維10.0-20.014.0-16.011.0-13.05.8-10.02.9-5.28.39.01.2-3.28.13.6-8.11.5-5.01.5-5.02.0-5.01.0-2.50.4-0.80.6-1.41.00.3-1.42.0-2.51.3-2.8非品性聚苯乙烯 (一般用)聚苯乙烯 (耐沖擊用)聚苯乙烯AS樹脂AS樹脂ABS樹脂 (耐沖擊用)ABS樹脂 (耐沖擊用)亞

5、克力樹脂聚碳酸酯聚碳酸酯PVC樹脂 (硬質)醋酸纖維素-20-30%玻璃纖維-20-30%玻璃纖維-20-40%玻璃纖維-10-40%玻璃纖維-6.0-0.83.4-21.01.8-4.53.6-3.82.7-3.89.5-13.02.9-3.65.0-9.06.61.7-4.05.0-18.58.0-18.00.2-0.60.2-0.60.1-0.20.2-0.70.1-0.20.3-0.80.1-0.20.2-0.80.5-0.70.1-0.30.1-0.50.3-0.8塑膠的成型特性及注射成型塑膠的成型特性及注射成型 成型特性定義 塑膠的加工溫度范圍 塑膠熔體的流動性能塑膠冷卻后的尺寸穩

6、定性 塑料的分类塑料的分类n 我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS) 、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、

7、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。n 按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛

8、(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能。 热塑性塑料的分类热塑性塑料的分类 n我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定形塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料。反之，就叫无定形塑料，或叫非结晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判

9、别结晶形塑料和无定形塑料方法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透明。 相关的基本概念相关的基本概念a. 流动性n不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。 n一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差，因此，注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大.n反映流动性的指标通常有熔融指数(MF

10、R)和表观粘度。 相关的基本概念相关的基本概念 b.收缩性 热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%3.0%，而无定形塑料的收缩率在0.4%0.8%。对于结晶形塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。 常见塑料的成型收缩率 相关的基本概念相关的基本概念c. 流变性 高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其

11、分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性，塑料又可分为剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而迅速降低，这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强，粘度随温度的上升而下降得越快，这种塑料属于热敏性塑料。常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。对于高分子聚合物来讲，剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响，剪切速率的提高都可以在不同程度上降低熔体的粘度，可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以，在设计流道系统时，并不是流道尺寸越大，压力降就越小，适当小的流道尺寸可以提高熔体的剪切速率来降低粘度，进一步减

12、少压力降，这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的浇口尺寸可以使增加熔体的剪切速率，产生大量的摩擦热，熔体温度明显上升，熔体粘度跟着下降，增加流动性。所以，小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品的壁厚较厚时，应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。相关的基本概念相关的基本概念d. 取向效应 影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列，这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中，便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削弱，表现为各个的方向的物理机械性能的不一致，也可能导致各个方向收缩

13、不均匀，从而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素： (1) 熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应 ； (2) 注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应； (3) 制品厚度越薄，取向效应越强； (4) 较大的浇口尺寸将加强取向效应。 有时采取某些特别的措施增强取向效应，使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得 到提高。如拉伸薄膜、铰链等。ABSABS 介绍 ABS( Acrylonitrile - Butadiene - Styrene)俗称超不碎胶，是一种高强度改性PS，由丙烯腈

14、、丁二烯和苯乙烯三种组元以一定的比例共聚而成 三元结构的ABS兼具各组分的多种固有特性：丙烯腈能使制品有较高的强度和表面硬度，提高耐化学腐蚀性和耐热性；丁二烯使聚合物有一定的柔顺性，使制件在低温下具有一定的韧性和弹性、较高的冲击强度而不易脆折；苯乙烯使分子链保持刚性，使材质坚硬、带光泽，保留了良好的电性能和热流动性，易于加工成型和染色。 ABS本色为浅象牙色，不透明，无毒无味，属于无定形塑料。粘度适中，它的熔体流动性和温度、压力都有关系，其中压力的影响要大一些。 ABS树脂是一种缓慢燃烧的材料，燃烧时火焰呈黄色，冒黑烟，气味特殊，在继续燃烧时不会熔融滴落。 ABSABS主要优点主要优点 1.综

15、合性能比较好：机械强度高；抗冲击能力强，低温时也不会迅速下降；缺口敏感性较好；抗蠕变性好，温度升高时也不会迅速下降；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低； 2.电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小； 3.耐低温达-40； 4.耐酸、碱、盐、油、水； 5.可以用涂漆、印刷、电镀等方法对制品进行表面装饰； 6.较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。ABSABS主要缺点主要缺点 1. 不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂所溶解; 2. 耐候性较差，特别是耐紫外线性能不好； 3. 耐热性不够好。 普通ABS的热变形温度仅为9598。 ABSABS的改性的改性 ABS能与其他许多热塑性或热塑

16、性塑料共混，改进这些塑料的加工和使用性能。 如将ABS加入PVC中，可提高其冲击韧性、耐燃性、抗老化和抗寒能力，并改善其加工性能； 将ABS与PC共混，可提高抗冲击强度和耐热性； 以甲基丙烯酸甲酯替代ABS中丙烯腈组分，可制得MBS塑料，即通常所说的透明ABS。ABS总结 综上所述，ABS是一类较理想的工程塑料，为各行业所广为采用。航空、造船、机械、电气、纺织、汽车、建筑等制造业都将ABS作为首选非金属材料。 PCPC聚碳酸酯聚碳酸酯 聚碳酸酯(Polycarbonate,简称PC，俗称防弹玻璃胶)常指双酚A型聚碳酸酯，它性能优越，不仅透明度高，冲击韧性极好，而且耐蠕变，使用温度范围宽，电绝缘

17、性、耐候性优良，无毒。是一种有优异工程性能的较理想的塑料，外观透明微黄，刚硬而带韧性。聚碳酸酯的结晶倾向较小，没有准确的熔点，一般认为属于无定形塑料。流动性较差，冷却速度较快，制品易产生应力集中。它的流变性很接近牛顿型流体，它的粘度主要受温度影响。聚碳酸酯可缓慢燃烧，火焰呈黄色，黑烟炭束，熔融起泡，散发出特殊花果臭，离火后慢慢熄灭。 PCPC优良的综合性能优良的综合性能 主要表现在以下几个方面：1.机械强度高。其冲击强度是热塑性塑料中最高的一种，比铝、锌还高，号称“塑料金属”；弹性模量高，受温度影响极小；抗蠕变性能突出，即使在较高温度、较长时间下蠕变量也十分小，优于POM；其他如韧性、抗弯强度

18、、拉伸强度等亦优于PA及其他一般塑料。PC的低温机械强度是十分可贵的。所以在较宽的温度范围内，低温抗冲击能力较强，耐寒性好，脆化温度低达-100； PCPC优良的综合性能优良的综合性能2. 耐热性耐气候性优良。PC的耐热性比一般塑料都高，热变形温度为135143，长期工作温度达120130，是一种耐热环境的常选塑料。其耐候性也很好，有人做过实验，将PC制件置于气温变化大的室外，任由日晒雨淋，三年后仅仅是色泽稍黄，性能仍保持不变；3.成型精度高，尺寸稳定好。成型收缩率基本固定在0.5%0.7%，流动方向与垂直方向的收缩基本一致。在很宽的使用温度范围内尺寸可靠性高。 PCPC的主要缺点的主要缺点

19、1.是自身流动性差，即使在较高的成型温度下，流动亦相对缓慢； 2.是在成型温度下对水分极其敏感，微量的水分即会引起水解，使制件变色、起泡、破裂； 3. 抗疲劳性、耐磨性较差、缺口效应敏感。 料总结PC优良的综合性能使其在机械、仪器仪表、汽车、电器、纺织、化工、食品等领域都占据著重要地位。制成品有：食品包装、餐饮器具、安全帽、泵叶、外科手术器械、医疗器械、高级绝缘材料、齿轮、车灯灯罩、高温透镜、窥视孔镜、电器连接件和镭射唱片、镭射影碟等。 聚氯乙烯(PVC)之性能聚氯乙烯分軟、硬二種,比重為1.381.43力學強度高,電器性能優良,耐酸鹼的抵抗力極強,化學穩定性很好、缺點:軟化點低.軟聚氯乙烯的

20、拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、沖擊韌性等均較硬聚氯乙烯為低,而破斷時的伸長率較高.衣類,雜貨,包裝材料,家庭用具,紐扣,人造皮革,加工紙,玩具,唱片,地磚電線纜,被覆,椅套,浴帘飾品,保險杆,墊片,導管,組件,電氣,外護蓋,膠鞋 聚苯乙烯(PMMA)之性能 有極好的透明性，制品尺寸穩定，成型容易.缺點是質脆，易熔于有機溶劑中，作為透光材料，表面硬度不夠，容易擦毛聚苯乙烯(PMMA)之用途n飛機、汽車、船、用窗燈罩、照明護罩、看板、標示牌、光學透菱鏡、機械護蓋n義眼隆鼻骨骼用填充球外科用具電扇翼片鐘表玻璃太陽瀘光鏡聚甲醛(POM)之性能 力學強度較高,它的抗張強度達70MPa,可在104下長期使

21、用,脆化溫度為-40 ,吸水性亦較小.缺點熱穩定性差,所以必須嚴格控制成型 加工溫度.聚甲醛(POM)之用途雨刷速度表,冷氣機零件,車門,把手擋,泥板門,鏡座,檢油閥,電扇,洗衣機,冰箱,輕軸,齒輪二、塑件薄壁设计基础分两部分：n注塑工艺对胶件结构的要求注塑工艺对胶件结构的要求nSANSUNG THIN WALL DESIGN GUIDE 注塑工艺对胶件结构的要求注塑工艺对胶件结构的要求 胶件产生收缩凹陷、气烘、困气、变形、烧焦等工艺性问题,是与胶件的局部胶厚、浇口设置、冷却等因素影响有关。 胶件结构应从以下几方面照顾注塑工艺性的要求。1、壁厚 胶件壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄悬殊的设计

22、，否则会 引起收缩不均，使胶件表面产生缺陷。 另外，胶件壁厚还与熔体充模流程有密切关系；其流程是指熔料从浇口起流向型腔各处的距离。在常规工艺条件下，流程大小与胶件壁厚成正比关系。胶件壁厚越大，则允许最大流程越长。可利用关系式或图表(见塑料模具技术手册6869页)校核胶件成形的可能性。 注塑工艺对胶件壁厚的要求注塑工艺对胶件壁厚的要求常见壁厚不均会产生的问题： (1)局部厚胶位如图右图所示， 易产生表面收缩凹陷。 (2)如图3.1.2所示，胶件两边薄胶位， 易产生成形滞流现象。 两边薄胶位厚0.3mm，易产生 滞流，须加厚到0.8mm 厚胶位易收缩凹陷注塑工艺对胶件壁厚的要求注塑工艺对胶件壁厚的

23、要求(3)止口位如图3.1.3所示,胶厚采用渐变方法以消除表面白印；另 有胶件内部拐角位图3.1.3胶厚突变易产生白线壁厚不均匀 影响流动胶厚渐变增加圆角使壁厚均匀增加圆角使其壁厚均匀。注塑工艺对胶件壁厚的要求注塑工艺对胶件壁厚的要求(4)如图3.1.4所示，胶件平面中间凹位过深，实际成形胶件产生拱形变形；解决变形的方法是减小凹位深度，使壁厚尽量均匀。注塑工艺对胶件壁厚的要求注塑工艺对胶件壁厚的要求 (5)如图3.1.5所示，尖角位表面易产生烘印，避免 烘印的办法是加圆角过渡。 图3.1.5尖角位表面易产生烘印加圆角避免烘印2、( (筋筋) )骨位骨位 胶件骨位其作用有增加强度、固定底面壳、支

24、撑架、按键导向等。由于骨位与胶件壳体连接处易产生外观收缩凹陷；所以，要求骨位厚度应小于等于0.6t(t为胶件壁厚), 为改善某些深骨位的流动状况，骨位上增加走胶米仔；如下图所示喇叭骨加走胶米仔，模具制作镶件。 喇叭骨图3.1.7支架骨加走胶米仔3、浇口浇口 n要求在胶件设计时考虑到浇口的设置n 浇口知识请参阅模具设计手册三、模具对塑胶结构的要求分析胶件结构是否符合模具成形和出模的要求，可从如下几方面进行：脱模斜度、擦碰位、行位、斜顶、尖薄钢位、出模。 3.1 3.1 脱模斜度脱模斜度 胶件必须有足够的脱模斜度，以避免出现顶白、顶伤和拖白现象。脱模斜度与胶料性能、胶件形状、表面要求有关。 常用胶

25、料最小脱模斜度的推荐值(见塑料模具技术手册67页) 胶件外观表面要求光面或纹面，其脱模斜度也不同，斜度值如下： (1)外表面光面小胶件脱模斜度1，大胶件脱模斜度3； (2)外表面蚀纹面Ra 6.3脱模斜度3，Ra6.3脱模斜度4； (3)外表面火花纹面Ra 3mm时,斜度 3；某些胶件对斜度有特定要求时，擦面高度 h10mm，允许斜度 2 。对擦碰面尖部图3.2.4封胶位应有圆角R0.5以上。 图3.2.4枕位擦面图3.2.5擦、碰面设计要求擦、碰面设计要求(3)便于模具加工和维修。如图3.2.6 图3.2.7所示，转轴位模具上制作镶件。 图3.2.6转轴小碰面模具制作镶件位擦面图3.2.73

26、.3 3.3 行位、斜顶行位、斜顶 胶件侧壁有凹凸形状、侧孔和扣位时，模具开模顶出胶件前则须将侧向型芯抽出，此机构称行位。如图 3.2.8 所示，胶件外侧孔，需后模行位抽芯。如图 3.2.9 所示，胶件内侧凹槽，若用斜顶出模，顶部开距不够，须采用内行位。 侧孔，后模行位抽芯图3.2.8内侧壁凹形，内行位图3.2.9行位、斜顶行位、斜顶另外，利用斜向顶出，顶出和抽芯同时完成的顶出机构称斜顶。对胶件上需抽芯的部位，当行位空间不够时，可利用斜顶机构完成。斜顶机构中，斜向顶出距离应大于抽芯距离( B H )如图3.2.10所示，防止顶出干涉。内侧壁扣位，斜顶抽芯图3.2.10行位、斜顶行位、斜顶如图3

27、.2.11所示，胶件内、外侧壁都有凹形，内侧有骨位阻碍和高度不够原因，须对外侧壁前模行位，内侧壁斜顶出模。 外侧壁凹形，前模行位内侧凹形，须斜顶图3.2.11图3.2.12侧孔，前模行位抽芯扣位斜顶如图3.2.12所示，胶件侧孔周围不能有夹线，侧孔须前模行位抽芯，扣位斜顶出模。3.4 分模面分模面 胶件设计中，最好对分模面作出规定。较困难的地方，可与模具设计者共同商讨确定；或根据模厂的合理建议修改不合理的分模面。图3.2.14胶件外形边缘与孔边易出现错位分析胶件分模面时注意以下几点： (1)按外观要求，确定表面夹线位置，如图3.2.13所示 图3.2.13分模面夹线分模面分模面(2)将胶件有同轴度要求或易错位的部分，放置分模面同一侧，如图3.2.14图3.2.15所示。图3.2.14胶件外形边缘与孔边易出现错位此分模面在沉孔底面，使小孔与沉孔不在同一侧，易产生模具积累误差，造成两孔错位图3.2.15胶件内小孔与沉孔为同一对称面，防止台阶边错位分模面分模面3)考虑脱模斜度造成的胶件大、小端尺寸差异，如图3.2.16所示。 按键孔，分模面放在中间，减小两端尺寸差异胶件图模具分模面图3.2.16分模面分模面(4)确定胶件在模具内的方位，使之形成的分模面应尽量防止产生侧孔或侧凹，以避免采用复杂的模具结构,如图3.3.16图3.3.