注塑件的可行性分析 注塑模具设计技术基础培训讲义.docx
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注塑件的可行性分析注塑模具设计技术基础培训讲义
3.1几何结构的可行性………………………………………………………………3
3.1.1形状…………………………………………………………………………….3
3.1.2脱模斜度……………………………………………………………………….4
3.1.3薄壁…………………………………………………………………………….5
3.1.4加强筋及防止变形的设计…………………………………………………….7
3.1.5支承面………………………………………………………………………….11
3.1.6圆角…………………………………………………………………………….12
3.1.7孔……………………………………………………………………………….13
3.1.8合页的设计…………………………………………………………………….16
3.1.9止转凹凸……………………………………………………………………….17
3.1.10螺纹…………………………………………………………………………...19
3.1.11齿轮……………………………………………………………………………23
3.1.12嵌件…………………………………………………………………………...24
3.2尺寸及精度………………………………………………………………………27
3.3粗糙度标注,符号,文字,表面图案,色彩,粗糙度………………………30
随着塑料工业的飞速发展,塑料的成型加工方法越来越多,如:
注射、吹塑、真空吸塑、挤出等,但其中以注射成型方法居多。
把塑料加工成具有使用价值的塑件,有注射成型方法的工艺要求,模具对塑件的要求,塑件本身的外观要求和功能结构的要求,还有加工成本的经济性要求。
在模具设计之前,对塑件进行可行性分析就是把上述要求有机地结合起来,是加快模具设计和制造速度的有效途径之一。
3.1几何结构的可行性
塑件的结构设计包括内部结构设计和外部造型设计。
3.1.1形状
塑件的几何形状应尽量避免侧凸、侧孔和侧凹的侧抽芯和复杂的瓣合模,尽可能保证有利于成型的原则,使开模和取塑件的方向一致。
如果有侧抽芯,除增加模具的设计和加工的复杂系数外,还会延长制模周期和塑件制作周期,并加大模具和塑件的成本。
所以在模具设计阶段,对塑件的使用性能和配合要求进行充分的分析,修改、简化不利于成型的塑件结构是非常必要的环节。
(a)(b)
图3-1
(a)图中横孔的成型必须采用侧向抽芯的形式,在塑件脱模前先抽出侧向型芯至不妨碍脱模的位置,合模前必须使侧向型芯恢复至模具闭合时的位置。
如果在不影响塑件使用的前提下,将塑件孔改为(b)图形式,将使模具结构大为简化。
在图3-2中,要实现(a)图的设计,必须采用抽芯,若设计成(b)图的形式,避免了侧抽芯,简化了模具结构。
带有整圈内侧、外侧凸凹槽,并且深度比较浅的塑件,塑件材料为PE、PP、ABS等韧性较好的塑料,可采用强制脱模的形式。
如图3-3所示。
(a)(b)
图3-2
(a)(A-B)/B*100%<=5%(b)(A-B)/C*100%<=5%
图3-3可强制脱模的浅侧凸凹
3.1.2脱模斜度
塑料的收缩会使塑件成型后紧紧地包在模具的型芯或型腔中的突起部分。
为便于塑件的脱出,防止脱模的过程中拉伤或顶裂塑件,在对塑件进行可行性分析时,要看该塑件在沿脱模方向,包括侧向型芯在抽拔段是否有足够的脱模斜度。
如图3-4所示:
图3-4内、外孔脱模斜度
常用的脱模斜度值为0.5○~1.5○,有特殊要求的塑件斜度还可根据使用要求减小或增大。
若塑件上需要皮革纹时,斜度应大一些。
为使塑件成型后易于脱出,一般来说,在同一付模具中,静模型腔的斜度应比动模型芯的斜度要大一些。
即:
α1>α2。
3.1.3壁厚
塑件的壁厚是重要的结构要素,在对塑件壁厚进行可行性分析时,应考虑以下几个方面:
一、塑件壁厚应具有足够的强度和刚度,以达到以下目的:
1.使用时不变形;
2.装配时能承受紧固力;
3.脱模时能承受冲击和震动。
二、塑件的壁厚应保证塑料的流动性
1.壁厚太厚,会造成塑件表面缩水(也呈塌陷),延长注射周期,浪费原材料;
2.壁厚太薄,在成型的过程中会造成:
1)塑件注不满,因为塑料在型腔中流动的过程中就已冷却;
2)注射压力的损失大。
三、壁厚与流程的关系
1.什么是流程:
塑料熔体从浇口起流向型腔各处的距离;
2.壁厚与流程的关系:
各种塑料在其常规的工艺参数下,流程大小和塑件壁厚成比例关系。
壁厚越大,允许流程越长。
3.壁厚与流程关系的计算式,见表3-1:
表3-1壁厚与流程的关系
塑料品种
计算式
流动性好(聚乙烯、尼龙等)
S=(L/100+0.5)×0.6
流动性中等(有机玻璃、聚甲醛等)
S=(L/100+0.8)×0.7
流动性差(聚碳酸酯、聚砜等)
S=(L/100+1.2)×0.9
四、塑件壁厚的整体要求
塑件壁厚应均匀一致,否则塑件在成型过程中会因冷却速度不同而产生附加的内应力,致使塑件产生翘曲变形,并在壁厚处产生缩水而影响外观质量。
(a)不好(b)好
图3-5塑件壁厚的改善
结晶型塑料会因冷却速度不同而使透明度不一致,如图3-6~图3-8所示。
如果根据使用要求,塑件需要壁厚不一致时,可沿料流方向进行壁厚的增加或减少,而且在转折处要圆弧过渡,如图3-5所示。
(a)不合理(b)合理
图3-6塑件轴壁厚改善
(a)不合理(b)合理
图3-7塑件底厚的改善
(a)不合理(b)合理(c)合理
图3-8塑件圆柱部分壁厚的改善
五、常用热塑性塑料的推荐壁厚,见表3-2所示:
表3-2常用热塑性塑料的推荐壁厚
塑件材料
最小壁厚
塑料
小型
中型
大型
PA
0.45
0.76
1.5
2.4-3.2
PE
0.6
1.25
1.6
2.4-3.2
PS
0.75
1.25
1.6
3.2-5.4
PMMA
0.8
1.5
2.2
4-6.5
PP
0.85
1.45
1.75
2.4-3.2
PC
0.95
1.8
2.3
3-4.5
POM
0.8
1.4
1.6
3.2-5.4
RPVC
1.2
1.6
1.8
3.2-5.8
3.1.4加强筋及防止变形的设计
塑件的强度不是依其壁厚增大而增大,相反,壁厚大而导致收缩时产生内应力反而会降低强度。
一、加强筋的作用
1.在不增加壁厚的条件下,增加塑件的刚度和强度,如图3-9:
(a)加筋前(b)加筋后无气泡
图3-9加强筋结构
2.防翘曲变形
如图3-10所示:
(a)图箭头所示处为变形趋势,(b)图为加筋后抵抗变形的情况。
(a)(b)
图3-10加强筋
二、加强筋的尺寸
图3-11加强筋的尺寸
筋的宽度=壁厚/2
筋的高度=筋的宽度*3
两筋的中心距≥筋的宽度*2
应注意:
1)为便于脱模应给予较大斜度
2)转折处进行圆弧连接
3)为达到较大的增强效果可采用多个加强筋而尽量不增加筋的高度
三、加强筋的结构形式
1.装饰台和装饰柱
有时为了增加强度而必须增加筋的厚度,但背面会产生凹陷,可采用图示结构加以掩饰:
(a)(b)(c)
图3-12加强筋的装饰结构
(a)图在筋对面产生凹陷,改为(b)(c)图将凹陷掩饰起来。
2.大型塑件的侧壁可使用带状增强
图3-13带状增强
3.框格形结构
框格结构常用于壳、罩类容器零件的底或盖上的加强筋的布置,应避免塑料的局部集中,如图3-14所示
(a)不好(b)好
图3-14加强筋的框格形结构
4.球面或拱面
用于薄壳状塑件,可有效地增加刚性减少变形,如下图3-15所示。
(a)(b)(c)
图3-15球、拱面加强结构
5.薄壁容器的边缘增强形式,如下图3-15所示。
图3-16薄壁容器的边缘增强结构
3.1.5支承面
以塑件的整个底面做支撑是不合理的,要求整个平面每个点都处在同一个水平面上既不合理也没必要,从成型的角度看,塑件收缩后条点也不会在同一个水平面上。
支承面的结构形式:
1.凸出的脚底三点或四点支承如图3-17所示,和周围凸边支承如图3-18所示:
(a)不合理(b)合理
图3-17支撑面结构
图3-18正确的支撑面结构
2.底部有加强筋时,筋与支承面相差0.5的高度
图3-19有底部加强筋的正确结构
3.紧固用凸耳
紧固用的凸耳或台阶应有足够的强度,以承受紧固时的作用力,应避免台阶突然过渡和支撑面过小,并应设置加强筋,如图3-20所示。
(a)(b)
图3-20塑件紧固用凸耳结构
3.1.6圆角
一、设计原则:
除特殊要求外,一般的表面转角处均应采用圆角。
二、优点:
1.防止应力集中,防止塑件在受力或受冲击时产生破裂
2.塑件的机械强度高,外形美观
3.为塑料充模流动提供了流线形的流动轨迹
4.模具在热处理时不易产生内应力而开裂或变形,因而消除了潜在的修理需要。
三、尺寸:
圆角半径应大于等于0.5mm。
一般对圆角的处理,如图3-21所示:
图3-21圆角尺寸
3.1.7孔
一、孔的类型
塑件上常见的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔等。
图3-22孔的加强
二、设计原则
1.应设在不易削弱塑件强度的部位
2.孔与边壁的距离一般应等于孔径。
如果位置允许,应使边壁大于孔径。
3.孔的加强:
塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可用凸台加强,如图3-22所示。
三、孔的成型方法
1.通孔的成型方法如图3-23所示。
图(a)由一端固定的型芯来成型,因此在孔的一端可能会产生飞边,图(b)由两个一端分别固定的型芯来成型,这种成型方法因型芯较短,增加了型芯的稳定性。
常用的方法如图(c)所示,由一端固定,另一端导向支撑的型芯来成型。
(a)(b)(c)
图3-23通孔的成型
2.盲孔的成型
盲孔只能用一端固定的型芯来成型。
为了避免型芯弯曲或折断,盲孔的深度不宜太深。
孔深应大于或等于孔径的4倍。
如塑件上确实是需要较深的盲孔,且孔的位置垂直于压塑方向,为了防止型芯弯曲,在型芯下面应设置支承柱(图3-24),这种设计的前提是不影响塑件的使用。
如图3-24所示:
图3-24防止型芯变形的支承柱
1-型芯2-支承柱
3.其它孔的成型
有的斜孔或形状复杂的孔,可采用拼合的型芯碰穿的方法来成型,以避免侧向抽芯,简化模具结构,如图3-25所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图3-25其他孔的成型
3.1.8合页的设计
一、形式
PP流动性极好,与其他塑料相比PP有更大的弯曲疲劳寿命,用PP可以制做出整体的合页,这样既省去了装配工序,又可避免金属合页生锈。
如图3-26所示为常用的合页形式。
其主要原理是用中间膜把两件联结起来。
二、设计合页时的几点要求:
1、塑件本身壁厚小的,中间薄膜处应相应薄;如厚度大的中间薄膜处也应厚一些,但不超过0.5mm,否则会失去合页的作用。
2、合页部分的纵向厚度必须均匀一致。
3、在成型过程中,塑料必须从塑件本身的一边,通过中间薄膜流向另一边。
脱膜后立即折曲几次。
图3-26常见合页的形式
3.1.9止转凸凹
一、作用
旋转、按钮、手轮、手柄、盖子等塑件上的止转凸凹是为了便于握持,有时是为了塑件成型后易于拧出。
二、形式
1.方向
为了工艺上的要求及模具制造的方便,设计止转凸凹纹时应注意凸凹纹方向与脱膜方向的一致性和模具上相应的凸凹纹容易加工。
图3-27(a)(c)图所示的凸凹纹,使模具和脱模困难,如改用下图(b)和(d)的结构就使得塑件的凸凹纹和脱模向一致,并易于加工。
(a)(b)(c)(d)
图3-27塑件上的凸凹纹
图3-28是塑件上凸凹纹的例子,其中(a)、(b)、(c)是具有凸纹的塑件,图(d)、(e)、(f)是具有凸凹纹的塑件。
(a)(b)(c)
(d)(e)(f)
图3-28塑件上的凸凹纹
2.螺纹塑件的止转
图3-29为螺纹塑件的防转外形和端面。
其可以保证塑件成型后从螺纹型芯或螺纹型环方便脱出。
(a)
(b)
图3-29塑件的防转外形和端面
3.1.10螺纹
一、螺纹的种类
(a)标准螺纹(b)梯形(c)矩形(d)圆弧形(e)锯齿形
图3-30塑件螺纹的种类
二、螺纹的选用
1.各种螺纹的用途
标准螺纹广泛用于联结与紧固;梯形螺纹常用于泵壳等塑件的高强度联结;矩形螺纹常用于管件的联接;圆弧形螺纹常用于各种瓶口和瓶盖的联接,并可采用强制脱模;锯齿形螺纹常用于单向受力和软质瓶口的联接。
2.牙型选择
塑件螺纹一般采用粗牙螺纹,尤其是直径较小时。
三、螺纹的精度
塑件的螺纹,螺纹直径不宜太小,外螺纹直径不宜小于4mm,内螺纹直径不宜小于2mm。
精度不高于3级。
如果模具螺纹的螺距未考虑收缩值,则塑件螺纹与金属螺纹的配合长度就不能太长,一般不大于螺纹直径的1.5~2倍。
否则会因两者的收缩值不同而相互干涉,造成附加内应力,使螺纹联接强度降低。
表3-3螺纹选用范围
螺纹公称直径
(mm)
螺纹种类
公制标准螺纹
1级细牙螺纹
2级细牙螺纹
3级细牙螺纹
4级细牙螺纹
3以下
3-6
6-10
10-18
18-30
30-50
+
+
+
+
+
+
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
-
-
-
-
-
+
表中“-”为建议不采用的范围
四、螺纹始末部分的设计
塑件上螺孔的最外圈螺纹,容易崩裂或变形,如图3-31(a)和图3-32(b)所示。
解决方法:
应使螺孔始端有一深度为0.5~1mm的台阶孔,螺纹末端也不宜延长到与垂直底面相接处,一般留有0.5~1mm的距离如图3-31(b)所示。
同样,塑件上的外螺纹始端也应下降0.5~1mm,末端应留有0.5~1mm如图3-32(a)。
螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束,而应有过渡部分1~3,其值可按表3-4选取。
(a)(b)
图3-31塑件内螺纹的始末部分
(a)(b)
图3-32塑件外螺纹的始末部分
表3-4塑件上始末部分尺寸
螺纹直径
(mm)
螺距S(mm)
<0.5
>0.5
>l
始末部分长度尺寸L(mm)
<=10
>10-20
>20-34
>34-52
>52
1
2
2
3
3
2
2
4
6
8
3
4
6
8
10
注:
始末部分长度相当于车制金属螺纹时的退刀长度
图3-33两端同轴螺纹的设计
五、同轴螺纹
在同一塑件上有前后两段螺纹时,应使两段螺纹的旋向一致,螺距相等,如图3-33所示,否则无法将塑件从螺纹型芯(或型环)上拧下来。
3.1.11齿轮
一、尺寸:
塑料齿轮目前主要用于精度和强度要求不太高的齿轮传动。
常用的塑料是尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜等。
为了使塑料齿轮适应注射成型工艺,保证轮缘、辐板和轮毂有相应的厚度,对齿轮的各部分尺寸(图3-34)作以下规定,如图3-34所示:
图3-34齿轮各部尺寸
①轮缘宽度:
t1=3t
②辐板厚度:
H1<=H
③轮毂厚度:
H2>=H
④轮毂外径:
D1>=(1.5~3)D
⑤轮毂厚度:
H2>=H
二、设计时应注意:
1.减小和避免尖角
2.应尽量避免截面的突然变化,尽可能加大圆角及过渡圆弧的半径;
3.轴和孔采用过渡配合。
图3-35为轴与孔采用过渡配合的两种形式。
(a)好(b)不好
图3-35塑料齿轮轴孔与轴的配合
4.对于薄壁齿轮,厚度不均匀会引起歪斜,如用无轮毂无轮缘的齿轮可以很好地改善这种情况。
图3-36(a)图形式可使轮缘向中心较均匀的收缩,(b)图形式可因收缩不均匀而是齿轮产生变形。
(b)好(a)不好
图3-36塑料齿轮辐板形式
3.1.12嵌件
一、嵌件的作用
1.塑件中镶入嵌件的目的是为了增加塑件局部的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性;
2.增加塑件的尺寸和形状的稳定性,提高精度;
3.降低塑料的消耗以及满足其它多种要求。
4.嵌件的材料有各种有色或黑色金属,也有用玻璃、木材和已成型的塑件等,其中金属嵌件用得最普遍。
采用嵌件一般会增加塑件的成本,使模具结构复杂,而且在模塑成型时因向模具中安装嵌件会降低塑件的生产率,难于实现自动化。
二、种类
常见的金属嵌件如图3-37所示。
(a)(b)
(c)(d)
图3-37常见的各种金属嵌件
为了使嵌件牢固地固定在塑件中,防止嵌件受力时在塑件内转动或拔出,嵌件表面应加制菱形滚花,如图3-38(a)所示、直纹滚花如图3-38(b)所示或制成六边形如图3-38(c)所示、切口、打孔、折弯如图3-38(d)、(e)所示;压扁如图3-38(f)所示等各种形式。
(a)(b)(c)
(d)(e)(f)
图3-38各种金属嵌件在塑件内的固定方法
三、嵌件设计要点
1.嵌件周围的塑料层应有足够的厚度,才能防止塑件应力开裂,同时嵌件本身尽量避免尖角,以减少应力集中。
如图3-39所示:
图3-39
金属嵌件周围塑料层厚度可参考表3-5。
表3-5金属嵌件周围塑料层厚度
D
C
H
≤4
1.5
0.8
>4~8
2.0
1.5
>8~12
3.0
2.0
>12~16
4.0
2.5
>16~25
5.0
3.0
2.尽量避免塑件的单侧带嵌件,以免两侧的收缩不均匀而造成很大的内应力,使塑件产生弯曲或断裂。
3.注射成型时,嵌件的定位应稳定可靠,以防止嵌件受到塑料的流动压力作用而产生位移或变形。
4.嵌件设计应尽量采用不通孔或不通螺孔,这样可以在设计模具时采用插入方式解决嵌件的定位如图3-40(a)所示。
但嵌件为螺纹通孔时,一般先将螺纹嵌件旋入插件后,在放入模具内定位如图3-40(b)所示。
(a)(b)
图3-40盲孔嵌件的定位方法
5.细长嵌件的支撑定位
细长嵌件的轴线与料流方向垂直,料流的冲击可能使嵌件弯曲变形,如图3-41(a)所示;采用支撑柱,如图3-41(b)所示,增强了嵌件的刚性。
(a)(b)
图3-41细长嵌件的支承方法
6.当嵌件为螺杆时(图3-42),光杆部分与模具的配合应具有IT9级精度的间隙配合,否则塑料会顺着螺纹部分产生溢料。
(a)(b)(c)
图3-42螺杆嵌件的固定方法
3.2尺寸及精度
一、尺寸
塑件外形尺寸的大小取决于塑料的流动性。
注射成型流动性差的塑料(如玻璃纤维增强塑料)或薄壁塑件时,塑件的外形尺寸就不能设计过大,否则,塑件注不满或产生熔接痕而影响塑件质量。
因此,在对塑件进行可行性分析时,应结合注射机的相关内容,如:
注射量、锁模力和模板尺寸等方面进行分析。
二、精度
1.影响精度的因素
塑料收缩率的波动、模具成型零件的制造误差及其磨损、成型工艺条件的变化、塑料的种类及其性能、模具的结构形状、塑件的形状、塑件成形后的时效变化、脱模斜度等因素,都会影响塑件的尺寸精度。
2.塑件精度等级的选用
由表3-6可知,每个塑件可选三个精度等级
表3-6塑件精度等级的选用
类别
塑料品种
建议采用的精度等级
高精度
一般精度
低精度
1
聚苯乙烯
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚体(ABS)
聚甲基丙烯酸甲酯
聚碳酸酯
聚砜
聚苯醚
30%玻璃纤维增强塑料
3
4
5
2
聚酰胺6、66、610、9、10
氯化聚醚
聚氯乙烯(硬)
4
5
6
3
聚甲醛
聚丙烯
聚乙烯(高密度)
5
6
7
4
聚氯乙烯(软)
聚乙烯(低密度)
6
7
8
此外,对于塑件图上无公差要求的自由尺寸,建议采用标准中的8级精度。
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(—)号;对于中心距尺寸可取表中数值之半冠以(±)号。
3.公差和精度
公差数值表:
鉴于目前国内塑件公差仍广泛应用原部颁标准SJ1372-78作为选定公差的主要资料,在此将该表列于此,便于使用,见表3-7。
该标准将塑件分成8个精度等级,表中只列出公差值,而具体的上下偏差可根据塑件的配合性质进行分配。
对于受模具活动部分影响较大的尺寸,其公差取表中值再加上附加值。
1、2级精度的附加值为0.05mm,3~5级精度的附加值为0.1mm,6~8级精度的附加值为0.2mm。
表3-7塑件公差数值表(SJ1372-78)
公差尺寸(mm)
精度等级
1
2
3
4
5
6
7
8
公差数值(mm)
-3
3-6
6-10
10-14
14-18
18-24
24-30
30-40
40-50
50-65
65-80
80-100
100-120
120-140
140-160
160-180
180-200
200-225
225-250
250-280
280-315
315-355
355-400
400-450
450-500
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.16
0.18
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.16
0.19
0.22
0.25
0.28
0.31
0.34
0.37
0.41
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.80
0.08
0.08
0.10
0.12
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.26
0.30
0.34
0.38
0.42
0.46
0.50
0.56
0.62
0.68
0.74
0.82
0.90
1.00
1.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
0.28
0.32
0.38
0.44
0.50
0.56
0.62
0.68
0.74
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