塑膠十大設(shè)計(jì)竅門.doc

十大設(shè)計(jì)竅門: 共十章By Jrgen Hasenauer, Dieter Kper, Jost E. Laumeyer and Ian Welsh（一）、壁厚盡需要多，盡可能少在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)表明，有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)?？紤]，因此可將這些要點(diǎn)提煉為簡 單的設(shè)計(jì)指南。這些要點(diǎn)之一就是的設(shè)計(jì)。對(duì)零件質(zhì)量有重要影響。對(duì)特殊零件標(biāo)準(zhǔn)的影響 改變一個(gè)零件的，對(duì)以下主要性能將有顯著影響： 零件重量 在模塑中可得到的流動(dòng)長度 零件的生產(chǎn)周期 模塑零件的剛性 公差 零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙流程與的比率 在設(shè)計(jì)的最初階段， 有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。 流程與的比率對(duì)注塑工藝中 模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴?粘度（易于流動(dòng)熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能，可以使用一種特 殊的模具來測定流程（圖 1、圖 2）。圖1圖2撓曲模量與的函數(shù)關(guān)系 一塊平板的抗撓剛度由材料特有的彈性模數(shù)和該塊版的橫截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所決定。 如果未經(jīng)任何 考證就自動(dòng)增加以改進(jìn)塑料制品的剛性，通常會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重問題，對(duì)結(jié)晶材料尤為如此。對(duì)玻 璃纖維增強(qiáng)材料，改變也會(huì)影響玻璃纖維的取向?？拷＞弑诿?，纖維按照流體流動(dòng)方向取向。 而在模具壁面橫截面的中央部位，纖維取向混亂，從而導(dǎo)致出現(xiàn)湍流。圖3 對(duì)于玻纖增強(qiáng)塑料，有一個(gè)可精確區(qū)分出制品剛度的邊界區(qū)，這個(gè)邊界區(qū)將隨而減少。這就解釋 了為什么當(dāng)增加則撓曲模量將減低（圖 4）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試條(3,2 mm)所確定的強(qiáng)度值不能直 接用來確定，否則將產(chǎn)生偏差，為估計(jì)出制品的性能，有必要使用安全系數(shù)。圖4 所以說，如果不考慮后果就增加，將使材料和生產(chǎn)成本增加，而剛性并未有增加。圖5 是否要增加？ 增加不僅決定了機(jī)械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中，很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件的不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和 尺寸精度問題（圖 6）。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心（圖 5）。此舉可防止形 成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變 窄，內(nèi)應(yīng)力升高，有時(shí)還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機(jī)械性能。圖6 十大設(shè)計(jì)竅門: 共十章By Jrgen Hasenauer, Dieter Kper, Jost E. Laumeyer and Ian Welsh（二）、材料選擇正確的選擇一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此，設(shè)計(jì)者必須要徹底 了解各種可供選擇的材料的性能， 并仔細(xì)測試這些材料， 研究其與各種因素對(duì)成型加工制品性能 的影響。圖1 傳統(tǒng)的熱塑性材料 在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結(jié)晶性塑料（見圖 1）。這兩 類材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同（見圖 2）。圖2 一般來說， 半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件， 而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲， 則常被應(yīng)用于外殼。填料和增強(qiáng)材料 熱塑性塑料備有未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加 強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工，尤其會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被 未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來替代，而不會(huì)有尺寸改變（見圖 3）。玻璃纖維的取向由 流動(dòng)方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。圖4 為了論證這些影響，從注射成型片的橫向和縱向截取了 10 個(gè)測試條，并在同一個(gè)拉力測試儀上 對(duì)它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較（見圖 4）。 對(duì)添加了 30玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動(dòng)方向）低了 32 ，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了 43和 53。在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)注意到這些損失。在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。在中，由這些添 加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)或數(shù)據(jù)庫(如 Campus)中查閱，更好的是聽取原材料制 造廠家的專家的技術(shù)建議（見圖 5）。圖6 濕度的影響一些熱塑性材料，特別是 PA6 和 PA66，吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對(duì)它們 的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定 性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行時(shí)，應(yīng)特別注意這種性能（見圖 6 和圖 7）。其他挑選準(zhǔn)則 一些要求與加工注意事項(xiàng)和裝配有關(guān)。 研究將幾種不同功能集中于一個(gè)部件也很重要， 這可以節(jié) 約昂貴的裝配費(fèi)用。 這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)計(jì)算生產(chǎn)成本非常有益。在價(jià)格計(jì)算中可以看出，不但應(yīng)考慮原材料的價(jià)格，還應(yīng)注 意，有高性能(剛性，韌性)的材料可以使壁厚更薄，從而縮短生產(chǎn)周期。因此，列出所有的標(biāo)準(zhǔn)， 并對(duì)它們進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估是很重要的。一個(gè)韌性材料的選擇流程見圖 8.十大設(shè)計(jì)竅門: 共十章By Jrgen Hasenauer, Dieter Kper, Jost E. Laumeyer and Ian Welsh（三）、公差隱含的成本要素注射成型制品不可能具有機(jī)械加工制品一樣的。 雖然大多數(shù)人都意識(shí)到這一點(diǎn)， 但還是常常被指 定到無法達(dá)到的，或使具成本效益的生產(chǎn)變得不可能。和它們的成本含意 A 注射成型一般分為 3 種質(zhì)量等級(jí)，即一般用途的注射成型、技術(shù)注射成型和高精度注射成型。 DIN16901 標(biāo)準(zhǔn)指出，它們是根據(jù)在容許范圍內(nèi)（范圍 1 和 2 ）注射成型制品的和尺寸來劃分 的。 一般用途的注射成型要求低水平的質(zhì)量控制，其特點(diǎn)是低的退貨率和快的生產(chǎn)周期。技術(shù)注射成型會(huì)比較昂貴，因?yàn)樗鼘?duì)模具和生產(chǎn)過程有更高的要求，要求頻繁的質(zhì)量檢 查，因而增加了退貨率。 第三種，即高精度的注射成型，要求精確的模具、最佳的生產(chǎn)條件和 100連續(xù)的生產(chǎn) 監(jiān)控。這將影響生產(chǎn)周期，增加單位生產(chǎn)成本和質(zhì)量控制成本。 設(shè)計(jì)者在決定注射模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用， 他們必須確定商業(yè)上可行的， 選定的雖然 不必盡可能的嚴(yán)格，但必須足夠嚴(yán)格。 商業(yè)上可接受的產(chǎn)品一般是，產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于 0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時(shí) 的具體要求相結(jié)合來判斷（圖 1）。圖1 熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性， 不需要象具有高剛性、 低延展性和低彈性的金屬一樣指 定嚴(yán)格的范圍。影響的因素 為了不對(duì)塑料部件制定過分嚴(yán)格的范圍，必須要注意一些影響注射成型制品尺寸準(zhǔn)確性的因素 （圖 2）。圖2 模具制造的必須相對(duì)嚴(yán)格地遵守。 設(shè)計(jì)者應(yīng)切記， 脫模斜度的重要性在于它能使脫模容易及防翹 曲（見圖 3）。圖3 一個(gè)與相關(guān)的問題是，當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成。模后收縮值與方向和厚度相關(guān)。 玻璃增強(qiáng)材料的這一性質(zhì)更明顯。 玻璃纖維的取向性可在水平方向和