《塑料成型工艺与模具设计》课件 项目三 塑料制件的结构工艺性分析

项目三塑料制件的结构工艺性分析一、项目引入二、相关知识三、项目实施（一）塑料制件设计的基本原则（二）塑件的尺寸与尺寸精度（三）塑件的表面粗糙度（四）塑件的形状和结构（五）螺纹塑件设计（六）齿轮塑件设计（七）铰链的设计一、项目引入塑料制品的形状结构、尺寸大小、精度和表面质量要求,与塑料成型工艺和模具结构的适应性,称为制品的工艺性。如果制品的形状结构简单、尺寸适中、精度低、表面质量要求不高,则制品成型就比较容易,所需的成型工艺条件比较宽松,模具结构比较简单,这时制品的工艺性比较好;反之,则制品的工艺性较差。

二、相关知识（一）塑料制件设计的基本原则①在设计塑件时,应考虑原材料的成型工艺要求。②在保证制品使用要求的前提下,应力求制件形状、结构简单和壁厚均匀。③设计制品形状和结构时,应尽量使它们容易成型,所设计模具结构简单、易于制造。④设计出的制品形状应有利于模具分型、排气、补缩和冷却。⑤制品成型前后的辅助工作应尽量减少,技术要求应尽量放低,同时在成型后最好不再进行机械加工。⑥设计制品时还应注意成型时的取向问题,除非特殊要求,应尽量避免制品出现明显的各向异性。（二）塑件的尺寸与尺寸精度塑件尺寸的大小主要取决于塑料的流动性,在一定的设备和工艺条件下,流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件,反之,可以成型尺寸较小的塑件。塑件的尺寸公差可依据GB/T14486—2008《塑料模塑件尺寸公差》确定,见表3-1所示。该标准将塑件分成7个精度等级。在塑件材料和工艺条件一定的情况下,应参照表3-2所示合理选用精度等级。

为了便于记忆,可以将塑件尺寸的上下偏差的分配原则简化为“凸负凹正、中心对称”若给定塑件尺寸标注不符合规定,首先应对塑件尺寸标注进行转换。例3-1生产如图3-2(a)所示的塑件,材料为PS,采用注射成型大批量生产,请根据模具行业规定及习惯标注塑件尺寸公差。塑件零件图（三）塑件的表面粗糙度塑件的外观要求越高,表面粗糙度值应越低。成型时要尽可能从工艺上避免冷疤、云纹等缺陷产生,除此之外,还取决于模具型腔的表面粗糙度。

一般模具表面粗糙度要比塑件的要求低1~2级。

塑件的表面粗糙度可参照GB/T14234—1993《塑料件表面粗糙度标准》选取,见表3-3所示,一般取Ra01.6~0.2mm之间。（四）塑件的形状和结构1.塑件形状塑件形状,在不影响使用要求的情况下,都应力求简单,避免侧表面凹凸不平和带有侧孔,这样就容易从模腔中直接顶出,模具结构简单。对于某些因使用要求必须带侧凹、凸或侧孔的塑件,常常可以通过合理的设计,避免侧向抽芯,如下图所示。

强制脱模:采用脱件板脱模机构强制将带有侧凹或侧凸的塑件从模具中顶出的方法称为强制脱模,强制脱模必须符合以下条件:①塑件所用材料较软、较韧或富有弹性;②侧凹凸较浅;③模具结构上有弹性变形空间。对于下图所示需要进行强制脱模的塑件,其内侧凹槽相对深度、外侧凹槽相对深度的计算公式为“强制脱模的塑件2.脱模斜度为便于塑件从模腔中脱出,在平行于脱模方向的塑件表面上,必须设有一定的斜度,此斜度称为脱模斜度。斜度留取方向,对于塑件内表面是以小端为基准(即保证径向基本尺寸),斜度向扩大方向取,塑件外表面则应以大端为基准(保证径向基本尺寸),斜度向缩小方向取,如下图所示。塑件上斜度留取方向脱模斜度随制件形状、塑料种类、模具结构、表面精加工程度、精加工方向等而异。一般情况下,脱模斜度取1/30~1/60(2°~1°)较适宜。

设计塑件时如果未注明斜度,模具设计时必须考虑脱模斜度。模具上脱模斜度留取方向是:型芯是以小端为基准,向扩大方向取；型腔是以大端为基准,向缩小方向取。塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等三种方式来标注，如下图所示。脱模斜度的标注3.防止塑件变形的措施因为塑件容易产生内应力,绝对强度又比较低,为了使熔料易于流动和避免应力集中,应在转角处加设圆角R

且圆角R

的值应比金属件的圆角大，如左图所示。应力集中系数与R/A

之间的关系如右图所示。(1)在转角处加圆角R应力集中系数与R/T的关系塑件上圆角的设计(2)设置加强筋塑件上增设加强筋的目的是在不增加塑件壁厚的情况下增加塑件的刚性,防止塑件变形。对加强筋设计的基本要求是筋条方向应不妨碍脱模,筋的设置不应使塑件壁厚不均匀性明显增加,筋本身应带有大于塑件主体部分的脱模斜度等，如下图所示。塑件上加强筋设计比较下表所示为加强筋设计的典型实例。加强筋设计的典型实例(3)其他措施针对塑件结构持点,还可以采取其他增加塑件刚度的方法。上图所示为采用拱形增加刚度的方法,适用于盒盖、罩壳、容器等塑件;对于薄壁容器上口边缘可采用各种弯边,不仅使边缘刚度增加,也增加了塑件的美感,如下图所示。盒盖、容器等塑件采用拱形设计容器边缘采用弯边增加刚度4.壁厚及壁厚均匀性(1)尽量减小壁厚减小壁厚不仅可以节约材料,节约能源,也可以缩短成型周期,因为塑料是导热系数很小的材料,壁厚的少量增加,会使塑件在模腔内冷却凝固时间明显增长。塑件壁厚减小,也有利于获得质量较优的塑件,因为厚壁塑件容易产生表面凹陷和内部缩孔。热塑性塑件的壁厚一般在1~4mm之间,表3-9列出了热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚。热固性塑件的壁厚一般在1~6mm之间,表3-10所示为根据外形尺寸推荐的热固性塑件壁厚值。(2)尽可能保持壁厚均匀塑件壁厚不均匀时,成型中各部分所需冷却时间不同,收缩率也不同,容易造成塑件的内应力和翘曲变形,因此设计塑件时应尽可能减小各部分的壁厚差别,一般情况下应使壁厚差别保持在30%以内。如下图所示的塑件就是因壁厚不均导致塑件变形的实例。壁厚不均导致塑件变形对于由于塑件结构所造成的壁厚差别过大的情况,可采取如下两种方法减小壁厚差。①可将塑件过厚部分挖空,如下图(b)、(d)、(f)所示;②有时由于设计需要,不得不将塑件分解,即将一个塑件设计为两个塑件。挖空塑件过厚部分使壁厚均匀此外,必须指出壁厚与流程有着密切关系。所谓流程是指熔体从浇口流向型腔各部分的距离。实验证明,在一定条件下,流程与制品壁厚成直线关系。制品壁厚愈厚,所容许的流程愈长;反之,制品壁厚愈薄,所容许的流程愈短。如果不能满足公式要求,则需增大壁厚或增设浇口及改变浇口位置,以满足模塑要求。壁厚与流程的关系可按下式估算。对于流动性好的塑料(如聚乙烯、尼龙等)对于流动性中等的塑料(如聚甲基丙烯酸甲酯,聚甲醛等)对于流动性差的塑料(如聚碳酸酯、聚砜等)5.塑件的支承面当采用塑件的整个底平面作为支承面时,应将塑件底面设计成凹形或设置加强筋,这样不仅可提高塑件的基面质量,而且还可以延长塑件的使用寿命,如图(b)、(c)所示,支承面设置加强筋的,筋的端部应低于支承面约0.5mm左右。塑件的支承面6.塑件上的孔塑件上的各种形状的孔,如通孔、盲孔、螺纹孔等,尽可能开设在不减弱塑件机械强度的部位,孔的形状也应力求不使模具制造工艺复杂化。孔间距和孔到制品边缘的距离,一般都应大于孔径,如下图所示。孔间距最好大于孔径的两倍以上。孔到制品边缘的距离最好大于孔径的三倍以上,当孔径大于10mm时,这段距离可以小于孔径。塑件上的孔距设计（S1≥d，S2≥d）孔的成型方法与其形状和尺寸大小有关，如下图所示。(a)一端固定的成型杆成型(b)对头成型杆成型通孔的成型方法成型盲孔时深度与直径的关系复杂孔形的成型方法7.嵌件金属嵌件的种类和形式很多,但为了在塑件内牢固嵌定而不致被拔脱,其表面必须加工成沟槽或滚花,或制成多种特殊形状。如下图所示的就是几种金属嵌件的典型形状。金属嵌件周围的塑件壁厚,取决于塑件的种类、塑料的收缩率、塑料与嵌件金属的膨胀系数之差以及嵌件的形状等因素,但金属嵌件周围的塑件壁厚越厚,则塑件破裂的可能性就越小。嵌件的典型形状（a）盲孔内螺纹嵌件（b）铆钉式嵌件（c）空心套型嵌件（d）羊眼嵌件（e）通孔嵌件①金属嵌件嵌入部分的周边应有倒角;②嵌件设在塑件上的凸起部位时,嵌入深度应大于凸起部位的高度,以保证塑件应有的机械强度;③内、外螺纹嵌件的高度应低于型腔的成型高度0.05mm;④外螺纹嵌件应在无螺纹部分与模具配合;⑤嵌件高度不应超过其直径的两倍,高度应有公差要求;⑥嵌件在模内应定位准确并防止溢料,如下图所示。金属嵌件设计的基本原则如下:常见嵌件与塑件的连接形式如下图所示。圆柱形嵌件的定位结构管套形嵌件的定位结构板片形嵌件与塑件的联接小型圆柱嵌件与塑件的联接细长嵌件与塑件的联接与支撑1-嵌件2-支撑柱8.标记、符号、图案、文字塑件上常带有产品型号、名称、某些文字说明以及为了装饰美观所设计的花纹图案。所有这些文字图案以在塑件上凸起为好,一是美观,二是模具容易制造,但凸起的文字图案容易磨损。

塑件上的文字图案和模具上相应的成型镶件（a）塑件上的文字图案(b)模具上相应的成型镶件（五）螺纹塑件设计塑件上的螺纹可以在模塑时直接成型,也可以用后加工的办法机械切削,在经常装拆和受力较大的地方则应该采用金属的螺纹嵌件。

塑件上螺纹选用可参考表3-12,原则上螺牙尺寸应选较大者,螺纹直径较小时就不宜采用细牙螺纹,特别是用纤维或布基作填料的塑料成型的螺纹,其螺牙尖端部分常常被强度不高的纯树脂所充填,如螺牙过细将会影响使用强度。设计注射螺纹时,还应注意内外螺纹的公差等级分别不高于IT7和IT8,螺纹的外径不能小于4mm、内径不能小于2mm。如果模具的螺纹牙距未加上收缩值,则塑料螺纹与金属螺纹的配合长度就不能太长,一般不大于螺纹直径的1.5倍,否则会因收缩值不同互相干涉造成附加内应力,使连接强度降低。螺纹注意事项如下图所示。在同一螺纹型芯(或型环)上有前后两段螺纹时,应使两段螺纹旋转方向相同,螺距相等,如图(a)所示,否则无法将塑件从螺纹型芯(或型环)上拧下来。当螺距不等或旋转方向不同时,就要采用两段型芯(或型环)组合在一起,成型后分段拧下,如图(b)所示。两段同轴螺纹的设计螺纹塑件成型之后脱模时,螺纹型芯或型环必须相对塑件作回转运动,如果塑件跟着螺纹型芯或型环一起转动,则螺纹型芯或型环是脱不出塑件的,因此塑件必须止转,即不随螺纹型芯或型环一起转动。为了达到这个要求,塑件的外形或端面上需带有防止转动的花纹或图案,如下图所示。螺纹塑件的止转设计（六）齿轮塑件设计为了保证注射齿轮具有较好的成型性,齿轮的轮缘、辐板和轮毂应有一定的厚度,如下图所示并对其尺寸作如下规定:①轮缘厚度t大于或等于齿高h

的3倍;②轮幅宽度b1应等于或小于齿宽b;③轮毂宽度b2应等于或大于齿宽b,并与轴孔直径D

相当;④轮毂外径d

一般应取为轴孔直径D

的1.5~3.5倍。为了减少尖角处的应力集中及齿轮在成型时内部应力的影响,应尽量避免截面的突然变化,应尽可能加大圆角及过渡圆弧的半径。为了避免装配时产生应力,轴与孔的配合应尽可能不采用过盈配合,而采用过渡配合如左图所示。对于薄型齿轮,