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文档简介

目录

第一章塑件设计的一般程序和原则................................1

1.1塑件设计的一般程序.................................................1

1.2塑件设计的一般原则................................................1

第二章塑件的收缩..............................................1

第三章拔模斜度................................................4

3.1拔模斜度确定要点..................................................5

3.2制品拔模斜度设计...................................................7

第四章制品壁厚................................................9

4.1制品壁厚的作用....................................................9

4.2制品壁厚的设计.....................................................9

第五章加强筋(含凸台、角撑)...................................16

5.1加强筋的作用.....................................................19

5.2加强筋的形状及尺寸................................................19

5.3支柱...........................................................-28

第六章支承面.................................................28

第七章圆角..................................................36

第八章孔.....................................................38

8.1制品孔的形式及成型方法...........................................38

8.2孔的模塑成型.....................................................38

8.3孔的设计要点......................................................42

第九章侧面凸凹和侧孔........................................46

9.1制品的侧凸凹.....................................................46

9.2侧凸凹的设计与成型方法............................................47

第十章螺纹...................................................51

10.1塑件螺纹的类型与选用(图2—54).............................................................................51

10.2塑件螺纹的模塑成型方法..........................................52

10.3塑件螺纹设计要点................................................52

第十一章塑件中的嵌件........................................55

11.1嵌件的结构形式...................................................56

11.2嵌件在塑件中的固定..............................................59

11.3嵌件在模具中的安放与定位........................................61

11.4嵌件周围塑料的裂纹和联接强度....................................62

11.5装配式嵌件(制品模塑后再装入嵌件)..............................63

11.6塑料嵌件(嵌件的外插注射模塑)..................................64

第十二章塑件的凸凹纹(滚花)................................72

第十三章标记、符号...........................................74

第十四章制品的尺寸精度.......................................74

14.1尺寸精度的组成及影响因素........................................74

14.2塑件尺寸公差....................................................76

附录一:塑料的基本概念及其常用工程塑料的性能特点..............79

附录二:塑料的成型工艺........................................82

附录三:塑料产品的公差..................................

塑件设计指南

塑件的结构设计又称塑件的功能特性设计或塑件的工艺性。

第一章塑件设计的一般程序和原则

1.1塑件设计的一般程序

1.详细了解塑件的功能、环境条件和载荷条件

2.选定塑件品种

3.制定初步设计方案,绘制制品草图(形状、尺寸、壁厚、加强筋、孔的位置等)

4.样品制造、进行模拟试验或实际使用条件的试验

5.制品设计、绘制正规制品图纸

6.编制文件,包括塑件设计说明书和技术条件等。

1.2塑件设计的一般原则

1.在选料方面需考虑:

(1)塑料的物理机械性能,如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感

性等;

(2)塑料的成型工艺性,如流动性、结晶速率,对成型温度、压力的敏感性等;

(3)塑件在成型后的收缩情况,及各向收缩率的差异。

2.在制品形状方面:能满足使用要求,有利于充模、排气、补缩,同时能适应高效冷

却硬化(热塑性塑件)或快速受热固化(热固性塑件)等。

3.在模具方面:应考虑它的总体结构,特别是抽芯与脱出制品的复杂程度。同时应充

分考虑模具零件的形状及其制造工艺,以便使制品具有较好的经济性。

4.在成本方面:要考虑注射制品的利润率、年产量、原料价格、使用寿命和更换期限,

尽可能降低成本。

第二章塑件的收缩

塑件在成型过程中存在尺寸变小的收缩现象,收缩的大小用收缩率表示。

s=4zAxioo%

4

(2-1)

式中S-----收缩率;

1

Lo-----室温时的模具尺寸;

L一一室温时的塑件尺寸。

影响收缩率的主要因素有:

(1)成型压力。型腔内的压力越大,成型后的收缩越小。非结晶型塑料和结晶型塑料的

收缩率随内压的增大分别呈直线和曲线形状下降。

(2)注射温度。温度升高,塑料的膨胀系数增大,塑件的收缩率增大。但温度升高熔料

的密度增大,收缩率反又减小。两者同时作用的结果一般是,收缩率随温度的升高而减小。

(3)模具温度。通常情况是,模具温度越高,收缩率增大的趋势越明显。

(4)成型时间。成型时保压时间一长,补料充分,收缩率便小。与此同时,塑料的冻结

取向要加大,制品的内应力亦大,收缩率也就增大。成型的冷却时间一长,塑料的固化便充

分,收缩率亦小。

(5)制品壁厚。结晶型塑料(聚甲醛除外)的收缩率随壁厚的增加而增加,而非结晶型塑

料中,收缩率的变化又分下面几种情况:ABS和聚碳酸酯等的收缩率不受壁厚的影响;聚

乙烯、丙烯月青一苯乙烯、丙烯酸类等塑料的收缩率随壁厚的增加而增加;硬质聚氯乙烯的收

缩率随壁厚的增加而减小。

(6)进料口尺寸。进料口尺寸大,塑件致密,收缩便小。

(7)玻璃纤维等的填充量。收缩率随填充量的增加而减小。

表2-1、表2-2、表2-3为常用塑料的成型收缩率。

表2-1热塑性塑料的成型收缩率

线膨胀系数/(107QT)成型收缩率(%)

7J

材料非增强增强非增强增强

ABS6.0〜9.32.9~3.60.4〜0.90.1〜0.2

SAN(AS)6.0-8.03.7-3.80.2-0.70.1〜0.2

聚苯乙烯(PS)6.0~8.01.8-4.50.1~0.60.1〜0.3

聚苯乙烯(耐冲击型)3.4-21.00.2-0.60.2〜0.6

非结晶剂醋酸纤维索(CA)0.8-16.00.3〜0.6

醋酸丁酸纤维素(CAB)11.0-17.00.2-0.5

乙基纤维素(EC)10.0-20.00.5〜0.9

聚碳酸酯(PC)6.61.7-4.00.5~0.70.1〜0.3

聚碉(PSF)5.2-5.62.50.70.2

___________丙烯酸酯5.0-8.00.4—0.3

2

(续)

线膨胀系数/(lo-p')成型收缩率(%)

分类

材非增强增强非增强增强

聚氯乙烯(H-PVC)0.5〜18.50.1-0.5

非结晶型聚氯乙烯(STVC)7.5-25.01.0-5.0

聚偏氯乙烯(PVDC)190.5-2.5

聚乙烯(HOPE)11.0-13.02.0〜5.0

聚乙烯(中密度)14.0-16.01.5-5.0

聚乙烯(LDPE)10.0-20.01.5-5.0

聚丙烯(PP)5.8-10.22.9~5.20.4~0.8

1.0-2.50.4

聚酰胺(PA6)8.31.5〜2.00.6-1.4

聚酰胺(PA66)8.01.5〜2.00.5

结晶型0.3-1.50.4

聚酰胺(PA610)9.07.31.2

聚酰胺(PA12)10.07.50.3

0.3-1.51.3-2.8

聚甲醛(均聚体、POM)8.13.6-8.12.0~3.5

聚甲醛(共聚体、POM)8.50.2-0.6

2.00.2~0.8

PBT6.0~9.51.1~6.11.5〜2.0

PET2.50.35

表2-2热固性塑料的成型收缩率

成理材料线膨胀系数成型收缩率

热变形温度/V

树脂名称填充材《增强材)/(1。-5匕7)(%)

酚陪树脂木炭棉3.0-4.50.4-0.9127~171

酚醛树脂石棉0.8-4.00.05-0.4149~204

酚醛树脂云母1.9-2.60.05~0.5149~177

热酚醛树脂玻璃纤维0.8-1.00.01~0.4149-316

因尿素树脂a纤维素2.2~3.6;0.6-1.4127-143

性三聚机胺Q纤维索4.00.5-1.5210

树聚酯被璃纤维2.0-5.00-0.2

脂聚酯预混合2.5~3.30.2〜0.67205

硅素树脂玻璃纤维0.80-0.057483

•二烯丙基邻苯树脂玻璃纤维1.0~3.60.1-0.5

1环氧树脂玻璃纤维1.1-3.50.1-0.5204〜260

表2-3树脂的成型条件、壁厚的成型收缩率(%)

成型条件堂厚3mm以r学厚3~omm基下0mm以上

注射树脂模具型摘要

名称压力温度①温度间流动方向垂直方向流动方向垂直方向流动方向垂直方向

/n

/MPa弋/C/mi

聚丙烯105-225~80-8835-600.40.30.40.30.50.4流动方向

酸脂140230的值大,壁

厚越厚,值

越大

醋酸纤70.5-170-21-8210-1500.2〜0.70.2〜0.70.2〜1.50.2~1.50.4~2.50.4-2.4壁厚越

维索140265厚,值越大

尼龙684.5-235~21-9315-1200.8-1.50.8-1.51.5-1.71.5~1.71.7-2.21.7-2.2壁厚越

170295厚,值越大

尼龙105-275〜21-9330-601.5〜2.0②1.5〜2.0③2.0〜3.0②2.0~3.0③3.0〜4.0②3.0~4.0③壁厚越

66210315厚,值越大

中密度35〜175〜13-9310~1201.8〜4.01.57.01.8〜5.01.5-5.01.8^6.01.5~6.0流动方向

聚乙烯210340的值大,壁

厚越厚,值

越大

3

(续)

成型条件壁厚3mm以下壁厚3~6mm壁厚6mm以上

树脂

树脂具

度成型摘要

名称温度①时间流动方向垂直方向流动方向垂直方向流动方向垂直方向

/C/C/min

聚丙烯56〜205~16~1046T201.0-2.51.0〜2.01.0-2.51.0〜2.01.2-3.01.2-2.5流动方向

210285的值大,壁

厚越厚,值

越大

普通聚70-175~32〜654-1500.2-0.80.2-0.80.2〜1.50.2-1.50.4~2.50.4~2.5壁厚越

笨乙烯140315厚,值越大

丙烯肪70〜220-38-8310~1500.2-0.80.2~0.80.2-1.50.2-1.50.4~2.50.4-2.4壁厚越

洸乙140290厚,值越大

ABS105〜205-38〜9330〜750.3~0.50.3-0.50.3-0.50.30.50.3-0.50.3-0.5

210245

硬聚氯70.5-155〜43~6030-240—一1.0-3.01.0-3.00.4-0.60.4〜0.6壁厚越

乙烯140175厚,值越大

软聚氯70.5-155-43〜6030-601.0~3.01.0-3.0—一———

乙烯140175

聚碳酸105〜290〜83-2。、600.5-0.80.5-0.80.5〜0.80.5-0.80.5〜0.80.5〜0.8

能210325121

聚甲修105〜215-66~1213060壁1.6mm壁3mm壁6mm壁厚越

1402252.32.32.62.62.72.7厚,值越大

①树脂温度是料筒温度;

②退火处理过的情况;

③退火试验时的情况。

第三章拔模斜度

基本设计守则

塑胶产品在设计上通常会为了能够轻易的使产品由模具脱离出来而需要在边缘的内侧

和外侧各设有一个倾斜角为出模角。若然产品附有垂直外壁并且与开模方向相同的话,则模

具在塑料成型彳爰需要很大的开模力才能打开,而且,在模具开启彳菱,产品脱离模具的过程亦

相信十分困难。要是该产品在产品设计的过程上己预留出模角及所有接触产品的模具零件在

加工过程当中经过高度抛光的话,脱模就变成轻而易举的事情。因此,出模角的考虑在产品

设计的过程是不可或缺的,因注塑件冷却收缩彳笈多附在凸模上,为了使产品壁厚平均及防止

产品在开模彳菱附在较热的凹模上,出模角对应於凹模及凸模是应该相等的。不过,在特殊情

况下若然要求产品於开模彳爰附在凹模的话,可将相接凹模部份的出模角尽量减少,或刻意在

凹模加上适量的倒扣位。

出模角的大小是没有一定的准则,多数是凭经验和依照产品的深度来决定。此外,成型

的方式,壁厚和塑料的选择也在考虑之列。一般来说,高度抛光的外壁可使用1/8度或1/4

度的出模角。深入或附有织纹的产品要求出模角作相应的增加,习惯上每0.025mm深的织

纹,便需要额外1度的出模角。出模角度与单边间隙和边位深度之关系表,列出出模角度与

单边间隙的关系,可作为叁考之用。此外,当产品需要长而深的筋及较小的出模角时,顶针

的设计须有特别的处理,见对深而长加强筋的顶针设计图。

出模角度与单边间隙和边位深度之关系表

4

拔模斜度:为便于拔模,塑件壁在出模方向上应具有倾斜角度a,其值以度数表示(参

见表2-4)o

3.1拔模斜度确定要点

(1)制品精度要求越高,拔模斜度应越小。

(2)尺寸大的制品,应采用较小的拔模斜度。

(3)制品形状复杂不易拔模的,应选用较大的斜度。

(4)制品收缩率大,斜度也应加大。

5

(5)增强塑料宜选大斜度,含有自润滑剂的塑料可用小斜度。

(6)制品壁厚大,斜度也应大。

(7)斜度的方向。内孔以小端为准,满足图样尺寸要求,斜度向扩大方向取得;外形则

以大端为准,满足图样要求,斜度向偏小方向取得。一般情况下拔模斜度。可不受制品公差

带的限制,高精度塑件的拔模斜度则应当在公差带内。

拔模斜度a值可按表2-4选取。

*2-4脱模斜度的推荐值

材料脱模斜度a

PE、PP、PVC(软)30'〜「

ABS、PA、POM、PPO40'〜r30'

PC、PSF、PS、AS、PMMA50'〜2,

由表中可以看出,塑料硬脆、刚性大的,拔模斜度要求大。

具备以下条件的型芯,可采用较小的拔模斜度:

(1)顶出时制品刚度足够。

(2)制品与模具钢材表面的摩擦系数较低。

(3)型芯表面的粗糙度值小,抛光方向又与制品的拔模方向一致。

(4)制品收缩量小,滑动摩擦力小。

不同材料的设计要点

ABS

一般应用边0.5°至1。就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同,出模角可接近至零。

有纹路的侧面需每深0.025mm(0.001in)增加1°出模角。正确的出模角可向蚀纹供应商

取得。

LCP

因为液晶共聚物有高的模数和低的延展性,倒扣的设计应要避免。在所有的筋、壁边、

支柱等凸出)g位以上的地方均要有最小O.2-O.50的出模角。若壁边比较深或没有磨光表面

和有蚀纹等则有需要加额外的0.5-1.5。以上.

PBT

若部件表面光洁度好,需要1/2°最小的脱模角。经蚀纹处理过的表面,每增加0.03mm

(0.001in)深度就需要加大1°脱模角。

PC

脱模角是在部件的任何一边或凸起的地方要有的,包括上模和下模的地方。一般光华的

表面1.5°至2°已很足够,然而有蚀纹的表面是要求额外的脱模角,以每深0.25mm(0.001

in)增加1°脱模角。

PET

塑胶成品的筋,支柱边壁、流道壁等,如其脱模角能够达到0.5°就已经足够。

PS

0.5°的脱模角是极细的,1°的脱模角是标准方法,太小的脱模角会使部件难于脱离模腔。

无论如何,任何的脱模角总比无角度为佳。若部件有蚀纹的话,如皮革纹的深度,每深

0.025mm就多加1°脱模角。

6

3.2制品拔模斜度设计

1.箱体与盖类制品(图2-1)

图2-1箱体类制品

当HW50mm时,S/H=1/30-1/50

当50<HW100mm时,S/HW1/60

2.格子板形制品(图2-2)

-Ml______

耳邛T

C〜

a)

b)

图2・2格子板形制品

当格子的间距PW4mm时,拔模斜度a=l/10P。格子C尺寸越大,拔模斜度越大。

当格子高度H超过8mm,拔模斜度不能取太大值时,可采用图(b)的形式,使一部

分进入动模一侧,从而使拔模斜度满足要求。

3.带加强筋类制品(图2-3)

图2-3加强肋类制品

a=arctg―—―=arctg(l/500~1/200)

2H

A=(1.0~1.8)Tmm;B=(0.5~0.7)Tmm

4.底筋类制品(图2-4)

7

图2-4底肋类制品

A_3

a=arctg-------=arctg(l/150-1/100)

2H

A=(1.0~1.8)Tmm;B=(0.5〜0.7)Tmm

5.凸台类制品(图2-5、表2-5)

表2-5凸台尺寸(用于3mm自攻螺纹)

(mm)

T0.5〜0.33.5

D778

D,66.57

tTZ2或1,0〜1.5

d2.6

d'2.3

D-D'

a=arctg-2H-=arctgQ/30〜1/20)

高凸台制品(H>30mm)的拔模斜度:

型芯:a=arctg———=arctg(1/50〜1/30)

2H

D-D,

型腔:a=arctg--------=arctg(1/100〜1/50)

2H

型芯的拔模斜度应大于型腔。

6.最小拔模斜度(表2・6)

拔模斜度影响制品的脱出情况。如果拔模斜度很小,拔模阻力增大,顶出机构就会失去

作用。在一般情况下,不能小于最小拔模斜度,以防止制品留模。

表2-6最小脱模斜度

最小脱模斜度/(°)最小脱模斜度/C)

项目项目

一般情况特殊情况一般情况特殊情况

一般情况32格子、孔54

脱模斜度不能太大时1/21/4皮革纹64

突出部位肋54

8

第四章制品壁厚

确定合适的制品壁厚是制品设计的主要内容之一。

基本设计守则

壁厚的大小取决於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。

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。

4.1制品壁厚的作用

(1)使制品具有确定的结构和一定的强度、刚度,以满足制品的使用要求。

(2)成型时具有良好的流动状态(如壁不能过薄)以及充填和冷却效果(如壁不能太厚)

(3)合理的壁厚使制品能顺利地从模具中顶出。

(4)满足嵌件固定及零件装配等强度的要求。

(5)防止制品翘曲变形。

4.2制品壁厚的设计

基本原则一一均匀壁厚。即:充模、冷却收缩均匀、形状性好、尺寸精度高、生产率高。

(1)在满足制品结构和使用要求的条件下,尽可能采用较小的壁厚。

(2)制品壁厚的设计,要能承受顶出装置等的冲击和振动。

(3)在制品的连接固紧处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的汇合(熔接痕)处,要具有

足够的厚度。

9

熔接痕

浇口

图9-17制品上的熔接痕图9-18承受紧固力

(4)保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚。

(5)满足成型时熔体充模所需壁厚,既要避免充料不足或易烧焦的薄壁,又要避免熔体

破裂或易产生凹陷的厚壁.

制品上相邻壁厚差的关系(薄壁:厚壁)为:

热固性塑料:压制1:3,挤塑1:5

热塑性塑料:注塑1:1.5(2)

均一的壁厚是非常的重要的。厚胶的地方比旁边薄胶的地方冷却得比较慢,并且在相接

的地方表面在浇口凝固彳及出现收缩痕。更甚者引致产生缩水印、热内应力、挠曲部份歪曲、

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,制品壁厚设计可采用逐步过渡的形式(图2-6,图

2-7),或者改制成两个制品然后再装配为一个制品(图2-8)等方法。

不好1I£

b)

图改制成两个制品

图2-6壁厚设计2-8

制品壁厚的设计可参照表2-7~表2-11。

10

表2-7塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(lum)

粉料材料最小壁厚小型制品蹩厚中型制品壁厚大型制品壁厚

尼龙0.450.761.52.4-3.2

聚乙烯0.61.251.62.4-3.2

聚苯乙烯0.751.251.63.2-5.4

高抗冲聚苯乙烯0.751.251.63.2~5.4

聚氯乙烯1.21.61.83.2~「.8

有机玻璃0.81.52.24.0~6.5

聚丙烯0.851.451.752.4~3.2

械化聚健0.91.351.82.5-3.4

聚碳酸酯0.951.802.33-4.5

聚苯雄1.21.752.53.5~6.4

醋酸纤维索0.71.251.93.2〜4.8

乙基纤维素0.91.251.62.4~3.2

丙烯酸类0.70.92.43.0-6.0

聚甲醛0.81.401.63.2-5.4

聚碉0.951.802.33-4.5

表2-8热固性塑料模塑制品壁厚尺寸

梨料殿小壁厚/mm推荐壁厚/mm最大壁厚/mm

醇酸树脂-玻纤填充1.03.012.7

醇酸树脂-矿物填充1.04.79.5

歆酸二烯丙酯(DAP)1.04.79.5

环氧树脂-玻纤填充0.763.225.4

三聚索肢甲醍树脂-纤维索填充0.92.54.7

氨基塑料-纤维填充0.92.54.7

酚醛塑料(通用型)1.33.025.4

酚醛棉短纤填充1.33.025.4

酚醛-玻纤填充0.762.419.0

酚醛-织物填充1.64.79.5

酚醛-矿物填充3.04.725.4

睢酮-玻纤填充1.33.06.4

聚酯预混物1.01.825.4

11

表2-9各种成型树脂的成型条件与壁厚

注射压力『(

树脂名称树脂温度/C/tkgan7)D模具温度/T壁厚/mm

聚乙烯150〜300600-150040-600.9~4.0

霰丙烯160〜260800~120055-650.6~3.5

尼龙200〜320800730080~1200.6~3.0

果甲醛180~2201000-200080〜1101.5〜5.0

聚笨乙烯200〜300800~200040-601.0〜4.0

丙倒算•苯乙烯共聚物200~260800~200040〜601.0-4.0

ABS200~260800〜200040〜601.5-4.5

聚丙烯酸第180-2501000-200050-701.5~5.0

硬质聚氯乙烯180~2101000-250045~1601.5-5.0

聚■酸酯280-320400~220090~1201.5-5.0

・酸纤维160-250600-200050-601.0~4.0

・酸丁酸纤维素160〜25。600-200050-601.0〜0.4

①lkgf/cm2-9.8067x104Pa<,

表210壁厚丁与流程L关系公式(mm)

塑料品种T-L计算公式

流动性好(如:PE、PA)T=俵+0.5)*0.6

流动性中等(如:PMMA、POM)T=(忐+0.8)X0.7

流动性差(如:PC、PSF)T=(忐+L2)XO.9

表2-11制品厚度设计

说明:左图壁部过厚,在成型过程中会产生缩孔或塌

%.改进后因壁厚较均匀,可避免上述缺陷

说明:左图壁部与底部厚度不均勾,而将引起收缩不

一致,使制品变形并产生内应力。容易产生气泡、埸坑。

改进后可避免这些缺陷

12

(续)

不良良不良良

说明:以掏空的方式达到壁厚均匀

说明:当制品结构必须有厚度不均匀

时,则应使其平缓过渡避免突变,否则易变

形。壁厚不均会引起制品变形,其壁厚不均

匀度有一定限度。一般热固性塑料连接处厚

度比为:压塑:「8;挤塑1:5;热塑性烟

料:1:1.5〜1:2

说明:在直角处壁厚太厚会引起制品产

生缩孔

说明:支承架制品,若按左图结构,塑料用料多,塑料在型腔内流动

也较困难,型腔较深模具抽芯时也较困难。右图结构可以避免上述缺点

说明:改善壁厚变化的形状

说明:左图壁厚不均匀。改进后壁厚均

匀,不易产生气泡及缩孔,并且塑料制品不

易变形

不同材料的设计要点

13

ABS

a)壁厚

壁厚是产品设计最先被考虑,一般用於注塑成型的会在1.5

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