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注塑產品結構設計準則分解.ppt

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注塑產品結構設計準則目錄壁厚出模角洞孔加強筋扣位入件支柱壁厚基本設計守則 壁厚的大小取決于產品需要承受的外力、是否作為其他零件的支撐、承接柱位的數量、伸出部份的多少以及選用的塑料材料而定。一般的熱塑性塑料壁厚設計應以4mm為限。從經濟角度來看,過厚的產品不但增加物料成本,延長生產周期(增加冷卻時間),增加生產成本。從產品設計角度來看,過厚的產品增加氣孔的可能性,大大削弱產品的剛性及強度。 最理想的壁厚分布無疑是切面在任何一個地方都是均一的厚度,但為滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無可避免的。在此情形,由厚膠料的地方過渡到薄膠料的地方應盡可能順滑。太突然的壁厚過渡轉變會導致因冷卻速度不同和產生亂流而造成尺寸不穩定和表面問題。壁厚平面準則 在大部份熱融過程操作,包括擠壓和固化成型,均一的壁厚是非常的重要的。厚膠的地方比旁邊薄膠的地方冷卻得慢,并且在相接的地方,表面在凝固后出現收縮痕。更甚者引致產生縮水印、熱內應力、部份歪曲、顏色不同或不同透明度。若厚膠的地方變成薄膠的是無可避免的話,應盡量設計成漸次的改變,并且在不超過壁厚3:1的比例下。右圖可供參考。壁厚轉角準則 壁厚均一的要訣在轉角的地方也同樣需要,以免冷卻時間不一致。冷卻時間長的地方就會有收縮現象,因而發生部件變形和撓曲。此外,尖銳的圓角位通常會導致部件有缺陷及應力集中,尖角的位置亦常在電鍍過程后引起不希望的物料聚積。集中應力的地方會在受負載或撞擊的時候破裂。較大的圓角提供了這種缺點的解決方法,不但減低應力集中的因素,且令流動的塑料流得更暢順和成品脫模時更容易。下圖可供參考之用。壁厚壁厚限制 不同的塑料材料有不同的流動性。膠位過厚的地方會有收縮現象,膠位過薄的地方塑料不易流過。右表是一些建議的膠料厚度可供參考。壁厚 其實大部份厚膠的設計可從使用加強筋及改變橫切面形狀取代。除了可減省物料以致減省生產成本外,取締后的設計更可保留和原來設計相若的剛性、強度及功用。右圖的金屬齒輪如改成使用塑膠材料,更改后的設計理應如圖一般。此塑膠齒輪設計相對原來金屬的設計不但減省材料,消除因厚薄不均引致的內應力增加及齒冠部份收縮引致整體齒輪變形的情況發生。出模角基本設計準則 塑件設計時通常為了能夠輕易的使產品由模具內脫出而需要在內外側各設有出模角,若產品無出模角,則模具在注塑成型后需要很大的開模力才能打開,而且,在模具開啟后,產品脫離模具的過程亦十分困難。要是該產品在產品設計的過程上留有出模角及所有接觸產品的模具零件在加工過程當中經過高度拋光的話,脫模就變成輕而易舉的事情。因此,出模角的考慮在產品設計的過程是不可或缺的。 注塑件冷卻收縮后多附在凸模上,為了使產品壁厚均衡及防止產品在開模后附在定模上,出模角根據分模時定動模位置放置,以保證塑件分模后留在動模部分。若塑件需要將凹模放置與動模,則需減小凹模的出模角或刻意在凹模加上適量的倒扣位。出模角的大小是沒有一定的準則,多數是憑經驗和依照產品的深度及形狀來決定。出模角不同材料的設計要點ABS一般應用邊0.5°至1°就足夠。有時因為拋光紋路與出模方向相同,出模角可接近至零。有紋路的側面需每深0.025mm(0.001 in)增加1°出模角。正確的出模角可向蝕紋供應商取得。PBT、PA若部件表面光潔度好,需要0.5°的最小的脫模角。經蝕紋處理過的表面,每增加0.03mm(0.001 in)深度就需要加大1°脫模角。PC脫模角是在部件的任何一邊或凸起的地方都要有的,包括上模和下模的地方。一般光滑的表面1.5°至2°已很足夠,然而有蝕紋的表面是要求額外的脫模角,以每深0.25mm(0.001 in)增加1°脫模角。PET塑膠成品的肋骨,支柱邊壁、流道壁等,如其脫模角能夠達到0.5°就已經足夠。洞孔 在塑件上開孔使其和其它部件相接合或增加產品功能上的組合是常用的手法,洞孔的大小及位置應盡量不會對產品的強度構成影響或增加生產的復雜性,下圖是穿孔的類別洞孔穿孔 從裝配的角度來看,穿孔的應用遠較盲孔為多,而且較盲孔容易生產。從模具設計的角度來看,穿孔的設計在結構上亦較為優勝,因為用來穿孔成型的芯針的兩端均可受到支撐。穿孔的做法可以是靠芯針兩端同時固定在模具上、或兩邊芯針相接而各有一端固定在模具上。一般來說,第一種方法被認為是較好的;應用第二種方法時,兩條芯針的直徑應稍有不同以避免因為兩條芯針軸心稍有偏差而引致產品孔尺寸達不到要求。還可通過漏空而縮短小芯針的長度,如下圖所示:洞孔盲孔 盲孔是靠模具上的芯針形成,而芯針的設計只能單邊支撐在模具上,因此很容易被溶融的塑料使其彎曲變形,形成盲孔出現橢圓的形狀,所以芯針的長度不能過長。一般來說,盲孔的深度只限于直徑的兩倍。要是盲孔的直徑只有或小于1.5mm,盲孔的深度更不應大于直徑的尺寸。盲孔的設計要點可采用多級孔增加芯針剛性洞孔側孔 側孔往往增加模具上的困難,當側孔的方向與開模的方向不一致時,一般是使用活動側?;蛴蛪撼樾?。因模具的結構較為復雜,模具的制造成本比教高,此外,生產時間亦因模具必須抽芯才可脫模而相應增加。 側孔若使用抽芯必會使模具的結構復雜及增加成本,如塑件設計允許,可從增加側孔壁位的角度,或以兩級的孔取代原來的側孔,從而使模具上可以能過插配而得到側孔。如下圖所示:洞孔洞孔的邊緣設計 洞孔的邊緣應預留最少0.2mm的直身位,設計一個完整的倒角或圓角于孔邊在經濟上或實踐上都是不設實際的,可參考右圖。加強筋基本設計守則 加強筋在塑件上是不可或缺的功能部份。加強筋能有效地增加產品的剛性和強度,對一些經常受到壓力、扭力、彎曲的塑膠產品尤其適用。此外,加強筋還可充當內部流道,有助模腔充填,對幫助塑料流入塑件的支節部份很大的作用。 加強筋一般被放在塑件的非接觸面,其伸展方向跟隨產品最大應力和最大偏移量的方向,選擇加強筋的位置亦受模腔充填、縮水及脫模等影響。其長度可與產品的長度一致,兩端相接產品的外壁,也占據產品部份的長度,以局部增加產品的剛性。要是加強筋沒有接上產品外壁的話,末端部份不應突然終止,應該漸次地將高度減低,直至完結,以減少困氣、填充不滿及燒焦痕等現象。如下圖:加強筋形狀 加強筋最簡單的形狀是一條長方形的柱體附在產品的表面上,不過為了滿足一些生產上或結構上的考慮,加強筋的兩邊必須加上出模角以減低脫模頂出時的摩擦力,底部相接產品的位置必須加上圓角以消除應力集過份中的現象,圓角的設計亦使模腔充填更為流暢,加強筋的形狀及尺寸須要改變成如下圖所示:加強筋尺寸影響 加強筋底部的寬度須較相連外壁的產品厚度為小。下圖a中加強筋尺寸的設計雖然已按合理的比例,但當從加強筋底部與外壁相連的位置作一圓圈R1時,圖中可見此部份相對外壁的厚度增加大約50%,因此,此部份出現縮水紋的機會相當大。如果將加強筋底部的寬度相對產品厚度減少一半,如b圖所示,相對位置厚度的增幅即減至大約20%,縮水紋出現的機會亦大為減少。當使用多條加強筋時,加強筋之間的距離必須較相接外壁的厚度大。加強筋一般是細而長。過厚的加強筋設計容易產生縮水紋、空穴、變形撓曲等問題,亦會加長生產周期,增加生產成本。加強筋基本尺寸圖截面尺寸邊緣尺寸加強筋注意點 加強筋的設計與塑料材料有關。材料的熔膠粘度和縮水率對加強筋設計的影響非常大。加強筋的高度是受制于熔膠的流動及脫模頂出,較深的加強筋要求膠料有較低的熔膠粘度、較低的摩擦系數、較高的縮水率。另外,增加長的加強筋的出模角一般有助產品頂出,不過,當出模角不斷增加而底部的闊度維持不變時,產品的剛性、強度,與及可頂出的面積即隨著減少。從生產的角度考慮,使用大量短而窄的加強筋較使用數個深而闊的加強筋優勝。設計時加強筋的闊度或深度和數量應盡量留有余量,當試模時發覺產品的剛性及強度不足時可適當增加,因為在模具上去除鋼料比使用燒焊或加上插入件等增加鋼料的方法來得簡單方便。加強筋ABS 減少在主要的部件表面上出現縮水情形,筋的厚度應不可是相交的膠料厚度的50%以上,無表面要求時筋厚度可最多到70% 。筋的高度不應高於膠料厚的三倍。當超過兩條筋條的時侯,筋條之間的距離應不小塑件厚度的兩倍。出模角應使脫模容易。加強筋PA 單獨的筋條高度不應是筋條底部厚度的三倍或以上。在任何一條筋條的背面,都應該設置一些小筋條或凹槽,因筋條在冷卻時會在背面造成凹痕,用那些小筋條和凹槽可以作裝飾用途而消除縮水的缺陷。加強筋PBT 厚的筋條盡量避免以免產生氣泡,縮水紋和應力集中。在壁厚于3.2mm以下筋條厚度不應超過壁厚的60%。在壁厚超過3.2mm的筋條不應超過40%。筋條高度應不超過壁厚的3倍。筋條與膠壁兩邊的地方以一個0.5mm的R來相連接,使塑料流動暢順和減低內應力。加強筋PC 一般的筋條厚度是取決于塑料流程和壁厚。若很多筋條應用于加強作用,薄的筋條是比厚的要好??畚徊僮髟?扣位提供了一種方便快捷且經濟的產品裝配方法,因為扣位的組合部份在生產成品的時候同時成型,裝配時無須配合其他如螺絲、介子等緊鎖配件,只要需組合的兩邊扣位互相配合扣上即可。 扣位的設計雖有多種幾何形狀,但其操作原理大致相同:當兩件零件扣上時,其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸緣部份推開,直至凸緣部份完結為止;藉著塑膠的彈性,勾形伸出部份即時復位,其后面的凹槽亦即時被相接零件的凸緣部份嵌入,此倒扣位置立時形成互相扣著的狀態,如圖所示:扣位種類以功能區分,扣位的設計可分為成永久型和可拆卸型兩種。以形狀區分,可分為環型扣、單邊扣、球形扣等球形扣扣位弱點 扣位裝置的弱點是扣位的兩個組合部份:勾形伸出部份及凸緣部份經多次重復使用后容易產生變形,甚至出現斷裂的現象,斷裂后的扣位很難修補,這情況較常出現于脆性或摻入纖維的塑料材料上。因為扣位與產品同時成型,所以扣位的損壞亦即產品的損壞。補救的辦法是將扣位裝置設計成多個扣位同時共用,使整體的裝置不會因為個別扣位的損壞而不能運作,從而增加其使用壽命。 扣位裝置的另一弱點是扣位相關尺寸的公差要求十分嚴謹,倒扣位置過多容易形成扣位損壞;相反,倒扣位置過少則裝配位置難以控制或組合部份出現過松的現象。入件基本設計守則 塑膠內的入件通常作為緊固件或支撐部份。此外,當產品在設計上考慮便于返修、易于更換或重復使用等要求時,入件是常用的一種裝配方式。但無論是作為功能或裝飾用途,入件的使用應盡量減少,因使用入件需要額外的工序配合,增加生產成本。入件通常是金屬材料,其中以銅為主。 入件的設計必須使其穩固地嵌入塑膠內,避免旋轉或拉出。入件的設計亦不應附有尖角或封利的邊緣,因為尖角或封利的邊緣使塑膠件出現應力集中的情況。入件成型方式 (1) 同步成型嵌入 同步成型嵌入是在部件成型前將入件放入模具之中,在合模成型時塑料會將入件包圍起來同時成型。若要使塑料把入件包合得好,必先預熱后才放入模具。這樣可減低塑料的內應力和收縮現象。(2) 成型后嵌入 成型后嵌入是將入件用不同方式打入成型部件之中。所采用的方法有熱式和冷式,唯原理都是利用塑膠的熱可塑特性。熱式是將入件預先在嵌前加熱至該塑膠部件融化的溫度,然後迅速的將入件壓入部件上特別預留的孔中冷卻后成型。冷式一般是使用超聲波焊接方法把入件壓入。用超聲波的方法所得到的結果比較一致和美觀,而預熱壓入在工藝上要控制得好才有好的效果。否則出現入件歪斜、位置不正、塑料包含不均勻等現象形成壞品。正常情形下入件是在塑膠成品平面對齊或有些微的在平面之上以減少塑膠內的應力。支柱基本設計守則 支柱是用以裝配產品、隔開物件及支撐承托其他零件??招闹е梢杂脕砬度爰?、收緊螺絲等。這些均要有足夠強度支持壓力而不致于破裂。支柱盡量不要單獨使用,應與連接至外壁的加強筋一同使用,以加強支柱的強度及使膠料流動更順暢。過高的支柱會導致塑膠部件成型時困氣,所以支柱高度盡量不超過支柱直徑的兩倍半。遠離外壁的支柱,可使用三角加強筋。 好的螺絲支柱設計組合取決于螺絲的機械特性及支柱孔的設計,一般塑件的料厚尺寸是不足以承受大部份緊固件產生的應力。從裝配的考慮來看,局部增加料厚是需要的。但是,這會形成縮水痕、空穴、增加內應力。因此,支柱孔的位置應與產品外壁保持一段距離。支柱可遠離外壁獨立或使用加強筋連接外壁,后者不但增加支柱的強度,更有助膠料填充及減少因困氣而出現燒焦的情況。同樣遠離外壁的支柱亦可用三角加強筋加強,三角加強筋對改善薄壁支柱的膠料流動特別適用。 收縮痕的大小取決于膠料的收縮率、成型工序的參數控制、模具設計及產品設計。使用過短的芯針、增加底部弧度尺寸、加厚的支柱壁或外壁尺寸均不利于收縮痕的減少;但是支柱的強度及抵受外力的能力卻隨著增加底部弧度尺寸或壁厚尺寸而增加。因此,支柱的設計須要從這兩方面取得平衡。支柱位置設計支柱尺寸設計支柱ABS 一般來說,支柱的外徑是內徑的兩倍已足夠。但是如支柱壁厚等于或超過膠料厚度會增加物料重量和在表面產生縮水紋及高成型應力。嚴格的來說支柱的厚度應為膠料厚度的50-70%。如因此種設計方式而支柱不能提供足夠強度,但已改善了表面縮水,筋條是可以加強支柱的強度,可由最小的尺寸伸延至支柱高的90%。若柱位置接近邊壁,則可用一條筋條將邊壁和柱相互連接來支持支柱。支柱PBT 支柱通常用于機構上裝配,如收螺絲、緊壓配合、導入裝配等多數情形,支柱外徑是內孔徑的兩倍就足夠強壯。支柱設計有如筋條設計的觀念。太厚的切面會產生部件外縮水和內部真空。支柱的位置在邊壁旁時可利用筋條相連,則內孔徑的尺寸可增至最大。支柱PC 支柱是大部份用來作裝配產品用,有時用作支撐其它物件或隔開物體之用。甚至一些很細小的支柱最終會熱溶后作內部零件固定用。一些放于邊位的支柱是需耍一些筋條作為互相依附,以增加支柱強度。謝謝!
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