塑料制品設計基礎

1、要設計一副先進的塑料模具， 首先需要有高水平的設計思路，而且還必須有對制品工藝性、塑料材料的特性及用途、模具鋼材的選用、加工方法、模具結構設計、成型方案和注射機的型 號等眾多方面的研究。其中從模具設計和注射成型的角度研究模具設計的工藝性是非常必要 的，其目的是為了減少因模具工藝性不好而給模具制造及成型帶來的麻煩。1.1 塑料制品設計基礎塑料在性能上具有質量輕、強度好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色、制品可加工成任意形狀， 且生產效率高、價格低廉等優(yōu)點，所以應用日益廣泛，本章將簡略介紹塑料的一些基礎知識。1.1.1 塑料性質塑料制品應用的廣泛性離不開它自身的性質特點，下面介紹塑料的成分特點。1.塑料的

2、分子結構塑料的主要成分是樹脂，樹脂有天然樹脂和合成樹脂兩種。2 塑料的成分樹脂：主要作用是將塑料的其他成分加以粘合，并決定了塑料的主要性能，如機械、物理、電、化學性能等。樹脂在塑料中的比例一般為40%65%。填充劑：又稱添料。正確地選擇填充劑，可以改善塑料的性能并擴大它的使用范圍。增塑劑：有些樹脂的可塑性很小， 柔軟性也很差，為了降低樹脂的熔融黏度和熔融溫 度，改善其成型加工性能，改進塑料的柔韌性、 彈性以及其他各種必要的性能，通常加入能與樹脂相溶的不易揮發(fā)且高沸點的有機化合物，即增塑劑。著色劑：又稱色料，主要是起美觀和裝飾作用，包含涂料。穩(wěn)定劑：凡能延緩塑料變質的物質稱為穩(wěn)定劑，分光穩(wěn)定劑、

3、熱穩(wěn)定劑和抗氧劑。潤滑劑：改善塑料熔體的流動性， 減少或避免對設備或模具的摩擦和粘附，以及改進塑件的表面光潔度。1.1.2 常用塑料材料介紹不同成分的塑料具有不同的使用價值，表1-1所示是常用塑料的性質和用途。表1-1常用塑料的性質和用途名稱性質應用設計注意問題聚氯乙烯(PVC)硬質一一機械強度差，化 學性能穩(wěn)定，價格低廉，阻 燃性軟質耐磨性好，價格低 廉，微毒，不宜用于食具及 包裝食品硬質一一宜于制造板、管、門窗、線槽、電開關、插 座等軟質一一宜于制造塑料涼 鞋、薄膜、雨衣、地板膠、 墻紙、人造革、軟管等流動性差流道短而粗，分流道要少拐彎 氯氣腐蝕模具一一型腔、型 芯等成型零件要電鍍聚乙烯(

4、PE)無毒、柔軟、價廉、質輕、 軟于水高壓LDPE 宜于制造薄膜低(中)壓 HDPE制 造日用品(米桶、面盆、收縮率大一一設計計算與制 造要充分考慮收縮率 變形大一一塑件結構設計要 采取防變形措施水壺、保鮮盒等）續(xù)表名稱性質應用設計注意問題聚苯乙烯（PS）適用度高，質硬而脆，著色性最好，顏色鮮艷，無毒， 價格低電絕緣性好糖果盆、三角尺、錄音帶、CD盒、玩具、文具等電器元件及外殼透明一一型腔、型芯要用鍛 打鋼，以便表面光潔 質硬而脆一一脫模斜度 a要 大，一般a 2 ABS表面硬度高，尺寸穩(wěn)定，著色性好，可以鍍鉻，耐熱、耐沖壓，無毒家電產品的外殼、食具、 廚具等要有足夠的脫模斜度 a 5 防止“

5、頂角”要注意澆口位置一一防止和 減少熔接痕聚丙烯（PP）綜合性能好，優(yōu)異突岀的韌 性、不透明、無毒，密度（0.9g/cm3）小，能浮于水鉸鏈性產品（眼鏡盒）、 塑料袋、繩、編織袋、薄 膜、水上救生器材、飛機 用具、家電產品、外殼收縮變形較大一一設計計算 要考慮收縮對產品配合的影 響，要有防變形的結構 鉸鏈性產品要注意澆口的 位置流動性好一一模具的配合面 要求高，以防溢料聚酰胺（尼龍）（PA）耐磨性好，耐酸、耐堿、耐 壓、耐水，自潤滑性好，不 透明尼龍絲、齒輪、軸承、水龍頭、密封圈等流動性最好要求模具分 型面、配合面的精度高，以 免溢料收縮大，尺寸不穩(wěn)定 尺 寸計算和制造模具均要考慮 收縮的影響

6、脫模阻力大一一脫模斜度宜 取大一些聚甲醛（賽鋼）（POM）是一種較理想的代替鋼、鋁的塑料優(yōu)異的綜合性能，自潤滑性 好，顏色鮮艷機械性能可與鋼相比，價格 較貴齒輪、軸承、輪、彈簧、 游戲機按鈕、風扇葉片等 家電產品流動性差，成型困難模 具要有加熱設備，主流道“短 而粗”，分流道要少轉彎 甲醛有毒一一型腔、型芯要 電鍍防腐蝕聚碳酸脂（PC）透明、無毒，有優(yōu)異的抗沖 壓性防彈玻璃、透鏡、汽車燈 罩、咖啡壺、家庭攪拌機、 齒輪、冷凍設備的零件、 沖擊鉆外殼流動性差模具要有加熱 裝置，主流道短而粗，分流 道轉彎少透明一一脫模斜度 a 2 型芯、型腔要用鍛打鋼，以 便拋光1.1.3制品工藝要求塑料制品的質

7、量不僅與模具結構和成型工藝參數(shù)有很大的關系，而且還取決于塑料制品本身的結構設計是否符合工藝要求。設計塑料制品的基本原則如下：在保證使用和性能（如機械強度、電性能、耐化學腐蝕、形狀穩(wěn)定、耐溫、吸水性等） 的前提下，塑料制品結構力求簡單、壁厚均勻、使用方便。設計制品時應盡量考慮結構合理，便于模具制造和成型工藝的實施，用最簡單的工序和設備來完成制品的成型過程。日用生活制品和兒童玩具等要求外表美觀者，應與美工人員共同研究，設計出兩全其美的制品。高效率、低消耗，盡量減少制品成型前后的輔助工作量，并避免成型后的機械加工。進行塑料制品設計開發(fā)，需要注意的一些設計問題如下：1 尺寸、精度及表面粗糙度尺寸：制品

8、的尺寸要滿足使用要求及安裝要求，同時要考慮模具的加工制造、設備的性能，還要考慮塑料的流動性。精度：影響因素很多。塑料的收縮、注塑成型條件（時間、壓力、溫度）、塑件形狀、模具結構（澆口和分型面的選擇、飛邊、斜度）、模具的磨損等都直接影響制品的精度。表面粗糙度：制品的表面粗糙度由模具表面的粗糙度決定，故模具表面要進行研磨拋光，透明制品要求模具型腔與型芯的表面光潔度一致，一般選擇Rav 0.2 ym尺寸不能太大，產品精度應盡可能低，表面粗糙度產品設計時在滿足塑件使用條件的前提下, 也盡可能低，從而降低模具制造成本及要求。如果塑件尺寸無公差要求，一般采用標準中的IT8級，對孔類尺寸可以標注正公差，而軸

9、類各件尺寸可以標注負公差。中心距尺寸可以標注正負公差，配合部分尺寸的公差要求高于非配合部分尺寸。在模具的設計與制造過程中，模具尺寸精度應比塑件尺寸精度高兩級，若制品精度是IT4級, 模具精度應當是IT6級。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度高一個等級。2脫模斜度由于塑件在模腔內產生冷卻收縮現(xiàn)象，使塑件緊包模具中的型芯和型腔中的凸出部分,塑件取出困難，強行取出會導致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內、外表面，設計足夠的脫模斜度，如圖1-1所示。一般產品的脫模斜度取1仁30。一般型芯的脫模斜度要比型腔大，型芯長度及型腔深度越大，在不影響外觀的情況下，

10、脫膜斜度a應盡量大一點，以便脫膜。表1-2列有若干塑料單邊脫模斜度的推薦值。表1-2塑件脫模斜度推薦值塑料名稱斜度型腔型芯聚酰胺（尼龍）254020 40聚乙烯（PE）254520 45聚苯乙烯（PS）35 13030 1聚丙烯（PP）25 4520 45ABS401035 1聚碳酸脂（PC）35 130 50聚甲醛（POM ）35 13030 13 壁厚壁厚根據(jù)塑件使用要求（強度、剛度）和制品結構特點及模具成型工藝的要求而定。壁厚太小，強度及剛度不足，塑料填充困難；壁厚太大，增加冷卻時間，降低生產率，產生氣泡、 縮孔等不良現(xiàn)象。要求壁厚盡可能均勻一致，否則由于冷卻和固化速度不一樣易產生內應力

11、， 引起塑件的變形及開裂。 當然，在實際設計中，要求壁厚完全均勻一致是不可能的，只能要求在厚壁與薄壁交界處避免有銳角，過渡要緩和，厚度應沿著塑料流動的方向逐漸減小。塑件壁厚一般在1mm6mm范圍內，常用值為 2mm3mm，通常隨塑料種類及塑件大小而定。表1-3所示為常用塑件最小壁厚及推薦壁厚。表1-3常用塑件最小及推薦壁厚（mm ）塑料最小壁厚小型塑件中型塑件大型塑件聚酰胺（尼龍）0.450.751.62.43.2聚乙烯（PE）0.61.251.62.43.2聚苯乙烯（PS）0.751.251.63.25.4聚丙烯（PP）0.851.451.752.43.2ABS0.751.251.62.43

12、.2聚碳酸脂（PC）0.951.82.334.5聚甲醛（POM ）0.81.41.63.25.44 .加強筋為了確保塑料制品的強度和剛性，又不導致塑件的壁增厚，可在塑件的適當部位設置加 強筋，它還可以避免塑件的變形。在某些情況下，加強筋還可以改善塑件成型中的塑料流道 情況。為了增加塑件的強度和剛性，寧可增加加強筋的數(shù)量，也不要增加其厚度，但應注意加強筋之間的間距應取壁厚的 2倍以上，如不得已時，加強筋的厚度也不能大于壁厚的50%80%。對于空心塑件，中間加強筋要低于外壁0.5mm以上，使支撐面易于平直。應盡量避免加強筋局部集中，筋的排列要順著在型腔內的流動方向。5支撐面塑件一般不以整個平面作為

13、支撐面，取而代之的是以邊框、底腳作為支撐面，如圖1-2所示。6 .圓角塑件轉角處都要以圓角過渡，除非有特殊要求。尖角容易產生應力集中， 造成制品轉角處破裂；圓角有利于塑料的流動，填充模腔及塑件的頂出，有利于提高塑件強度及使用壽命。滿足使用和不影響外觀尺寸的情況下，圓角半徑R可盡量取大一些。一般內圓R 0.5T，外圓R 1.5T，如圖1-3所示。圖1-2瓶底邊框支撐面邊框支撐面7 孔、異形孔（槽）設計塑件的孔有3種成型加工方法： 模具直接注塑成型。先注塑成型淺孔，再用機械鉆通。機械鉆通。塑件如有側孔或側凹槽，則需要利用活動抽芯機構“平行抽出原則”確定塑件側孔（槽）是否適合于脫模。熱塑性塑料中軟而

14、有彈性的，如聚乙烯、聚丙烯等軟性制品，內外邊緣有淺的側凹或側凸可利用強制脫模。在制品的設計過程中，應盡量少產生側孔或側凹槽，避免增加模具的復雜程度和制造成本。8 螺紋塑件中的螺紋可用注塑成型或機械切削獲得。經(jīng)常拆裝或受力大的螺紋，建議采用金屬螺紋嵌件成型。塑件牙型一般采用圓弧形、矩形。外螺紋的外徑d4mm，避免塑件螺紋強度較差；內螺紋的內徑D 2mm，使螺紋型芯能夠承受強大的注塑壓力。9 嵌件為了增加塑料制品整體或某一部位的強度、剛度、耐磨性、導電性、導磁性和裝飾性等， 滿足使用的要求，常在塑件體內設置金屬嵌件。由于裝潢或某些特殊需要，塑料制品的表面常有文字圖案。7_ H8 H9便于插入并固定

15、在模具中，竺或些的間隙配合，使嵌件能夠牢固地固定在塑件中，所以通h8 h9常要在嵌件上穿孔、缺口、折彎、軋扁和滾花。1.2 塑料制品設計要點利用注塑工藝生產產品時，由于塑料在模腔中的不均勻冷卻和不均勻收縮以及產品結構設計的不合理，容易引起產品的各種缺陷，如縮印、熔接痕、氣孔、變形、拉毛、頂傷和飛 邊等。為得到高質量的注塑產品，必須在設計產品時充分考慮其結構工藝性。下面結合注塑產品的主要結構特點分析避免注塑缺陷的方法。1 開模方向和分型線在開始設計注塑產品時首先要確定其開模方向和分型線，以保證盡可能減少抽芯機構和消除分型線對外觀的影響。開模方向確定后，產品的加強筋、卡扣、凸起等結構盡可能設計成與

16、開模方向一致，以避免抽芯，減少拼縫線，延長模具壽命。例如，保險杠的開模方向一般為車身坐標X方向，如果開模方向設計成與 X軸不一致，則必須在產品圖中注明其夾角。2脫模斜度適當?shù)拿撃Ｐ倍瓤杀苊猱a品拉毛、頂傷。光滑表面的脫模斜度應大于0.5,細皮紋表面大于1 ,粗皮紋表面大于 1.5 。深腔結構產品設計時外表面斜度要求小于內表面斜度，以保證注塑時模具型芯不偏位，和得到均勻的產品壁厚，并保證產品開口部位的材料密度、強度。3 .產品壁厚各種塑料均有一定的壁厚范圍，一般為0.5mm4mm。當壁厚超過 4mm時，將引起冷卻時間過長，產生縮印等問題，應考慮改變產品結構。壁厚不均會引起表面縮印、氣孔和熔 接痕。

17、4 .加強筋加強筋的合理應用， 可增加產品剛性，減少變形。加強筋的厚度必須小于產品壁厚的1/3,否則就會引起表面縮印。加強筋的單面斜度應大于1.5,以避免頂傷。5圓角圓角太小可能引起產品應力集中，導致產品開裂。設置合理的圓角，可以改善模具的加工工藝，如型腔可直接用R刀銃加工，而避免低效率的電加工。不同的圓角可能會引起分型線的移動，應結合實際情況選擇不同的圓角或清角。6 孔孔的形狀應盡量簡單， 一般取圓形；孔的軸向和開模方向一致，可以避免抽芯。當孔的長徑比大于2時，應設置脫模斜度，此時孔的直徑應按小徑尺寸（最大實體尺寸）計算；盲孔的 長徑比一般不超過 4?？着c產品邊緣的距離一般大于孔徑尺寸。7

18、注塑模的抽芯機構及避免當塑件按開模方向不能順利脫模時，應設計抽芯機構，抽芯機構能成型復雜產品結構，但易引起產品拼縫線、縮印等缺陷，并增加模具成本，縮短模具壽命。設計注塑產品時，如無特 殊要求，應盡量避免抽芯機構，可采用的方法有將孔軸向和筋的方向改為開模方向，利用型腔、型芯碰穿等。8.體鉸鏈利用PP料的韌性，可將鉸鏈設計成和產品一體。作為鉸鏈的薄膜尺寸應小于0.5mm，且保持均勻。注塑一體鉸鏈時，澆口只能設計在鉸鏈的某一側。9 .注塑件精度由于注塑時收縮率的不均勻性和不確定性，注塑件精度明顯低于金屬件，應按標準選擇適當?shù)墓钜?OSJ1372-1978 )。10. 注塑件的變形提高注塑產品結構

19、的剛性，減少變形；盡量避免平板結構，合理設置翻邊、凹凸結構；設 置合理的加強筋。11. 氣輔注塑采用氣輔注塑，可提高產品剛性、減少變形、避免縮印、節(jié)省原材料和縮短冷卻時間。12焊接(熱板焊、超聲波焊、振動焊)采用焊接，可提高連接強度和簡化產品設計。13.合理考慮工藝和產品性能之間的矛盾設計注塑產品時必須綜合考慮產品外觀、性能和工藝之間的矛盾。有時犧牲部分工藝性， 可得到很好的外觀或性能。結構設計在無法避免注塑缺陷時，應盡可能讓缺陷發(fā)生在產品的隱蔽部位。表1-4所示是幾種常見的合理與不合理的設計要點。表1-4幾種常見的合理與不合理的設計要點1-4所示。2 :倒圓角特征：| |說 明加強筋表面形成收縮下陷時，應 將加強筋盡量減薄。加強筋的厚度不能大于壁厚的 0.5T0.8T盡可能地使分模變得容易，可使 模具加工容易及毛邊、 澆口切除 容易壁厚均勻，可防止收縮不均、凹陷、翹曲、氣泡等現(xiàn)象直角位置設計成圓角，可改善強 度，防止應力集中、變形破裂等 孔與孔之間的距離，一般應取孔 徑的2倍以上?？着c塑件邊緣之 間的距離，一般應取孔徑的3倍 以上1.3 塑料制品設計基本過程使用Pro/E