塑料制品的形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜顯然增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,加大了模具制造的難度,更終將影響產(chǎn)品性能的不穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)成本。而從工藝角度考慮,形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得越簡(jiǎn)單,熔體充模也就越容易,質(zhì)量就越有保證。
注塑件的精度:影響因素
1.材料:
注塑模塑的塑料在高溫高壓的熔融狀態(tài)下充模流動(dòng)。常見的各種熔體溫度為170-300℃。
然后被冷卻固化,通常脫模溫度在20-100℃。
下表列出了常用的注射塑料的成型收縮率。
用無(wú)機(jī)填料填充、用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料有較低的成型收縮率。
2.模具
對(duì)于小尺寸的塑料件,模具的制造誤差占塑料公差的1/3。
與模具上運(yùn)動(dòng)的零件有關(guān)的塑件尺寸,其精度較低。
模具上澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)使成型塑件的收縮不均勻。
脫模系統(tǒng)的作用力不當(dāng),會(huì)使被出塑件變形。
3.塑件結(jié)構(gòu)
塑料件壁厚均勻一致,形體又對(duì)稱,可使塑件收縮均衡。提高塑料件的剛性,如加強(qiáng)筋的合理設(shè)置或采用金屬嵌件,能減小塑件翹曲變形,都有利于提高塑件精度。
4.工藝
注射周期各階段的溫度、壓力和時(shí)間會(huì)影響塑件的收縮、取向和殘余應(yīng)力,存在對(duì)于塑件精度要求的更佳工藝。保證注塑件精度更重要的是工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。成型條件波動(dòng)所造成的誤差占塑件公差的1/3。
5.使用
塑料材料對(duì)時(shí)間、溫度、濕度和環(huán)境條件的敏感性,在注射成型制品長(zhǎng)期使用后,會(huì)有顯現(xiàn)。注塑件的尺寸和形位精度的穩(wěn)定性差。
一.形狀和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化
理想的產(chǎn)品簡(jiǎn)潔化設(shè)計(jì)基本原則:1.有利于成型加工;2.節(jié)約原材料,降低成本;3.簡(jiǎn)潔、美觀;
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形狀對(duì)稱,避免不規(guī)則的幾何圖形;
(2)產(chǎn)品側(cè)孔和側(cè)壁內(nèi)表面的凹凸形狀成型困難,需要在產(chǎn)品成型后進(jìn)行二次加工,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免。 設(shè)計(jì)改進(jìn)避免側(cè)向抽芯
(3)尺寸設(shè)計(jì)要考慮成型的可能性,不同成型工藝對(duì)制件的尺寸設(shè)計(jì),包括尺寸大小,尺寸變化會(huì)有一定的限制。
二.壁厚均一的設(shè)計(jì)原則
※工藝角度&工藝導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題提出≈壁厚均一===制件成型過(guò)程中,熔體流動(dòng)性均衡,冷卻均衡。
※壁薄部位在冷卻收縮上的差異,會(huì)產(chǎn)生一定的收縮應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致制件在短期之內(nèi)或經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期之后發(fā)生翹曲變形。
※塑料件更通用料厚是2.5mm,大件適當(dāng)增加,小件減小,強(qiáng)烈建議通過(guò)增加翻邊及加強(qiáng)筋的方式而不是增加料厚來(lái)保證零件強(qiáng)度;PP塑料的壁厚范圍是0.6—3.5mm。
壁厚不均勻時(shí)常用處理辦法
(1)當(dāng)制件厚度不可避免需設(shè)計(jì)成不一致時(shí),厚薄交界處的平穩(wěn)過(guò)渡,在厚薄交接處應(yīng)逐漸過(guò)渡,避免突變,厚度比例變化在一合適范圍(一般不超過(guò)3:1)壁厚過(guò)度形式:a.為階梯式過(guò)渡,應(yīng)盡力避免;b.為錐形過(guò)渡,比較好;c.是圓弧過(guò)度,應(yīng)是更好的。
(2)將尖角改為圓角處理,兩個(gè)壁厚相同的壁面成直角的連接,破壞了壁厚均一的原則。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)該是內(nèi)外角均進(jìn)行圓角處理,以確保壁厚均勻。圓角處理還可避免應(yīng)力集中,以及改善塑料成型時(shí)熔體的流動(dòng)性和成型性。
(3)厚壁部位減薄,使厚壁趨于一致,壁厚差異大的制件可通過(guò)增設(shè)工藝孔、開槽或設(shè)置加強(qiáng)筋的方式,使厚壁部位減薄,厚薄趨于一致。
三.避免應(yīng)力集中
應(yīng)力集中:對(duì)制件上有孔洞、切口、拐角等幾何不連續(xù)部位施加一定的力,在這個(gè)部位的斷面上將產(chǎn)生遠(yuǎn)比給予的表觀應(yīng)力大得多的應(yīng)力的現(xiàn)象。
應(yīng)力集中系數(shù):局部產(chǎn)生的很大應(yīng)力對(duì)于表現(xiàn)應(yīng)力之比為應(yīng)力集中系數(shù)。
后果:塑料是對(duì)缺口和尖角之類比較敏感的材料,在應(yīng)力作用下,這些部位會(huì)逐漸產(chǎn)生微細(xì)裂紋,隨后逐步擴(kuò)展到大的裂紋,而裂紋的不斷延伸終將導(dǎo)致制件的損壞。
避免應(yīng)力集中應(yīng)作為一條基本的準(zhǔn)則:避免應(yīng)力集中更直接更有效的方法就是在拐角、棱邊、凹槽燈等輪廓過(guò)度與厚薄交接處采用圓弧過(guò)渡。
內(nèi)圓角之半徑應(yīng)至少為壁厚的一半,更好為壁厚的0.6-0.75。
四.加強(qiáng)剛度的設(shè)計(jì)
剛性不足--外載和自重--引起變形、翹曲、蠕變
1)幾何形狀的改變
薄殼狀的平板制件,將其表面設(shè)計(jì)成波紋形、瓦楞形、拱形、球形、拋物面,其剛性比同樣重量的平板要高得多
2)加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)和運(yùn)用
通過(guò)加強(qiáng)筋提高軸套扭轉(zhuǎn)剛性和彎曲剛性
3)嵌件的加強(qiáng)作用
在制件中設(shè)置金屬嵌件,可以提高塑料制件局部或整體的強(qiáng)度。
4)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì),在貴州產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,有幾種結(jié)構(gòu)具有比較高的剛性/質(zhì)量比。
①蜂窩夾層結(jié)構(gòu):剛性的設(shè)計(jì)效果好,缺點(diǎn)是工藝上比較復(fù)雜,成本和價(jià)格較高。
②結(jié)構(gòu)泡沫:具有致密表皮層和呈微孔結(jié)構(gòu)的芯部,這種結(jié)構(gòu)具有高的比強(qiáng)度,可應(yīng)用在受力結(jié)構(gòu)中。
③口字形結(jié)構(gòu)、T形結(jié)構(gòu)以及工字梁結(jié)構(gòu),與矩形截面的實(shí)心結(jié)構(gòu)比較,此結(jié)構(gòu)既能節(jié)省材料,又不降低剛性。
④圓錐體結(jié)構(gòu),相對(duì)圓柱體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能承受很大的壓縮載荷,彎曲穩(wěn)定性好。
⑤雙壁結(jié)構(gòu),有不少工藝可成型具有雙壁結(jié)構(gòu)的制件,這種結(jié)構(gòu)的制件有較高的剛性、沖擊韌性和抗彎能力。
五.抗變形設(shè)計(jì)
(一)由內(nèi)應(yīng)力引起的制件變形
通常不均勻的內(nèi)應(yīng)力分布是翹曲變形的主要原因,而內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布則可能是加工條件(如溫度、壓力的不均勻分布,收縮率的各向異性等)、材料組成(結(jié)晶型材料的百年形傾向較大)、模具結(jié)構(gòu)(特別是澆口設(shè)計(jì))和制品形狀共同作用的結(jié)果。
防止變形的措施
避免應(yīng)力集中以及剛性設(shè)計(jì)的一些措施,也都有助于防止或者降低制件的變形。此外,設(shè)計(jì)時(shí)考慮防止產(chǎn)品變形,在形狀上進(jìn)行規(guī)避。
矩形的薄壁容器的側(cè)壁容易發(fā)生內(nèi)凹變形,為此可將側(cè)壁設(shè)計(jì)得稍微外凸一些。
深度較淺的盒類制品,為避免翹曲變形,可將其底邊設(shè)計(jì)成倒角形狀
因壁厚不同,壁厚處的塑料完全固化后,會(huì)對(duì)先行固化的薄壁部位施以拉力,導(dǎo)致制件出現(xiàn)變形
a.采用均勻壁厚的辦法;b.采用增加筋的高度的辦法。
(二)抗熱變形設(shè)計(jì)
溫度對(duì)制件的影響與材料的耐熱性直接有關(guān)。
當(dāng)材料確定之后,在貴州產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采取各種有效措施,來(lái)減少和避免溫度對(duì)制品使用性能的影響,延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。
避免受熱部位過(guò)熱導(dǎo)致變形的幾種設(shè)計(jì)方案
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