塑料制品结构设计

一塑料制品结构设计主要内容结构设计概述塑料制品的收缩塑料制品几何形状设计（脱模斜度、壁厚、加强筋、凸台、角撑、支承面、边缘、平面、拱底、圆角、孔、避免侧面凸凹和侧孔、螺纹、凸凹纹（滚花）、文字、标记和符号）嵌件设计（作用、形式、设计要点）联接件设计（螺钉联接、卡夹联接、铰链联接）塑料制品的尺寸精度与表面质量设计实例目标：优良的产品性能，同时获得较低的成本。设计任务：材料选择选择合适的加工过程强度计算模具设计1、结构设计的内容和步骤设计零部件形状、数量、相互空间位置、选择材料、确定尺寸、进行各种计算、按比例绘制结构方案总图。充分考虑现有的各种条件，如加工条件、现有材料、各种标准零部件、相近机器的通用件等。结构设计是从定性到定量，从抽象到具体，从粗略到精细的设计过程。结构设计的步骤设计任务书对结构设计的要求初步确定主要功能载体的结构初步确定辅助功能载体结构检查主辅助功能载体结构相互影响及配合性详细设计主辅功能载体结构，确定两种结构的零部件几何尺寸、相互位置等对设计的进一步完善技术和经济评价结构设计主要包括3个方面定性分析构形（各零件形状、数目、位置关系）定量计算尺寸，确定材料按比例绘制结构图。结构设计主要目标是：保证功能，提高性能，降低成本。1.1.2结构设计基本要求功能和工作原理明确结构简单安全可靠1、功能和工作原理明确功能明确：所选择结构要达到预期的功能，每个分功能有确定的结构来承担，各部分结构之间有合理的联系。要避免冗余结构，尽量减少静不定结构。工作原理明确：所选结构的物理作用明确，从而可靠地实现能量流（力流）、物料流和信号流的转换或传导。2、结构简单零部件数量少零件几何形状简单采用标准零部件操作简单，结构布置合理，信号显示醒目包装简单，运输方便3、安全可靠机器安全包括4个方面：零件安全、整机安全、工作安全、环境安全安全技术法：直接安全技术法（安全存在原理、有限损坏原理、冗余配置原理）、间接安全技术法、指导性安全技术法什么是结构设设计？结构设计时需需要考虑如下下要点：确定尺寸，选选择材料，零零部件的安装装、连接、固固定方式，运运动部件的结结构，表面处处理工艺和模模具加工要求求等。其中，，确定尺寸最最重要的依据据是积累的经经验数据，包包括形状尺寸寸、定位尺寸寸、配合尺寸寸；选择材料要考考虑材料的成成本，成型特特点，物理和和化学性能等等，塑料件的的连接结构很很多利用了材材料本身的弹弹性和强度特特性；零部件的安装装、连接、固固定、运动方方式需要积累累各种典型结结构类型，考考虑各种结构构的优劣、适适用场合，尽尽可能采用简简单的方式实实现；表面处理工艺艺不仅和外观观要求有关，，还要考虑加加工成本、工工艺难度等制制造生产要求求；结构设计同时时要考虑塑料料注塑模具的的加工要求：：动定模分模模线的位置，，是否需要侧侧抽芯，浇口口位置，脱模模斜度，壁厚厚是否均匀，，表面粗糙度度，模具成本本，型腔数目目等。§1.1塑塑料制品设设计的一般程程序和原则1.1.1塑塑料制品品设计的一般般程序详细了解塑料料制品的功能能、环境条件件和载荷条件件选定塑料品种种制定初步设计计方案，绘制制制品草图（（形状、尺寸寸、壁厚、加加强筋、孔的的位置等）样品制造、进进行模拟试验验或实际使用用条件的试验验制品设计、绘绘制正规制品品图纸编制文件，包包括塑料制品品设计说明书书和技术条件件等塑料的性质受受使用环境、、加工过程、、模具设计和和操作条件的的影响从样品到量产产借助原料制造造商的经验，，将新的设计计理念转化成成实际产品1.1.2塑塑料制品品设计的一般般原则在选料方面需需考虑：塑料的物理机机械性能，如如强度、刚性性、韧性、弹弹性、吸水性性以及对应力力的敏感性等等；塑料的成型型工艺性，，如流动性性、结晶速速率，对成成型温度、、压力的敏敏感性等；；塑料制品在在成型后的的收缩情况况，及各向向收缩率的的差异。在制品形状状方面：能能满足使用用要求，有有利于充模模、排气、、补缩，同同时能适应应高效冷却却硬化（热热塑性塑料料制品）或或快速受热热固化（热热固性塑料料制品）等等。在模具方面面：应考虑虑它的总体体结构，特特别是抽芯芯与脱出制制品的复杂杂程度。同同时应充分分考虑模具具零件的形形状及其制制造工艺，，以便使制制品具有较较好的经济济性。在成本方面面：要考虑虑注射制品品的利润率率、年产量量、原料价价格、使用用寿命和更更换期限，，尽可能降降低成本。。设计塑料零零件时需注注意的要点点：比较各种材材料的基本本特性。金属具有更更高的密度最高使用温温度刚性/强度度导热性导电性工程塑料具具有更好的的机械避震热伸缩性断裂伸长率率韧性必须对产品品所有的要要求和限制制条件进行行完整和细细致的分析析，选择合合适的材料料。一般来说，，半结晶性性热塑性塑塑料主要用用于机械强强度高的部部件，而无无定型热塑塑性塑料由由于不易弯弯曲，则常常被应用于于外壳。§1.2塑塑料制制品的收缩缩塑料制品在在成型过程程中存在尺尺寸变小的的收缩现象象，收缩的的大小用收收缩率表示示。S——收缩缩率；L0——室室温时的模模具尺寸；；L——室温温时的塑料料制品尺寸寸。具有较低同同向收缩率率的材料通通常提供了了较好的尺尺寸控制———对于小小公差工件件来说是一一个重要的的考虑因素素。影响收缩率率的主要因因素有：成型压力型腔内的压压力越大，，成型后的的收缩越小小。注射温度收缩率随温温度的升高高而减小。。模具温度通常情况是是，模具温温度越高，，收缩率增增大的趋势势越明显。。成型时间成型时保压压时间一长长，补料充充分，收缩缩率小。与与此同时，，塑料的冻冻结取向要要加大，制制品的内应应力亦大，，收缩率也也就增大。。成型的冷冷却时间一一长，塑料料的固化便便充分，收收缩率亦小小。制品壁厚结晶型塑料料(聚甲醛醛除外)的的收缩率随随壁厚的增增加而增加加，而非结结晶型塑料料中，收缩缩率的变化化又分下面面几种情况况：ABS和聚碳酸酸酯等的收收缩率不受受壁厚的影影响；聚乙乙烯、丙烯烯腈—苯乙乙烯、丙烯烯酸类等塑塑料的收缩缩率随壁厚厚的增加而而增加；硬硬质聚氯乙乙烯的收缩缩率随壁厚厚的增加而而减小。材料特性例如：半结结晶热塑性性塑料收缩缩率高于非非结晶热塑塑性塑料。。工件尺寸孔、肋板等等工件特征征起到限制制收缩的作作用，减小小整体收缩缩率。进料口尺寸寸进料口尺寸寸大，塑料料制品致密密，收缩小小。靠近进进料口的区区域收缩小小于远离进进料口的区区域。玻璃纤维等等的填充物物收缩率随填填充量的增增加而减小小。§1.3塑塑料制品几几何形状设设计1.3.1尺寸精度度和表面光光洁度塑件的尺寸寸精度主要要取决于塑塑料收缩率率的波动和和模具制造造误差。根据材料类类型，可选选用不同的的精度等级级。表面光洁度度主要取决决于模具光光洁度。§1.3塑塑料制品几几何形状设设计1.3.2脱模模斜度脱模斜度：：为便于脱脱模，塑料料制品壁在在出模方向向上应具有有倾斜角度度α，其值值以度数表表示。制品精度要要求越高，，脱模斜度度应越小。。尺寸大的制制品，应采采用较小的的脱模斜度度。制品形状复复杂不易脱脱模的，应应选用较大大的斜度。。制品收缩率率大，斜度度也应加大大。增强塑料宜宜选大斜度度，含有自自润滑剂的的塑料可用用小斜度。。制品壁厚大大，斜度也也应大。斜度的方向向。内孔以以小端为准准，满足图图样尺寸要要求，斜度度向扩大方方向取得；；外形则以以大端为准准，满足图图样要求，，斜度向偏偏小方向取取得。一般般情况下脱脱模斜度。。可不受制制品公差带带的限制，，高精度塑塑料制品的的脱模斜度度则应当在在公差带内内。由表中可以以看出，塑塑料硬脆、、刚性大的的，脱模斜斜度要求大大。具备以下条条件的型芯芯，可采用用较小的脱脱模斜度：：(1)顶顶出时制品品刚度足够够。(2)制制品与模具具钢材表面面的摩擦系系数较低。。(3)型型芯表面的的粗糙度值值小，抛光光方向又与与制品的脱脱模方向——致。(4)制制品收缩量量小，滑动动摩擦力小小。制品脱模斜斜度设计箱体与盖类类制品当H≤50mm时，，S/H=1/30~1/50当50＜H≤100mm时，，S/H≤≤1/60格子板形制制品当格子的间间距P≤4mm时，，脱模斜度度α=1/10P。。格子C尺尺寸越大，，脱模斜度度越大。当格子高度度H超过8mm，脱脱模斜度不不能取太大大值时，可可采用图(b)的形形式，使一一部分进入入动模一侧侧，从而使使脱模斜度度满足要求求。带加强筋类类制品A=(1.0~1.8)Tmm；B=(0.5~0.7)Tmm底筋类制品品A=(1.0~1.8)Tmm；B=(0.5~0.7)Tmm凸台类制品品最小脱模斜斜度§1.3.4制制品壁厚制品壁厚的的作用使制品具有有确定的结结构和一定定的强度、、刚度，以以满足制品品的使用要要求。成型时具有有良好的流流动状态（（如壁不能能过薄）以以及充填和和冷却效果果（如壁不不能太厚)合理的壁厚厚使制品能能顺利地从从模具中顶顶出。满足嵌件固固定及零件件装配等强强度的要求求。防止制品翘翘曲变形。。改变一个零零件的壁厚厚，对以下下主要性能能将有显著著影响：零件重量在模塑中可可得到的流流动长度零件的生产产周期模塑零件的的刚性公差零件质量，，如表面光光洁度、翘翘曲和空隙隙流程与壁厚厚的比率翘曲模量与与壁厚的关关系一块平板的的抗挠刚度度由材料特特有的弹性性模数和该该块版的横横截面的转转动惯量所所决定。如如果未经任任何考证就就自动增加加以改进塑塑料制品的的刚性，通通常会导致致出现严重重问题，对对结晶材料料尤为如此此。对玻璃璃纤维增强强材料，改改变也会影影响玻璃纤纤维的取向向。靠近模模具壁面，，纤维按照照流体流动动方向取向向。而在模模具壁面横横截面的中中央部位，，纤维取向向混乱，从从而导致出出现湍流。。制品壁厚的的设计基本原则———均匀壁壁厚。即：：充模、冷冷却收缩均均匀、形状状性好、尺尺寸精度高高、生产率率高。在满足制品品结构和使使用要求的的条件下，，尽可能采采用较小的的壁厚。制品壁厚的的设计，要要能承受顶顶出装置等等的冲击和和振动。在制品的连连接固紧处处、嵌件埋埋入处、塑塑料熔体在在孔窗的汇汇合（熔接接痕）处，，要具有足足够的厚度度。保证贮存、、搬运过程程中强度所所需的壁厚厚。满足成型时时熔体充模模所需壁厚厚，既要避避免充料不不足或易烧烧焦的薄壁壁，又要避避免熔体破破裂或易产产生凹陷的的厚壁。制品上相邻邻壁厚差的的关系(薄薄壁：厚壁壁)为：热固性塑料料：压制1：3，挤挤塑1：5热塑性塑