第3章塑件的设计课件.ppt
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1、第3章 塑件的设计,内容简介: 塑件形状设计; 脱模斜度的确定; 塑件壁厚的设计; 塑件结构设计示例; 塑件的尺寸精度和表面粗糙度的确定。,学习目的和要求: 1、能正确设计塑件的形状,能选择合适的脱模斜度、选 择合适均匀的壁厚。 2、了解不同类型的塑件应设计的合理支承面、金属嵌 件的设计、标记、符号、图案等的设计。 3、能根据塑件的使用性能要求正确确定塑件的尺寸精度 和表面粗糙度。,3.1 塑件结构设计 注塑成型是塑料成型的主要方法之一,用注塑成型方法加工的塑料制品,不仅可以成型复杂结构的制品,而且制品精度高、质量好,注塑成型的生产率也高。 由于塑料的物理性能、化学性能与其它材料不同,因此注塑
2、塑料制品的设计与成型加工以及模具设计亦有它独特的一面,要设计出结构合理、造型优美、经济耐用的塑料制品,不但要考虑塑料本身的特性,而且要考虑到塑料成型的工艺、模具结构、制品使用环境以及制品的经济效益。,为了制得理想的塑料制品,除选用合适的塑料品种以外,还必须考虑塑料制品的模塑工艺性。塑料制品的模塑工艺性与模具设计有着密切的关系,然而模具是根据制品设计的,因此制品设计能适应模塑工艺要求,才能设计出合理的模具结构。 由此可见,根据模塑工艺要求设计制品关系到制品的顺利制造、提高制品质量和生产效率及降低成本等问题。设计原则: 应考虑原材料的成型工艺性; 应考虑模具的总体结构,使模具型腔易于制造,模具抽芯
3、和推出机构简单; 在保证塑件使用性能、物理性能与力学性能、电性能等的前提下,力求结构简单,壁厚均匀,使用方便。,3.1.1 形状设计 塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。 简单要求: 避免侧向抽芯 强制脱模 如图3-1所示。 如图3-2所示。 如图3-3所示。,图3-1 可避免抽芯的侧凹侧孔塑件实例返回,图3-2 可避免抽芯的侧凹侧孔塑件实例返回,图3-3 可强制脱出的带浅侧凹凸塑件返回,3.1.2 斜度设计 为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,在塑件的内外表面沿脱模方向应设计足够的斜度,在模具上称为脱模斜度。,脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率,一般取30 130。,
4、斜度的取向原则是:1)内孔(塑件内表面)以小端为准,符合图纸要,斜度由扩大方向得到;2)外形(塑件外表面)以大端为准,符合图纸要求,斜度由缩小方向得到。3)脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸公差范围内,但对精度要求高的塑件, 脱模斜度应包括在公差范围内。,在设计时,脱模斜度可以从以下几个方面考虑:)一般的,材料性质脆、硬的,脱模斜度要求大;2)常用脱模斜度值为1-1.5,也可小到0.5;3)对于高度不大的塑件,可不取脱模斜度;4)对于收缩率大的塑料制件应取较大脱模斜度;5)制件壁厚较大时,收缩率大,脱模斜度就取大值;6)对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件,应采用较小的脱模斜度;7)塑件形状复杂的
5、、不易脱模的应选用较大的脱模斜度;8)如果要求脱模后塑件保持在型芯一边,则塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小;反之,要求脱模后塑件留在型腔内,则塑件的外表面的脱模斜度应小于内表面,但当内、外表面要求脱模斜度不一致时,往往不能保证壁厚的均匀9)增强塑料宜取大,含自润滑剂的易脱模塑料可取小。,脱模斜度和塑件公差关系:脱模斜度不包括在塑件公差范围内: 轴(外形):大端尺寸保证要求,小端尺寸由斜度缩小 孔(内形) :小端尺寸保证要求,大端尺寸由斜度扩大脱模斜度包括在塑件公差范围内: 大小端尺寸取两极限,计算出脱模斜度,脱模斜度随制件形状、塑料种类、模具结构、表面精加工程度、精加工方向等而异。脱模斜
6、度的选取,往往采用经验数据。如果在允许范围内取较大值,可使顶出更加容易,所以应尽可能采取较大的脱模斜度。 设计塑件时如果未注明斜度,模具设计时必须考虑脱模斜度。模具上脱模斜度留取方向是:型芯是以小端为基准,向扩大方向取。型腔是以大端为基准,向缩小方向取。这样规定斜度方向有利于型芯和型腔径向尺寸修整。斜度大小应在塑件径向尺寸公差范围内选取。当塑件尺寸精度与脱模斜度无关时,应尽量地选取较大的脱模斜度。当塑件尺寸精度要求严格时,可以在其尺寸公差范围内确定较为适当的脱模斜度。,通常,塑件的几何形状复杂而且很不规则,其脱模斜度取大些,塑件内表面的脱模斜度应大于其外表面的脱模斜度。当考虑到要保证塑件尺寸精
7、度时,其长度愈长、内腔愈深,则其脱模斜度应适当的减小;反之,则取大些。,开模脱出塑件时,希望塑件留在有脱模装置的模具一侧。要求塑件留在型芯上,则该塑件内表面脱模斜度应比其外表面小。反之,若要求塑件留在型腔内,则其外表面的脱模斜度应小于其内表面的脱模斜度。如果希望塑件留于型腔内,但塑件内腔形状复杂,有留于型芯的可能性,此时若沿脱模方向塑件外表面长度不大于1015mm,就可不给该表面设置脱模斜度。如果该塑件外表面的长度小于34mm时,则可取与其脱模方向相反的脱模斜度。 塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等三种方式来标注,如图3-4所示。,图3-4 脱模斜度的标注返回,3.1.3 塑件壁厚 塑
8、件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。 热固性塑件的壁厚一般在1-6mm之间,最厚不超过13mm,最薄可达1mm以下,如玻璃纤维增强的酚醛塑件的壁厚可达0.8mm左右。热塑性塑件的壁厚一般为2-4mm,小塑件取偏小值,中等塑件取偏大值,大塑件可以适当地加厚。塑件的最小壁厚取决于塑料的流动性,流动性好的尼龙、聚乙烯等的塑件的最薄壁厚为0.2-0.4mm,流动性较差的聚氯乙烯、聚碳酸酯等的塑件的最小壁厚为1mm。,壁厚与流程有关,壁厚过小,壁厚过大,原料浪费,冷却时间长,易产生缺陷,强度及刚度不足,塑料流动困难,塑件壁厚不均匀,导致塑件个部分固化收缩不均匀,易在塑件上产生气孔
9、、裂纹、引起内应力及变形等缺陷。 塑件壁厚首先取决于使用性能,即在强度、结构、质量、电性能、尺寸稳定性及装配等方面满足其功能要求。因玻璃纤维等增强塑料的流动性差,只能成型壁厚而高度不大、形状简单的塑件;流动性好的塑料,就可以成型薄而大的、形状复杂的塑件。 塑料的机械强度高,塑件的壁可以薄些;塑料机械强度低,应适当地增加塑件的壁厚。,在确定制件壁厚时应注意以下几点:、在满足使用要求的前提下,尽量减小壁厚。但最小壁厚应保证有足够的强度和刚度,脱模时能经受住脱模机构的冲击和震动,装配时能承受紧固力。、塑件的壁厚应避免局部太厚或太薄,尽量均匀一致,以减小内应力和变形,也可避免厚壁处产生缩孔、气泡或凹陷
10、等缺陷。见图3-6。、常见塑料壁厚的参考值见教材表10.1和表10.2。,4、塑件相邻两壁厚应尽量相等。,确定壁厚应遵循以下原则:1)尽量减小壁厚 :减小壁厚不仅可以节约材料,节约能源,也可以缩短成型周期,因为塑料是导热系数很小的材料,壁厚的少量增加,会使塑件在模腔内冷却凝固时间明显增长。塑件壁厚减小,也有利于获得质量较优的塑件,因为厚壁塑件容易产生表面凹陷和内部缩孔。2)尽可能保持壁厚均匀:塑件壁厚不均匀时,成型中各部分所需冷却时间不同,收缩率也不同,容易造成塑件的内应力和翘曲变形,因此设计塑件时应尽可能减小各部分的壁厚差别,一般情况下应使壁厚差别保持在30以内。,对于由于塑件结构所造成的壁
11、厚差别过大情况,可采取如下两种方法减小壁厚差: (1)可将塑件过厚部分挖空,如图3-6所示。 (2)可将塑件分解,即将一个塑件设计为两个塑件,在不得已时采用这种方法。,图3-6 挖空塑件过厚部分使壁厚均匀返回,实验证明,在一定条件下,流程与制品壁厚成直线关系。制品壁厚愈厚,所容许的流程愈长;反之,制品壁厚愈薄,所容许的流程愈短。如果不能满足要求,则需增大壁厚或增设浇口及改变浇口位置,以满足模塑要求。,改善壁厚典型实例:,改善壁厚典型实例:,3.1.4 加强筋及其他防变形的结构设计,一、加强筋 作用: 塑件上增设加强筋是为了在不增加塑件壁厚的情况下提高塑 件的强度、刚度,避免翘曲变形。 在一定程
12、度上可以改善塑料的充模流动性。,加强筋的形状尺寸:,高度L=(13)筋条宽A=(1/41)收缩角=25根部圆角R=(1/81/4)顶部圆角r=/8,注:加强筋常引起局部凹陷,图3-7加强筋尺寸,设计加强筋时应考虑以下几个方面的因素:、加强筋不应设计的过厚,一般应小于该处的壁厚。,加强筋厚度小于壁厚,、加强筋的高度应设计的矮一些,与支撑面之间的间隙应大于0.5mm。另外加强筋设计的多一些为好。加强筋之间中心距应大于塑件壁厚的2倍。,加强筋与支承面间留有间隙,、加强筋与塑件壁连接处应采用圆弧过渡,以防外力作用时,产生应力集中而被破坏。、在布置加强筋时,应避免或减少塑料的局部集中,左图由于加强筋交汇
13、,厚度不均匀严重,产生缩孔、气泡等缺陷,右图则较好。(教材图10.7),塑件上筋条方向也不应妨碍塑料充模时的流动和塑料收缩。图3-8是对同一塑件端部筋条设计的两种方案比较,方案(a)较好,方案(b)不可取,因为方案(b)中的筋条妨碍了塑料收缩,会造成塑件内应力并引起塑件翘曲,固中箭头所示方向为塑料收缩方向。,平板状塑件,加强筋应与料流方向平行,不合理,合理,平板类零件加强筋方向与料流方向平行,二 、支承面及凸台 凸台设计应遵循以下原则: 1)凸台应尽可能设计在塑件转角处; 2)应有足够的脱模斜度; 3)侧面应设有角撑; 4)凸台与基面接合处应有足量的圆弧过渡; 5)凸台直径至少应为孔径的两倍;
14、 6)凸台高度,一般不应超过凸台外径两倍; 7)凸台内螺孔底部应留有小孔隙; 8)凸台壁厚不应超过基面壁厚的3/4,以1/2为好。,当采用塑件的整个底平面作为支承面时,应将塑件底面设计成凹形或设置加强筋,这样不仅可提高塑件的基面效果,而且还可以延长塑件的使用寿命,如图3-9(b)、(c)所示,支承面设置加强筋的,筋的端部应低于支承面约0.5毫米左右。,图3-9塑件的支承面返回,除加强筋外,针对塑件结构持点,还可采取其它增加塑件刚度的方法,如盒盖、罩壳、容器等塑件,可采用拱形增加刚度,如图3-10所示。 对于表面较大的塑件,可采用拱形、弯折形或波纹形壁面增加刚度,如图3-11所示。 薄壁容器上口
15、边缘可采用各种弯边,不仅使边缘刚度增加,也增加了塑件的美感,如图3-12所示。,图3-10盒盖、容器等塑件采用拱形设计返回,图3-11大表面容器、罩壳增加刚度的设计返回,图3-12容器边缘采用弯边增加刚度返回,3.1.5 圆角设计 为了使熔料易于流动和避免应力集中,应在转角处加设圆角R。图3-13表示 R/A 与应力集中之间的关系。 在给塑件内外表面的拐角处设计圆角时,应象图3-14所示那样确定内外圆角半径,以保证塑件壁厚均匀一致。 采用圆角具有以下优点:、避免应力集中,提高了塑件强度及美观;、模具在淬火和使用时不致因应力集中而开裂;、圆角有利于充模和脱模。当圆角半径与壁厚之比值小于0.25时
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