結構設計--熱塑性塑料部件設計

1、Security Classification1 DDS 6 PLASTIC COMPONENTS 2017/6/12 Security Classification 2 u壁厚均一的設計原則壁厚均一的設計原則 u避免應力集中避免應力集中 u圓角圓角 u加強剛度設計加強剛度設計 u加強筋及其設計加強筋及其設計 u支柱支柱 u孔孔 u塑料結構與機械運動塑料結構與機械運動 u制品的側凸凹制品的側凸凹 u塑料制品中的嵌件塑料制品中的嵌件 u脫模斜度脫模斜度 u塑料件的回收塑料件的回收 u塑料制品的尺寸公差塑料制品的尺寸公差 Security Classification 3 壁厚的選擇 u描述描述

2、壁厚過小時，流動阻力大，大型復雜的制品就難以充滿型腔。制件壁厚的最小尺寸應當滿足以下幾個方面的要求： 具有足 夠的強度和剛度；脫模時能經(jīng)受脫模機構的沖擊和震動；裝配時能承受緊固力。 一般塑料加工廠都規(guī)定有最小壁厚值，因 塑料品種、牌號及制品大小的不同而有所差異。 壁厚過大不僅浪費原料，對熱固性塑料成型加工來說，還增加了模壓的時間，并且容易造成固化不完全；而對熱塑性塑料來說， 則增加了冷卻時間（根據(jù)經(jīng)驗推算，制品厚度增加一倍，冷卻時間將增加四倍）。另外還會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，比如容易產(chǎn)生氣 泡、縮孔、翹曲等缺陷。 確定合適的制品壁厚是制品設計的主要內(nèi)容之一確定合適的制品壁厚是制品設計的主要內(nèi)容之一

3、Security Classification 4 壁厚的選擇 u描述描述 （DDS推薦壁厚）推薦壁厚） 一般我們中控面板塑料件通用的料厚2.5mm, 以下是壁厚選擇的參考，一般我們經(jīng)常使用的abs pc/abs pc 這些材料選用厚度從 1.0mm4.00mm不等 根據(jù)產(chǎn)品大小功能而定，（一般產(chǎn)品越大，壁厚會相應厚一點）其他的參考附件。 Security Classification5 壁厚均一的設計原則 u描述描述 該原則主要是從工藝角度以及由工藝導致的質(zhì)量方面的問題而提出來的。均勻的壁厚可使制件在成型過程中， 熔體流動性均衡，冷卻均衡。壁薄部位在冷卻收縮上的差異，會產(chǎn)生一定的收縮應力，內(nèi)

4、應力會導致制件在 短期之內(nèi)或經(jīng)過一個較長時期之后發(fā)生翹曲變形。 壁厚不均勻造成制 件翹曲變形 不均勻壁厚部位設置圓 孔，由于收縮不均勻， 難以成為正圓 Security Classification6 u壁厚不均勻時常用處理辦法 厚薄交接處的平穩(wěn)過度，當制件厚度不可避免需設計成不一致時，在厚薄交接處應逐漸過度，避免突變，厚薄交接處的平穩(wěn)過度，當制件厚度不可避免需設計成不一致時，在厚薄交接處應逐漸過度，避免突變， 厚度比例變化在一合適的范圍（一般不超過厚度比例變化在一合適的范圍（一般不超過3:1） （a）為階梯式過渡，應盡 力避免 （b）為錐形過渡，比較好 （c）圓弧過渡，是最好的 選擇 壁厚均

5、一的設計原則 Security Classification 7 壁厚均一的設計原則 u厚壁減薄 厚壁部位減薄，使厚壁趨于一致，壁厚差異大的制件可通過增設工藝孔，開槽或設置加強筋的方式，使厚厚壁部位減薄，使厚壁趨于一致，壁厚差異大的制件可通過增設工藝孔，開槽或設置加強筋的方式，使厚 壁部位減薄，厚薄趨于一致。（參考下面圖片）壁部位減薄，厚薄趨于一致。（參考下面圖片） 厚壁減薄 Security Classification 8 u開槽開槽 u設置加強筋設置加強筋 壁厚均一的設計原則 Security Classification 9 避免應力集中 u描述描述 對制件上有孔洞，切口，拐角等幾何不

6、連續(xù)部位施加一定的力，在這個部位的斷面上將產(chǎn)生遠比給與的表現(xiàn)應力大得多的應 力，這個現(xiàn)象稱為應力集中。（局部產(chǎn)生的很大應力對于表現(xiàn)應力之比為應力集中系數(shù)）。 u后果后果 塑料是對缺口和尖角之類比較敏感的材料，在應力作用下，這些部位會逐漸產(chǎn)生微細的裂紋，隨后逐步擴展到大的裂紋，而 裂紋的不斷延伸終將導致制件的損壞。 u建議建議 避免應力集中最直接最有效的方法就是在拐角，棱邊等輪廓過渡與厚薄交接處采用圓弧過渡。避免應力集中最直接最有效的方法就是在拐角，棱邊等輪廓過渡與厚薄交接處采用圓弧過渡。 如圖（1），轉角為直角，轉角處的最大厚度是壁厚的1.4倍，這樣就破壞了壁厚均一的原則 如圖（2），只是將內(nèi)

7、角處理成圓角，轉角處的最大厚度為壁厚的1.61.7倍同樣不符合壁厚均一的原則 如圖（3）， 內(nèi)外都處理為圓角，確保壁厚均勻。圓角處理還可以避免應力集中，以及改善塑料成型時熔體 的流動性和成型性。 Security Classification 10 圓角 u描述描述 制品的兩相交平面之間盡可能以圓弧過渡，避免因銳角而造成應力集中等弊病。 u圓角的作用圓角的作用 分散載荷，增強及充分發(fā)揮制品的機械強度。 改善塑料熔體的流動性，便于充滿與脫模，消除壁部轉折處的凹陷等缺陷。 便于模具的機械加工和熱處理，從而提高模具的使用壽命。 Security Classification 11 圓角 u圓角與壁厚

8、的關系圓角與壁厚的關系 根據(jù)不同的壁厚和圓角半徑對應的應力集中系數(shù)，得出應力集中系數(shù)與半徑R與壁厚T之比的關系（如下圖） P施加的載荷， R圓角半徑，T壁厚 圖中曲線表明，半徑R與壁厚T之比，即R/T在0.6以后，曲線趨于平緩，由此可知，內(nèi)圓角之半徑應至少為壁 厚的一半，按照DDS的建議，圓角為壁厚的0.50.75 Security Classification 12 加強剛度的設計 u描述描述 普通的平板制件，將其表面設計成波紋形，瓦楞形，拱形，球形等其剛性比同樣重量的平板要高得多 Security Classification 13 加強筋 u描述描述 注塑件的筋是很有用的結構，它可以提高

9、零件的剛度和強度，防止制件變形，為零件裝配提供連接與定位。 節(jié)約塑料用量，減輕重量，降低成本 可克服制品壁厚差帶來的應力不均所造成的制品歪扭變形 便于塑料熔體的流動，在塑料制品本體某些壁部薄處為熔體的充滿提供通道。 Security Classification 14 加強筋 u采用多筋條的方式采用多筋條的方式 用高度較低，數(shù)量稍多的筋代替高度較高的單一加強筋，避免后筋底冷卻收縮時產(chǎn)生表面凹陷（縮水痕跡） Security Classification 15 加強筋 u筋的尺寸標準筋的尺寸標準 我們的產(chǎn)品屬于熱塑性產(chǎn)品 熱塑性塑料是指在特定的溫度范圍內(nèi),能反復加熱軟化和冷卻變硬的塑料(如:AB

10、S、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA 等),它可以再回收利用 熱固性塑料是指受熱后成為不熔的物質(zhì),再次受熱不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料(如:酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、 聚胺酯、發(fā)泡聚苯乙烯等) A 制品壁厚 B 0.5A（肋的根部厚度） C高度（如果制品要求高增加肋的 條數(shù)） D 2B（間距，根部厚度的2倍） E-取值不能超過0.3（超過這個 度數(shù)出現(xiàn)縮水痕跡幾率上漲），為 了防止筋的根部產(chǎn)生應力開裂，會 在根部倒圓角 F-筋的拔模角1.5-2 Security Classification 16 筋的設計 u筋的布置方向最好與熔料的充填方向一致筋的布置方向最好與熔

11、料的充填方向一致 u位于制品內(nèi)壁的凸臺不要太靠近內(nèi)壁，避免凸臺局部熔體充填不足位于制品內(nèi)壁的凸臺不要太靠近內(nèi)壁，避免凸臺局部熔體充填不足 Security Classification 17 支柱 u描述描述 提供連接和定位的功能 另外支柱高度一般不要超過支柱直徑的兩倍半 支柱的高度超過15.0mm的時候，為加強支柱的強度，可在支柱連上加強筋，做結構加強之用。 Security Classification 18 支柱 u支柱靠近外壁的基本設計支柱靠近外壁的基本設計 提供連接和定位的功能 A= 壁厚 B= 圓孔的根部直徑 C=0.8*A (根部孔壁厚度) D=0.98*B(加強筋的高度) E=

12、1到2（拔模角度） F=0.13mm半徑 （倒角） G=D H=0.8A(靠墻壁端筋的寬度) I=A/4（筋與墻壁的倒角） J=2B(圓孔的高度) K=J max or 0.3mm*J MIN(筋的寬度) L=0.8A（非靠墻壁端筋的寬度） Security Classification 19 支柱 u支柱遠離外壁的基本設計支柱遠離外壁的基本設計 提供連接和定位的功能 A= 壁厚 B= 圓孔的根部直徑 C=0.8*A (根部孔壁厚度) D=2B(圓孔的高度) E=1到2（拔模角度） F=0.13mm半徑 （倒角） G=0.95*D MAX （加強筋高度） H=GMAX 0.3GMIN(加強筋寬

13、度) I=0.8*A（筋的厚度） Security Classification 20 孔 u描述描述 孔的形式很多，主要可分為圓形孔和非圓形孔兩大類 u沉頭沉頭 自攻螺紋孔，沉頭螺釘孔的錐面孔，為防止孔表面破裂，錐面始端距表面應不小于0.5mm.而且沉頭對于打螺絲有導向的作用， 防止“吱吱”聲的產(chǎn)生。 Security Classification 21 孔 u孔的設計要點孔的設計要點 孔與孔的中心距與邊距一般應大于孔徑（兩種中的小孔）的2倍 ，最小應不小于3mm（DDS） 孔中心至邊緣的距離為孔徑的3倍，最小應不小于3mm（DDS） D-孔徑 S 3=D (孔間距) S2=D（孔壁距） S

14、1=2D(孔邊距) t-壁厚 1 3 2 Security Classification 22 孔 u盲孔成型盲孔成型 u圖（圖（a） 盲孔模塑的地步厚度最小為1/6的孔徑，不 然會底部膨脹 u圖（圖（b） A-孔徑 B=A,當A1.5mm C=B u圖（圖（c） 0.13mm 厚度（考慮塑模的靈活性） Security Classification 23 孔 u通孔通孔 通孔過長時改為階梯孔或者盲孔 Security Classification 24 塑料結構與機械運動 u塑料間產(chǎn)生塑料間產(chǎn)生“吱吱吱吱”聲的原因聲的原因 以塑料制件為例，塑料制件在裝配及后續(xù)使用過程中的按壓，震動等常常會由

15、于制件表面的相互摩擦，制件表面的摩擦引起了 制件之間的粘滑運動，而這種粘滑現(xiàn)象正是“吱吱”聲的罪魁禍首。 從本質(zhì)上來看，粘滑現(xiàn)象是相對滑動物體之間的一種自激跳躍運動，纖維間相對低速滑移時，會發(fā)生時而保持不動（粘），纖維產(chǎn) 生變形或同向移動：時而又相對快速滑移（滑），物體表面的動靜摩擦系數(shù)差異過大，并且動摩擦系數(shù)隨運動速度增加而降低的負 阻尼現(xiàn)象，導致物體在相對滑動中速度隨時間呈現(xiàn)鋸齒狀的波動（圖2），從而產(chǎn)生了擾人的“吱吱吱”的噪音。 簡單來說就是降低制件之間的摩擦可以降低“吱吱” 聲 Security Classification 25 塑料結構與機械運動 u不同塑料的摩擦系數(shù)不同塑料的摩擦

16、系數(shù) 我們一般運用到的 ABS & PC 材料摩擦系數(shù)都很高，所以一般我們產(chǎn)品產(chǎn)生噪音的risk也很高。 一些高分子材料天生就是自潤滑的小能手，比如聚四氟乙烯（PTFE）、超高分量聚乙烯（UHMWPE）等，此類聚合物摩擦系 數(shù)很低，PTFE是目前摩擦系數(shù)最低的聚合物，其摩擦系數(shù)低至0.04。 降噪PC/ABS亦可以從阻尼思路出發(fā)，通過添加具有阻尼特性的橡膠或嵌段共聚物等方式實現(xiàn)的降噪效果。 Security Classification 26 制品的側凸凹 u描述描述 制品側壁上局部的凸出或凹陷部分稱為側凸凹。 u側凸凹制品成型中的不利點側凸凹制品成型中的不利點 （1）模具結構復雜，需采用對開

17、式型腔，伸縮式型芯，側向軸芯等結構。 （2）模具制造費用加大，制造周期加長。 （3）制品模塑周期加長，生產(chǎn)成本增加。 （4）模具分型面縫隙溢料機會增多，制品的飛邊大。 Security Classification 27 制品的側凸凹 u側凹凸的設計與成型方法側凹凸的設計與成型方法 制品形狀成型準則：各部分都能順利地，簡單地從塑模中取出來，力求避免帶有側軸芯機構成型的側凸凹形狀。 Security Classification 28 制品的側凸凹 u消除制品側凹凸消除制品側凹凸 u采用拼合及活動型芯成型側凹凸采用拼合及活動型芯成型側凹凸 Security Classification 29 塑

18、料制品中的嵌件 u描述描述 塑料成型過程中所埋入的或成型后壓入的螺栓，接線柱等金屬或其它材質(zhì)零件，統(tǒng)稱為塑料制品的嵌件。嵌件可增加制品局部 的強度，硬度，耐磨性，導電性等，或者是增加制品尺寸及形狀的穩(wěn)定性，或者是降低塑料的消耗。嵌件的材料有金屬玻璃、 木材和已成型的塑料等，其小金屆嵌件用得最為普遍。 鑲件是組成模具的零件；嵌件是放在模具里的金屬或是其它材質(zhì)的產(chǎn)品，最終于模具生產(chǎn)出來的產(chǎn)品結合在一起 鑲件嵌件 Security Classification 30 塑料制品中的嵌件 u金屬嵌件設計的基本原則金屬嵌件設計的基本原則 為便于在模具中安放與定位，嵌件安放在模具中的部分應設計成圓柱形,因為

19、模具加工圓孔最容易。 嵌件至少要嵌入模穴0.41mm 嵌件嵌入到模穴后至少要保留1/6嵌件直徑的厚度。 嵌件不能有尖角，避免應力集中引起的破壞，盡可能采用圓形或?qū)ΨQ形狀的嵌件，保證收縮均勻。 嵌件部分應該預加熱在molding之前。 Security Classification 31 脫模斜度 u描述描述 為便于脫模，塑料制品壁在出模方向上應具有傾斜角度 u脫模斜度確定要點脫模斜度確定要點 制品精度要求越高，脫模斜度應越小 ，一般我們的產(chǎn)品13 尺寸大的制品，應采用較小的脫模斜度。 制品形狀復雜不易脫模的，應選用較大的斜度。 制品收縮率大，斜度也應加大 增強塑料宜選大斜度，含有自潤滑劑的塑料

20、可用小斜度。 制品壁厚大，斜度也應大 一般情況下脫模斜度，可不受制品公差帶的限制，高精度塑料制品的脫模斜度則應當在公差帶內(nèi)。 Security Classification 32 塑料件的回收 u雕刻材料屬性在零件上雕刻材料屬性在零件上 塑料件上應當留有適當?shù)目障兑眠m當?shù)姆柋砻魉貌牧蠈傩砸员惚孀R以及回收利用時的區(qū)分。一些參考標記見附件 Security Classification 33 塑料件的回收 u雕刻屬性雕刻屬性 雕刻的字符高度建議是0.1mm，通常是沒有拔模需求的，或者選擇1的拔模角度。 u其他其他 或者可以選擇以下陷下去的方式 Security Classification 34 塑料制品尺寸公差 u尺寸精度的組成及影響因素尺寸精度的組成及影響因素 制品尺寸誤差構成： a=b +c +d +e 式中 a-制品總的成型誤差 b-塑料收縮率波動所引起的制品誤差 c-模具成型零件制造精度所引起的制品誤差 d-模具磨損后所引起的制品誤差 e-模具安裝，配合間隙所引起的制品誤差 一般有一般有b=1/3a c=