第三章塑料制件的設(shè)計(jì)原則

1、重點(diǎn)掌握一、塑料制件的選材二、塑料制件的尺寸精度三、塑料制件的表面質(zhì)量四、塑料制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)應(yīng)能使其模具的總體結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)化，避免模具側(cè)抽芯和簡(jiǎn)化脫模機(jī)構(gòu)。 塑件成型以后盡量不再進(jìn)行機(jī)械加工。 塑料的力學(xué)性能。塑料的物理性能。 塑料的化學(xué)性能。必要的精度。成型工藝性。一、塑料制件的選材一、塑料制件的選材具體做法： 通過塑料的特性表進(jìn)行選擇和比較。選出要求的材料后，再判斷所選的材料是否滿足制品的使用條件，最好是通過試樣做試驗(yàn)。最好是按照試驗(yàn)所形成的設(shè)想來制作原形模具，再通過原型模具生產(chǎn)的試驗(yàn)制品來確認(rèn)目標(biāo)值，這樣會(huì)使塑料材料的選擇更為準(zhǔn)確。 聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)的使用

2、特性和選擇原則：PP比HDPE優(yōu)越的方面： PP收縮率比HDPE小，制件細(xì)小部位的清晰度好，表面可制成皮革圖案；而HDPE收縮率較大，制品表面的細(xì)微處難以模塑成型。 PP的透明性比HDPE好。 PP的尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于HDPE。PP的熱變形溫度高于HDPE。HDPE的耐沖擊性能比PP強(qiáng)，即使在低溫下韌性也好。HDPE適應(yīng)氣候的能力優(yōu)于PP。 HDPE比PP優(yōu)越的方面：二、塑料制件的尺寸和精度二、塑料制件的尺寸和精度 1塑件的尺寸塑件的尺寸 塑件可成型的總體尺寸主要取決于塑料品種的流動(dòng)性。在一定的設(shè)備和工藝條件下，流動(dòng)性好的塑料可以成型較大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件尺寸較小。塑件外形尺寸還受成型

3、設(shè)備的限制。從能源、模具制造成本和成型工藝條件出發(fā)，只要能滿足塑件的使用要求，應(yīng)將塑件設(shè)計(jì)得盡量緊湊、尺寸小巧一些。2塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度 影響尺寸精度的因素：模具制造精度及其使用后的磨損，成型工藝條件的變化，塑料收縮率的波動(dòng)， 塑件的形狀、脫模斜度及成型后塑件尺寸變化，飛邊厚度的波動(dòng)等 。尺寸精度選用原則尺寸精度選用原則： 為了降低模具的加工難度和模具制造成本，在滿足塑件使用要求的前提下應(yīng)盡量把塑件尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。 塑件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn) SJ13721978（表3-2)。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，塑件精度分為8個(gè)等級(jí)，其中l(wèi)、2級(jí)屬精密技術(shù)級(jí)，只有在特殊要求下使用。對(duì)于未注公差尺寸建議8級(jí)精度。

4、該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)公差值，基本尺寸的上下偏差可根據(jù)塑件的性質(zhì)來分配。對(duì)孔類、軸類尺寸可取表中數(shù)值分別冠以(+)號(hào)、()號(hào)；對(duì)于中心距尺寸取表中數(shù)值之半再冠以 ()號(hào)。 根據(jù)塑料收縮率的不同，各種塑料的公差等級(jí)分為高、一般、低精度三種，表3-3。表中未被列出的塑料，可根據(jù)塑件成型后的尺寸穩(wěn)定性參照上表選擇精度等級(jí)。選擇精度等級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮脫模斜度對(duì)尺寸公差的影響。 工程塑件尺寸公差還可參閱標(biāo)準(zhǔn)GBT144861993。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了熱固性和熱塑性工程塑料模塑塑件的尺寸公差。三、塑料制件的表面質(zhì)量三、塑料制件的表面質(zhì)量 表面質(zhì)量包括：表面粗糙度和表觀質(zhì)量表面粗糙度和表觀質(zhì)量。 塑件表面粗糙度的高低，主要

5、與模具型腔表面的粗糙度有關(guān)。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常為Ra0.021.25m，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的l2，即Ra0.0l0.63m。 塑件的表觀質(zhì)量：指塑件成型后的表觀缺陷狀態(tài)。造成缺陷的因素可能有塑件成型工藝條件、塑件成型原材料的選擇、模具總體設(shè)計(jì)等。四、塑料制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、塑料制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1脫模斜度脫模斜度 因塑料冷卻后收縮，緊包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件緊貼在凹模型腔內(nèi)。為了防止塑件表面在脫模時(shí)劃傷、擦毛等，設(shè)計(jì)時(shí)塑件表面沿脫模方向應(yīng)具有合理的脫模斜度，如圖3l所示。 有時(shí)，為了在開模時(shí)讓塑件留在凹模內(nèi)或型芯上，有意將該邊斜度減小。 塑件的性質(zhì)、收縮

6、率、摩擦因數(shù)、塑件壁厚和幾何形狀。硬質(zhì)塑料比軟質(zhì)塑料脫模斜度大；形狀較復(fù)雜或成型孔較多的取較大的脫模斜度；高度較大、孔較深，則取較小的脫模斜度；壁厚增加、內(nèi)孔包緊型芯的力大，脫模斜度也應(yīng)取大些。影響脫模斜大小的因素：影響脫模斜大小的因素：說明：說明： 脫模斜度不包括在塑件公差范圍內(nèi)，否則在圖樣上應(yīng)予說明。 在塑件圖上標(biāo)注時(shí)，內(nèi)孔以小端為基準(zhǔn)，斜度由放大的方向取得；外形以大端為基準(zhǔn)，斜度由縮小的方向取得。表34列出了若干塑件的脫模斜度，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 2、壁厚、壁厚 壁厚應(yīng)設(shè)計(jì)合理：太薄熔料充滿型腔時(shí)的流動(dòng)阻力大，會(huì)出現(xiàn)缺料現(xiàn)象；太厚塑件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣泡，外部易產(chǎn)生凹陷等缺陷，同時(shí)增加了成本；壁

7、厚不均將造成收縮不一致，導(dǎo)致塑件變形或翹曲，在可能的條件下應(yīng)使壁厚盡量均勻一致。3加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋加強(qiáng)筋的作用： 尺寸：壁厚為l4mm，大型塑件的壁可達(dá)8 mm。 主要是在不增加壁厚的情況下，加強(qiáng)塑件的強(qiáng)度和剛度，避免塑件變形翹曲。 合理布置加強(qiáng)筋還可以改善充模流動(dòng)性，減少內(nèi)應(yīng)力，避免氣孔、縮孔和凹陷等缺陷。加強(qiáng)筋的形狀、尺寸：（圖32）厚度小于塑件壁厚，與壁用圓弧過渡。 壁厚為t，加強(qiáng)筋高度L=(13)t，筋條寬A=(141)t，筋根過渡圓角R= (1814)t，收縮角=20一50，筋端部圓角r=t8，當(dāng)t2 mm，取A=t。加強(qiáng)筋端部不與塑件支承面平齊，縮進(jìn)0.5mm以上，圖33。若一個(gè)制件上

8、需設(shè)置許多加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋之間的中心距必須大于制件壁厚的兩倍以上，各條加強(qiáng)筋的排列互相錯(cuò)開，以防收縮不均勻引起制品破裂。各條加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)盡量相同或相近，可防止因熔體流動(dòng)局部集中而引起縮孔和氣泡 。圖34(a)中的加強(qiáng)筋因排列不合理，在加厚集中的地方容易出現(xiàn)縮孔和氣泡，可改用圖34(b)所示的排列形式。 圖35采用加強(qiáng)筋改善制品壁厚與 剛 度 的 ， 圖35(a)為不合理，(b)為合理。 4支承面支承面 設(shè)計(jì)塑件的支承面應(yīng)充分保證其穩(wěn)定性。不宜以塑件的整個(gè)底面作支承面，因塑件稍有翹曲或變形就會(huì)使底面不平。通常采用凸緣或凸臺(tái)作為支承面，圖36。5圓角圓角 塑件除使用要求需要采用尖角之外，其余所有內(nèi)

9、外表面轉(zhuǎn)彎處應(yīng)盡可能用圓角過渡，以減少應(yīng)力集中。圖37(a)是不合理的，圖37(b)改成了圓角過渡設(shè)計(jì)就比較合理。這樣不但使塑件強(qiáng)度高，塑件在型腔中流動(dòng)性好，而且美觀，模具型腔不易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。 圓角半徑的大小主要取決于塑件的壁厚，圖38，其尺寸可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 圖39表示內(nèi)圓角、壁厚與應(yīng)力集中系數(shù)之間的關(guān)系，圖中R為內(nèi)圓角半徑，t為壁厚。由圖可見，將Rt控制在1/43/4的范圍內(nèi)較為合理。 6孔的設(shè)計(jì)孔的設(shè)計(jì) 孔：通孔、盲孔、異形孔(形狀復(fù)雜的孔)。原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型，但孔與孔之間、孔與壁之間應(yīng)留有足夠的距離。它們的關(guān)系如表3-7所示。 塑料制件上的固定用孔和其他受力孔

10、周圍可設(shè)計(jì)凸邊來加強(qiáng)，如圖310所示。(1)通孔通孔 孔的成型方法一般有三種方法： 圖311。(a)為一端固定的型芯成型，用于較淺的孔成型。(b)為對(duì)接型芯，用于較深的通孔成型，這種方法容易使上下孔出現(xiàn)偏心。(c)為一端固定，一端導(dǎo)向支撐，這種方法使型芯有較好的強(qiáng)度和剛度，又能保證同軸度，常用，但導(dǎo)向部分周圍由于磨損易產(chǎn)生圓周縱向溢料B。 不論用何種方法固定的型芯成型，孔深均不能太大，否則型芯會(huì)彎曲。壓縮成型時(shí)尤其注意通孔深度不得超過孔徑的4倍。（2）盲孔）盲孔 盲孔只能用一端固定的型芯來成型，如果孔徑較小深度又很大時(shí)，成型時(shí)型芯易于彎曲或折斷。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，注射成型或壓注成型時(shí)，孔深度應(yīng)不超過孔

11、徑的4倍。壓縮成型時(shí)，孔深應(yīng)不超過孔徑的25倍。當(dāng)孔徑較小深度太大時(shí)，孔只能用成型后再機(jī)械加工的方法獲得。(3)異形孔異形孔 對(duì)于斜孔或復(fù)雜形狀的孔，可參考圖312所示的成型方法。 當(dāng)塑件帶有側(cè)孔或側(cè)凹時(shí)，成型模具就必須采用瓣合式結(jié)構(gòu)或設(shè)置側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，因此，在不影響使用要求的情況下，塑件應(yīng)盡量避免側(cè)孔或側(cè)凹結(jié)構(gòu)。圖313為帶有側(cè)孔或側(cè)凹塑件的改進(jìn)設(shè)計(jì)示例。 %5%100BBA（3-1）對(duì)于較淺的側(cè)凹槽并帶有圓角的制件，若制件在脫模溫度下具有足夠的彈性，可采用強(qiáng)制脫模的方法將制件脫出，圖314，而不必采用組合型芯的方法。塑件材料：聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯。圖中，A與B的關(guān)

12、系應(yīng)滿足 7螺紋設(shè)計(jì)螺紋設(shè)計(jì) 塑件上的螺紋既可以直接用模具成型，也可以在成型后用機(jī)械加工獲得，對(duì)于需要經(jīng)常裝拆和受力較大的螺紋，應(yīng)采用金屬螺紋嵌件。 塑件上的螺紋，一般直徑要求不小于2mm，精度不超過IT7級(jí)，螺距較大。細(xì)牙螺紋盡量不直接成型， 而是采用金屬螺紋嵌件。 為了增加塑件螺紋的強(qiáng)度，防止最外圈螺紋崩裂或變形，其始端和末端均不應(yīng)突然開始和結(jié)束，應(yīng)有一過渡段。如圖315所示，過渡段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其數(shù)值按表38選取。 塑料螺紋與金屬螺紋的配合長(zhǎng)度應(yīng)不大于螺紋直徑的15倍(一般配合長(zhǎng)度為810牙)。在同一螺紋型芯或螺紋型環(huán)上有前后兩段螺紋時(shí)，應(yīng)使兩段螺紋的旋向和螺距相同，圖316(a)，否則無法

13、使塑件從型芯或型環(huán)上擰下來。 當(dāng)螺距不等或旋向不同時(shí)，就要采用兩段型芯或型環(huán)組合在一起的成型方法，成型后分別擰下來，圖 (b)所示。8、嵌件設(shè)計(jì)、嵌件設(shè)計(jì)什么是嵌件？什么是嵌件？ 塑件內(nèi)部鑲嵌有金屬、玻璃、木材、纖維、紙張、橡膠或已成型的塑件等稱為嵌件。使用嵌件的目的：使用嵌件的目的： 在于提高塑件的強(qiáng)度，滿足塑件某些特殊要求，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁、耐磨和裝配連接等。使用嵌件的缺點(diǎn)：使用嵌件的缺點(diǎn)： 嵌件的設(shè)置往往使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，成型周期延長(zhǎng)，制造成本增加，難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等問題。 常用的嵌件材料為金屬，常見的形式圖317：(a)為圓形嵌件；(b)為帶臺(tái)階圓柱形嵌件；(c)為片狀嵌件；(d)為細(xì)桿

14、狀貫穿嵌件。 帶有嵌件的塑件設(shè)計(jì)程序：帶有嵌件的塑件設(shè)計(jì)程序：先設(shè)計(jì)嵌件，后設(shè)計(jì)塑件。 注意：注意： 金屬嵌件與塑料冷卻時(shí)的收縮值相差較大，塑料周圍存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成塑件的開裂，因此應(yīng)選用與塑料收縮率相近的金屬作嵌件，或使嵌件周圍的塑料層厚度大于許用值。表39列出了嵌件周圍塑料層的許用厚度。嵌件的頂部也應(yīng)有足夠的塑料層厚度，否則會(huì)出現(xiàn)鼓泡或裂紋。 同時(shí)嵌件不應(yīng)帶有尖角，以減少應(yīng)力集中。 對(duì)于大嵌件進(jìn)行預(yù)熱，使其溫度達(dá)到接近塑料溫度。 嵌件上盡量不要有穿通的孔(如螺紋孔)，以免塑料擠入孔內(nèi)。 應(yīng)盡量滿足成型要求，保證嵌件與塑料之間具有牢固的連接以防受力脫出。圖318為嵌件外形示

15、例.嵌件的形狀：嵌件的形狀： 圖319為板片形嵌件與塑件的連接. 嵌件鑲嵌在塑件中的方法：將嵌件先放在模具中固定，然后注入塑料熔體加以成型；把嵌件在塑料預(yù)壓時(shí)先放在塑料中，然后模塑成型。某些特制嵌件(如電氣元件)可在塑件成型以后再壓人預(yù)制的孔槽中。圖320所示為小型圓柱嵌件與塑件的連接，可供參考。嵌件定位：嵌件定位：圖3-2l為外螺紋嵌件固定方法。圖3-22內(nèi)螺紋嵌件固定方法。 嵌件過長(zhǎng)或細(xì)長(zhǎng)桿狀時(shí)，在模具內(nèi)設(shè)支柱以免嵌件彎曲，但在塑件上留下工藝孔，圖3-23。 成型時(shí)為了使嵌件在塑料內(nèi)牢固地固定而不被脫出，其嵌件表面可加工成溝槽、滾花，或制成各種特殊形狀。9標(biāo)記符號(hào)標(biāo)記符號(hào) 塑件上有時(shí)帶有裝

16、潢或某些特殊要求的文字或圖案標(biāo)記的符號(hào)，符號(hào)應(yīng)放在分型面的平行方向上，并有適當(dāng)?shù)男倍纫员忝撃?，圖3-24。 (a)為標(biāo)志符號(hào)在塑件上呈凸起狀，在模具上即為凹形，加工容易，但凸起的標(biāo)記符號(hào)容易被磨損； (c)為在凹框內(nèi)設(shè)置凸起的標(biāo)記符號(hào)，它可把凹框制成鑲塊嵌入模具內(nèi)，這樣既易于加工，在使用時(shí)標(biāo)記符號(hào)又不易被磨損破壞，常用。 （b）為標(biāo)記符號(hào)在塑件中呈凹人狀，在模具上即為凸起，用一般機(jī)械加工難以滿足，需要用特殊加工工藝，但凹人標(biāo)記符號(hào)可涂印各種裝飾顏色，增添美觀性； 10、表面彩飾、表面彩飾 作用：作用： 掩蓋塑件表面在成型過程中產(chǎn)生的疵點(diǎn)、銀紋等缺陷，增加產(chǎn)品外觀的美感，如收音機(jī)外殼采用皮革紋裝飾。常用：凹槽紋、皮革紋、菱形紋、蘆飾紋、木紋、水果皮紋等彩飾，方法有：彩印、膠印、絲印、噴鍍漆等。習(xí)題與思考習(xí)題與思考1、設(shè)計(jì)塑件時(shí)，為什么既要滿足塑件的使用要求，又要滿足塑件的結(jié)構(gòu)工藝性?2、影響塑件尺寸精度的因素有哪些?在確定塑件尺寸精度時(shí)，為何要將其分為四個(gè)類別?（根據(jù)塑料收縮率變化范圍，將塑件尺寸精度分為四個(gè)內(nèi)別）3、試確定注塑件PC的孔類尺寸85 mm、PA1010的軸類