注射成型制品结构及工艺性.ppt
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1、第5章 注射成型制品结构及工艺性,5.1 塑料制品的选材 5.2 塑件尺寸及其精度 5.2.1 塑件的尺寸 5.2.2 塑件的精度 5.2.3 塑件的表面质量 5.2.4 塑件的表面形态 5.3 塑件的结构工艺性设计 5.3.1 壁厚(包括使用形状和艺术形状)5.3.2 脱模斜度,5.3.3 加强筋 5.3.4 增强结构 5.3.5 支承面 5.3.6 圆角 5.3.7 孔 5.3.8 侧凹和侧孔 5.4 塑件的使用功能设计 5.4.1 螺纹设计 5.4.2 嵌件设计 5.4.3 凸凹纹设计 5.4.4 铰链设计 5.4.5 标识设计,一个塑件的最佳设计,不仅要满足其使用性能要求(几何尺寸、精
2、度、外观及物理力学性能等),而且制件的形状结构简单、尺寸适中、精度和表面质量要求合理,则成型比较容易,所需的注射工艺条件比价宽松,模具结构比较简单,也就是说能够高效率、低成本、方便地生产出合格的塑件,可以获得最大的经济效益。这时可以认为制品的工艺性比较好;反之,则制品德工艺性比较差。,塑件结构工艺性设计主要包括塑件的尺寸精度及表面质量和塑件形状结构设计两方面。本章给出的是一些定性的经验总结或说明,更重要的是不断地生产实践中进行经验积累和总结。5.1 塑料制品的选材 一般塑料制品以低成本和漂亮外观且具有一定实用性为目的,不需要很高的行能,选材比较容易。而对于结构件,其要求则越来越高,即要有高性能
3、,又要有耐久性,因而选材难度比较大。因此,塑件选材时,要充分了解塑件的质量要求,并核对塑料的性能是否适宜。,(1)塑料的力学性能 如强度、刚度、弹性、韧性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性等。(2)塑料的物理性能 如对使用环境温度的适应性、光学特性及受阳光的影响、绝热与电气绝缘程度、精加工和外观的完美程度。(3)塑料的化学性能 如对接触物(水、油、溶剂、药品)的耐蚀性、卫生程度以及使用上的安全性等。,(4)塑料的成型工艺性 如流动性、结晶性、热敏性等。(5)对精度的影响 如收缩率波动量及各向异性。常用塑料的性能和用途见表5-1。选择时应注意,首先要满足使用性能要求,再考虑材料的经济性。应特
4、别强调,对于长期使用的制品来讲,应着重考虑其耐久性,并综合考虑成型性、生产效率和二次加工等其他费用。,5.2 塑件的尺寸及精度5.2.1 塑件的尺寸 塑件的总体尺寸主要取决于塑料的流动性。在一定的设备和工艺条件下,流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件,反之成型出的塑件尺寸就较小。大,而薄的塑件在塑件尚未充满型腔时以固化,或勉强能充满,但前锋冷料已不能很好熔合而形成冷接缝,影响塑件的外观和结构强度。此外塑件尺寸还受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制。从能源、模具制造成本和成型工艺性等条件出发,在能够满足塑件使用要求的前提下,应尽量将塑件设计得紧凑一些。5.2.2 塑件的精度,塑件的精度是指
5、所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度,即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素较多,塑料制品产生尺寸误差的原因见表5-2。在保证使用要求的前提下,尺寸精度应尽可能选用低公差等级。由于与金属的行能差异很大,塑料制品不能按金属零件的公差等级确定精度。为此。国家专门制定了工程塑料模塑塑料尺寸公差标准。该标准将塑件尺寸公差分为7个等级,每种塑料可选其中三个等级,即高精度、一般精度和未注公差尺寸,见表5-3和表5-4。,其中MT1级精度要求较高,一般不采用。该标准只规定标准公差值,而公称尺寸的上下偏差可根据塑件的配合性质来分配。对于孔类尺寸可取表中数值冠以(+)号;对于轴类尺寸可取表中数值冠以
6、(-)号;对于中心距尺寸取表中数值之半再冠以()号。另外,成型塑件的有些尺寸不受模具活动部分的影响,如图5-1中的A类尺寸,其精度较高;而有些尺寸受到模具活动部分的影响,如图5-1中的B类尺寸,其精度相对较低。因而标准中两类尺寸相对应的公差等级相同时,其公差数值也是不一样的,分别用A类和B类表示。,对塑件的尺寸精度要求要具体分析,根据装配情况来确定尺寸公差。一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。受塑料收缩波动的影响,小尺寸易达到高精度。塑件的精度要求越高,模具的制造精度要求越高,制造难度及成本亦增高,同时塑件的废品率也会增加。因此,应根据塑件材料、尺寸类型及装配情况,参照表5-3和表5-
7、4合理地选用公差等级。,5.2.3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量等。塑件的表面粗糙度主要与模具型腔的表面粗糙度有关。一般模具表面粗糙度应比塑件低12级,即型腔表壁的表面粗糙度数值应为塑件的1/2 1/4。注射成型塑件的表面粗糙度通常为Ra0.02 1.25um,不同成型方法和不同塑料材料所能达到的塑件表面粗糙程度见表5-5。模具在使用过程中,由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大,应随时进行抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同,而不透明塑件则可以根据塑件则可以根据使用情况分别确定。,塑件的表观质量是指塑件成型后的表观缺陷的存在程度,如缺料、溢料、飞边、凹陷、气
8、孔、熔接痕、银纹、斑纹、翘曲、收缩等情况。它主要取决于塑料原料的选择、成型工艺条件、模具总体设计等因素。成型时塑件出现的缺陷及其产生原因可参考附录H。5.2.4 塑件的表面形态 注射制品可以作各种表面处理。可以是光结的表面,也可以取得喷砂效果,甚至做出类似于木材、皮革、布和其它天然材料等花纹,以提高塑料制品,的外观效果,掩饰凹痕和流痕之类的表面缺陷。花纹的存在不能影响制品的脱模,在制品侧表面上存在凹陷会增加与模具的粘附,给脱模造成困难。5.3 塑件的结构工艺性设计 塑料制品的设计,首先使其几何形状结构要满足使用要求,还要满足结构工艺性要求,使其结构形状尽可能有利于成型,避免产生气泡、疏松、凹陷
9、及开裂等工艺缺陷,简化模具结构,以较高的生产率和较低的成本生产出合格的制品。,5.3.1 壁厚(包括使用形状和艺术形状)塑件的厚度应同时满足强度与刚度及工艺性要求。对成型工艺而言,冷却时间与制品厚度的平方成正比,但当壁厚小于0.5mm时,冷却时间反而会延长。壁厚过小,成型时流动阻力大,熔体难以充满型腔,脱模时易引起塑件变形。因此,塑件规定有最小壁厚值,它随塑料品种及塑件大小不同而异,热塑性及热固性塑件最小壁厚及推荐壁厚见表5-6和表5-7。但壁厚也不能过大,否则不仅浪费原料,降低生产率,而且容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷,影响产品质量。,塑件厚度的确定应考虑一下因素:1)制品的尺寸大小和结构特
10、性。2)制品所受冲击力的均匀分散程度和脱模斜度。3)制品在使用、储存和装配过程中所需的强度。4)最终尺寸稳定性和外观。5)成型时的充模流动性。6)脱模时制品强度、变形、硬化、脱模等情况。,同一塑件的壁厚应尽可能保持一致,否则会因冷却不均而产生附加内应力,使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。塑件局部过厚,其表面会出现凹痕,内部会产生气泡。表5-8为改善塑件壁厚的典型实例。如果结构要求必须有不同壁厚时,最小壁厚与最大壁厚的比值不应超过1:3,且应进行适当的圆弧过渡以减缓厚度的突然变化。,5.3.2 脱模斜度 由于塑件冷却时产生收缩而包紧在型芯上,或由于粘附作用而紧贴在型腔内,脱模时塑件会发生表面划
11、伤、擦毛,甚至变形等。为便于塑件顺利脱模和保证质量,在设计时应使其表面沿脱模方向具有合理的脱模斜度。为满足装配要求,在塑件图上标注斜度时,内孔以小端为基准,斜度由扩大的方向取得;外形以大端为基准,斜度由缩小的方向取得,如图5-2所示。塑件脱模斜度的大小与塑料的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关,一般取,30130。表5-9列出了部分塑件的脱模斜度,选择时应注意以下原则:1)在不妨碍塑件使用的前提下,脱模斜度应取大些。2)塑料的强度越高或收缩率越大,冷却后对模具的包紧力越大,脱模斜度应取大些。3)塑件的形状越复杂或壁厚越大,对模具的包紧力越大,脱模斜度应取大些。4)塑件较高时,为减少
12、对其精度的影响,应取较小的脱模斜度,而塑件高度小于2-3mm时,因脱模力小可不设计斜度。,5)冷却收缩会使塑件尺寸变小,对凹模型腔的贴合力要小于对型芯的包紧力,故外表面斜度可比内表面斜度小写。6)当分型时需要塑件留在型芯上时,塑件内表面斜度应比外表面斜度小;反之,分裂时需要塑件留在凹模内时,塑件外表面斜度应比内表面斜度小。7)制品上带有雕刻花纹或标记符号时,也应带有足够的脱模斜度。,一般情况下,脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。如果塑件有尺寸精度要求,则脱模斜度的设置不能大于塑件的公差范围。,5.3.3 加强筋 加强筋的作用是在不增加制品壁厚的条件下,增强制品的强度和刚度,避免塑件变形。如图5
13、-3a、c的情况,壁厚太厚时不仅浪费材料,还易产生缩孔等凹陷,影响塑件质量。此时可采用加强筋来增加塑件强度和避免塑件翘曲变形,如图5-3b、d所示。,设计加强筋时,应注意以下原则:1)筋的方向应与熔体的填充方向一致,否则将因筋的干扰产生缺陷。2)在塑件形状允许时,应多设计一些高度较低的筋代替较高的筋,以避免筋本身发生变形破坏。3)为防止塑件因收缩而变形,两筋之间的中心距应为塑件壁厚的2倍以上,各条筋的排列应相互错开。4)筋的布局应合理,以减小变形和开裂,如图5-4所示。,5)各筋厚度应尽量相同,防止熔体局部集中而引起缩孔和气泡。,6)筋的宽度b不应大于制品壁厚,如图5-5a所示,否则制品的另一
14、面会产生凹陷,如图5-5b所示。,7)筋的底部与制品间应圆弧过渡,否则会因压力集中而破坏,但圆弧过大同样会造成凹陷。,8)为了不降低筋的强度,应避免在筋上安置任何零件。加强筋的典型结构如图5-5a所示,若塑件厚度为t,则筋的高度h=(1-3)t;根部过渡圆角R=(1814)t,端部圆角r=t8;脱模斜度a=25;筋跟宽b=(141)t,当t2mm时,取b=t。增强结构 对于某些塑件如容器等,设置加强筋会影响其外观质量和使用效果,此时应将塑件的特定部位设计成特殊的形状,使其成为增强结构(或防变形结构),以增加塑件的强度和刚度,提,高其使用性能并防止脱模后的变形。塑件的增强结构形式很多,以下为几种
15、常见的设计方法:1)底面增强。对于薄壳状的塑件底面可制成球面、拱曲面等,如图5-6所示,可有效地增加刚度,减少变形,并增加美感。,2)边缘增强。对于壁薄容器的边缘,可按图5-7所示设计来增加刚度和减少变形。,。,3)平板增强。对于平板类塑件,可设计成瓦楞形,如图5-8所示,增加其长度方向的刚度。,4)侧壁增强。当侧壁面积较大刚度较差时,可采用5-9所示的增强结构。,对于某些塑件,有时可采用多种手段复合增强,效果较佳,如图5-10所示。,支承面 对于某些底面较大的塑件来讲,以整个底面作为支承面往往是不合理的,因为塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平;即使塑件底面是平的,如果底面不平,仍会影响塑件放置
16、的稳定性。所以,通常采用凸起的边框或底脚(三点或四点)来支承,如图5-11所示。当制品底部有加强筋时,筋的端部应低于支承面约0.5mm以上,如图5-12所示。,用于设置螺钉孔的凸台或凸耳应有足够的强度,并避免突然过渡,如图5-13所示。,圆角 一个塑料制品,外角为尖角时,不仅影响美观,也会造成壁厚不均,从而产生应力,影响使用效果;内角为尖角时,更容易在尖角处产生应力集中,受力或受冲击振动时会发生破裂。图5-14所示为塑件所受应力与圆角半径的关系。可以看出,理想的内圆角半径应为壁厚的13以上。,对工艺性而言,尖角的存在在将增加成型时熔体的流动阻力;内尖角可能导致塑件在脱模过程中因成型内应力而产生
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