《模具設(shè)計(jì)與制造李集仁》課件-第7章

第7章塑料模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7.1塑料概述7.2塑料成型的工藝性能7.3塑件設(shè)計(jì)7.4塑料成型方法及塑料模的種類

7.1塑料概述

7.1.1塑料的組成和特性

1.塑料的組成

塑料由合成樹脂和添加劑組成。

合成樹脂是構(gòu)成塑料的主要成分,它決定了塑料的類型和基本性能(如名稱、熱塑性或熱固性、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等)。常用的合成樹脂有60多種。合成樹脂是高分子聚合物,它是由許許多多結(jié)構(gòu)相同的普通分子組成的大分子,其分子量一般都在5000~10000以上,其原料為煤和石油。合成樹脂的合成方法主要有聚合反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。

塑料中常用的添加劑及作用如下:

(1)填充劑，又稱填料。在塑料中加入填充劑可減少貴重樹脂含量,降低成本。同時(shí)還可起到增強(qiáng)作用,改善塑料性能,擴(kuò)大使用范圍。填充劑按其形態(tài)有粉狀、纖維狀和片狀三種:常用的粉狀填充劑有木粉、大理石粉、滑石粉、石墨粉、金屬粉等;纖維狀填充劑有石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維、金屬須等;片狀填充劑有紙張、麻布、石棉布、玻璃布等。填充劑的組分一般不超過塑料組成的40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

(2)穩(wěn)定劑。其作用是防止塑料在光照、熱和其它條件影響下過早老化,以延長(zhǎng)其使用壽命。穩(wěn)定劑可分為光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑等。常用的穩(wěn)定劑有硬脂酸鹽、鋁化合物及環(huán)氧化合物等。

(3)增塑劑。其作用是降低聚合物分子之間的作用力,改善樹脂成型時(shí)的流動(dòng)性和提高塑件的柔順性。它是熔點(diǎn)較低、沸點(diǎn)較高、能與高聚物相互溶解的有機(jī)化合物,配比適當(dāng)時(shí)可以增加塑料的柔軟性、耐寒性和抗沖擊強(qiáng)度等。常用的增塑劑有鄰笨二甲酸二丁酯、磷酸三苯脂和氧化石蠟等。

(4)潤(rùn)滑劑。其作用是防止塑料在成型過程中粘模,同時(shí)改善塑料的流動(dòng)性,使塑件表面光亮美觀。常用的潤(rùn)滑劑有硬脂酸、石墨、二硫化鉬等。

(5)固化劑,又稱硬化劑。其作用是使樹脂大分子鏈?zhǔn)軣釙r(shí)發(fā)生交聯(lián),形成硬而穩(wěn)定的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如在酚醛樹脂中加入六亞甲基四胺,在環(huán)氧樹脂中加入乙二胺、順丁烯二酸酐等固化劑,均可使塑料成型為堅(jiān)硬的塑件。

(6)著色劑。其作用是使塑件獲得美麗的色澤,使其美觀宜人,提高塑件的使用品質(zhì)。常用有機(jī)染料或無(wú)機(jī)染料。

2.塑料的特性

塑料特性包括使用性能、加工性能和技術(shù)性能。其中技術(shù)性能是物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等的統(tǒng)稱。塑料品種繁多,性能、用途也各不相同,其主要特性如下:

(1)質(zhì)量輕。塑料是一種輕質(zhì)材料。普通塑料的密度約在0.83~2.3g/cm3,大約是鋁材的1/2,鋼材的1/5。如用發(fā)泡法得到的泡沫塑料,其密度可以小到0.01~0.5g/cm3。利用這一特點(diǎn),以塑代鋼應(yīng)用于汽車工業(yè),已經(jīng)取得重大的經(jīng)濟(jì)效益;對(duì)于需要全面減輕自重的飛機(jī)、船舶、建筑、宇航工業(yè)等,也具有重要的意義;由于質(zhì)量輕,塑料還特別適合制作輕巧的日用品和家用電器等零件。

(2)電氣絕緣性好。塑料具有優(yōu)良的電氣絕緣性能,其相對(duì)介電常數(shù)低至2.0(比空氣高一倍),而高值可達(dá)十幾甚至更高。發(fā)泡塑料的相對(duì)介電常數(shù)為1.2~1.3,接近空氣。常用塑料的電阻通常在1014~1016Ω范圍之內(nèi)。無(wú)論是在高頻還是低頻,在高壓還是低壓下,大多數(shù)塑料都有較高的介電強(qiáng)度,絕緣性能十分優(yōu)良。且耐電弧性好,介電損耗極小,所以被廣泛用于電機(jī)、電器、電子工業(yè)中。

目前,采用先進(jìn)的工藝技術(shù),可將塑料制造成半導(dǎo)體、導(dǎo)電和導(dǎo)磁的材料,它們對(duì)電子工業(yè)的發(fā)展具有特殊的意義。

(3)比強(qiáng)度比剛度高。塑料的力學(xué)性能相對(duì)金屬要差。塑件的剛度與木材相近,抗拉強(qiáng)度一般為10~500MPa。但由于塑料的密度小,所以按單位質(zhì)量計(jì)算相對(duì)的強(qiáng)度和剛度,即比強(qiáng)度和比剛度(強(qiáng)度與相對(duì)密度之比稱為比強(qiáng)度;彈性模量與密度之比稱為比剛度)比較高。一些特殊塑料如纖維增強(qiáng)塑料拉伸比強(qiáng)度可高達(dá)170~400MPa,比一般鋼材(約為160MPa)要高得多。通常,塑料的比強(qiáng)度接近或超過普通的金屬材料,因此可用于制造受力不大的一般結(jié)構(gòu)件。一些玻璃纖維、碳纖維增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度和比剛度相當(dāng)高,甚至超過鋼、鈦等金屬,已在汽車、造船、航天和國(guó)防工業(yè)中應(yīng)用。

(4)化學(xué)穩(wěn)定性好。一般塑料均具有一定的抗酸、堿、鹽等化學(xué)腐蝕的能力。有些塑料除此之外還能抗潮濕空氣、蒸汽的腐蝕作用,在這方面它們大大地超過了金屬。其中最突出的代表是聚四氟乙烯,它對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種氧化劑等腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)都完全穩(wěn)定,甚至在沸騰的“王水”中也無(wú)動(dòng)于衷,核工業(yè)中用的強(qiáng)腐蝕劑五氟化鈾對(duì)它也不起作用。另外,聚氯乙烯可以耐90%濃度的硫酸、各種濃度的鹽酸和堿液等,因此常用作耐腐蝕材料。

由于塑料具有優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性,因此在化工設(shè)備制造中有極其廣泛的用途。如制造各種管道、密封件、換熱器和在腐蝕介質(zhì)中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件等。

(5)減摩、耐磨性能優(yōu)良,減振消聲性好。塑料的摩擦系數(shù)小,具有良好的減摩、耐磨性能。某些塑料摩擦副、傳動(dòng)副,可以在水、油和帶有腐蝕性的溶液中工作;也可以在半干摩擦、全干摩擦條件下工作,具有良好的自潤(rùn)滑性能。這一性能比一般金屬零件要好。

同時(shí),一般塑料的柔韌性比金屬要大得多,當(dāng)其受到頻繁機(jī)械力沖擊與振動(dòng)時(shí),因阻尼較大而具有良好的吸振與消聲性能,這對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦零部件以及受沖擊載荷作用的零件具有重要意義。如一些高速運(yùn)轉(zhuǎn)的儀表齒輪、滾動(dòng)軸承的保持架、機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌等可采用塑料制造。

(6)熱導(dǎo)率低,一些塑料具有良好的光學(xué)性能。塑料的熱導(dǎo)率比金屬低得多,一般為0.17~0.35W/(m.℃);而鋼的熱導(dǎo)率為46~70W/(m.℃),它們之間相差數(shù)百倍。利用熱導(dǎo)率低的特點(diǎn),塑料可以用來制作需要保溫和絕熱的器皿或零件。

有些塑料具有良好的透明性,透光率高達(dá)90%以上,如有機(jī)玻璃、聚碳酸酯、聚苯乙烯等都具有良好的透明性,它們可用于制造光學(xué)透鏡、航空玻璃、透明燈罩以及光導(dǎo)纖維材料等。此外,塑料還具有良好的成型加工性、焊接性、可電鍍性和著色能力。但與其它材料相比,塑料也有一定的缺陷:如塑料成型時(shí)收縮率較高,有的高達(dá)3%以上,這使得塑件要獲得較高的精度難度很大,故塑件精度普遍不如金屬零件;塑件的使用溫度范圍較窄,塑料對(duì)溫度的敏感性遠(yuǎn)比金屬或其它非金屬材料大,如熱塑性塑件在高溫下易變軟產(chǎn)生熱變形;塑件在光和熱的作用下容易老化,使性能變差;塑件若長(zhǎng)時(shí)間受載荷作用,即使溫度不高,其形狀也會(huì)產(chǎn)生“蠕變”,且這種變形是不可逆的,從而導(dǎo)致塑件尺寸精度的喪失。這些缺陷,使塑料的使用受到了一定的限制。7.1.2塑料的分類與應(yīng)用

1.塑料的分類

1)按合成樹脂受熱時(shí)的行為分類,分為熱塑性塑料和熱固性塑料

(1)熱塑性塑料,又稱受熱可熔性塑料。在常溫下,它是硬的固體,加熱時(shí)變軟以至流動(dòng),冷卻時(shí)變硬,這一過程可以反復(fù)進(jìn)行,廢品可以回收利用。如聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜等。由于其具有成型工藝簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高和高的物理力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用十分廣泛,但耐熱性和剛性較低。

熱塑性塑料中的合成樹脂分子鏈都是線型或帶有支鏈線型結(jié)構(gòu),分子鏈之間無(wú)化學(xué)鍵產(chǎn)生,加熱、冷卻過程只產(chǎn)生物理變化。

(2)熱固性塑料,又稱受熱不可熔塑料。第一次加熱時(shí)可以軟化以至流動(dòng),加熱到一定溫度后,塑料產(chǎn)生交聯(lián)化學(xué)反應(yīng),結(jié)構(gòu)固化而變硬,這一過程是不可逆的,因此只能一次成型,廢品不能回收利用。如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚酰亞胺等。這類塑料具有較高的耐熱性能,一般工作在100~200℃溫度范圍內(nèi)。常溫下變形小,尺寸穩(wěn)定性好,彈性模量較高,表面硬度較大,具有良好的力學(xué)性能。自采用注射成型新工藝后,生產(chǎn)效率提高,成本下降,應(yīng)用廣泛。

熱固性塑料中的合成樹脂分子鏈在第一次加熱前是線型或帶支鏈線型結(jié)構(gòu),交聯(lián)反應(yīng)后成為體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),若再次加熱,就不能再熔融。

2)按塑料的應(yīng)用范圍分類,可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料

(1)通用塑料。一般指產(chǎn)量大、用途廣、價(jià)格低的一類塑料。其中聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料合稱五大通用塑料,其它聚烯烴、乙烯基塑料、丙烯酸塑料、氨基塑料等也都屬于通用塑料。它們的產(chǎn)量占塑料總產(chǎn)量的一大半以上,構(gòu)成了塑料工業(yè)的主體。

(2)工程塑料。常指在工程上作結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的各種塑料。其特點(diǎn)是具有較高的力學(xué)性能和耐高低溫、耐腐蝕等優(yōu)良的綜合性能,可替代某些有色金屬和各種合金鋼塑件作機(jī)械零件。該類塑料主要是指聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、ABS(丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物)、聚砜、聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇脂(PBT)等。

(3)特種塑料,又稱功能塑料。是指具有某些特殊功能的塑料,如用于導(dǎo)電、壓電、熱電、導(dǎo)磁、感光、防輻射、光導(dǎo)纖維、液晶、高分子分離膜、專用于減摩耐磨用途等的塑料。特種塑料一般是由通用塑料或工程塑料經(jīng)特殊處理或改性獲得的,也有一些是由專門合成的特種樹脂制成的。

2.塑料在機(jī)械、電子工業(yè)中的應(yīng)用

選用塑料時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):

(1)了解塑件的工作條件,仔細(xì)分析所選用塑料的特性,選定最合適的樹脂品種、添加劑類型和確定配比,以期得到所要求的性能。然后選定最合適的成型方法。

(2)塑料的導(dǎo)熱性差,在用作旋轉(zhuǎn)零件時(shí),必須注意設(shè)計(jì)出最有利于散熱的結(jié)構(gòu),如采用以金屬為基體的復(fù)合塑料,或加入導(dǎo)熱性良好的填料,或采取有利于散熱的機(jī)械設(shè)計(jì)及塑件設(shè)計(jì)等。

(3)工程塑料一般都易吸濕、吸水,特別是聚酰胺較為嚴(yán)重。選用要慎重,適當(dāng)加入填料以降低其吸濕、吸水性。

(4)塑料蠕變性較大,在設(shè)計(jì)和制造時(shí),必須預(yù)防蠕變和內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)。如添加玻璃纖維后,可明顯地改善其抗蠕變性。聚酰胺加入30%玻璃纖維填料后,其蠕變可減少到未加填料時(shí)的10%左右。表7－1塑料在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用舉例表7－2塑料在電子工業(yè)中的應(yīng)用舉例7.2塑料成型的工藝性能

7.2.1聚合物的熱力學(xué)性能與加工工藝

1.聚合物的熱力學(xué)性能

聚合物的物理、力學(xué)性能與溫度密切相關(guān),當(dāng)溫度變化時(shí),聚合物的受力行為發(fā)生變化,呈現(xiàn)出不同的力學(xué)狀態(tài),表現(xiàn)出分階段的力學(xué)性能特點(diǎn)。

1)線型無(wú)定形(非結(jié)晶型)聚合物的熱力學(xué)性能

圖7－1為線型無(wú)定形聚合物在恒應(yīng)力作用下變形量與溫度的關(guān)系曲線,也叫熱力學(xué)曲線。該曲線明顯分三個(gè)階段,即線型無(wú)定形聚合物常存在的三種物理狀態(tài):玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。圖7－1線型無(wú)定形聚合物的熱力學(xué)曲線在溫度較低時(shí)(低于Tg溫度),變形量小,而且是可逆的,但彈性模量較高,聚合物處于此狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)為玻璃態(tài)。此時(shí),物體受力時(shí)的變形符合胡克定律,應(yīng)變與應(yīng)力成正比。當(dāng)溫度上升時(shí)(在Tg~Tf之間),曲線開始急劇變化。聚合物的體積膨脹,表現(xiàn)為柔軟而富有彈性的高彈態(tài)(或橡膠態(tài))。此時(shí),變形量很大,彈性模量顯著降低,外力去除后變形可以回復(fù)。如果溫度繼續(xù)上升(高于Tf溫度),變形迅速發(fā)展,彈性模量再次很快下降,聚合物產(chǎn)生粘性流動(dòng),成為粘流態(tài)。此時(shí),變形是不可逆的,物質(zhì)成為液體。這里,Tg為玻璃態(tài)與高彈態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度,稱為玻璃化溫度;Tf為高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度,稱為粘流溫度。在常溫下玻璃態(tài)的典型材料是有機(jī)玻璃,高彈態(tài)的典型材料是橡膠,粘流態(tài)的典型材料是熔融樹脂(如膠粘劑)。聚合物處于玻璃態(tài)時(shí)硬而不脆,可作結(jié)構(gòu)件使用。但塑料的使用溫度不能太低,當(dāng)溫度低于Tb時(shí),物理性能發(fā)生變化,在很小的外力作用下就會(huì)發(fā)生斷裂,使塑料失去使用價(jià)值。通常稱Tb為脆化溫度,它是塑料使用的下限溫度。當(dāng)溫度高于Tg時(shí),塑料不能保持其尺寸的穩(wěn)定性和使用性能,因此,Tg是塑料使用的上限溫度。當(dāng)聚合物的溫度升到Td溫度時(shí),便開始分解,所以稱Td為分解溫度。聚合物在Tf~Td溫度范圍內(nèi)是粘流態(tài),塑料的成型加工大多是在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行的。這個(gè)范圍越寬,塑料成型加工就越容易進(jìn)行。

2)線型結(jié)晶型聚合物的熱力學(xué)性能

圖7－2為線型結(jié)晶型聚合物的熱力學(xué)曲線。圖中1所示為聚合物分子量較低的完全線型結(jié)晶型聚合物的熱力學(xué)曲線。溫度低于Tm時(shí),物體受力時(shí)的變形符合胡克定律,應(yīng)變與應(yīng)力成正比。加熱到Tm時(shí)開始轉(zhuǎn)化為液態(tài),其對(duì)應(yīng)的溫度叫做熔點(diǎn)Tm,它是線型結(jié)晶型聚合物熔融或凝固的臨界點(diǎn)。對(duì)于相對(duì)分子量較高的聚合物,通常結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)共存,如圖中的2所示。加熱到Tm時(shí),開始熔化,至Tf時(shí)完全轉(zhuǎn)化為粘流態(tài),其熔化是一個(gè)溫度范圍,通常稱結(jié)晶型塑料從開始熔融到全部熔化的溫度范圍為“熔限”。線型結(jié)晶型聚合物的“熔限”隨聚合物的相對(duì)分子量增大而變寬,有時(shí)Tf溫度甚至高于分解溫度,所以采用一般方法難以成型,例如聚四氟乙烯,由于它的粘流溫度高于分解溫度,在未完全達(dá)到粘流態(tài)之前就發(fā)生分解,所以一般的成型方法無(wú)法加工聚四氟乙烯,通常其塑件采用高溫?zé)Y(jié)法制成。圖7－2結(jié)晶型聚合物的熱力學(xué)曲線

3)熱固性樹脂的熱力學(xué)性能

熱固性樹脂在成型前分子結(jié)構(gòu)是線型的或帶有支鏈線型的,成型時(shí)在熱和壓力的作用下可達(dá)到一定的高彈態(tài)甚至粘流態(tài),具有變形和可成型的能力。但在熱力作用下,大分子間的交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)也同時(shí)進(jìn)行,直至形成高度交聯(lián)的體型聚合物,此時(shí),由于分子運(yùn)動(dòng)的阻力很大,隨溫度變化發(fā)生的力學(xué)狀態(tài)變化很小,高彈態(tài)和粘流態(tài)基本消失,即轉(zhuǎn)變成遇熱不熔,高溫時(shí)分解的物體。因此,熱固性樹脂成型時(shí),應(yīng)注意成型溫度和成型時(shí)間的控制。

2.聚合物的加工工藝

聚合物在溫度高于Tf時(shí)為粘流態(tài),統(tǒng)稱為熔體。從Tf開始分子熱運(yùn)動(dòng)激烈,塑料的彈性模量急劇降低,其形變特點(diǎn)為在不大的外力作用下就能產(chǎn)生不可逆的粘性變形。此時(shí),塑料在Tf以上不高的溫度范圍一般表現(xiàn)出類似乳膠流動(dòng)的行為。這一溫度范圍常用來進(jìn)行壓延成型、某些擠出成型和吹塑成型等。比Tf更高的溫度使分子熱運(yùn)動(dòng)大大激化,塑料的彈性模量降低到最低值,這時(shí)聚合物熔體形變的特點(diǎn)是在很小的外力作用下就能引起宏觀流動(dòng),其形變是更加不可逆的液態(tài)流動(dòng)。

這一溫度范圍常用來進(jìn)行熔融紡絲、注射、擠出和粘合等加工。過高的溫度將使聚合物的粘度大大降低,不適當(dāng)?shù)卦龃罅鲃?dòng)性容易引起諸如注射成型中的溢料、擠出塑件的形狀扭曲、收縮和紡絲過程纖維的毛細(xì)斷裂等現(xiàn)象。溫度高到Td附近還會(huì)引起聚合物分解,以致降低產(chǎn)品物理性能、力學(xué)性能以及引起外觀不良等。因此,Tf與Td是聚合物進(jìn)行成型加工的重要工藝參數(shù)。不同狀態(tài)下塑料的物理性能與加工工藝關(guān)系見表7－3。表7－3熱塑性塑料在不同狀態(tài)下的物理性能和加工工藝7.2.2塑料成型工藝性

塑料成型工藝性是指塑料在成型過程中表現(xiàn)出的特有性能,影響著成型方法及工藝參數(shù)的選擇和塑件的質(zhì)量,并對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求及質(zhì)量影響很大。

1.熱塑性塑料成型的工藝性能

熱塑性塑料成型的工藝性能除了前面介紹過的熱力學(xué)性能外,還應(yīng)包括結(jié)晶性、流動(dòng)性、收縮性、相容性、吸濕性及熱穩(wěn)定性等。

(1)結(jié)晶性。一般熱塑性塑料的結(jié)構(gòu)分為結(jié)晶型和非結(jié)晶型兩種。結(jié)晶型的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龍)等;非結(jié)晶型的塑料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、[WTBZ]ABS等。非結(jié)晶型結(jié)構(gòu)是各向同性體,而結(jié)晶型結(jié)構(gòu)是各向異性體。結(jié)晶型塑料成型時(shí)具有以下特性:

①因?yàn)榻Y(jié)晶熔解需要熱量,故使其達(dá)到成型溫度要比非結(jié)晶型塑料達(dá)到成型溫度需要更多的熱量;

②冷凝時(shí),結(jié)晶型塑料放出熱量多,需要較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間;

③由于結(jié)晶型塑料硬化狀態(tài)時(shí)的密度與熔融時(shí)的密度差別很大,成型收縮大,易發(fā)生縮孔、氣孔;④由于分子的定向作用和收縮的方向性,結(jié)晶型塑件易變形、翹曲;

⑤冷卻速度對(duì)結(jié)晶型塑料的結(jié)晶度影響很大,緩冷可提高結(jié)晶度,急冷則降低結(jié)晶度,因此,控制模具溫度十分重要。

(2)流動(dòng)性。塑料熔體在一定溫度與壓力作用下充填模腔的能力稱為流動(dòng)性。所有塑料都是在熔融塑化狀態(tài)下加工成型的,因此,流動(dòng)性是塑料加工成塑件過程中所應(yīng)具備的基本特性。塑料流動(dòng)性的好壞,在很大程度上影響著成型工藝的許多參數(shù),如成型溫度、壓力、模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)等,在設(shè)計(jì)塑件大小與壁厚時(shí),也要考慮流動(dòng)性的影響。流動(dòng)性差的塑料,在注射成型時(shí)不易充滿模腔,使塑件產(chǎn)生“缺肉”,有時(shí)采用多個(gè)澆口時(shí),塑料熔體的匯合處會(huì)因熔接不好而產(chǎn)生“熔接痕”;相反,若塑料的流動(dòng)性太好,注射時(shí)容易產(chǎn)生流涎和造成塑件溢邊,成型的塑件容易變形。熱塑性塑料流動(dòng)性的大小,一般用分子量大小、熔融指數(shù)(在一定溫度和壓力下,熔體在10min內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量值)、阿基米德螺旋線長(zhǎng)度、表觀粘度、流動(dòng)比(流程長(zhǎng)度/塑件壁厚)及溢料間隙(塑料熔體在成型壓力下不得溢出的最大間隙值)等一系列指數(shù)進(jìn)行分析。分子量小、熔融指數(shù)高、螺旋線長(zhǎng)度長(zhǎng)、表觀粘度小、流動(dòng)比大、溢料間隙小的則流動(dòng)性好。部分熱塑性塑料的流動(dòng)性及溢料間隙見表7－4。表7－4部分熱塑性塑料的流動(dòng)性

(3)收縮性。一定量的塑料在熔融狀態(tài)下的體積總比其固態(tài)下的體積大,說明塑料在成型及冷卻過程中發(fā)生了體積收縮,這種性質(zhì)稱為收縮性。產(chǎn)生收縮的原因,除熱脹冷縮外,往往還因?yàn)榫酆衔镌诠袒^程中高分子堆砌密度的不同以及聚集狀態(tài)的改變等造成。不同聚集狀態(tài)的塑料其收縮率不同。一般結(jié)晶塑件的收縮率為1.2%~4%,非結(jié)晶塑件的收縮率為0.3%~1.0%。熔融狀態(tài)的塑料有明顯的可壓縮性,利用這種可壓縮性,成型時(shí)對(duì)塑料融體施加壓力,可以預(yù)防塑件的凹痕和縮孔的形成,提高塑件的尺寸精度。影響塑料收縮性的因素很多,主要有塑料的組成及塑件結(jié)構(gòu)、成型工藝方法、工藝條件、塑件幾何形狀及金屬鑲件的數(shù)量、模具結(jié)構(gòu)及澆口形狀與尺寸等。收縮性的大小以單位長(zhǎng)度塑件收縮量的百分率來表示,叫收縮率。(7－1)式中:S——塑料的收縮率(%);

Lm——模具在室溫時(shí)的型腔尺寸(mm)

L——塑件在室溫時(shí)的尺寸(mm)。收縮率可查有關(guān)手冊(cè)或材料供應(yīng)部門提供的圖表確定。表7－5列出了幾種塑料收縮率的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),可供參考。從表可知,收縮率范圍的大小,因塑件壁厚不同以及尺寸方向不同而有所區(qū)別。另外,還可以利用注射成型工藝參數(shù)對(duì)塑件的收縮率進(jìn)行調(diào)節(jié),一般為注射壓力越高,收縮率越小;注射溫度越高,收縮率越大;注射時(shí)間越短,收縮率越大。此外,塑件結(jié)構(gòu)對(duì)收縮性也有影響:帶有嵌件比不帶嵌件的收縮小;形狀復(fù)雜比形狀簡(jiǎn)單的收縮小。表7－5幾種塑料收縮率的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)塑料平均收縮率為(7－2)式中:Q1——塑料的最大收縮率;

Q2——塑料的最小收縮率。由于塑料收縮性影響著塑件的尺寸精度,所以在設(shè)計(jì)模具時(shí)必須精確地考慮計(jì)算收縮率的大小。又由于塑件的收縮是體積收縮,所以模具各項(xiàng)尺寸均應(yīng)考慮其收縮的補(bǔ)償問題。由式(7－1)整理得:(7－3)而當(dāng)Q很小時(shí),高次項(xiàng)可忽略,因此:(7－4)式(7－4)是模具型腔尺寸計(jì)算時(shí)經(jīng)常應(yīng)用的基本公式。但對(duì)于收縮性較大的大型塑件,建議采用式(7－3)為好。

(4)熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性是指塑料在受熱時(shí)性能上發(fā)生變化的程度。有些塑料在長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下時(shí)會(huì)發(fā)生降解、分解和變色等現(xiàn)象,使其性能發(fā)生變化。如聚氯乙烯、聚甲醛、ABS等塑料在成型時(shí),如在料筒停留時(shí)間過長(zhǎng),就會(huì)有一種氣味放出來,塑件顏色變深,所以它們的熱穩(wěn)定性不好。因此,這類塑料成型加工時(shí)必須正確控制溫度及加工周期,選擇合適的加工設(shè)備或在塑料中加入穩(wěn)定劑。

(5)吸濕性。吸濕性是指塑料對(duì)水分的親疏程度。據(jù)此塑料大致可分為兩種類型:第一類是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料,如聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜等;第二類是吸濕或粘附水分傾向極小的塑料,如聚乙烯、聚丙烯等。塑料因吸濕、粘附水分,在成型加工過程中如果水分含量超過一定程度,則水分會(huì)在成型機(jī)械的高溫料筒中變成氣體,促使塑料高溫水解,從而導(dǎo)致塑料降解、起泡、粘度下降,給成型帶來困難,使塑件外觀質(zhì)量及力學(xué)性能明顯下降。因此,塑料在成型加工前,一般都要經(jīng)過干燥,使水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))控制在0.5%~0.2%以下。

(6)相容性。相容性是指兩種或兩種以上不同品種的塑料,在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相互分離的能力,俗稱為共混性。通過塑料的這一性質(zhì),可以得到類似共聚物的綜合性能,這是改進(jìn)塑料性能的重要途徑之一,例如聚碳酸酯與ABS塑料相容,在聚碳酸酯中加入ABS能改善其成型工藝性。如果兩種塑料不相容,則混熔時(shí)塑件會(huì)出現(xiàn)分層、脫皮等表觀缺陷。

此外,塑料的相容性對(duì)成型加工操作過程有影響。當(dāng)改用不同品種的塑料時(shí),應(yīng)首先確定清洗料筒的方法(一般用清洗法或拆洗法):如果是相容性塑料,只需要將所要加工的原料直接加入成型設(shè)備中清洗即可;如果是不相容的塑料,就應(yīng)更換料筒或徹底清洗料筒。

2.熱固性塑料成型的工藝性能

熱固性塑料同熱塑性塑料相比,具有塑件尺寸穩(wěn)定性好、耐熱和剛性大等特點(diǎn),所以在工程上應(yīng)用十分廣泛。熱固性塑料的熱力學(xué)性能明顯不同于熱塑性塑料,其成型工藝性能也不同于熱塑性塑料。其主要的工藝性能指標(biāo)有收縮性、流動(dòng)性、水分及揮發(fā)物含量、固化速度等。

(1)收縮率。同熱塑性塑料一樣,熱固性塑料也具有因成型加工而引起尺寸減小的特性,計(jì)算方法與熱塑性塑料收縮率相同。影響熱固性塑料收縮率的因素主要有原材料、模具結(jié)構(gòu)、成型方法及成型工藝條件等。塑料中樹脂和填料的種類及含量,會(huì)直接影響收縮率的大小:當(dāng)所用樹脂在固化反應(yīng)中放出的低分子揮發(fā)物較多時(shí),收縮率較大,放出的低分子揮發(fā)物較少時(shí),收縮率較小;在同類塑料中,填料含量多,收縮率小;填料中無(wú)機(jī)填料比有機(jī)填料所得到的塑件收縮小,例如以木粉為填料的酚醛塑料的收縮率,比相同數(shù)量無(wú)機(jī)填料(如硅粉)的酚醛塑料收縮率大(前者為0.6%~1.0%,后者為0.15%~0.65%)。凡有利于提高成型壓力、增大塑料充模流動(dòng)性、使塑件密實(shí)的模具結(jié)構(gòu),均能減小塑件的收縮率,例如用壓塑成型工藝模塑的塑件比用注射成型工藝模塑的塑件收縮率小。凡能使塑件密實(shí)、成型前使低分子揮發(fā)物溢出的工藝因素,都能使塑件收縮率減小,例如成型前對(duì)酚醛塑料預(yù)熱、加壓等。

(2)流動(dòng)性。流動(dòng)性的意義與熱塑性塑料流動(dòng)性類同,但熱固性塑料流動(dòng)性通常以拉西格流動(dòng)性來表示。所謂拉西格流動(dòng)性,是將一定質(zhì)量的塑料置于拉西格流動(dòng)儀中,在規(guī)定溫度、壓力和時(shí)間內(nèi)所擠出的長(zhǎng)度。數(shù)值大則流動(dòng)性好。

每一品種塑料的流動(dòng)性分為三個(gè)不同的等級(jí),其適用范圍如表7－6所示。流動(dòng)性過大容易造成溢料過多,填充不密實(shí),塑件組織疏松,樹脂與填料分頭聚集,易粘模而使脫模和清理困難,早期硬化等缺陷;流動(dòng)性過小則填充不足,不易成型,成型壓力增大。

(3)水分及揮發(fā)物含量。塑料中的水分及揮發(fā)物的含量主要來自兩方面:一是熱固性塑料在制造中未除盡的水分或儲(chǔ)存過程中由于包裝不當(dāng)而吸收的水分;二是來自塑料中樹脂制造時(shí)化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物。

適當(dāng)?shù)乃旨皳]發(fā)物含量在塑料中可起增塑作用,有利于成型,有利于提高充模流動(dòng)性。例如,在酚醛塑料粉中通常要求水分及揮發(fā)物含量為1.3%時(shí)合適,若過多,則會(huì)使流動(dòng)性過大,導(dǎo)致成型周期增長(zhǎng),塑件收縮率增大,易發(fā)生翹曲、變形、出現(xiàn)裂紋及表面粗糙,同時(shí),塑件性能,尤其是電絕緣性能將會(huì)有所下降。

(4)硬化速度,又稱固化速度。它是指熱固性塑料在壓制標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí),于模內(nèi)變成為堅(jiān)硬而不熔、不溶狀態(tài)的速度,通常以硬化1mm厚試樣所用時(shí)間來表示,單位為min/mm。

每一種熱固性塑料的硬化速度都是一定的。硬化速度太低,會(huì)使塑件成型周期延長(zhǎng);硬化速度太高,不易于用來成型形狀復(fù)雜的塑件。

硬化速度與所用塑料的性能、預(yù)壓、預(yù)熱、成型溫度和壓力的選擇有關(guān),采用預(yù)熱、預(yù)壓、提高成型溫度和壓力時(shí),有利于提高硬化速度。

熱固性塑料成型工藝性能除上述指標(biāo)外,還有顆粒度、比體積、壓片性等。成型工藝條件不同,對(duì)塑料的工藝性能要求也不同,可參照有關(guān)資料和具體成型要求選擇確定。 7.3塑件設(shè)計(jì)

7.3.1塑件的選材

塑件的選材應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面,以判斷其是否能滿足使用要求。

(1)塑料的力學(xué)性能,如強(qiáng)度、剛性、韌性、彈性、彎曲性能、沖擊性能及對(duì)應(yīng)力的敏感性等。

(2)塑料的物理性能,如對(duì)使用環(huán)境溫度變化的適用性、光學(xué)特性、絕熱和電氣絕緣性、精加工和外觀的圓滿程度等。

(3)塑料的化學(xué)性能,如對(duì)接觸物(水、溶劑、油、藥品)的耐性、衛(wèi)生程度以及使用上的安全性等。

(4)必要的精度,如收縮率的大小及各向收縮率的差異。

(5)成型工藝性,如塑料的流動(dòng)性、結(jié)晶性、熱敏性等。

對(duì)于塑料的這些要求往往是通過塑料的特性表進(jìn)行選擇比較,表7－7給出了常用塑料的特性。選出合適的材料后,再判斷所選材料是否滿足塑件的使用條件,最好是通過試樣做實(shí)驗(yàn)。

需要指出的是:采用標(biāo)準(zhǔn)試樣所得到的數(shù)據(jù)(如力學(xué)性能)并不能代替或預(yù)測(cè)塑件在使用條件下的實(shí)際性能,只有當(dāng)使用條件與測(cè)試條件相同時(shí),試驗(yàn)才可靠。因此,最后是按照試驗(yàn)所形成的設(shè)想來制作原形模具,再通過原形模具生產(chǎn)的試驗(yàn)塑件來確認(rèn)目標(biāo)值,這樣能使塑料的選擇更為準(zhǔn)確。表7－7常用塑料特性7.3.2塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括塑件的內(nèi)外形狀、脫模斜度、塑件壁厚、加強(qiáng)筋及其它防變形結(jié)構(gòu)、圓角、孔、支承面及凸臺(tái)、標(biāo)志及花紋等的設(shè)計(jì)。

1.塑件的內(nèi)外表面形狀

塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)盡可能保證有利于成型。由于側(cè)型芯或瓣合式模具會(huì)使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本提高,而且還會(huì)在分型面上留下飛邊,增加塑件的修整量,因此,塑件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免側(cè)向凹凸,如果有側(cè)向凹凸,在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證塑件使用要求的前提下適當(dāng)修改塑件的結(jié)構(gòu),以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。表7－8為改變塑件形狀以利于成型的幾個(gè)實(shí)例。

2.脫模斜度

脫模斜度又稱拔模斜度、出模斜度。

塑料成型后塑件緊緊抱住模具型芯或型腔中凸出部位,給取出塑件帶來困難。為便于從模具內(nèi)取出塑件或從塑件內(nèi)抽出型芯,設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)時(shí),必須考慮足夠的脫模斜度。

脫模斜度如圖7－3所示。塑件的內(nèi)、外表面沿脫模方向均應(yīng)有脫模斜度,所取值按經(jīng)驗(yàn)確定,必須限制在制造公差范圍內(nèi)。圖7－3脫模斜度型芯長(zhǎng)度及型腔深度越大,斜度適當(dāng)縮小,一般最小斜度為15′,通常取0.5°即可。厚壁塑件成型收縮較大,故斜度應(yīng)放大。若斜度不妨礙塑件的使用,則可將斜度取大一些。熱固性塑料比熱塑性塑料的收縮小些,脫模斜度也相應(yīng)小些。復(fù)雜及不規(guī)則形狀塑件其斜度應(yīng)大些。要求開模后塑件保持在型芯一邊,可使塑件內(nèi)表面的脫模斜度比外表面的脫模斜度小一些。不通孔深度小于10mm,外形高度不大于20mm時(shí),允許不設(shè)計(jì)斜度。有時(shí)根據(jù)塑件預(yù)留的位置來確定脫模斜度?？傊?在滿足塑件尺寸公差要求的前提下,脫模斜度可以取大些。

3.塑件壁厚

任何塑件均需要有一定的壁厚。這是因?yàn)樗芰显诔尚蜁r(shí)要有良好的流動(dòng)性,并保證塑件有足夠的強(qiáng)度和剛度,也便于從模具中頂出塑件。部件的裝配操作也需要塑件有一定的壁厚。

塑件的壁厚應(yīng)力求均勻、厚薄適當(dāng),以減少應(yīng)力的產(chǎn)生。壁太厚既增加成型時(shí)間,又不能使塑件完全硬化,壁內(nèi)易產(chǎn)生氣泡,還由于中心變硬時(shí)發(fā)生的內(nèi)收縮,形成“沉陷點(diǎn)”或產(chǎn)生翹曲。為此,常將厚的部分挖空,使壁厚盡量一致。若壁太薄則不但影響塑件強(qiáng)度,而且會(huì)使成型困難,甚至根本無(wú)法成型。如果在結(jié)構(gòu)上要求具有不同的壁厚時(shí),不同壁厚的比例不應(yīng)超過1∶3,且不同壁厚應(yīng)采用適當(dāng)?shù)男揎棸霃绞购癖〔糠志徛^渡。熱固性塑件的壁厚一般在1～6mm之間,最大不得超過13mm。在保證成型和使用要求的前提下,應(yīng)力求采用均勻和最小壁厚,以得到快速、完全的固化。熱固性塑件最小壁厚的參考值見表7－12。

熱塑性塑料易于成型薄壁塑件,最小壁厚能達(dá)0.25mm,但一般不宜小于0.6～0.9mm,常取2～4mm。薄壁塑件如果強(qiáng)度不夠,可采用加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。熱塑性塑件最小壁厚的參考值見表7－13。

4.加強(qiáng)筋

加強(qiáng)筋的主要作用是增加塑件的強(qiáng)度和剛度,避免塑件翹曲變形,而不增加壁厚。合理布置加強(qiáng)筋還起著改善充模流動(dòng)性、減少內(nèi)應(yīng)力、避免氣孔、縮孔和凹陷等缺陷的作用。

加強(qiáng)筋的典型結(jié)構(gòu)如圖7－4所示。圖7－4加強(qiáng)筋尺寸設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋時(shí)應(yīng)注意以下問題:

(1)加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)小于被加強(qiáng)的塑件壁厚,防止連接處產(chǎn)生凹陷。

(2)加強(qiáng)筋的高度不宜過高,否則會(huì)使筋部受力損壞,降低自身剛性。

(3)加強(qiáng)筋的斜度可大些,以利于脫模。

(4)使多數(shù)加強(qiáng)筋的方向與型腔塑料的流向一致,避免塑料流向的干擾而損害塑件的質(zhì)量。

(5)多條加強(qiáng)筋要分布得當(dāng),排列相互錯(cuò)開,以減少收縮不均。圖7－5加強(qiáng)筋與支承面對(duì)于圓筒形薄壁塑件可設(shè)計(jì)成球面或拱曲面,這樣可有效地增加剛性和減少變形,如圖7－6所示。對(duì)于薄壁容器的邊緣,可按圖7－7所示設(shè)計(jì)來提高剛性和減少變形。圖7－6容器底和蓋的增強(qiáng)圖7－7容器邊緣的增強(qiáng)

5.支承面及凸臺(tái)

支承面選用整平面結(jié)構(gòu)是不適宜的,因?yàn)橐拐矫孢_(dá)到絕對(duì)平直是十分困難的,所以通常采用底腳支承或邊框支承。圖7－8為常見支承面的結(jié)構(gòu)形式。凸邊或底腳的高度應(yīng)高出平面0.3～0.5mm。圖7－8常見支承面的結(jié)構(gòu)形式

(a)凸邊支承;(b)加強(qiáng)筋支承;(c)底腳支承;(d)邊框支承凸臺(tái)是用來增強(qiáng)孔或裝配附件的凸出部分的。設(shè)計(jì)時(shí),凸臺(tái)應(yīng)當(dāng)盡可能位于邊角部位,其幾何尺寸應(yīng)小,高度不應(yīng)超過其直徑的兩倍,并應(yīng)具有足夠的脫模斜度。設(shè)計(jì)固定用的凸臺(tái)時(shí),除應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度以承受緊固時(shí)的作用力外,在轉(zhuǎn)折處還不應(yīng)有突變,連接面應(yīng)局部接觸。如圖7－8(c)所示。

6.孔

塑件上的孔有通孔、盲孔和復(fù)雜形狀的孔?？椎奈恢脩?yīng)盡可能設(shè)置在最不易削弱塑件強(qiáng)度的地方,在相鄰孔之間以及孔到邊緣之間,均應(yīng)留出適當(dāng)?shù)木嚯x,且盡可能使壁厚大一些,以保證有足夠的強(qiáng)度。塑件上的孔間距、孔邊距的最小值與孔徑的關(guān)系見表7－14。表7－14孔間距、孔邊距與孔徑的關(guān)系孔的成型方法有:

(1)用模具單面直接壓出完整的淺孔(h<2d),也可以用兩個(gè)型芯分別由兩端進(jìn)入模具雙面成型深孔(h>2d)。成型深孔時(shí)使一個(gè)型芯比另一個(gè)型芯直徑大0.5～0.8mm,這樣芯子既不容易變形,又便于從塑件中取出。

(2)太深的孔采用先成型一部分,另一部分由機(jī)械加工完成。

(3)直徑d<1.5mm的深孔,且中心距要求精度高時(shí),應(yīng)以鉆孔為宜。一般應(yīng)在鉆孔位置成型出定位淺孔,以使鉆孔方便、精確定位。

成型孔的深度、直徑、最小孔邊壁厚與塑料的關(guān)系見表7－15。表7－15成型孔的尺寸與塑料的關(guān)系

(4)對(duì)于斜孔與形狀復(fù)雜孔的成型方法,可采用拼合型芯來實(shí)現(xiàn),以避免抽側(cè)型芯結(jié)構(gòu),如圖7－9所示。圖7－9復(fù)雜孔的成型方法

7.圓角

在塑件的拐角處設(shè)置圓角,可增加塑件的力學(xué)強(qiáng)度,改善成型時(shí)材料的流動(dòng)性,也有利于塑件的脫模。因此,在設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)盡可能采用圓角。

圓角半徑的大小主要取決于塑件的壁厚,通常,內(nèi)壁圓角半徑應(yīng)是壁厚的一半,而外壁圓角半徑可為壁厚的1.5倍,一般圓角半徑大于0.5mm。壁厚不等的轉(zhuǎn)角可按平均壁厚確定內(nèi)、外圓角半徑。如圖7－10所示。圖7－10塑料的圓角7.3.3螺紋與齒輪的設(shè)計(jì)

塑件上的螺紋和塑料齒輪可以直接成型,一般情況下成型后無(wú)需機(jī)械加工,故應(yīng)用范圍越來越廣泛。但是,塑料螺紋和齒輪與金屬螺紋和齒輪是有區(qū)別的,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以注意。

1.螺紋設(shè)計(jì)

塑件上獲得螺紋的方法有:

(1)直接成型法。此法可得到外徑大于3mm,螺距大于0.7mm的螺紋,且具有較好的質(zhì)量,精度低于IT8。

(2)經(jīng)常裝拆和受力較大的螺紋,常采用金屬螺紋嵌件結(jié)構(gòu),在塑料成型時(shí)或成型后用壓入塑件的方法來實(shí)現(xiàn)。這樣,可提高螺紋強(qiáng)度,增加耐磨性,但是成本提高。

(3)用機(jī)械加工方法加工螺紋。對(duì)于成型直徑小于10～12mm的外螺紋和直徑小于4mm的內(nèi)螺紋應(yīng)該用此法。但是,該法得到的螺紋強(qiáng)度總是低于直接成型的同種螺紋。因?yàn)榧庸ぢ菁y時(shí),其頂角處常常產(chǎn)生裂紋,引起螺紋斷裂,以至使塑件開裂。

塑料螺紋力學(xué)強(qiáng)度比金屬螺紋力學(xué)強(qiáng)度要低5～10倍,因此,對(duì)塑料螺紋成型直徑有一定要求,如注射成型螺紋直徑不得小于2mm,壓塑成型螺紋直徑不得小于3mm,精度不高于IT8。塑件螺紋、螺距的選用見表7－16。表7－16塑件螺紋、螺距的選用

當(dāng)需要在塑件的同一軸線上壓制兩段或幾段螺紋時(shí),必須使螺紋和旋向相同,否則就無(wú)法擰下來。塑件上螺紋不能有退刀槽,因?yàn)橛型说恫蹠r(shí)無(wú)法脫模。為防止最外圈螺紋崩裂或變形,外螺紋的始端與未端到端面和底面應(yīng)有高大于0.2mm的距離,如圖7－11所示。同樣,內(nèi)螺紋的始端應(yīng)有0.2～0.8mm的臺(tái)階孔,內(nèi)螺紋未端與底面應(yīng)有0.2mm以上的距離。圖7－11塑料螺紋的結(jié)構(gòu)表7－18型芯、型腔螺紋的過渡尺寸

2.齒輪設(shè)計(jì)

塑料齒輪主要用于精度和強(qiáng)度不太高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),如在無(wú)線電設(shè)備、電器、儀器儀表、機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)等方面已獲得應(yīng)用。

為使塑料齒輪適應(yīng)注射成型工藝,齒輪的輪緣、輻板和輪轂應(yīng)有一定的厚度,如圖7－12所示。要求輪緣寬度t1至少為全齒高t的3倍;輻板厚度H1應(yīng)小于或等于輪緣厚度H;輪轂厚度H2應(yīng)大于或等于輪緣厚度H,并相當(dāng)于軸孔直徑D,最小輪轂外徑D1應(yīng)為D的1.5～3倍。圖7－12塑料齒輪結(jié)構(gòu)尺寸由于齒輪承受的是交變載荷,所以應(yīng)盡量避免截面的突然變化,各表面相接或轉(zhuǎn)折處應(yīng)盡可能采用大的圓角過渡,以減小尖角處的應(yīng)力集中和成型時(shí)應(yīng)力的影響。為了避免裝配時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力,軸與孔盡可能采用過渡配合而不采用過盈配合,并用銷釘固定或半月形孔配合的形式傳遞扭矩,如圖7－13所示。圖7－13塑料齒輪的固定形式

(a)半月形孔配合;

(b)銷釘固定配合7.3.4金屬嵌件、飾紋、文字、符號(hào)及標(biāo)記的設(shè)計(jì)

1.金屬嵌件設(shè)計(jì)

金屬嵌件是模塑在塑件中的金屬零件,簡(jiǎn)稱嵌件。

金屬嵌件的作用是:提高塑件的力學(xué)強(qiáng)度和使用壽命,構(gòu)成導(dǎo)電、導(dǎo)磁通路,滿足其它特殊技術(shù)要求。

為使嵌件與塑件牢固地結(jié)合成一體,可采用多種方法,如用粘結(jié)方法將嵌件鑲裝在已生產(chǎn)好的塑件中;將嵌件壓入塑件中,利用塑料冷卻時(shí)的收縮作用而固緊;而用得最多的方法是將嵌件事先安裝在模具中,在成型時(shí)直接實(shí)現(xiàn)結(jié)合。

包在嵌件外面的塑料層應(yīng)有足夠的厚度,以克服塑料冷縮時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力,避免因強(qiáng)度不足而破裂。厚度越大,破裂的可能性越小。塑料層最小厚度與塑料品種、嵌件直徑有關(guān),見表7－19。通常,先設(shè)計(jì)嵌件,再設(shè)計(jì)塑件。在設(shè)計(jì)嵌件時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)嵌件的膨脹系數(shù)應(yīng)與塑件的膨脹系數(shù)盡可能接近。

(2)嵌件周圍塑料厚度不宜太薄,以避免因收縮而破裂。

(3)嵌件盡可能采用圓形對(duì)稱形狀,以利均勻收縮。其邊棱應(yīng)倒成圓弧或倒角,以免棱邊損傷周圍塑料。

(4)為防止嵌件受力時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)或撥出,嵌件部分表面應(yīng)制成交叉滾花、溝槽、開孔、彎曲或采用合適的標(biāo)準(zhǔn)件等結(jié)構(gòu),以便與塑料牢固地連接。

(5)嵌件應(yīng)準(zhǔn)確、可靠地安裝在模具上,為此,嵌件的孔、突邊應(yīng)取一定的滑動(dòng)配合。

(6)若嵌件的自由長(zhǎng)度超過2d,又位于垂直壓制方向,為防止其變形,應(yīng)設(shè)置支撐支柱。

2.飾紋、文字、符號(hào)及標(biāo)記

由于裝飾或某些特殊要求,塑件上常常要求有飾紋、文字、符號(hào)及標(biāo)記等。對(duì)這些有標(biāo)記設(shè)計(jì)的基本原則是:它們的設(shè)置不應(yīng)引起脫模的困難。

塑件上的飾紋、文字、符號(hào)及標(biāo)記有凸形和凹形兩類。飾紋、文字、符號(hào)及標(biāo)記在塑件上為凸形時(shí),在模具上就為凹形;飾紋、文字