塑膠制品設計原則

塑膠制品設計原則XXXXXXX膠件結構

膠件結構不合理，會造成模具制造和膠件成形的困難；模具工程師應對膠件結構提出改進方案，并知會產(chǎn)品設計人員，由其確認。根據(jù)客戶資料，膠件結構分析主要有以下幾方面：(1)注塑工藝對膠件結構的要求；(2)模具對膠件結構的要求；(3)產(chǎn)品裝配對膠件結構的要求；(4)表面要求。1注塑工藝對膠件結構的要求

膠件產(chǎn)生收縮凹陷、氣烘、困氣、變形、燒焦等工藝性問題,是與膠件的局部膠厚、澆口設置、冷卻等因素影響有關。分析膠件結構的工藝性應從以下幾方面進行。1.1壁厚

1.2(筋)骨位1.1壁厚膠件壁厚一般在1～6mm范圍內(nèi)，最常用壁厚值為1.8～3mm，這都隨膠件類型及膠件大小而定。對已建3D模型之膠件，應用Pro/E進行截面分析，可發(fā)現(xiàn)膠件壁厚不均勻問題，其步驟：Analysis

ModelAnalysis

Thickness

[給定最大膠厚和最小膠厚，選分析起始點和結束點，確定分析所對應的平行截面]

Compute,如圖3.1.1圖3.1.2所示：

厚膠位易收縮凹陷圖3.1.1圖3.1.2兩邊薄膠位厚0.3mm，易產(chǎn)生滯流，須加厚到0.8mm1注塑工藝對膠件結構的要求

常見壁厚不均會產(chǎn)生的問題：(1)局部厚膠位如圖3.1.1所示，易產(chǎn)生表面收縮凹陷。(2)如圖3.1.2所示，膠件兩邊薄膠位，易產(chǎn)生成形滯流現(xiàn)象。(3)止口位如圖3.1.3所示,膠厚采用漸變方法以消除表面白??；另有膠件內(nèi)部拐角位增加圓角使其壁厚均勻。圖3.1.3膠厚突變易產(chǎn)生白線壁厚不均勻影響流動膠厚漸變增加圓角使壁厚均勻(4)如圖3.1.4所示，膠件平面中間凹位過深，實際成形膠件產(chǎn)生拱形變形；解決變形的方法是減小凹位深度，使壁厚盡量均勻。(5)如圖3.1.5所示，尖角位表面易產(chǎn)生烘印，避免烘印的辦法是加圓角過渡。1.2(筋)骨位膠件骨位其作用有增加強度、固定底面殼、支撐架、按鍵導向等。由于骨位與膠件殼體連接處易產(chǎn)生外觀收縮凹陷；所以，要求骨位厚度應小于等于0.5t(t為膠件壁厚),一般骨位厚度在0.8～1.2mm范圍。當骨深15mm以上，易產(chǎn)生走膠困難、困氣，模具上可制作鑲件，也方便省模、排氣。骨深15mm以下，脫模斜度應有0.5?以上；骨深15mm上，骨位根部與頂部厚度差不小于0.2mm，如圖3.1.6所示。為改善某些深骨位的流動狀況，骨位上增加走膠米仔；如圖3.1.7所示喇叭骨加走膠米仔，模具制作鑲件。2模具對膠件結構的要求

分析膠件結構是否符合模具成形和出模的要求，可從如下幾方面進行：2.1脫模斜度2.2擦、碰面2.3行位、斜頂2.4分模面2.5尖、薄鋼位2.1脫模斜度膠件必須有足夠的脫模斜度，以避免出現(xiàn)頂白、頂傷和拖白現(xiàn)象。脫模斜度與膠料性能、膠件形狀、表面要求有關。(1)外表面光面小膠件脫模斜度

1?，大膠件脫模斜度

3?；(2)外表面蝕紋面Ra<6.3脫模斜度

3?，Ra

6.3脫模斜度

4?；(3)外表面火花紋面Ra<3.2脫模斜度

3?，Ra

3.2脫模斜度

4?。轉軸位側面斜度常為1?，以保證外觀和裝配間隙的需要對已建3D模型之膠件，應用Pro/E進行脫模斜度檢查，其步驟如下：Analysis

SurfaceAnalysis

DraftCheck

[給定最大斜度值，選分析Part或Surface，確定分析所對應的方向面]

Compute。應注意，在修改膠件脫模斜度時，還需保證膠件裝配關系和外觀的要求，如圖3.2.1所示。2.2擦、碰面模具擦、碰面如圖3.2.2所示。模具的擦面應有斜度，擦面斜度有兩個功用：(1)防止溢膠，因為豎直貼合面不能加預載；(2)減少磨損。模具上碰面模具上擦面圖3.2.2分析擦、碰面可從如下幾方面考慮；(1)保證結構強度。如圖3.2.3為避免模具凸出部位變形或折斷，設計上B/H之值大于等于1/3較合理。(2)防止產(chǎn)生披峰。如圖3.2.3所示，碰面貼合值E

1.2mm。如圖3.2.4圖3.2.5所示,保證擦面間隙值e

0.25mm。若按擦面斜度考慮，h

3mm時，斜度α

5?；h>3mm時,斜度α

3?；某些膠件對斜度有特定要求時，擦面高度h

10mm，允許斜度α

2?。對擦碰面尖部封膠位應有圓角R0.5以上。(3)便于模具加工和維修。如圖3.2.6圖3.2.7所示，轉軸位模具上制作鑲件。2.3行位、斜頂膠件側壁有凹凸形狀、側孔和扣位時，模具開模頂出膠件前則須將側向型芯抽出，此機構稱行位。如圖3.2.8所示，膠件外側孔，需后模行位抽芯。如圖3.2.9所示，膠件內(nèi)側凹槽，若用斜頂出模，頂部開距不夠，須采用內(nèi)行位。另外，利用斜向頂出，頂出和抽芯同時完成的頂出機構稱斜頂。對膠件上需抽芯的部位，當行位空間不夠時，可利用斜頂機構完成。斜頂機構中，斜向頂出距離應大于抽芯距離(B>H)如圖3.2.10所示，防止頂出干涉。2.4分模面膠件資料中，不論分模面是否作出規(guī)定,模具設計者都須具體確定；對已作規(guī)定的分模面，存在不合理之處，應反饋對方。分析膠件分模面時注意以下幾點：(1)按外觀要求，確定表面夾線位置。(2)將膠件有同軸度要求或易錯位的部分,放置分模面同一側，如圖3.2.14圖3.2.15所示。(3)考慮脫模斜度造成的膠件大、小端尺寸差異，如圖3.2.16所示。2.5尖、薄鋼位避免影響模具強度及使用壽命的尖、薄鋼位。一般尖、薄鋼位在膠件上不易反映出來，分析它應結合膠件的模具情況。模具上產(chǎn)生尖、薄鋼位的原因有兩方面——膠件結構和模具結構。(1)膠件結構產(chǎn)生的尖、薄鋼位。如圖3.2.18圖3.2.19所示，膠件雙叉骨，模具上產(chǎn)生尖、薄鋼位；可改為單叉骨或加大中間寬度，避免模具產(chǎn)生尖、薄鋼位。(2)模具結構產(chǎn)生的尖、薄鋼位。如圖3.2.20所示，膠件邊緣圓角處，模具上易出現(xiàn)尖鋼；模具結構如圖3.2.21所示，此方法分模，出現(xiàn)尖鋼；圖3.2.22所示，分模面延圓弧法線方向，可避免尖鋼。3產(chǎn)品裝配對膠件結構的要求膠件在產(chǎn)品中的裝配關系，會給模具制造提供一些有關膠件要求的信息，如與其它膠件的配合間隙、連接方式等。3.1裝配干涉分析3.2裝配間隙3.3柱位、扣位連接3.1裝配干涉分析模具工程師根據(jù)各膠件的連接方式、配合間隙，裝配3D模型；分析各膠件之間是否干涉。應用Pro/E，分析各膠件之間干涉情況，其步驟如下：Analysis

ModelAnalysis

PairsClearance(分析一個組合中，兩個零件之間的間隙或干涉情況)

[選擇分析的兩個Part或Surface]

Compute。另一種，整個組合件的干涉檢查方法：Analysis

ModelAnalysis

GlobalInterference(分析整個組合中，各零件與零件之間的干涉情況)

[選擇整個組合]

Compute(得出整個組合中，各零件與零件之間的干涉信息)。3.2裝配間隙各膠件之間的裝配間隙應均勻，一般膠件間隙(單邊)如下：固定件之間間隙圖3.3.1止口間隙圖3.3.2(1)固定件之間配合間隙0～0.1mm，如圖3.3.1所示；(2)面、底殼止口間隙0.05～0.1mm，如圖3.3.2所示；(3)規(guī)則按鈕(直徑?

15)的活動間隙(單邊)0.1～0.2mm；規(guī)則按鈕(直徑?>15)的活動間隙(單邊)0.15～0.25mm；異形按鈕的活動間隙0.3～0.35mm,如圖3.3.3所示。3.3柱位、扣位連接分析連接各膠件的柱位、扣位，如圖3.3.4圖3.3.5所示。檢查裝配后的3D模型及各膠件2D文件中的柱位、扣位尺寸，它們的位置尺寸要保持一致。當膠件的柱位或扣位尺寸更改后，應對其配合膠件尺寸也進行更改。由于柱位根部與膠殼連接處的膠壁會突然變厚，某些膠件資料中又沒減膠的說明，這時，模具上須在柱位根部加鋼(加火山口)，避免膠件表面產(chǎn)生縮痕。常見柱位尺寸加火山口數(shù)據(jù)如下表：注明：1)上述數(shù)據(jù)平均膠厚為2.5，如圖3.3.6所示；2)對小于M2.6的螺絲柱，原則上不設火山口，但吊針底膠厚應在1.2至1.4mm；3)對有火山口的螺絲柱,原則上都應設置火箭腳，以提高強度及便于膠料流動。4表面要求

指各膠件在裝配后，外露部分的狀況；其膠件表面的文字、圖案、紋理、外形及安全標準要求等。4.1文字、圖案和浮雕4.2膠件外形4.3表面紋理4.1文字、圖案和浮雕膠件上直接模塑出的文字、圖案，如客戶無要求，可采用凸形文字、圖案。膠件的文字、圖案為凹形時，模具上則為凸形，模具制作相對復雜。模具上文字、圖案的制作方法通常有三種：(1)曬文字、圖案(也稱化學腐蝕)；(2)電極加工模具，雕刻電極或CNC加工電極；(3)雕刻或CNC加工模具。若采用電極加工文字、圖案，其膠件上文字、圖案的工藝要求如下：(1)膠件上為凸形文字、圖案，凸出的高度0.2～0.4mm為宜，線條寬度不小于0.3mm,兩條線間距離不小于0.4mm，如圖3.4.1所示。黑色位為凹入面圖3.4.2圖3.4.1黑色位為凸出面(2)膠件上為凹形文字或圖案，凹入的深度為0.2～0.5mm，一般凹入深度取0.3mm為宜；線條寬度不小于0.3mm，兩條線間距離不小于0.4mm，如圖3.4.2所示。膠件表面浮雕的制作，常用雕刻方法加工模具。由于膠件3D文件不會有浮雕造型，2D文件上浮雕的大小也是不準確的，其浮雕的形狀是依照樣板為標準。因此，模具設計和制造人員，應了解雕刻模制作過程；對雕刻模的制作配合，如何定位，都應在分析中確定。4.2膠件外形膠件外形應符合各類型產(chǎn)品的安全標準要求。膠件上，不應出現(xiàn)鋒利邊、尖銳點；對拐角處的內(nèi)外表面，可用增加圓角來避免應力集中，提高膠件強度，改善膠件的流動情況，如圖3.4.3所示。膠件3D造型，若表面出現(xiàn)褶皺或細小碎面時，確定改善表面的方案；或者，在制造中修整電極，來滿足光順曲面的要求,如圖3.4.4所示。4.3表面紋理膠件外觀表面紋理的要求，常為光面或紋面；紋面又有曬紋(也稱化學腐蝕紋)和火花紋兩種。其脫模斜度(見3.2.1節(jié))。當膠件表面還需噴油、絲印時，膠件表面應為光面或幼紋面(Ra<6.3)，紋面過粗易產(chǎn)生溢油現(xiàn)象。絲印面選在膠件凸出或平整部位較好；噴油后的表面，會放大成型時產(chǎn)生的表面痕跡。1二板模(大水口模)二板模是指那些能從分模面分開成前、后兩半模的模具。2三板模(細水口模)三板模主要由三個部分或模板組成，開模后，各模板之間相隔一段距離，膠件從形成分模面的兩塊模板之空間距離落下，澆道則從另一空間距離落下(這是對冷流道模具來講)，這種把膠件與澆道分隔開的模具稱三板模。三板模如圖4.1.7所示，其開模要求為:D為模具中最長入澆道值，A=D+E+(10～15mm)，并且，A

110mm(手橫向取澆道間距)；

(2)B+C=A+2mm，通常取C=10～12mm。3雙色模具雙色模具使用雙色/雙料注射機，可生產(chǎn)出兩種膠料(硬膠為主，再加上軟膠配合)及不同顏色的產(chǎn)品，特別適宜于成形有永久標記符合的各種按鍵。其優(yōu)點是：同時成形縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率4 無流道凝料模具無流道凝料模具是針對熱塑性膠料，利用加熱或隔熱的方法使流道內(nèi)的膠料始終保持熔融狀態(tài)，從而達到無流道凝料或少流道凝料目的的注射模具。無流道凝料模具的優(yōu)點很多，其主要表現(xiàn)有：無流道凝料或少流道凝料，膠料的有效利用率高，并可充分發(fā)揮注射機的塑化能力。熔融膠料在流道里的壓力損耗小，易于充滿型腔及補縮，可避免產(chǎn)生膠件凹陷、縮孔和變形?？s短了成形周期，提高了生產(chǎn)效率。澆口可自動切斷，提高了自動化程度。能降低注射壓力，可減小鎖模噸位。無流道凝料模具也有其相應的缺點，其主要表現(xiàn)有：裝有熱流道板的模具其閉合高度加大，有可能需要選用較大的注射機。熱唧咀、熱流道板中的熱量經(jīng)熱輻射和熱傳導影響前模溫度，模具設計時應盡量減少熱傳遞，加強前模冷卻。模具成本較高。模具結構設計分模面的確定1分模面選擇原則打開模具取出膠件或澆注系統(tǒng)的面，稱之為分模面。分模面除受排位的影響外，還受塑件的形狀、外觀、精度、澆口位置、行位、頂出、加工等多種因素影響。合理的分模面是塑件能否完好成型的先決條件。一般應從以下幾個方面綜合考慮：(1)符合膠件脫模的基本要求，就是能使膠件從模具內(nèi)取出，分模面位置應設在膠件脫模方向最大的投影邊緣部位。(2)確保膠件留在后模一側，并利于頂出且頂針痕跡不顯露于外觀面。(3)分模線不影響膠件外觀。分模面應盡量不破壞膠件光滑的外表面。1分模面選擇原則(4)確保膠件質量，例如,將有同軸度要求的膠件部分放到分模面的同一側等(5)分模面選擇應盡量避免形成側孔、側凹，若需要行位成形，力求行位結構簡單，盡量避免前模行位.。(6)合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置。(7)滿足模具的鎖緊要求，將膠件投影面積大的方向，放在前、后模的合模方向上，而將投影面積小的方向作為側向分模面；另外，分模面是曲面時，應加斜面鎖緊。(8)有利于模具加工。2分模面注意事項及要求(1)臺階型分模面一般要求臺階頂面與根部的水平距離D≥0.25，如圖5.2.1所示。為保證D的要求，一般調(diào)整夾角“A”的大小，當夾角影響產(chǎn)品結構時，應同相關負責人協(xié)商確定。當分模面中有幾個臺階面，且H1≥H2≥H3時，角度“A”應滿足A1≤A2≤A3，并盡量取同一角度方便加工。角度“A”盡量按下面要求選用：當H≤3mm，斜度α≥5?； 3mm≤H≤10mm，斜度α≥3?；H>10mm，斜度α≥1.5?；某些膠件斜度有特殊要求時，應按產(chǎn)品要求選取。2分模面注意事項及要求(2)當選用的分模面具有單一曲面(如柱

面)特性時，如圖5.2.2，要求按圖5.2.2a

的型式即按曲面的曲率方向伸展一定距

離建構分模面。否則，則會形成如圖

5.2.3a所示的不合理結構，產(chǎn)生尖鋼及尖

角形的封膠面，尖形封膠位不易封膠且易于損壞。錯誤圖5.2.2正確圖5.2.2a當分模面為較復雜的空間曲面，且無法按曲面的曲率方向伸展一定距離時，不能將曲面直接延展到某一平面，這樣將會產(chǎn)生如圖5.2.4a所示的臺階及尖形封膠面，而應該延曲率方向建構一個較平滑的封膠曲面，如圖5.2.4b所示。2分模面注意事項及要求(3)封膠距離模具中，要注意保證同一曲面上有效的封膠距離。如圖5.2.3a,5.2.3b所示,一般情況要求D≥3mm2分模面注意事項及要求(4)基準平面在建構分模面時，若含有臺階型、曲面型等有高度差異的一個或多個分型面時，必需建構一個基準平面，如圖5.2.5a，5.2.5b所示?；鶞势矫娴哪康氖菫楹罄m(xù)的加工提供放置平面和加工基準。2分模面注意事項及要求(5)分模面轉折位如圖5.2.6此處的轉折位是指不同高度上的分型面為了與基準平面相接而形成的臺階面。

臺階面要求盡量平坦，圖示尺寸“A”一般要求大于15o，合模時允許此面避空。轉角R優(yōu)先考慮加工刀具半徑，一般R≥3.0mm。2分模面注意事項及要求(6)由于型腔產(chǎn)生的側向壓力不能自身平衡,容易引起前、后模在受力方向上的錯動，一般采用增加斜面鎖緊,利用前后模的剛性,平衡側向壓力，如圖5.2.7所示,鎖緊斜面在合模時要求完全貼合。角度A一般為15°,斜度越大,平衡效果越差。2分模面注意事項及要求(8)細小孔位處分模面的處理不論小孔處原身留，還是鑲針，一般采取以下方法，對孔位進行構造。為了模具制作簡單，建議孔位處鑲針，但須經(jīng)過設計者允許。A.直接碰穿如圖5.2.9，適用于碰穿位較平坦的結構。B.中間平面碰穿如圖5.2.11a，適用于碰穿位較陡峭的結構合理結構。采用中間平面碰穿的結構可以有效縮短碰穿孔處鋼位的高度，改善鋼位的受力情況。為避免前、后模偏位，建議采用5.2.11a圖示尺寸及結構。圖5.2.11b所示結構中，由于在碰穿處產(chǎn)生側向分力，當碰穿孔較小時，在交變應力的作用下，碰穿孔處的鋼位易于斷裂，影響模具壽命。C.插穿一般不采用。當采用插穿結構時，常采用圖5.2.12c所示結構及寸。封膠面最小距離須保證1.0mm；導向部位斜度A≥5o長度H≥2.5mm。(9)避免產(chǎn)生尖鋼當分型線須分割一個曲面時，為了避免產(chǎn)生尖鋼,分型面的方向應為分型線上任一點的法線方向。

如圖5.2.13所示。2分模面注意事項及要求對于模具而言，組件的強度與整體強度同等重要，組件的受力情況復雜，除通過簡單計算進行校核外，必須遵守一個基本原則：強度最強，即是說在結構空間容許時，組件結構最大化。下面列舉幾類可提高組件強度的方法：修改膠件結構，避免產(chǎn)生尖鋼、簿鋼。高型芯或長型芯端部定位，提高強度，減少型芯變形。利用鑲拼結構，提高局部強度。3加強組件強度由于膠件結構不合理，將引致模具尖鋼、簿鋼時，應與產(chǎn)品設計協(xié)商解決。修改膠件結構，避免產(chǎn)生尖鋼、簿鋼在具有高型芯或長型芯的模具結構中(如圖5.3.11a)，設計時應充分利用端部的通孔對型芯定位，如圖5.3.11b結構所示。高型芯或長型芯端部定位，提高強度，減少型芯變形。在膠件的細小結構處，如果存在薄鋼或應力集中點(如圖5.3.12a)，設計時應將此處設計成鑲拼結構，以消除應力集中點，減小疲勞損壞，也有利于對鑲件進行熱處理而增加強度，如圖5.3.12b所示。利用鑲拼結構，提高局部強度。

模具零件按其作用可分為成形零件與結構零件，成形零件是指直接參與形成型腔空間的結構件，如凹模(型腔)、凸模(型芯)、鑲件、行位等；結構零件是指用于安裝、定位、導向、頂出以及成形時完成各種動作的零件，如定位圈、唧咀、螺釘、拉料桿、頂針、密封圈、定距拉板、拉勾等等。成形零件設計時，應充分考慮膠料的成形收縮率、脫模斜度、制造與維修的工藝性等。成形零件設計

膠料的成形收縮受多方面的影響，如膠料品種、膠件幾何形狀及大小、模具溫度、注射壓力、充模時間、保壓時間等，其中影響最顯著的是膠料品種、膠件幾何形狀及壁厚。不同的膠料具有不同的收縮率范圍。1膠料的成形收縮率合理的脫模斜度是便于脫模、獲取高質量表面要求的必要條件。斜度的一般要求：(1)常用膠料如ABS、HIPS、PC、PVC等，膠件外表面的脫模斜度參照下述選用：外表面為光面的小膠件，脫模斜度≥1?；大膠件的脫模斜度≥3?外表面蝕紋面Ra<6.3，脫模斜度≥3?；Ra≥6.3，脫模斜度≥4?外表面火花紋面Ra<3.2，脫模斜度≥3?；Ra≥3.2，脫模斜度≥4?(2)不論膠件內(nèi)表面的骨位、柱位是否設計有脫模斜度，在進行模具設計時，都應按下述要求增加或修改脫模斜度。骨位根部的厚度小于0.5t，(“t”為膠件的壁厚)；骨位頂部的厚度應大于或等于0.8mm，具體的脫模斜度依照已確定的厚度差及骨位的高度而定。若骨位長度方向兩側需要脫模斜度時，在不影響膠件內(nèi)部結構的情況下，應選取較大的脫模斜度。

(3)加或修改擦、碰穿位的脫模斜度，影響膠件結構時，應與相關負責人協(xié)商。2脫模斜度模具設計時，應力求成形零件具有較好的裝配、加工及維修性能。為了提高成形零件的工藝性，主要應從以下幾點考慮：圖5.4.1a鑲件上產(chǎn)生尖角大鑲件上產(chǎn)生尖角大鑲件小鑲件后模圖5.4.1b(1)不能產(chǎn)生尖鋼，薄鋼如圖5.4.1a；5.4.1b；5.4.1c3成形零件的工藝性(2)易于加工易于修正外形尺寸圖5.4.3鑲件易于加工是成型零件設計的基本要求，模具設計時，應充分考慮每一個零件的加

工性能，通過合理的鑲拼組合來滿足加工工藝要求。例如，為了膠件止口部位易于加工，一般采用圖5.4.2a、5.4.2b所示的鑲拼結構。3成形零件的工藝性(4)保證成型零件的強度(5)易于裝配易裝錯針對鑲拼結構的成型零件而言，易于裝配是模具設計的基本要求，而且應避免安裝時出現(xiàn)差錯。如圖5.4.4b所示。3成形零件的工藝性(6)不能影響外觀在進行成型零件設計時，不僅要考慮其工藝性要求，而且要保證膠件外觀面的要求。膠件是否允許夾線存在是決定能否制做鑲件的前提，若允許