《塑料成型工藝與模具設計》課件 項目三 塑料制件的結構工藝性分析

項目三塑料制件的結構工藝性分析一、項目引入二、相關知識三、項目實施（一）塑料制件設計的基本原則（二）塑件的尺寸與尺寸精度（三）塑件的表面粗糙度（四）塑件的形狀和結構（五）螺紋塑件設計（六）齒輪塑件設計（七）鉸鏈的設計一、項目引入塑料制品的形狀結構、尺寸大小、精度和表面質量要求,與塑料成型工藝和模具結構的適應性,稱為制品的工藝性。如果制品的形狀結構簡單、尺寸適中、精度低、表面質量要求不高,則制品成型就比較容易,所需的成型工藝條件比較寬松,模具結構比較簡單,這時制品的工藝性比較好;反之,則制品的工藝性較差。

二、相關知識（一）塑料制件設計的基本原則①在設計塑件時,應考慮原材料的成型工藝要求。②在保證制品使用要求的前提下,應力求制件形狀、結構簡單和壁厚均勻。③設計制品形狀和結構時,應盡量使它們容易成型,所設計模具結構簡單、易于制造。④設計出的制品形狀應有利于模具分型、排氣、補縮和冷卻。⑤制品成型前后的輔助工作應盡量減少,技術要求應盡量放低,同時在成型后最好不再進行機械加工。⑥設計制品時還應注意成型時的取向問題,除非特殊要求,應盡量避免制品出現(xiàn)明顯的各向異性。（二）塑件的尺寸與尺寸精度塑件尺寸的大小主要取決于塑料的流動性,在一定的設備和工藝條件下,流動性好的塑料可以成型較大尺寸的塑件,反之,可以成型尺寸較小的塑件。塑件的尺寸公差可依據GB/T14486—2008《塑料模塑件尺寸公差》確定,見表3-1所示。該標準將塑件分成7個精度等級。在塑件材料和工藝條件一定的情況下,應參照表3-2所示合理選用精度等級。

為了便于記憶,可以將塑件尺寸的上下偏差的分配原則簡化為“凸負凹正、中心對稱”若給定塑件尺寸標注不符合規(guī)定,首先應對塑件尺寸標注進行轉換。例3-1生產如圖3-2(a)所示的塑件,材料為PS,采用注射成型大批量生產,請根據模具行業(yè)規(guī)定及習慣標注塑件尺寸公差。塑件零件圖（三）塑件的表面粗糙度塑件的外觀要求越高,表面粗糙度值應越低。成型時要盡可能從工藝上避免冷疤、云紋等缺陷產生,除此之外,還取決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級。

塑件的表面粗糙度可參照GB/T14234—1993《塑料件表面粗糙度標準》選取,見表3-3所示,一般取Ra01.6~0.2mm之間。（四）塑件的形狀和結構1.塑件形狀塑件形狀,在不影響使用要求的情況下,都應力求簡單,避免側表面凹凸不平和帶有側孔,這樣就容易從模腔中直接頂出,模具結構簡單。對于某些因使用要求必須帶側凹、凸或側孔的塑件,常常可以通過合理的設計,避免側向抽芯,如下圖所示。

強制脫模:采用脫件板脫模機構強制將帶有側凹或側凸的塑件從模具中頂出的方法稱為強制脫模,強制脫模必須符合以下條件:①塑件所用材料較軟、較韌或富有彈性;②側凹凸較淺;③模具結構上有彈性變形空間。對于下圖所示需要進行強制脫模的塑件,其內側凹槽相對深度、外側凹槽相對深度的計算公式為“強制脫模的塑件2.脫模斜度為便于塑件從模腔中脫出,在平行于脫模方向的塑件表面上,必須設有一定的斜度,此斜度稱為脫模斜度。斜度留取方向,對于塑件內表面是以小端為基準(即保證徑向基本尺寸),斜度向擴大方向取,塑件外表面則應以大端為基準(保證徑向基本尺寸),斜度向縮小方向取,如下圖所示。塑件上斜度留取方向脫模斜度隨制件形狀、塑料種類、模具結構、表面精加工程度、精加工方向等而異。一般情況下,脫模斜度取1/30~1/60(2°~1°)較適宜。

設計塑件時如果未注明斜度,模具設計時必須考慮脫模斜度。模具上脫模斜度留取方向是:型芯是以小端為基準,向擴大方向取；型腔是以大端為基準,向縮小方向取。塑件上脫模斜度可以用線性尺寸、角度、比例等三種方式來標注，如下圖所示。脫模斜度的標注3.防止塑件變形的措施因為塑件容易產生內應力,絕對強度又比較低,為了使熔料易于流動和避免應力集中,應在轉角處加設圓角R

且圓角R

的值應比金屬件的圓角大，如左圖所示。應力集中系數與R/A

之間的關系如右圖所示。(1)在轉角處加圓角R應力集中系數與R/T的關系塑件上圓角的設計(2)設置加強筋塑件上增設加強筋的目的是在不增加塑件壁厚的情況下增加塑件的剛性,防止塑件變形。對加強筋設計的基本要求是筋條方向應不妨礙脫模,筋的設置不應使塑件壁厚不均勻性明顯增加,筋本身應帶有大于塑件主體部分的脫模斜度等，如下圖所示。塑件上加強筋設計比較下表所示為加強筋設計的典型實例。加強筋設計的典型實例(3)其他措施針對塑件結構持點,還可以采取其他增加塑件剛度的方法。上圖所示為采用拱形增加剛度的方法,適用于盒蓋、罩殼、容器等塑件;對于薄壁容器上口邊緣可采用各種彎邊,不僅使邊緣剛度增加,也增加了塑件的美感,如下圖所示。盒蓋、容器等塑件采用拱形設計容器邊緣采用彎邊增加剛度4.壁厚及壁厚均勻性(1)盡量減小壁厚減小壁厚不僅可以節(jié)約材料,節(jié)約能源,也可以縮短成型周期,因為塑料是導熱系數很小的材料,壁厚的少量增加,會使塑件在模腔內冷卻凝固時間明顯增長。塑件壁厚減小,也有利于獲得質量較優(yōu)的塑件,因為厚壁塑件容易產生表面凹陷和內部縮孔。熱塑性塑件的壁厚一般在1~4mm之間,表3-9列出了熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚。熱固性塑件的壁厚一般在1~6mm之間,表3-10所示為根據外形尺寸推薦的熱固性塑件壁厚值。(2)盡可能保持壁厚均勻塑件壁厚不均勻時,成型中各部分所需冷卻時間不同,收縮率也不同,容易造成塑件的內應力和翹曲變形,因此設計塑件時應盡可能減小各部分的壁厚差別,一般情況下應使壁厚差別保持在30%以內。如下圖所示的塑件就是因壁厚不均導致塑件變形的實例。壁厚不均導致塑件變形對于由于塑件結構所造成的壁厚差別過大的情況,可采取如下兩種方法減小壁厚差。①可將塑件過厚部分挖空,如下圖(b)、(d)、(f)所示;②有時由于設計需要,不得不將塑件分解,即將一個塑件設計為兩個塑件。挖空塑件過厚部分使壁厚均勻此外,必須指出壁厚與流程有著密切關系。所謂流程是指熔體從澆口流向型腔各部分的距離。實驗證明,在一定條件下,流程與制品壁厚成直線關系。制品壁厚愈厚,所容許的流程愈長;反之,制品壁厚愈薄,所容許的流程愈短。如果不能滿足公式要求,則需增大壁厚或增設澆口及改變澆口位置,以滿足模塑要求。壁厚與流程的關系可按下式估算。對于流動性好的塑料(如聚乙烯、尼龍等)對于流動性中等的塑料(如聚甲基丙烯酸甲酯,聚甲醛等)對于流動性差的塑料(如聚碳酸酯、聚砜等)5.塑件的支承面當采用塑件的整個底平面作為支承面時,應將塑件底面設計成凹形或設置加強筋,這樣不僅可提高塑件的基面質量,而且還可以延長塑件的使用壽命,如圖(b)、(c)所示,支承面設置加強筋的,筋的端部應低于支承面約0.5mm左右。塑件的支承面6.塑件上的孔塑件上的各種形狀的孔,如通孔、盲孔、螺紋孔等,盡可能開設在不減弱塑件機械強度的部位,孔的形狀也應力求不使模具制造工藝復雜化?？组g距和孔到制品邊緣的距離,一般都應大于孔徑,如下圖所示?？组g距最好大于孔徑的兩倍以上?？椎街破愤吘壍木嚯x最好大于孔徑的三倍以上,當孔徑大于10mm時,這段距離可以小于孔徑。塑件上的孔距設計（S1≥d，S2≥d）孔的成型方法與其形狀和尺寸大小有關，如下圖所示。(a)一端固定的成型桿成型(b)對頭成型桿成型通孔的成型方法成型盲孔時深度與直徑的關系復雜孔形的成型方法7.嵌件金屬嵌件的種類和形式很多,但為了在塑件內牢固嵌定而不致被拔脫,其表面必須加工成溝槽或滾花,或制成多種特殊形狀。如下圖所示的就是幾種金屬嵌件的典型形狀。金屬嵌件周圍的塑件壁厚,取決于塑件的種類、塑料的收縮率、塑料與嵌件金屬的膨脹系數之差以及嵌件的形狀等因素,但金屬嵌件周圍的塑件壁厚越厚,則塑件破裂的可能性就越小。嵌件的典型形狀（a）盲孔內螺紋嵌件（b）鉚釘式嵌件（c）空心套型嵌件（d）羊眼嵌件（e）通孔嵌件①金屬嵌件嵌入部分的周邊應有倒角;②嵌件設在塑件上的凸起部位時,嵌入深度應大于凸起部位的高度,以保證塑件應有的機械強度;③內、外螺紋嵌件的高度應低于型腔的成型高度0.05mm;④外螺紋嵌件應在無螺紋部分與模具配合;⑤嵌件高度不應超過其直徑的兩倍,高度應有公差要求;⑥嵌件在模內應定位準確并防止溢料,如下圖所示。金屬嵌件設計的基本原則如下:常見嵌件與塑件的連接形式如下圖所示。圓柱形嵌件的定位結構管套形嵌件的定位結構板片形嵌件與塑件的聯(lián)接小型圓柱嵌件與塑件的聯(lián)接細長嵌件與塑件的聯(lián)接與支撐1-嵌件2-支撐柱8.標記、符號、圖案、文字塑件上常帶有產品型號、名稱、某些文字說明以及為了裝飾美觀所設計的花紋圖案。所有這些文字圖案以在塑件上凸起為好,一是美觀,二是模具容易制造,但凸起的文字圖案容易磨損。

塑件上的文字圖案和模具上相應的成型鑲件（a）塑件上的文字圖案(b)模具上相應的成型鑲件（五）螺紋塑件設計塑件上的螺紋可以在模塑時直接成型,也可以用后加工的辦法機械切削,在經常裝拆和受力較大的地方則應該采用金屬的螺紋嵌件。

塑件上螺紋選用可參考表3-12,原則上螺牙尺寸應選較大者,螺紋直徑較小時就不宜采用細牙螺紋,特別是用纖維或布基作填料的塑料成型的螺紋,其螺牙尖端部分常常被強度不高的純樹脂所充填,如螺牙過細將會影響使用強度。設計注射螺紋時,還應注意內外螺紋的公差等級分別不高于IT7和IT8,螺紋的外徑不能小于4mm、內徑不能小于2mm。如果模具的螺紋牙距未加上收縮值,則塑料螺紋與金屬螺紋的配合長度就不能太長,一般不大于螺紋直徑的1.5倍,否則會因收縮值不同互相干涉造成附加內應力,使連接強度降低。螺紋注意事項如下圖所示。在同一螺紋型芯(或型環(huán))上有前后兩段螺紋時,應使兩段螺紋旋轉方向相同,螺距相等,如圖(a)所示,否則無法將塑件從螺紋型芯(或型環(huán))上擰下來。當螺距不等或旋轉方向不同時,就要采用兩段型芯(或型環(huán))組合在一起,成型后分段擰下,如圖(b)所示。兩段同軸螺紋的設計螺紋塑件成型之后脫模時,螺紋型芯或型環(huán)必須相對塑件作回轉運動,如果塑件跟著螺紋型芯或型環(huán)一起轉動,則螺紋型芯或型環(huán)是脫不出塑件的,因此塑件必須止轉,即不隨螺紋型芯或型環(huán)一起轉動。為了達到這個要求,塑件的外形或端面上需帶有防止轉動的花紋或圖案,如下圖所示。螺紋塑件的止轉設計（六）齒輪塑件設計為了保證注射齒輪具有較好的成型性,齒輪的輪緣、輻板和輪轂應有一定的厚度,如下圖所示并對其尺寸作如下規(guī)定:①輪緣厚度t大于或等于齒高h

的3倍;②輪幅寬度b1應等于或小于齒寬b;③輪轂寬度b2應等于或大于齒寬b,并與軸孔直徑D

相當;④輪轂外徑d

一般應取為軸孔直徑D

的1.5~3.5倍。為了減少尖角處的應力集中及齒輪在成型時內部應力的影響,應盡量避免截面的突然變化,應盡可能加大圓角及過渡圓弧的半徑。為了避免裝配時產生應力,軸與孔的配合應盡可能不采用過盈配合,而采用過渡配合如左圖所示。對于薄型齒輪,