塑 膠 產 品 設 計 要 點

 

塑料制件主要是根據使用要求進行設計,由于塑料有其特殊的物理機械性能,因此設計塑件時必須充分發揮其性能上的優點,避免和補償其缺點,在滿足使用要求的前提下,塑件形狀要盡可能簡化模具結構,符合成型工藝特點.

塑件設計的主要內容包括塑件的形狀、尺寸精度、表面光潔度、壁厚、斜度以及塑件上的加強筋、支承面、孔、圓角、鑼紋、嵌件的設置.

Ø        形狀

塑件內外表面應設計得易于模塑,即在開模取出塑件時,盡可能不要采用復雜的瓣合分型和側抽芯.

側抽芯和瓣合公模和母模不但提高了模具制造成本,降低了生產效率,而且還會在分型面上留下毛邊,增加后加工的困難.

以下是几個避免側抽芯的實例:

 

 

 

 

Ø        斜度

在塑件的內外表面,沿脫模方向均應設計足夠的拔模斜度,否則會發生脫模困難,或頂出時拉壞擦傷塑件.塑件常用的拔模斜度為1.0~1.5°,也可小到0.5°.只有塑件高度不大時才允許不設計斜度.塑件上的凸起或加強筋單邊應有4.0~5.0°的斜度.在一般情況下,在不影響制品使用的情況下,則可將斜度值取得大一些.PC外觀咬花面斜度一般為3.0°.

有時為了在開模時讓塑件留在陰模或陽模而有意將該邊斜度減小,或將對邊斜度放大.

 

Ø        壁厚

塑膠制品的壁厚對塑件質量的影響很大.壁厚過小成型時流動阻力大,大型復雜制品就難以充滿型腔;壁厚過大,不但造成原料浪費,而且會大幅增加冷卻時間,據推算,制品壁厚增加一倍,冷卻時間將增加四倍,另外也影響產品質量,如易產生氣泡、縮水、翹曲等缺陷.塑件壁厚的最小尺寸應滿足以下几方面要求:

l          具有足夠的強度和剛度,

l          脫模時能經受脫模機構的沖擊和震動,

l          裝配時能承受緊固力.

熱塑性塑料易于成型薄壁制件,壁厚能達到0.25mm,但一般不宜小于0.6~`0.9mm,常選取2.0~4.0mm.

同一個塑件的壁厚應盡可能一致,否則會因泠卻或固化速度不同產生附加內應力.熱塑性塑料會在壁厚處產生縮水,熱固性塑料發生翹曲變形.下面是几個壁厚改善的實例:

          

 

 

各種常見熱塑性塑料壁厚如下表所示:

材料	料溫 (°C)	注射壓力 (公斤/厘米2)	模溫 (°C)	壁厚 (毫米)
聚乙稀 PE	150~300	600~1500	40~60	0.9~4.0
聚丙稀 PP	160~260	800~1200	55~65	0.6~3.5
聚醯胺	200~320	800~1500	80~120	0.6~3.0
聚苯乙烯PS	200~300	800~2000	40~60	1.0~4.0
苯乙烯-丙烯晴共聚物  AS	200~300	800~2000	40~60	1.0~4.0
苯乙烯-丙烯晴-丁二烯共聚物ABS	200~260	800~2000	40~60	1.5~4.5
聚氯乙烯 PVC	180~210	1000~2500	45~60	1.5~5.0
聚碳酸脂 PC	280~320	400~2200	90~120	1.5~5.0
醋酸纖維素	160~250	600~2000	50~60	1.0~4.0

 

Ø        加強筋及其它防止變形的結構設計

加強筋的主要作用是增加制品強度和避免制品變形.單用增加制件壁厚來提高強度常常是不合理的,易產生縮孔和凹痕,此時可采用加強筋以增加塑件強度.大型平面上縱橫布置的加強筋能增加塑件的剛性,沿著塑料流向的加強筋,還能降低料的充模阻力.

在布置加強筋時,應避免或減少塑膠局部集中,否則會產生縮水、氣泡.

加強筋不宜設計得太厚,否則在其對應的壁上會產生凹陷,加強筋必須有足夠的斜度,筋的底部應呈圓弧過渡.加強筋應設計得矮一些多一些為好.除了采用加強筋外,薄殼狀的制件可作成球面或拱曲面

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ø        支承面

以塑作的整個面作支承面是不合理的,因為塑件稍許翹曲或變形就會使底面不平.常以凸起的底角或凸邊來作支承面.

 

 

當塑膠底部有加強筋時,應使加強筋與支承面相差0.5mm的高度.

緊固用的凸耳或台階應有足夠的強度以承受緊固時的作用力,應避免突然過渡和尺寸過小.

 

Ø        圓角

塑件除了使用上要求采用尖角處之外,其于所有轉角處均應盡可能采用圓弧過渡,因制作尖角處易產生應力集中,在受力或受沖擊時會發生破裂,甚至在脫模過程中即由于模塑內應力而開裂,特別是內圓角.一般,即使采用R0.5mm的圓角就能使塑件的強度大為增加.理想的內圓角半徑是壁厚的1/4以上.同時內圓角可大大改善塑料的充模特性.

塑件設計成圓角,使模具型腔對應部份亦成圓角,這樣增加了模具的堅固性,塑件的外圓角對應著模具的內圓角,使模具在淬火或使用時不致因應力集中而開裂.同時圓角也增加了制件的美觀.

 

Ø        孔的設計

塑件上常見的孔有通孔、盲孔、螺紋孔等.孔均應設置在不易削弱塑件強度的地方.

通孔:成型通孔用的型芯一般有以下几種安裝方法.a圖由一端固定的型芯來成型,這時在孔的一端有不易修整的飛邊,由于型芯系一端支撐,孔深時型芯易彎曲.b圖由兩個兩端固定的型芯來成型,同樣有飛邊,由于不易保証兩型芯的同芯度,這時應將其中一個型芯設計成比另一個大0.5~1.0mm,這樣既使稍有不同心,也不致引起安裝和使用上的困難.該設計的優點是增加了型芯的穩定性.c圖是由一端固定,一端導向支撐的型芯來成型,這樣型芯有較好的強度和剛性,又能保証同心度,此法較為常用.型芯不論采用何種固定方法,孔的深度均不能太大,否則型芯會彎曲.

盲孔:盲孔只能用一端固定的型芯來成型,因此其深度應淺于通孔.根據經驗,孔深應小于4d.直徑過小或深度太大的孔最好用成型后再機械加工的方法來獲得.如能在模塑時在鑽孔位置壓出定位淺孔,慢給后加工帶來很大方便..

有時斜孔和復雜的孔可采用拼合型芯來成型,以避免抽側型芯.

Ø        螺紋設計

塑件上的螺紋可以在模塑時直接成型,也可以用后加工的辦法機械切削,在經常拆裝受力較大的地方則應采用金屬螺紋嵌件.為了防止緊孔最外圈的螺紋崩裂和變形,應使陰螺紋始端有一台階孔,孔深0.2~0.8mm,并且螺紋牙應漸漸凸起,如下圖示.同樣制件的陽螺紋其始端也應下降0.2mm以上末端不宜延長至與垂直底面相接處,否則易使脆性塑件發生斷裂.同樣,螺紋的始端和末端均不應突然開始和結束,而應有過渡部份L.

Ø        嵌件設計

為了增加塑件的強度、硬度、耐磨性導磁導電性;或者為了增強塑件的尺寸和形狀的穩定性、提商精度;或者為了降低塑料消耗以及滿足其它多種要求,塑料制件常采用各種形狀、各種材料的嵌件.但是采用嵌件一般會增加塑件的成本、使模具結構復雜,而且向模具中安裝嵌件會降低塑件的生產效率,難于實現自動化.

多數嵌件是由有色或黑色金屬制成,也有用玻璃、木材、或已成型的塑件等非金屬材料作嵌件的.

    為了防止嵌件受力時在制件內轉動或拔出,嵌件表面必須設計有適當的伏陷物.菱形滾花是最常用的,它無論從抗拉或抗扭來看其固定力都是令人滿意的.在受力大的地方,還可以在嵌件上開環狀溝槽.也有采用直紋滾花的.

        嵌件安放在模具中,在成型過程中要受到高壓塑料流的沖擊,因此就有可能發生位移或變形,同時塑料還可能擠入嵌件上預留的孔或螺紋線中,影響嵌件使用,因此,必須可靠定位.

        圓柱形嵌件一般系插入模具相應孔中加以固定,為了防止塑料擠入嵌件上孔或螺紋線中,可采用以下几種方法:

               

對于圓環形嵌件中不通孔的螺紋嵌件,可以采用插入式定位.即將嵌件直接插在模具的圓形光杆上,如下圖,同樣也可設計一突出台階來與模具的孔相配合,以增加定位的穩定性和密封性(b,c).也有采用內部台階來與插入杆密合的(d).對于通孔的螺紋套管,可在壓制后再加工出螺紋,或用具有螺紋的插入件(e),將嵌件擰在上面再插入模具,注射成型多采用后一種方法.當注射壓力不大,且螺牙很細時(M3.5以下),通孔的螺紋嵌件也可直接插在模具的光型芯杆上,塑料可能擠入一小段螺紋牙,但并不妨礙多數螺紋牙,這樣安裝嵌件使操作大為簡便.

無論是杆形或環形嵌件,其高度都不宜超過其定位部份直徑的兩倍.塑料的壓力不但會使嵌件移位,有時還會使嵌件變形.當嵌件過高或呈細長杆狀或片狀的金屬嵌件時,應在模具上設支柱以免嵌件彎曲,但支柱在塑件上留下的孔應不影響塑件的使用,如a,b示.薄片狀嵌件可在塑料流動的方向打孔,降低料流阻力,以減少嵌件的受力變形.如c示.

        由于嵌件冷卻時尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大,致使嵌件周圍產生很大的內應力,而造成塑件的開裂.為防止塑件開裂,嵌件周圍的塑料層應有足夠的厚度.

        生產帶嵌件的塑料制品會降低生產效率,使生產不易實現自動化,因此在設計塑件時,能避免的嵌件應盡可能不采用.塑件上有金屬導體或裝飾,可采用裝配的辦法于成型后裝入.

    模制后再壓入嵌件,可調節因嵌入而造成的內應力值,使制件不致裂開.如上圖示,菱形滾花的黃銅套,它帶有四條開口槽及內螺紋,一個銅制十字形零件扣在里面.將此嵌件放入模制品的孔內,用手工或特制機構將十字形零件沿槽推動,黃銅套的菱形滾花部份即張開而緊固.這種嵌件嵌入應在熱壓脫模后趁熱進行,以利用制件后收縮來增加緊固性.下圖示為另一種嵌件,它可以嵌入無論熱或冷的模制品中.利用圖示螺刀在攻絲機或鑽床上將嵌件槽縫向下,旋入制件預留的孔中,螺刀即行退出,這種嵌件能承受更大的負荷.也有利用超聲波使嵌件周圍的熱塑性塑料層軟化而壓入嵌件的.

                   

Ø        標記、符號、文字

塑件制品上的文字或符號可以作成三種不同的形式.一種是塑件上的凸字,它在制模時比較方便,可用機械或手工將字跡處的金屬挖刻到一定深度即可,但在塑件上的凸字容易碰壞,如a;第二種為凹字,在制模時必須將字跡周圍的金屬切削掉.這是很不經濟的,且字跡周圍的平面難以拋光.現在多采用電鑄,冷擠壓或電火花等新工藝來成型.制品上凹字可以人填上各種顏色的油漆,使字跡更為鮮明,如b;第三種辦法是在有文字的地方在模具上鑲上刻有字跡的鑲塊,通常為了避免鑲嵌件的痕跡而將鑲塊周圍的結合線作邊框,如c,凹坑里的字無論在制拋光或是在制品使用時,都不易因碰撞而損壞.