塑料件结构设计讲解.ppt

塑料件结构设计 2010年5月 壁厚 ●基本设计原则 一般塑料件的厚度为2～3mm，如我们油烟机大面板壁厚就是2～3mm，热塑性塑料最大设计壁厚为4mm。壁厚的大小取决于： a 产品需要承受的外力； b 是否作为其他零件的支撑； c 承接柱位的数量； d 加强筯的多少； e 选用的塑料材料。 产品过厚从经济角度来看，不但增加物料成本，延长生产周期冷却时间，增加生产成本。从产品设计角度来看，增加导致产生空穴气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度，增加产品的缩痕。 壁厚 对一般热固性塑料来说，太薄的产品厚度往往导致操作时产品过热，形成废件。此外，纤维填充的热固性塑料于过薄的位置往往形成不够填充物的情况发生。塑料的流动性越好，产品的壁厚就能做得越薄。如聚丙烯、尼龙、ABS等料的流动性较好，聚碳酸酯的流动性较差。 我们设计产品壁厚时一般根据经验值或参考相类似的产品，如不能确定时，可先按较薄的壁厚设计，等产品做出来后如强度不够，修改模具加厚产品壁厚比较方便，也可以添加或增加加强筯或对材料进行增强改性来达到使用要求。 平面原则 最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。壁厚的地方比旁边壁薄的地方冷却得比较慢，并且在相接的地方表面在浇口凝固后出现收缩痕。更甚者导致产生收缩印、热内应力、挠曲部份歪曲、颜色不同或不同透明度。若壁厚的地方渐变成壁薄的是无可避免的话，应尽量设计成塑料由壁厚的地方流向壁薄的地方，不同平面过度要渐次的改变，并且在不小于壁厚3:1的比例下。下图可供参考。 平面原则 转角准则 壁厚均一的要诀在转角的地方也同样需要，以免冷却时间不一致。冷却时间长的地方就会有收缩现象，因而发生部件变形和挠曲。此外，尖锐的圆角位通常会导致部件有缺陷及应力集中，尖角的位置也常在电镀过程后引起不希望的物料聚积。集中应力的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法，不但减低应力集中的因素，且令流动的塑料流得更畅顺和成品脱模时更容易。下图可供参考之用。 转角准则 转角准则 转角位的设计准则也适用于悬梁式扣位。因这种扣紧方式是需要将悬梁臂弯曲嵌入，转角位置的设计图说明如果转角弧位R太小时会导致其应力集中系数(Stress Concentration Factor)过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧度R太大的话则容易出现收缩纹和空洞。因此，圆弧位和壁厚是有一定的比例。一般介乎0.2至0.6之间，理想数值是在0.5左右。 转角准则 壁厚设计 不同的塑料有不同的流动性。壁厚过厚的地方会有收缩现象，壁厚过薄的地方塑料不易流过。以下是一些建议的塑料厚度可供参考。 热塑性塑料的壁厚设计参考表： 壁厚设计 热塑性塑料 简称 最薄(mm) 平均(mm) 最厚(mm) 聚甲醛 POM 0.4 1.6 3.2 ABS ABS 0.8 2.3 3.2 聚甲基丙烯酸甲酯 (有机玻璃) PMMA 0.6 2.4 6.4 尼龙 PA 0.4 1.6 3.2 聚碳酸酯 PC 0.1 2.4 9.5 低密聚乙烯 LDPE 0.5 1.6 6.4 高密聚乙烯 HDPE 0.9 1.6 6.4 乙烯/乙酸乙烯酯 EVA 0.5 1.6 3.2 聚丙烯 PP 0.6 2.0 7.6 聚苯醚 PPO 0.8 2.0 9.5 聚苯 PS 0.8 1.6 6.4 硬聚氯乙烯 硬PVC 1.0 2.4 9.5 聚氨酯 PU 0.6 12.7 38 壁厚设计 其实大部份壁厚的设计可使用加强筋及改变横切面形状取消它。除了可减省物料以致减省生产成本外，取消后的设计更可保留和原来设计相近的刚性、强度及功用。下图的金属齿轮如改成使用塑料物料，更改后的设计如下图。此塑料齿轮设计相对原来金属的设计不但减省材料，消除因厚薄不均引起的内应力增加及齿冠部份收缩导致整体齿轮变形的情况发生。 壁厚设计 壁厚设计 加强筋 基本设计原则 加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部份，它能增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积。加强筋最有效的形状如『工』字铁般，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑料产品尤其适用，但如『工』字铁般形状有倒扣，难于脱模，一般设计成『⊥』字形。此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。 加强筋 加强筯的布置 加强筋一般被放在塑料产品的非接触面，其伸展方向应跟随产品最大应力和最大偏移量的方向，选择加强筋的位置也受制于一些生产上的考虑，如塑料流动方向、收缩方向及脱模方向等。 加强筯的形状 加强筋的长度可与产品的长度一致，两端相接产品的外壁，或只占据产品部份的长度，用以局部增加产品某部份的刚性。要是加强筋没有接上产品外壁的话，末